加速度计测装置的制作方法

文档序号:6109680阅读:631来源:国知局
专利名称:加速度计测装置的制作方法
技术领域
本发明涉及进行双轴或三轴加速度传感器的输出校正的加速度计测装置,更具体地说,本发明涉及如下的加速度计测装置,通过将加速度计测装置的姿势朝向特定方向而无意识地反复取得双轴或三轴加速度传感器的输出数据,从而能够取得双轴或三轴加速度传感器的输出校正所需的偏移(offset)或灵敏度和偏移双方。
背景技术
近年来,作为可以安装到便携式设备的轻量小型的三轴加速度传感器,已开发出使用了MEMS(微机电集成系统Micro Electro MechanicalSystems)技术的半导体器件的压电电阻型三轴加速度传感器(例如,参照专利文献1)。
图36是示出现有的压电电阻型三轴加速度传感器的概要结构的立体图,图中符号201表示硅基板,201a表示支撑部,201b表示锤部,201c表示位移部。通过蚀刻在硅基板201上形成位移部201c、用于支撑该位移部201c的支撑部201a、以及用于使位移部201c变形的锤部201b。
并且,压电电阻R1~R12形成在位移部201c上。若对硅基板201施加加速度,则根据加速度的方向和大小,锤部201b使位移部201c变形。这样就会对压电电阻R1~R12施加应力,电阻值发生变化。
图37A至图37C是示出现有的压电电阻型三轴加速度传感器中的压电电阻的连线结构的电路图。在检测加速度的各个轴方向上,分别构成惠斯登电桥(Wheatstone bridge)电路,所述惠斯登电桥电路由压电电阻R1~R12构成。输出电压Vx,Vy,Vz分别为与加速度的x,y,z轴方向成分成正比的值。
图37A至图37C中示出的电路图中的实际的Vx,Vy,Vz如下述式所示。
Vx=βxAx+Vox(1)Vy=βyAy+Voy…(2)Vz=βzAz+Voz(3)此处,Ax,Ay,Az表示加速度的x,y,z轴方向成分,βx,βy,βz表示相对于Ax,Ay,Az的灵敏度,Vox,Voy,Voz表示Vx,Vy,Vz中存在的偏移。
通常,灵敏度和偏移中存在偏差,尤其是偏移的偏差不能被忽视的情况较多。而且,为压电电阻型的加速度传感器的情况下,灵敏度和偏移具有显著的温度特性。而且,偏移的温度特性大多具有较大的偏差。
为了解决这类问题,在现有的加速度计测装置中,采取如下的解决方式(例如,参照专利文献2)。
即,在从工厂出库时,例如在0℃/25℃/60℃这样的不同的多个温度环境中计测灵敏度/偏移,在加速度计测装置上安装EEPROM等存储单元,存储这些测定数据。
并且,在使用加速度计测装置时,在加速度计测装置上安装输出校正电路,根据当前的温度数据和事前存储的测定数据,运算加速度传感器输出电压中包含的灵敏度以及偏移的偏差和温度特性,进行校正。
但是,现有的这种加速度计测装置具有如下的缺点。
1)在不同的多个温度环境中进行的测定以及灵敏度的测定使工序数量/测定时间/设备成本大幅度提高。
2)输出校正电路中的灵敏度和偏移的温度特性的运算使电路结构复杂,造成成本提高。
3)为提高灵敏度和偏移的温度特性的计算精度,需要增加测定温度,且进一步使输出校正电路中的温度特性运算部分变复杂,这在现实中是很困难的。
并且,在现有的加速度计测装置中,还采取了如下的解决方式(例如,参照专利文献3)。
每次使用加速度计测装置时,例如,如图38A至图38F所示,以使三轴加速度传感器202的加速度检测轴方向与重力加速度g的方向平行的方式,将加速度计测装置203的姿势摆成6组,分别测定三轴加速度传感器202的输出电压,得到如下的输出电压数据。
Vx1图38A的姿势中的Vx测定值Vx2图38B的姿势中的Vx测定值Vy1图38C的姿势中的Vy测定值Vy2图38D的姿势中的Vy测定值Vz1图38E的姿势中的Vz测定值Vz2图38F的姿势中的Vz测定值三轴加速度传感器的输出校正所需的灵敏度和偏移的数据利用下述式计算。
βx=Vx1-Vx22g···(4)]]>βy=Vy1-Vy22g···(5)]]>βz=Vz1-Vz22g···(6)]]>Vox=Vx1+Vx22···(7)]]>Voy=Vy1+Vy22···(8)]]>Voz=Vz1+Vz22···(9)]]>但是,现有的这种加速度计测装置具有如下的缺点。
1)每次使用时,都需要使加速度计测装置的姿势分别与多个特定方向对齐,这对使用者来说非常繁琐且不方便。
2)而且,使用者难以用手支撑加速度计测装置的同时准确地对齐方向,由上述式计算出的灵敏度和偏移的误差容易增大。
本发明是鉴于上述问题而进行的,其目的在于,提供一种加速度计测装置,通过将加速度计测装置的姿势朝向特定方向而无意识地反复取得双轴或三轴加速度传感器的输出数据,从而能够取得双轴或三轴加速度传感器的输出校正所需的偏移或灵敏度和偏移双方。
专利文献1日本特开2003-101033号公报专利文献2日本特开平6-331647号公报专利文献3日本特开2004-93552号公报非专利文献1W.H.Press,S.A.Teukolsky,W.T.Vetterling and B.P.Flannery,年umerical Recipies in C,Second Edition/Cambridge UniversityPress,USA,1992,pp.394-455非专利文献2W.H.Press,S.A.Teukolsky,W.T.Vetterling and B.P.Flannery,年umerical Recipies in C,Second Edition/Canbridge UniversityPress,USA,1992,pp.32-104发明内容本发明是为了达到这样的目的而进行的,其特征在于,加速度计测装置具备加速度传感器,其检测双轴或三轴方向的加速度;输出数据取得单元,其取得该加速度传感器的双轴或三轴的输出数据;输出数据积蓄单元,其积蓄该输出数据取得单元所取得的输出数据;基准点推测单元,其根据该输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的输出数据在将各轴成分作为坐标值时的二维或三维正交坐标空间中的分布,推测在该正交坐标空间上确定的基准点的坐标值;以及偏移校正单元,其根据该基准点推测单元所推测的所述基准点的坐标值,校正所述加速度传感器的输出数据的偏移。(与图1、第一实施方式对应)并且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述加速度计测装置具有输出数据选择单元,该输出数据选择单元判断所述输出数据取得单元所取得的输出数据是否合适而进行选择,所述输出数据积蓄单元积蓄所述输出数据选择单元所选择的输出数据。
而且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据选择单元在每次由所述输出数据取得单元取得输出数据时计算与上一个取得的输出数据的差值,当该差值连续预定次数以上在预定值以内时,将所述输出数据判断为合适而进行选择。
此外,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据选择单元在每次由所述输出数据取得单元取得输出数据时计算与作为基准的输出数据的差值,当该差值大于预定值时,将所述输出数据判断为合适而进行选择。
另外,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据选择单元将所述差值连续在预定值以内的次数或时间信息附加给所述输出数据选择单元所选择的输出数据。(与图29~图32、第六实施方式对应)并且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据积蓄单元根据所述输出数据选择单元所附加的次数或时间信息,废弃所述输出数据选择单元所选择的输出数据和所述输出数据积蓄单元已积蓄的输出数据之中的某一个。
而且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据选择单元根据所述输出数据取得单元所取得的预定数量的输出数据在将各轴成分作为坐标值时的二维或三维正交坐标空间中的分布,推测圆或球面,将从该圆或球面起在预定距离以内的输出数据判断为合适而进行选择。
此外,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据选择单元将所述圆或球面的半径作为预定值推测该圆或球面。
另外,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述加速度计测装置具有数据变化判断单元,该数据变化判断单元判断所述输出数据选择单元所选择的输出数据与所述输出数据积蓄单元已积蓄的输出数据相比是否产生了预定值以上的变化,所述输出数据积蓄单元根据所述数据变化判断单元的判断结果,废弃所述输出数据选择单元所选择的输出数据或所述输出数据积蓄单元已积蓄的输出数据中的某一个。
并且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据积蓄单元预先确定与所述加速度传感器的测定轴成线性关系的线性轴,在所述输出数据选择单元所选择的输出数据和所述输出数据积蓄单元中积蓄的输出数据之中,选择性地积蓄所述加速度传感器的测定轴或线性轴的成分为最大或最小的输出数据。(与图33、图34、第七实施方式对应)而且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据积蓄单元所积蓄的输出数据是积蓄所述测定轴或所述线性轴的成分为最大或最小的输出数据和除此之外的一个以上的输出数据而成。
此外,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元根据所述输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的输出数据在将各轴成分作为坐标值时的二维或三维正交坐标空间中的分布,在该正交坐标空间上确定圆或球面,将该圆或球面的中心坐标推测为所述基准点,所述偏移校正单元根据所述基准点推测单元所推测的所述圆或球面的中心坐标值,校正所述加速度传感器的输出数据的偏移。
另外,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元利用统计性方法推测所述基准点的坐标值,使得所述预定数量的输出数据各自到所述基准点的距离的偏差最小。(与图20、第四实施方式对应)并且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元将从所述预定数量的输出数据各自到所述基准点的距离的偏差作为相对于预定代表值的偏差。
而且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元根据所述输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的输出数据在将各轴成分作为坐标轴时的二维或三维正交坐标空间上的分布,在该正交坐标空间上确定椭圆或椭圆面,推测该椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,所述偏移校正单元根据所述基准点推测单元所推测的所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,校正所述加速度传感器的输出数据的灵敏度和偏移。(与图11、第二实施方式对应)此外,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元利用统计性方法推测所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,使得所述预定数量的输出数据各自最接近所述椭圆或椭圆面。(与图23、第五实施方式对应)并且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元根据所述输出数据积蓄单元中积蓄的三轴输出数据的个数或在三维正交坐标空间上的分布以及它们双方,预先判断在所述基准点推测单元中要推测球面还是椭圆面,选择某一个,进行推测。(与图35、第八实施方式对应)而且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述加速度计测装置具有温度检测单元,其检测所述加速度传感器的温度;以及按温度校正数据存储单元,其按照每个预定的温度类别存储所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,所述输出数据积蓄单元根据所述温度检测单元所检测出的温度值,按照所述预定的温度类别积蓄所述输出数据选择单元或所述输出数据取得单元所选择的输出数据,所述基准点推测单元对每个所述预定的温度类别,根据所述输出数据积蓄单元所积蓄的该温度类别的预定数量的输出数据,推测所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,所述按温度校正数据存储单元按照所述预定的温度类别存储所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值。
此外,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据积蓄单元根据所述温度检测单元所检测出的温度值和相应的所述预定的温度类别之间的关系,对所述输出数据选择单元或所述输出数据取得单元所选择的输出数据进行校正之后,按照所述预定的温度类别进行积蓄。
另外,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述加速度计测装置具有温度检测单元,其检测所述加速度传感器的温度;以及按温度校正数据存储单元,其按照每个预定的温度类别存储所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,所述输出数据积蓄单元在积蓄所述输出数据选择单元或所述输出数据取得单元所选择的输出数据时将所述温度检测单元所检测出的温度值一并进行积蓄,所述基准点推测单元按照每个所述预定的温度类别,从所述输出数据积蓄单元所积蓄的输出数据中选择预定数量的对应的所述温度值在该温度类别中的输出数据,推测所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,所述按温度校正数据存储单元按照所述预定的温度类别存储所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值。
并且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述偏移校正单元根据所述温度检测单元所检测出的温度值和所述按温度校正数据存储单元按照所述预定的温度类别存储的所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,校正所述加速度传感器的输出数据的偏移或灵敏度以及偏移。
而且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元对所述输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的三轴输出数据在所述三维正交坐标空间中的分布计算相对于各坐标轴的偏差,当相对于所述各坐标轴的偏差的最小值在预定值以下时,从所述输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的三轴输出数据中除去所述偏差为最小值的坐标轴的输出数据,对于剩余的双轴输出数据,根据将各轴成分作为坐标值时的二维正交坐标平面上的分布,推测在所述二维正交坐标平面上确定的基准点的坐标值或者椭圆的各主轴的长度和中心坐标值,所述偏移校正单元,根据所述基准点的坐标值或者所述椭圆的各主轴的长度和中心坐标值,校正所述加速度传感器的双轴输出数据的偏移或灵敏度和偏移。
并且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元根据所述输出数据在将各轴成分作为坐标值时的二维或三维正交坐标空间中的位置和预测为所述加速度传感器在保持预定的一个姿势的状态下进行检测的重力加速度的各轴成分的值,推测在所述正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,所述输出数据是在所述加速度传感器保持所述预定的一个姿势的状态下由所述输出数据取得单元取得的。(与图17、第三实施方式对应)而且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述加速度计测装置具备温度检测单元,其检测所述加速度传感器的温度;以及按温度校正数据存储单元,其按照每个预定的温度类别存储所述基准点的坐标值,所述按温度校正数据存储单元根据所述温度检测单元所检测出的温度值按照所述预定的温度类别存储所述基准点的坐标值,所述偏移校正单元根据所述温度检测单元所检测出的温度值和所述按温度校正数据存储单元按照所述预定的温度类别存储的所述基准点的坐标值,校正所述加速度传感器的输出数据的偏移。
此外,本发明的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元计算该基准点推测单元刚刚推测出的预定数量的基准点的坐标值或者椭圆或椭圆面的中心坐标值的偏差,当所述偏差大于预定值时,废弃所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的中心坐标值。
并且,本发明的加速度计测装置,其特征在于,当从所述二维或三维正交坐标空间上推测的所述基准点到各个所述预定数量的输出数据的距离或者所推测的椭圆或椭圆面的各主轴的长度在预定范围外时,所述基准点推测单元废弃所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值。
根据本发明,在使用加速度计测装置时,通过将加速度计测装置的姿势朝向特定方向而无意识地反复取得双轴或三轴加速度传感器的输出数据,从而取得双轴或三轴加速度传感器的输出校正所需的偏移或灵敏度和偏移双方。
并且,在使用加速度计测装置时,在置于已知的一个姿势的状态例如设置在充电器的状态下取得双轴或三轴加速度传感器的输出数据,从而取得双轴或三轴加速度传感器的输出校正所需的偏移。
此外,在工厂出库时,无需在不同的多个温度环境中计测灵敏度/偏移并存储。在输出校正电路中无需运算灵敏度和偏移的温度特性。每次使用时,无需使加速度计测装置的姿势分别与多个特定的方向对齐。
另外,本发明可以通过与具有三轴地磁检测单元的方位角传感器组合而形成五轴或六轴传感器,该情况下,也能够得到同样的效果。


图1是用于说明本发明的加速度计测装置的第一实施方式的结构图。
图2是本发明的第一实施方式中的基准点的概念图。
图3是本发明的第一实施方式中的基准点推测的概念图。
图4是本发明的第一实施方式中的选择三轴输出数据的具体方法(之一)的概念图。
图5是示出本发明的第一实施方式中的选择三轴输出数据的具体方法(之一)的结构图。
图6是本发明的第一实施方式中的选择三轴输出数据的具体方法(之二)的概念图。
图7是本发明的第一实施方式中的数据变化判断部的具体结构图。
图8是示出用于说明本发明的第一实施方式中的取得基准点坐标数据的步骤的流程图(之一)。
图9是示出用于说明本发明的第一实施方式中的取得基准点坐标数据的步骤的流程图(之二)。
图10是示出用于说明本发明的第一实施方式中的取得基准点坐标数据的步骤的流程图(之三)。
图11是用于说明本发明的加速度计测装置的第二实施方式的结构图。
图12是本发明的第二实施方式中的椭圆面主轴长度/中心坐标的概念图。
图13是本发明的第二实施方式中的推测椭圆面主轴长度/中心坐标的概念图。
图14是示出用于说明本发明的第二实施方式中的取得椭圆面主轴长度/中心坐标数据的步骤的流程图(之一)。
图15是示出用于说明本发明的第二实施方式中的取得椭圆面主轴长度/中心坐标数据的步骤的流程图(之二)。
图16是示出用于说明本发明的第二实施方式中的取得椭圆面主轴长度/中心坐标数据的步骤的流程图(之三)。
图17是用于说明本发明的加速度计测装置的第三实施方式的结构图。
图18A是用于说明本发明的第三实施方式的概念图(之一)。
图18B是用于说明本发明的第三实施方式的概念图(之二)。
图19是本发明的第三实施方式中的推测基准点的概念图。
图20是用于说明本发明的加速度计测装置的第四实施方式的结构图。
图21是示出用于说明本发明的第四实施方式中的取得基准点坐标数据的步骤的流程图(之一)。
图22是示出用于说明本发明的第四实施方式中的取得基准点坐标数据的步骤的流程图(之二)。
图23是用于说明本发明的加速度计测装置的第五实施方式的结构图。
图24是示出用于说明本发明的第五实施方式中的取得基准点坐标数据的步骤的流程图(之一)。
图25是示出用于说明本发明的第五实施方式中的取得基准点坐标数据的步骤的流程图(之二)。
图26是用于说明有关对应温度特性的第一解决方式的结构图。
图27是用于说明有关对应温度特性的第二解决方式的结构图。
图28是用于说明有关对应温度特性的第三解决方式的结构图。
图29是本发明的第六实施方式中的三轴输出数据的概念图(之一)。
图30是示出用于说明本发明的第六实施方式中的选择数据的步骤的流程图。
图31是本发明的第六实施方式中的三轴输出数据的概念图(之二)。
图32是示出用于说明本发明的第六实施方式中的替换数据缓存内的测定数据的步骤的流程图。
图33是本发明的第七实施方式中的数据变化判断部的具体结构图。
图34是示出用于说明本发明的第七实施方式中的替换数据缓存内的测定数据的步骤的流程图。
图35是示出用于说明本发明的第八实施方式中的替换球体拟合和椭圆体拟合的具体方法的流程图。
图36是示出现有的压电电阻型三轴加速度传感器的概要结构的立体图。
图37A是示出现有的压电电阻型三轴加速度传感器中的压电电阻的连线结构的电路图(之一)。
图37B是示出现有的压电电阻型三轴加速度传感器中的压电电阻的连线结构的电路图(之二)。
图37C是示出现有的压电电阻型三轴加速度传感器中的压电电阻的连线结构的电路图(之三)。
图38A是用于说明在现有的加速度计测装置中取得用于进行输出校正的灵敏度/偏移数据的一个方法的图(之一)。
图38B是用于说明在现有的加速度计测装置中取得用于进行输出校正的灵敏度/偏移数据的一个方法的图(之二)。
图38C用于说明在现有的加速度计测装置中取得用于进行输出校正的灵敏度/偏移数据的一个方法的图(之三)。
图38D是用于说明在现有的加速度计测装置中取得用于进行输出校正的灵敏度/偏移数据的一个方法的图(之四)。
图38E是用于说明在现有的加速度计测装置中取得用于进行输出校正的灵敏度/偏移数据的一个方法的图(之五)。
图38F是用于说明在现有的加速度计测装置中取得用于进行输出校正的灵敏度/偏移数据的一个方法的图(之六)。
具体实施例方式
下面,参照附图,说明本发明的各实施方式。
另外,图1所示的第一实施方式示出了本发明的加速度计测装置的基本结构,从三轴加速度传感器所取得的数据中选择合适的数据,推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,从而校正偏移。
相对于此,图11所示的第二实施方式中,作为基准点的推测,在三维正交坐标空间上确定椭圆面,推测主轴的长度和中心坐标值,从而校正灵敏度和偏移。
并且,图17所示的第三实施方式中,根据预测为三轴加速度传感器正在检测的重力加速度的各轴成分的值,推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,从而推测基准点。
而且,图20所示的第四实施方式中,利用统计方法推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,使得从预定数量的三轴输出数据的各个数据到基准点的距离的偏差最小,从而推测基准点。
另外,图23所示的第五实施方式中,利用统计方法推测在三维正交坐标空间上确定的椭圆面的各主轴的长度和中心坐标轴,使得预定数量的三轴输出数据的各个数据最接近椭圆面,从而推测基准点。
此外,图29至图32所示的第六实施方式,在三轴加速度传感器中,加速度传感器仅接收到重力加速度时、即静止时的加速度传感器的输出数据(测定数据)的分布在三维正交坐标系上形成球面或椭圆面,因此,进行静止判断,求出该球面或椭圆面的中心值,由此推测偏移。
并且,图33和图34所示的第七实施方式中,规定加速度传感器的测定轴以及与测定轴具有线性关系的轴,优先在该轴上积蓄最大或最小的输出数据,从而得到在椭圆面拟合的计算中推测误差减小的数据组。
此外,图35所示的第八实施方式中,根据在输出数据积蓄单元中积蓄的输出数据的个数或在三维正交坐标空间中的分布,预先判断推测球面还是椭圆面,选择某一方,进行推测。
(第一实施方式)图1是用于说明本发明的加速度计测装置的第一实施方式的结构图,加速度计测装置从三轴加速度传感器所取得的数据中选择合适的数据,推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,从而校正偏移。
图中符号1表示三轴加速度传感器,2表示三轴加速度传感器的x轴方向成分检测电路,3表示三轴加速度传感器的y轴方向成分检测电路,4表示三轴加速度传感器的z轴方向成分检测电路,5A表示数据取得部(输出数据取得单元),5表示复用部(multiplexer),6表示加速度传感器驱动电源部,7表示放大部,8表示A/D转换部,9表示温度检测部,10表示灵敏度校正信息存储部,11表示灵敏度校正计算部,12表示数据存储部,13表示数据选择部(输出数据选择单元),14表示数据积蓄部(输出数据积蓄单元),15表示基准点推测部(基准点推测单元),16表示偏移信息存储部,17表示偏移校正计算部(偏移校正单元),18表示数据变化判断部(数据变化判断单元)。
本第一实施方式的加速度计测装置具有如下部件加速度传感器1,其检测三轴方向的加速度;数据取得部5A,其取得该加速度传感器1的三轴输出数据;数据选择部13,其判断该数据取得部5A反复取得的三轴输出数据是否合适进行选择;数据积蓄部14,其积蓄该数据选择部13所选择的三轴输出数据;基准点推测部15,其根据该数据积蓄部14所积蓄的预定数量的三轴输出数据在将各轴成分作为坐标值时的三维正交坐标空间中的分布,推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值;以及偏移校正计算部17,其根据该基准点推测部15所推测的基准点的坐标值,校正加速度传感器1的三轴输出数据的偏移。并且,数据取得部5A由复用部5、加速度传感器驱动电源部6、放大部7以及A/D转换部8构成。
三轴加速度传感器1具备x轴方向检测电路2、y轴方向检测电路3以及z轴方向检测电路4。x轴方向检测电路2、y轴方向检测电路3和z轴方向检测电路4分别检测加速度的x轴方向、y轴方向和z轴方向成分。复用部5将加速度传感器驱动电源部6和放大部7以时分方式连接在x轴方向检测电路2、y轴方向检测电路3和z轴方向检测电路4上。
加速度传感器驱动电源部6经由复用部5以时分方式对x轴方向检测电路2、y轴方向检测电路3和z轴方向检测电路4供电。放大部7经由复用部5以时分方式放大x轴方向检测电路2、y轴方向检测电路3和z轴方向检测电路4的输出电压。
A/D转换部8对放大部7所放大的x轴方向检测电路2、y轴方向检测电路3和z轴方向检测电路4的输出电压进行A/D转换,作为三轴输出数据输出。温度检测部9检测三轴加速度传感器1的温度。灵敏度校正信息存储部10存储预定的灵敏度校正信息。灵敏度校正计算部11根据温度检测部9所取得的温度数据和灵敏度校正信息存储部10中存储的灵敏度校正信息,对从A/D转换部8输出的三轴输出数据的灵敏度进行校正。
数据存储部12是保持预定数量的从灵敏度校正计算部11依次输出的三轴输出数据的FIFO型数据缓存。数据选择部13根据数据存储部12中保持的三轴输出数据,选择适合于在基准点推测部15中实施的基准点坐标推测的数据。
数据积蓄部14是积蓄预定数量的数据选择部13中选择的三轴输出数据的数据缓存。基准点推测部15根据数据积蓄部14中积蓄的预定数量的三轴输出数据,推测基准点的坐标,输出基准点坐标数据。
偏移信息存储部16存储从基准点推测部15输出的基准点坐标数据。偏移校正计算部17根据偏移信息存储部16中存储的基准点坐标数据,对从灵敏度校正计算部11输出的三轴输出数据的偏移进行校正。
接着,对基准点推测部15中的推测基准点的坐标的方法进行说明。
从灵敏度校正计算部11输出的、校正了灵敏度的三轴输出数据Sx,Sy,Sz如下述式所示。
Sx=aAx+Cx(10)Sy=aAy+Cy…(11)Sz=aAz+Cz(12)此处,a是所校正的灵敏度,Cx,Cy,Cz是存在于Sx,Sy,Sz中的偏移。加速度计测装置静止或进行匀速运动时,三轴加速度传感器1接收到的加速度仅为重力加速度g。因此,若将重力加速度g的x,y,z轴方向成分设为Gx,Gy,Gz,则如下所示。
Ax=Gx(13)Ay=Gy…(14)Az=Gz(15)Sx=aGx+Cx(16)Sy=aGy+Cy…(17)Sz=aGz+Cz(18)另一方面,Gx2+Gy2+Gz2=g2…(19)因此,(Sx-Cx)2+(Sy-Cy)2+(Sz-Cz)2=a2g2…(20)根据上述式(20),如图2所示,在三维正交坐标空间(x,y,z)中以三轴输出数据的各轴成分作为坐标值的点P(Sx,Sy,Sz),必定位于从以三轴输出数据的各轴成分的偏移值作为坐标值的基准点C1(Cx,Cy,Cz)相隔一定距离ag的位置上。
此次,在N个不同的三轴加速度传感器1的姿势中,分别取得从灵敏度校正计算部11输出的三轴输出数据,将各轴成分的数据分别表示为S1x,S2x,…,SNxS1y,S2y,…,SNyS1z,S2z,…,SNz接着,在三维正交坐标空间(x,y,z)中,将取得的三轴输出数据表示为如下的N个点,
P1(S1x,S1y,S1z),P2(S2x,S2y,S2z),...,PN(SNx,SNy,SNz)。
这样,如图3所示,只要能够推测出从P1,P2,…,PN的任何一个起的距离均为恒定的点C1’(Cx’,Cy’,Cz’),则能够期待点C1’相当于基准点C1,可以根据点C1’的坐标值Cx’,Cy’,Cz’,推测各轴成分的偏移值Cx,Cy,Cz。
<推测C1’(Cx’,Cy’,Cz’)的具体方法(之一)>
基准点推测部15利用统计方法推测基准点的坐标值,使得从预定数量的三轴输出数据的各个数据到基准点的距离的偏差最小。
根据P1,P2,…,PN推测C1’(Cx’,Cy’,Cz’)的方法有多种,可以以最小N=4进行推测。
但是,压电电阻型三轴加速度传感器的灵敏度只有几百μV/G/V左右,所以输出电压非常微弱,在所取得的三轴输出数据上重叠了相当大的噪声。
在三维正交坐标空间(x,y,z)之中,从第i个三轴输出数据当中的点Pi(Six,Siy,Siz)至C1’(Cx’,Cy’,Cz’)的距离di如下。
di=(Six-Cx′)2+(Siy-Cy′)2+(Siz-Cz′)2···(21)]]>比较上述式(21)和上述式(20),理想的应是对于P1,P2,…,PN的全部都为di=ag的常值。
但是,因为在所取得的三轴0输出数据上重叠有相当大的噪声,所以不能成为di=ag。
因此,增加N,使用统计方法推测C1’(Cx’,Cy’,Cz’),使得di的偏差最小,则即使重叠有相当大的噪声,也能够高精度地进行推测。
作为表示di的偏差的值,定义下述式所示的Z1。
Z1=Σ(di2-r2)2]]>=Σ{(Six-Cx′)2+(Siy-Cy′)2+(Siz-Cz′)2-r2}2]]>…(22)此处,r2是di2的平均值,由下述式表示。
r2=1NΣ{(Six-Cx′)2+(Siy-Cy′)2+(Siz-Cz′)2}···(23)]]>只要将Cx’,Cy’,Cz’确定为使得所述Z1最小即可。
还可以使用优化方法(例如,参照非专利文献1)直接对上述式(23)计算Cx’,Cy’,Cz’,但要反复进行计算,直到解收敛,所以从计算时间等方面考虑,使用下面的方法很有利。
利用Cx’,Cy’,Cz’对上述式(23)进行偏微分,当任何一个偏微分值都为0时,即,∂Z1∂Cx′=0···(24)]]>∂Z1∂Cy′=0···(25)]]>∂Z1∂Cz′=0···(26)]]>成立时,看作S最小。
展开上述式(204)~(26),关于Cx’,Cy’,Cz’导出如下所示的一次联立方程式。因此,可以使用Cholesky分解等众所周知的一次联立方程式的解法(例如,参照非专利文献2),计算Cx’,Cy’,Cz’。
ΣSix(Six-S-x)ΣSiy(Six-S-x)ΣSiz(Six-S-x)ΣSiy(Six-S-x)ΣSiy(Siy-S-y)ΣSiz(Siy-S-y)ΣSiz(Six-S-x)ΣSiz(Siy-S-y)ΣSiz(Siz-S-z)Cx′Cy′Cz′=12Σ(Six-S-x)(Six2+Siy2+Siz2)Σ(Siy-S-y)(Six2+Siy2+Siz2)Σ(Siz-S-z)(Six2+Siy2+Siz2)]]>其中,S-x=1NΣSix···(28)]]>S-y=1NΣSiy···(29)]]>S-z=1NΣSiz···(30)]]><推测C1’(Cx’,Cy’,Cz’)的具体方法(之二)>
基准点推测部15利用统计方法推测基准点的坐标值,使得从预定数量的三轴输出数据的各个数据到基准点的距离最接近预定的代表值。
如上所述那样,在三维正交坐标空间(x,y,z)中,从P1,P2,…,PN到C1’(Cx’,Cy’,Cz’)的距离理想为常值ag。
因此,在上述式(22)中,将r替换成预定的值ag,作为表示di相对于ag的偏差的值,利用下述式定义Z2,确定Cx’,Cy’,Cz’,使得Z2的值最小。
Z2=Σ(di2-a2g2)2]]>=Σ{(Six-Cx′)2+(Siy-Cy′)2+(Siz-Cz′)2-a2g2}2]]>…(31)或者,利用下述式定义Z3,确定Cx’,Cy’,Cz’,使得Z3的值最小。
Z3=Σ(di-ag)2]]>=Σ{(Six-Cx′)2+(Siy-Cy′)2+(Siz-Cz′)2-ag}2]]>…(32)对于上述式(31)和(32),可以使用优化方法(例如,参照非专利文献1),计算Cx’,Cy’,Cz’。
该方法具有如下优点,例如在明确地确定所校正的灵敏度a时,能够更加可靠地防止噪声引起推测错误的基准点坐标。
接着,对数据选择部13中的选择三轴输出数据的方法进行说明。
在取得三轴输出数据的过程中,加速度计测装置动作时,三轴加速度传感器1除了重力加速度g之外还接收到运动加速度。即,Ax=Gx+Kx(33)Ay=Gy+Ky…(34)Az=Gz+Kz(35)此处,Kx,Ky,Kz表示运动加速度的x,y,z轴方向成分。
该情况下,上述式(20)不成立。因此,不能进行基准点推测部15中的基准点坐标推测。
因此,当即使在加速度计测装置动作的状态下也有可能取得三轴输出数据时,需要从所取得的三轴输出数据中选择推测为加速度计测装置静止或处于匀速运动状态时取得的三维输出数据。
<具体方法(之一)>
数据选择部13在每次数据取得部5A取得三轴输出数据时计算与上一个取得的三轴输出数据的差值,当该差值连续预定次数以上在预定值以内时,将三轴输出数据判断为合适,进行选择。
在普通地携带加速度计测装置的情况、或者安装到这类设备的情况下,难以使加速度计测装置动作时的运动加速度恒定。
因此,若存在三轴加速度传感器1接收到的加速度为大致恒定的期间,则可以看作在此期间,加速度计测装置静止,三轴加速度传感器1仅接收到重力加速度。
图4是第一实施方式中的选择三轴输出数据的具体方法(之一)的概念图,此处为了便于说明,以一维表示。
曲线20表示三轴加速度传感器1接收到的加速度随时间的变化,黑点21表示取得三轴输出数据的定时。在区间22中,加速度大致恒定,所以可以看作加速度计测装置静止,因此,只要选择在此期间取得的输出数据即可。
图5是示出第一实施方式中的选择三轴输出数据的具体方法(之一)的框图,详细示出了数据存储部12和数据选择部13。图中符号23表示两级FIFO型数据缓存,24表示比较部,25表示计数器,26表示输出部。
两级FIFO型数据缓存23相当于数据存储部12,其存储从灵敏度校正计算部11依次输出的三轴输出数据。比较部24计算两级FIFO型数据缓存23的各级中存储的三轴输出数据彼此的差值,若差值为预定值以上,则将计数器25清零,若小于预定值,则将计数器25的值加1。
计数器25的值达到预定值例如为3以上时,输出部26起动,将两级FIFO型数据缓存23的初级中存储的三轴输出数据,作为所选择的三轴输出数据输出。
<具体方法(之二)>
数据选择部13根据数据取得部5A反复取得的预定数量的三轴输出数据在将各轴成分作为坐标值时的三维正交坐标空间中的分布,推测球面,将在从该球面起预定距离以内的三轴输出数据判断为合适,并选择。
如图2所示,在加速度计测装置接收到运动加速度的期间所取得的三轴输出数据表示为在三维正交坐标空间(x,y,z)中以三轴输出数据的各轴成分作为坐标值的点P(Sx,Sy,Sz)的情况下,运动加速度越大,则从基准点C1(Cx,Cy,Cz)起的距离从ag偏离的可能性越大。
基准点推测部15中的基准点坐标的推测中,若含有类似于从基准点C1(Cx,Cy,Cz)到点P(Sx,Sy,Sz)的距离从ag偏离较大的三轴输出数据,则推测误差增大。
图6是第一实施方式中的选择三轴输出数据的具体方法二的概念图,用于说明基于上述趋势的三轴输出数据的具体选择方法。此处,为了便于说明,以二维表示。
将数据存储部12中保持的最新的预定数量例如8个三轴输出数据表示为在三维正交坐标空间(x,y,z)中分别以三轴输出数据的各轴成分为坐标值的点P1(S1x,S1y,S1z),P2(S2x,S2y,S2z),…,P8(S8x,S8y,S8z)时,推测拟合于这些点的分布的球面Q1。
将与存在于从球面Q1起的预定距离Δr以内的P1,P2,P3,P5,P7,P8对应的三轴输出数据作为所选择的三轴输出数据输出。
对于推测球面Q1的具体方法,例如可以应用后述的方法。并且,例如,明确地确定了所校正的灵敏度a时,可以将球面Q1的半径r作为预定值,推测球面Q1。
接着,说明数据积蓄部14和数据变化判断部18。
加速度计测装置具有数据变化判断部18,所述数据变化判断部18判断数据选择部13所选择的三轴输出数据与已由数据积蓄部14积蓄的三轴输出数据相比是否产生了预定值以上的变化,数据积蓄部14根据数据变化判断部18的判断结果,不积蓄数据选择部13所选择的三轴输出数据,而将其废弃。
将在数据积蓄部14中所积蓄的三轴加速度数据表示为在三维正交坐标空间(x,y,z)中、分别以三轴输出数据的各轴成分作为坐标值的点P1(S1x,S1y,S1z),P2(S2x,S2y,S2z),…,PN(SNx,SNy,SNz)时,若各点集中在狭窄的区域,则产生在基准点推测部15中基准点坐标的推测误差非常大的问题。
这相当于在数据积蓄部14中仅积蓄有三轴加速度传感器1处于相同的姿势时所取得的三轴加速度数据的情况。
为了避免上述问题,在将数据选择部13所选择的三轴输出数据积蓄到数据积蓄部14之前,与已积蓄在数据积蓄部14中的三轴输出数据进行比较,若没有预定值以上的变化,则不积蓄某一方,而将其废弃即可。
这相当于如下情况取得数据选择部13所选择的三轴输出数据时的三轴加速度传感器1的姿势,与取得已积蓄在数据积蓄部14中的三轴输出数据时的三轴加速度传感器1的姿势相比,没有多大改变,不积蓄某一方的三轴输出数据,而将其废弃。
图7是第一实施方式中的数据变化判断部的具体结构图,示出了数据积蓄部14。图中符号27表示输入部,28表示比较部,29表示数据缓存,30表示输出部。
数据选择部13所选择的三轴输出数据首先临时存储到输入部27中。比较部28比较输入部27中临时存储的三轴输出数据和数据缓存29中积蓄的三轴输出数据,判断两者的差值是否在预定值以上。另外,根据情况,作为比较对象的数据缓存29中积蓄的三轴输出数据可以仅是最后积蓄的三轴输出数据,也可以分别与所有的三轴输出数据进行比较而得到。
比较部28中的三轴输出数据的比较结果,若其差值在预定值以上,则将输入部27中临时存储的三轴输出数据积蓄到数据缓存29中,若其差值小于预定值,则放弃输入部27中临时存储的三轴输出数据。或者,也可以删除作为比较对象的数据缓存29中积蓄的三轴输出数据,将输入部27中临时存储的三轴输出数据积蓄到数据缓存29中。输出部30将数据缓存29中积蓄的三轴输出数据输出到基准点推测部15。
图8至图10是示出用于说明本发明的第一实施方式中的取得基准点坐标数据的步骤的流程图。另外,此处,在数据变化判断部18中,比较数据选择部13中选择的三轴输出数据和数据积蓄部14中最后积蓄的三轴输出数据,若两者的差值小于预定值,则放弃前者。
首先,作为初始设定,进行下面的操作(S101)。将数据存储部12的计数器k1(相当于图5的计数器25)清零。接着,将数据积蓄部14中积蓄的三轴输出数据的数k2清零。然后,由灵敏度校正计算部17取得三轴输出数据Sx,Sy,Sz,存储到数据存储部12的第一级Sx1,Sy1,Sz1中。
接着,由灵敏度校正计算部17取得Sx,Sy,Sz(S102)。然后,将数据存储部12的Sx1,Sy1,Sz1中存储的三轴输出数据发送给数据存储部12的第二级Sx2,Sy2,Sz2,将Sx,Sy,Sz存储到Sx1,Sy1,Sz1中(S103)。
然后,当分别存储于数据存储部12内的第一级和第二级中的三轴输出数据的差值为预定值e1以上时,将k1清零,返回到步骤S102(S104,S105)。接着,将k1的值加1(S106),当k1的值小于预定值m1时,返回到步骤S102(S107)。
然后,将k1清零,将Sx1,Sy1,Sz1作为数据选择部13的输出Sxo,Syo,Szo(相当于发送至图5的输出部26)(S108)。接着,当Sxo,Syo,Szo与数据积蓄部14的第一级中存储的三轴输出数据S1x,S1y,S1z的差值小于预定值e2时,返回到步骤S102(S109)。k2的值为预定值N以上时,进入S113(S110)。将k2的值加1(S111),k2的值为1时,进入S117(S112)。
然后,将指标i设定为k2的值(S113)。将指标j设定为i-1,将数据积蓄部14的第j级Sjx,Sjy,Sjz中存储的三轴输出数据发送到第i级Six,Siy,Siz中(S114)。将i的值减1(S115),当i的值大于1时,返回到S114(S116)。
接着,将Sxo,Syo,Szo存储到S1x,S1y,S1z中(S117)。当k2的值小于N时,返回到S102(S118)。根据(S1x,S1y,S1z),…,(SNx,SNy,SNz)推测Cx’,Cy’,Cz’(S119)。重复Cx’,Cy’,Cz’的推测时,返回到S102(S120)。
(第二实施方式)图11是用于说明本发明的加速度计测装置的第二实施方式的结构图,作为基准点的推测,在三维正交坐标空间上确定椭圆面,推测主轴的长度和中心坐标值,从而校正灵敏度和偏移。
图中符号31表示三轴加速度传感器,32表示三轴加速度传感器的x轴方向成分检测电路,33表示三轴加速度传感器的y轴方向成分检测电路,34表示三轴加速度传感器的z轴方向成分检测电路,35A表示数据取得部,35表示复用部,36表示加速度传感器驱动电源部,37表示放大部,38表示A/D转换部,39表示数据存储部,40表示数据选择部,41表示数据积蓄部,41a表示数据变化判断部,41b表示温度检测部,42表示基准点推测部,43表示灵敏度/偏移信息存储部,44表示灵敏度/偏移校正计算部。
本第二实施方式的加速度计测装置具有如下部件加速度传感器31,其检测三轴方向的加速度;数据取得部35A,其取得该加速度传感器31的三轴输出数据;数据选择部40,其判断该数据取得部35A反复取得的三轴输出数据是否合适而进行选择;数据积蓄部41,其积蓄该数据选择部40所选择的三轴输出数据;基准点推测部42,其根据该数据积蓄部41所积蓄的预定数量的三轴输出数据在将各轴成分作为坐标值时的三维正交坐标空间中的分布,在该三维正交坐标空间上确定椭圆面,推测椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值;以及灵敏度/偏移校正计算部44,其根据该基准点推测部42所推测的椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,校正加速度传感器31的三轴输出数据的灵敏度和偏移。并且,数据取得部35A由复用部35、加速度传感器驱动电源部36、放大部37以及A/D转换部38构成。
三轴加速度传感器31、x轴方向检测电路32、y轴方向检测电路33以及z轴方向检测电路34、复用部35、加速度传感器驱动电源部36、放大部37以及A/D转换部38与上述的第一实施方式相同。
数据存储部39是保持预定数量的从A/D转换部38依次输出的三轴输出数据的FIFO型数据缓存。数据选择部40和数据积蓄部41与上述的第一实施方式相同。
基准点推测部42根据数据积蓄部41中积蓄的预定数量的三轴输出数据,推测椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,输出椭圆面主轴长度/中心坐标数据。灵敏度/偏移信息存储部43存储从基准点推测部42输出的椭圆面主轴长度/中心坐标数据。
灵敏度/偏移校正计算部44根据灵敏度/偏移信息存储部43中存储的椭圆面主轴长度/中心坐标数据,对从A/D转换部38输出的三轴输出数据的灵敏度和偏移进行校正。
接着,对基准点推测部42中的推测椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值的方法进行说明。
从A/D转换部38输出的三轴输出数据Srx,Sry,Srz如下述式所示。
Srx=axAx+Crx(36)Sry=ayAy+Cry…(37)Srz=azAz+Crz(38)此处,ax,ay,az表示各轴方向的灵敏度,Crx,Cry,Crz表示存在于Srx,Sry,Srz中的偏移。
当加速度计测装置静止或进行匀速运动时,三轴加速度传感器31接收到的加速度仅为重力加速度g。因此,Srx=axGx+Crx(39)Sry=ayGy+Cry…(40)Srz=azGz+Crz(41)所以,由上述式(19)得出(Srx-Crxax)2+(Sry-Cryay)2+(Srz-Crzaz)2=g2···(42).]]>根据上述式(42),如图12所示,在三维正交坐标空间(x,y,z)中以三轴输出数据的各轴成分作为坐标值的点Q(Srx,Sry,Srz)位于椭圆面E1上,所述椭圆面E1是以ax,ay,az作为各主轴的长度、以Crx,Cry,Crz作为中心C2的坐标值、且使各主轴的方向与三维正交坐标空间(x,y,z)的各轴平行而得到的。
此次,在N个不同的三轴加速度传感器31的姿势中,分别取得从A/D转换部38输出的三轴输出数据,将各轴成分的数据分别表示为S1rx,S2rx,…,SNrxS1ry,S2ry,…,SNryS1rz,S2rz,…,SNrz。
接着,在三维正交坐标空间(x,y,z)中,将所取得的三轴输出数据表示为如下的N个点,Q1(S1rx,S1ry,S1rz),Q2(S2rx,S2ry,S2rz),…,QN(SNrx,SNry,SNrz)。
这样,如图13所示,只要推测类似于各主轴的方向与三维正交坐标空间(x,y,z)的各轴平行、Q1,Q2,…,QN均位于面上的椭圆面E1’,就可以期待E1’相当于E1,能够根据E1’的各主轴的长度ax’,ay’,az’推测ax,ay,az,根据中心C2’的坐标值Crx’,Cry’,Crz’推测Crx,Cry,Crz。
<推测ax’,ay’,az’和Crx’,Cry’,Crz’的具体方法>
基准点推测部42利用统计方法推测椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,使得预定数量的三轴输出数据的各个数据最接近椭圆面。
根据Q1,Q2,…,QN推测椭圆或椭圆面E1’的方法有很多种,可以利用最小N=6进行推测。但是,压电电阻型三轴加速度传感器的灵敏度只有几百μV/G/V左右,所以输出电压非常微弱,在所取得的三轴输出数据上重叠了相当大的噪声。
在三维正交坐标空间(x,y,z)中,第i个三轴输出数据的点Qi(Sirx,Siry,Sirz)到E1’的距离εi如下。
ϵi=(Sirx-Crx′)2+(Siry-Cry′)2+(Sirz-Crz′)2-ax′(Sirx-Crx′)2+ay′(Siry-Cry′)2+az′(Sirz-Crz′)2(Sirx-Crx′)2+(Siry-Cry′)2+(Sirz-Crz′)2···(43)]]>理想地说,对于所有的Q1,Q2,…,QN都应该为εi=0。但是,由于在所取得的三轴输出数据上重叠了相当大的噪声,所以不能成为εi=0。
因此,若增加N,使用统计方法推测ax’,ay’,az’和Crx’,Cry’,Crz’,使得εi的平方总和值最小,则即使重叠有相当大的噪声,也能够高精度地进行推测。εi的平方总和值Z4如下述式所示。
Z4=Σϵi2]]>=Σ{(Sirx-Crx′)2+(Siry-Cry′)2+(Sirz-Crz′)2-ax′2(Sirx-Crx′)2+ay′2(Siry-Cry′)2+az′2(Sirz-Crz′)2(Sirx-Crx′)2+(Siry-Cry′)2+(Sirz-Crz′)2}2]]>…(44)或者,作为近似于εi的平方总和值的值,利用下述式定义Z5。
Z5=Σ[{(Sirx-Crx′)2+(Siry-Cry′)2+(Sirz-Crz′)2}-ax′2(Sirx-Crx′)2+ay′2(Siry-Cry′)2+az′2(Sirz-Crz′)2(Sirx-Crx′)2+(Siry-Cry′)2+(Sirz-Crz′)2]2···(45)]]>对于上述式(44)和(45),可以使用优化方法(例如,参照专利文献1),计算ax’,ay’,az’和Crx’,Cry’,Crz’。另外,上述的第一实施方式的说明中的下述部分,在第二实施方式中也全部能够同样地应用。
下面,说明数据选择部40中的选择三轴输出数据的方法。
<具体方法(之一)>
数据选择部40在每次数据取得部35A取得三轴输出数据时计算与上一个取得的三轴输出数据的差值,当该差值连续预定次数以上在预定值以内时,将三轴输出数据判断为合适,进行选择。
<具体方法(之二)>
数据选择部40根据数据取得部35A所反复取得的预定数量的三轴输出数据在将各轴成分作为坐标轴时的三维正交坐标空间中的分布,推测球面,将从该球面起预定距离以内的三轴输出数据判断为合适,并选择。此外,数据选择部40将球面的半径作为预定值,推测球面。
接着,说明数据积蓄部41和数据变化判断部41a。
加速度计测装置具有数据变化判断部41a,所述数据变化判断部41a判断数据选择部40所选择的三轴输出数据与已由数据积蓄部41积蓄的三轴输出数据相比是否产生了预定值以上的变化,数据积蓄部41根据数据变化判断部41a的判断结果,不积蓄数据选择部40所选择的三轴输出数据,而将其废弃。
图14至图16是示出用于说明本发明的第二实施方式中的取得椭圆面主轴长度/中心坐标数据的步骤的流程图。另外,此处,在数据变化判断部41a中,比较数据选择部40中选择的三轴输出数据和数据积蓄部41中最后积蓄的三轴输出数据,若两者的差值小于预定值,则放弃前者。
首先,作为初始设定,进行下面的操作(S201)。将数据存储部39的计数器k3(相当于图5的计数器25)清零。接着,将数据积蓄部41中积蓄的三轴输出数据的数k4清零。然后,由A/D转换部38取得三轴输出数据Srx,Sry,Srz,存储到数据存储部39的第一级Srx1,Sry1,Srz1中。
接着,由A/D转换部38取得Srx,Sry,Srz(S202)。然后,将数据存储部39的Srx1,Sry1,Srz1中存储的三轴输出数据发送给数据存储部39的第二级Srx2,Sry2,Srz2,将Srx,Sry,Srz存储到Srx1,Sry1,Srz1中(S203)。
然后,当分别存储于数据存储部39内的第一级和第二级中的三轴输出数据的差值为预定值e3以上时,将k3清零,返回到步骤S202(S204,S205)。接着,将k3的值加1(S206),当k3的值小于预定值m2时,返回到步骤S202(S207)。然后,将k3清零,将Srx1,Sry1,Srz1作为数据选择部40的输出Srxo,Sryo,Srzo(相当于发送至图5的输出部26)(S208)。
接着,当Srxo,Sryo,Srzo与数据积蓄部41的第一级中存储的三轴输出数据S1rx,S1ry,S1rz的差值小于预定值e4时,返回到步骤S202(S209)。k4的值为预定值N以上时,进入S213(S210)。将k4的值加1(S211),k4的值为1时,进入S217(S212)。
然后,将指标i设定为k4的值(S213)。将指标j设定为i-1,将数据积蓄部41的第j级Sjrx,Sjry,Sjrz中存储的三轴输出数据发送到第i级Sirx,Siry,Sirz中(S214)。将i的值减1(S215),当i的值大于1时,返回到S214(S216)。
接着,将Srxo,Sryo,Srzo存储到S1rx,S1ry,S1rz中(S217)。k4的值小于N时,返回到S202(S218)。根据(S1rx,S1ry,S1rz),…,(SNrx,SNry,SNrz)推测ax’,ay’,az’和Crx’,Cry’,Crz’(S219)。重复ax’,ay’,az’和Crx’,Cry’,Crz’的推测时,返回到S202(S220)。
(第三实施方式)图17是用于说明本发明的加速度计测装置的第三实施方式的结构图,作为基准点的推测,根据预测为三轴加速度传感器正在检测的重力加速度的各轴成分的值,推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值。
图中符号45表示三轴加速度传感器,46表示三轴加速度传感器的x轴方向成分检测电路,47表示三轴加速度传感器的y轴方向成分检测电路,48表示三轴加速度传感器的z轴方向成分检测电路,49A表示数据取得部,49表示复用部,50表示加速度传感器驱动电源部,51表示放大部,52表示A/D转换部,53表示温度检测部,54表示灵敏度校正信息存储部,55表示灵敏度校正计算部,56表示基准点推测部,57表示偏移信息存储部,58表示偏移校正计算部。此外,省略与上述的第一实施方式重复的部分的说明。
本第三实施方式的加速度计测装置具有如下部件加速度传感器45,其检测三轴方向的加速度;数据取得部49A,其取得该加速度传感器45的三轴输出数据;基准点推测部56,其根据将三轴输出数据的各轴成分作为坐标值时的三维正交坐标空间中的位置和预测为在预定的一个姿势的状态下加速度传感器45正在检测的重力加速度的各轴成分的值,推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,所述三轴输出数据是在加速度传感器45保持预定的一个姿势的状态下由数据取得部49A取得的;偏移校正计算部58,其根据该基准点推测部56所推测的基准点的坐标值,校正加速度传感器45的三轴输出数据的偏移。并且,数据取得部49A由复用部49、加速度传感器驱动电源部50、放大部51以及A/D转换部52构成。
三轴加速度传感器45、x轴方向检测电路46、y轴方向检测电路47、z轴方向检测电路48、复用部49、加速度传感器驱动电源部50、放大部51、A/D转换部52、温度检测部53、灵敏度校正信息存储部54、灵敏度校正计算部55、偏移信息存储部57以及偏移校正计算部58与上述的第一实施方式相同。
基准点推测部56根据从灵敏度校正信息存储部55输出的三轴输出数据推测基准点的坐标,输出基准点坐标数据。
接着,说明在基准点推测部56中的推测基准点的坐标的方法。
三轴加速度传感器45以已知的姿势处于静止时,三轴加速度传感器45接收到的加速度的各方向成分唯一决定。例如,如图18A和图18B所示,水平放置充电器60,加速度计测装置59以预定的姿势设置在充电器60上的状态下,若三轴加速度传感器45的x轴检测方向与重力加速度g的方向垂直,y轴检测方向相对于重力加速度g的反方向倾斜角度φ,则重力加速度g的x,y,z轴方向成分Gx,Gy,Gz如下。
Gx=0 (46)Gy=-gcosφ …(47)Gz=-gsinφ (48)并且,如图19所示,考虑在三维正交坐标空间(x,y,z)中以三轴输出数据的各轴成分的偏移值作为坐标值的基准点C1(Cx,Cy,Cz)到以三轴输出数据的各轴成分作为坐标值的点P(Sx,Sy,Sz)的矢量 由此,根据上述式(16)、(17)、(18), 如下所示。
u→=(ux,uy,uz)]]>=(aGx,aGy,aGz)]]>…(49)根据上述式(46)、(47)、(48),Gx,Gy,Gz为已知,若能够计算出灵敏度校正计算部55所校正的灵敏度a,则也能够决定 因此,可以如下计算基准点C1的坐标值Cx,Cy,Cz。
Cx=Sx-ux…(50)=Sx-aGxCy=Sy-uy…(51)=Sy-aGyCz=Sz-uz…(52)=Sz-aGz即,若加速度计测装置以已知的姿势处于静止的状态,则只要能够在该状态下取得三轴输出数据,就能够简单地得到三轴加速度传感器的偏移数据。
(第四实施方式)本第四实施方式中,从上述的第一实施方式中省略了如下的手段。即,省略了数据选择部13中的三轴输出数据的选择和数据积蓄部14中的数据变化判断部18。在加速度计测装置的利用领域中,例如还考虑到下面的情况,可以省略上述的手段,从而设置了第四实施方式。
像倾斜传感器那样,重力加速度的检测为主体,且在计测中加速度计测装置不怎么移动,三轴加速度传感器接收到的运动加速度与重力加速度相比非常小。或者,另外设置检测运动加速度的单元,检测到运动加速度时,不取得三轴加速度数据。取得用于得到基准点坐标数据的三轴加速度数据时,在每次取得各个三轴加速度数据时,使用者在使加速度计测装置处于静止的状态下,进行发出取得三轴加速度数据的指示的操作。
图20是用于说明本发明的加速度计测装置的第四实施方式的结构图,第四实施方式中利用统计方法推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,使得从预定数量的三轴输出数据的各个数据到基准点的距离的偏差最小,从而进行基准点推测,并且,利用统计方法推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,使得从预定数量的三轴输出数据的各个数据到基准点的距离最接近预定的代表值,从而进行基准点的推测。
图中符号61表示三轴加速度传感器,62表示三轴加速度传感器的x轴方向成分检测电路,63表示三轴加速度传感器的y轴方向成分检测电路,64表示三轴加速度传感器的z轴方向成分检测电路,65A表示数据取得部,65表示复用部,66表示加速度传感器驱动电源部,67表示放大部,68表示A/D转换部,69表示温度检测部,70表示灵敏度校正信息存储部,71表示灵敏度校正计算部,72表示数据积蓄部,73表示基准点推测部,74表示偏移信息存储部,75表示偏移校正计算部。
本第四实施方式的加速度计测装置具有如下部件加速度传感器61,其检测三轴方向的加速度;数据取得部65A,其取得该加速度传感器61的三轴输出数据;基准点推测部73,其根据该数据取得部65A反复取得的预定数量的三轴输出数据在将各轴成分作为坐标值时的三维正交坐标空间中的分布,利用统计方法推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,使得从预定数量的三轴输出数据的各个数据到基准点的距离的偏差最小;以及偏移校正计算部75,其根据该基准点推测部73推测的基准点的坐标值,校正加速度传感器的三轴输出数据的偏移。并且,数据取得部65A由复用部65、加速度传感器驱动电源部66、放大部67以及A/D转换部68构成。
三轴加速度传感器61、x轴方向检测电路62、y轴方向检测电路63、z轴方向检测电路64、复用部65、加速度传感器驱动电源部66、放大部67、A/D转换部68、温度检测部69、灵敏度校正信息存储部70、灵敏度校正计算部71、偏移信息存储部74以及偏移校正计算部75与上述的第一实施方式相同。
数据积蓄部72是积蓄预定数量的从灵敏度校正信息存储部71依次输出的三轴输出数据的数据缓存。基准点推测部73根据数据积蓄部72中积蓄的预定数量的三轴输出数据,推测基准点的坐标,输出基准点坐标数据。
基准点推测部73中的推测基准点的坐标的方法与上述的第一实施方式的情况相同。
并且,对于<推测C1’(Cx’,Cy’,Cz’)的具体方法(之一)>,也与上述第一实施方式的情况相同。即,基准点推测部73利用统计方法推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,使得从预定数量的三轴输出数据的各个数据到基准点的距离的偏差最小。
此外,对于<推测C1’(Cx’,Cy’,Cz’)的具体方法(之二)>,也与上述第一实施方式的情况相同。即,基准点推测部73利用统计方法推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,使得从预定数量的三轴输出数据的各个数据到基准点的距离相对于预定的代表值的偏差最小。
图21和图22是示出用于说明本发明的第四实施方式中的取得基准点坐标数据的步骤的流程图。
首先,作为初始设定,进行下面的操作(S301)。从灵敏度校正计算部71取得三轴输出数据Sx,Sy,Sz,存储到数据积蓄部72的第一级S1x,S1y,S1z中。接着,将数据积蓄部72中积蓄的三轴输出数据的数k5设定为1。
然后,由灵敏度校正计算部71取得Sx,Sy,Sz(S302)。当k5的值小于预定值N时,将k5的值加1(S303,S304)。将指标i设定为k5的值(S305)。将指标j设定为i-1,将数据积蓄部72的第j级Sjx,Sjy,Sjz中存储的三轴输出数据发送到第i级Six,Siy,Siz(S306)。将i的值减1(S307),当i的值超过1时,返回到S306(S308)。
然后,将Sx,Sy,Sz存储到S1x,S1y,S1z中(S309)。当k5的值小于N时,返回到S302(S310)。由(S1x,S1y,S1z),…,(SNx,SNy,SNz)推测Cx’,Cy’,Cz’(S311)。重复Cx’,Cy’,Cz’的推测时,返回到S302(S312)。
(第五实施方式)本第五实施方式中,从上述的第二实施方式中省略了如下的手段。即,省略了数据选择部40中的三轴输出数据的选择和数据积蓄部41中的数据变化判断部41a。
如第四实施方式的说明中所述,在加速度计测装置的利用领域中,也能够想到可以省略上述的手段,从而设置了第五实施方式。
图23是用于说明本发明的加速度计测装置的第五实施方式的结构图,第五实施方式中利用统计方法推测在三维正交坐标空间上确定的椭圆面的各主轴的长度和中心坐标轴,使得预定数量的三轴输出数据的各个数据最接近椭圆面,从而推测基准点。
图中符号76表示三轴加速度传感器,77表示三轴加速度传感器的x轴方向成分检测电路,78表示三轴加速度传感器的y轴方向成分检测电路,79表示三轴加速度传感器的z轴方向成分检测电路,80A表示数据取得部,80表示复用部,81表示加速度传感器驱动电源部,82表示放大部,83表示A/D转换部,84表示数据积蓄部,85表示基准点推测部,86表示灵敏度/偏移信息存储部,87表示灵敏度/偏移校正计算部。
本第五实施方式的加速度计测装置具有如下部件加速度传感器76,其检测三轴方向的加速度;数据取得部80A,其取得该加速度传感器76的三轴输出数据;基准点推测部85,其根据该数据取得部80A反复取得的预定数量的三轴输出数据在将各轴成分作为坐标值时的三维正交坐标空间中的分布,利用统计方法推测在三维正交坐标空间上确定的椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,使得预定数量的三轴输出数据的各个数据最接近椭圆面;以及灵敏度/偏移校正计算部87,其根据该基准点推测部85所推测的椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,校正加速度传感器的三轴输出数据的灵敏度和偏移。并且,数据取得部80A由复用部80、加速度传感器驱动电源部81、放大部82以及A/D转换部83构成。
三轴加速度传感器76、x轴方向检测电路77、y轴方向检测电路78以及z轴方向检测电路79、复用部80、加速度传感器驱动电源部81、放大部82以及A/D转换部83与上述的第一实施方式的情况相同。
数据积蓄部84是积蓄预定数量的从A/D转换部83依次输出的三轴输出数据的数据缓存。基准点推测部85根据数据积蓄部84中积蓄的预定数量的三轴输出数据,推测椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,输出椭圆面主轴长度/中心坐标数据。对于灵敏度/偏移信息存储部86和灵敏度/偏移校正计算部87与上述的第二实施方式的情况相同。
并且,对于基准点推测部85中的推测椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值的方法,也与上述的第二实施方式的情况相同。
另外,对于<推测ax’,ay’,az’和Crx’,Cry’,Crz’的具体方法>,也与上述第二实施方式的情况相同。
图24和图25是示出用于说明本发明的第五实施方式中的取得基准点坐标数据的步骤的流程图。
首先,作为初始设定,进行下面的操作(S401)。从A/D转换部83取得三轴输出数据Srx,Sry,Srz,存储到数据积蓄部84的第一级S1rx,S1ry,S1rz中。接着,将数据积蓄部84中积蓄的三轴输出数据的数k6设定为1。
然后,由A/D转换部83取得Srx,Sry,Srz(S402)。k6的值小于预定值N时,将k6的值加1(S403,S404)。将指标i设定为k6的值(S405)。将指标j设定为i-1,将数据积蓄部84的第j级Sjrx,Sjry,Sjrz中存储的三轴输出数据发送到第i级Sirx,Siry,Sirz(S406)。将i的值减1(S407),当i的值超过1时,返回到S406(S408)。
然后,将Srx,Sry,Srz存储到S1rx,S1ry,S1rz中(S409)。k6的值小于N时,返回到S402(S410)。根据(S1rx,S1ry,S1rz),…,(SNrx,SNry,SNrz)推测ax’,ay’,az’和Crx’,Cry’,Crz’(S411)。重复ax’,ay’,az’和Crx’,Cry’,Crz’的推测时,返回到S402(S412)。
接着,说明对温度特性的对应。
如上所述,在压电电阻型的加速度传感器中,灵敏度和偏移具有显著的温度特性。因此,放置加速度计测装置的环境的温度变化大时,如下情况时的温度大不相同,偏移校正或灵敏度/偏移校正的误差有可能增大,所述情况分别为取得用于推测偏移信息存储部中存储的基准点坐标数据的三轴加速度数据时的温度;或者,取得用于推测灵敏度/偏移信息存储部中存储的椭圆面主轴长度/中心坐标数据的三轴加速度数据时的温度;取得在灵敏度校正计算部或灵敏度/偏移校正计算部中作为校正对象的三轴加速度数据时的温度。
并且,也存在如下的可能性分别取得预定数量的用于推测基准点坐标数据的三轴加速度数据时的温度的偏差增大,或者分别取得预定数量的用于推测椭圆面主轴长度/中心坐标数据的三轴加速度数据时的温度的偏差增大,基准点坐标数据或椭圆面主轴长度/中心坐标数据的误差增大。
下面,说明可以在上述的第一实施方式至第五实施方式中应用的、针对上述的对应温度特性的各解决方式。
<第一解决方式>
本第一解决方式可以应用到上述第一、二、四和五实施方式中。
下面,说明应用到第一实施方式的情况。
图26是示出有关对应温度特性的第一解决方式的框图,图中符号88表示输入部,89表示比较部,90表示第一数据缓存,91表示第二数据缓存,92表示数据缓存L,93表示选择部,94表示基准点推测部,95表示分配部,96表示第一基准点坐标存储,97表示第二基准点坐标存储,98表示基准点坐标存储L。即,图26示出应用了本解决方式时的、相当于数据积蓄部14、基准点推测部15以及偏移信息存储部16的详细结构的一例。
加速度计测装置的使用温度范围预先被分割为L个,分别称为温度区分1、温度区分2、…、温度区分L。在数据选择部13中选择的三轴输出数据首先临时存储到输入部88中。输入部88根据温度检测部9取得的温度数据,确定临时存储的三轴输出数据属于哪个温度区分。
第一数据缓存90和第二数据缓存91、…、数据缓存L92分别积蓄属于温度区分1、温度区分2、…、温度区分L的三轴输出数据。
比较部89从第一数据缓存90和第二数据缓存1、…、数据缓存L92中选择与输入部88中临时存储的三轴输出数据所属的温度区分相同的数据。之后,与上述的第一实施方式的说明同样地将输入部88中临时存储的三轴输出数据积蓄到所选择的数据缓存中或废弃。
当输入部88中临时存储的三轴输出数据被积蓄到比较部89所选择的数据缓存中时,若所选择的数据缓存中积蓄的数据数量达到预定数量,则选择部93将所选择的数据缓存中积蓄的三轴输出数据和温度区分信息输出到基准点推测部94。
基准点推测部94根据从选择部93输出的三轴输出数据,推测基准点的坐标值。分配部95根据从选择部93输出的温度区分信息,将从基准点推测部94输出的基准点坐标数据存储到对应的第一基准点坐标存储96、第二基准点坐标存储97、…、基准点坐标存储L98的任意一个中。
另外,将输入部88中临时存储的三轴输出数据积蓄到比较部89所选择的数据缓存时,可以根据从温度检测部9取得的温度数据位于所确定的温度区分的哪一个,校正三轴输出数据。这样能够大概把握灵敏度和偏移的温度依赖性,而且,在温度区分内的灵敏度和偏移的温度变化较大时很有效。
然后,偏移校正计算部17使用基准点坐标数据对从灵敏度校正计算部11输出的三轴输出数据进行偏移校正,所述基准点坐标数据根据温度检测部9所取得的温度数据确定属于哪个温度区分,存储到对应的第一基准点坐标存储96、第二基准点坐标存储97、…、基准点坐标存储L98的任意一个中。
<第二解决方式>
本第二解决方式可以应用到上述第一、二、四和五实施方式中。
下面,说明应用到第一实施方式的情况。
图27是示出有关对应温度特性的第二解决方式的方框图,示出了应用了本解决方式时的、相当于数据积蓄部14,40、基准点推测部15,42以及偏移信息存储部16、灵敏度/偏移信息存储部43的详细结构的一例。图中符号99表示输入部,100表示比较部,101表示数据缓存A,102表示数据缓存B,103表示选择部,104表示基准点推测部,105表示分配部,106表示第一基准点坐标存储,107表示第二基准点坐标存储,108表示基准点坐标存储L。
加速度计测装置的使用温度范围预先被分割为L个,分别称为温度区分1、温度区分2、…、温度区分L。
在数据选择部13中选择的三轴输出数据首先临时存储到输入部99中。输入部99根据温度检测部9所取得的温度数据,确定临时存储的三轴输出数据属于哪个温度区分。
数据缓存A 101积蓄三轴输出数据,数据缓存B 102以相同的顺序积蓄数据缓存A 101中积蓄的三轴输出数据临时存储到输入部99中时温度检测部9所取得的温度数据。其结果,参照数据缓存B 102中积蓄的温度数据,判断数据缓存A 101中积蓄的各个三轴输出数据属于哪个温度区分。
比较部100对输入部99中临时存储的三轴输出数据和从数据缓存A101中积蓄的三轴输出数据之中温度区分相同的数据进行比较,从而与上述的第一实施方式的说明同样地积蓄到数据缓存A 101中或废弃。
当输入部99中临时存储的三轴输出数据被积蓄到数据缓存A 101中时,若已积蓄在数据缓存A 101中的三轴输出数据之中,温度区分与此次将要积蓄的三轴输出数据相同的数据达到预定数量的情况下,放弃相应的三轴输出数据之中最旧的数据和数据缓存B 102中对应的温度数据。
当输入部99中临时存储的三轴输出数据被积蓄到数据缓存A 101中时,同时将先前取得的温度数据积蓄到数据缓存B 102中。
当输入部99中临时存储的三轴输出数据被积蓄到数据缓存A 101中时,在数据缓存A 101中积蓄的三轴输出数据之中温度区分与此次积蓄的三轴输出数据相同的数据达到预定数量的情况下,选择部103将相应的三轴输出数据和温度区分信息输出到基准点推测部104。
基准点推测部104根据从选择部103输出的三轴输出数据,推测基准点的坐标值。分配部105根据从选择部103输出的温度区分信息,将从基准点推测部104输出的基准点坐标数据存储到对应的第一基准点坐标存储106、第二基准点坐标存储107、…、基准点坐标存储L108的任意一个中。
然后,偏移校正计算部17使用基准点坐标数据对从灵敏度校正计算部11输出的三轴输出数据进行偏移校正,所述基准点坐标数据根据温度检测部9所取得的温度数据确定属于哪个温度区分,存储到对应的第一基准点坐标存储106、第二基准点坐标存储107、…、基准点坐标存储L108的任意一个中。
<第三解决方式>
本第三解决方式可以应用到上述的第三实施方式中。
图28是示出有关对应温度特性的第三解决方式的方框图,示出了应用了本解决方式时的、相当于偏移信息存储部57的详细结构的一例。图中符号109表示分配部,110表示第一基准点坐标存储,111表示第二基准点坐标存储,112表示基准点坐标存储L。
加速度计测装置的使用温度范围预先被分割为L个,分别称为温度区分1、温度区分2、…、温度区分L。分配部109根据温度检测部53所取得的温度数据,将从基准点推测部56输出的基准点坐标数据存储到对应的第一基准点坐标存储110、第二基准点坐标存储111、…、基准点坐标存储L112的任意一个中。
然后,偏移校正计算部58使用基准点坐标数据对从灵敏度校正计算部55输出的三轴输出数据进行偏移校正,所述基准点坐标数据根据温度检测部53所取得的温度数据确定属于哪个温度区分,存储到对应的第一基准点坐标存储110、第二基准点坐标存储111、…、基准点坐标存储L112的任意一个中。
接着,说明有关对应不良数据的各解决方式。
<第一解决方式>
本第一解决方式可以在上述的第一实施方式、第二实施方式、第四实施方式、第五实施方式中应用。
下面,说明应用到上述的第一实施方式的情况。
为了得到良好的基准点推测结果,优选所取得的N个三轴输出数据在三维正交坐标空间(x,y,z)中的点P1(S1x,S1y,S1z),P2(S2x,S2y,S2z),…,PN(SNx,SNy,SNz)尽可能均匀遍布在各个位置。另一方面,各点的位置由三轴加速度传感器1的姿势决定,所以优选在取得N个三轴输出数据时,使加速度计测装置的方向尽可能均匀地朝向各个方向。
但是,因使用者的不同,具有加速度计测装置的方向变化受限的趋势,该情况下,点P1(S1x,S1y,S1z),P2(S2x,S2y,S2z),…,PN(SNx,SNy,SNz)的分布不均匀,不能够得到良好的基准点推测结果。
该情况下,除去三轴输出数据的各轴成分之中值的变化最少的轴成分,对由剩余的双轴成分构成的双轴输出数据推测基准点坐标,对该双轴进行偏移校正。
具体地说,以如下的步骤进行。
首先,对所取得的N个三轴输出数据,分别计算各轴成分的偏差。
在此处,假设计算的结果,z轴成分的偏差v(z)比x轴成分的偏差v(x)、y轴成分的偏差v(y)的任何一个都要小。
接着,若v(z)大于预定值,则按照通常的方式推测基准点坐标。然后,v(z)为预定值以下时,从N个三轴输出数据中除去z轴成分的数据S1z,S2z,…,SNz,由剩余的x轴成分数据S1x,S2x,…,SNx和y轴成分的数据S1y,S2y,…,SNy构成双轴输出数据。
接着,在二维正交坐标空间(x,y)中,将上述的双轴输出数据表示为P1’(S1x,S1y),P2’(S2x,S2y),…,PN’(SNx,SNy)的N个点。
然后,在二维正交坐标空间(x,y)中,推测从P1’,…,PN’起的任何一个的距离均为恒定的点C1”(Cx”,Cy”)。接着,根据点C1”的坐标值Cx”,Cy”,对三轴输出数据中的x轴成分和y轴成分进行偏移校正。
<第二解决方式>
本第二解决方式可以在上述的第一实施方式~第五实施方式中应用。
下面,说明应用到第一实施方式的情况。
如上所述,根据所取得的N个三轴输出数据在三维正交坐标空间(x,y,z)中的点的分布推测的基准点的坐标值相当于三轴输出数据的偏移。
在压电电阻型的加速度传感器中,偏移具有显著的温度特性,因此,放置加速度计测装置的环境的温度变化大时,偏移也随时间变动。但是,从压电电阻型加速度传感器的特性上考虑,偏移很难在短时间内急剧地随时间变动。
因此,依次推测基准点坐标,所推测的基准点坐标在短时间内发生了较大的变动时,产生了如下情况的可能性高三轴输出数据中混入了较大的噪声;或着,在取得三轴输出数据的过程中的加速度计测装置的姿势变化受限而不能良好地推测基准点坐标。
并且,若使用这样的基准点坐标,则会导致进行错误的偏移校正。此处,在基准点坐标的推测中,计算最近的预定数量的基准点坐标值的偏差,当该偏差大于预定值时,看作不能良好地推测基准点坐标,放弃所推测的基准点坐标值,这样能够防止进行错误的偏移校正。
<第三解决方式>
本第三解决方式可以在上述的第一实施方式~第五实施方式中应用。
下面,说明应用到上述第一实施方式的情况。
根据上述式(20),在三维正交坐标空间(x,y,z)中以三轴输出数据的各轴成分作为坐标值的点P(Sx,Sy,Sz)到基准点C1(Cx,Cy,Cz)的距离是所校正的灵敏度a和重力加速度g的乘积。
在压电电阻型的加速度传感器中,灵敏度具有显著的温度特性,因此,放置加速度计测装置的环境的温度变化大时,灵敏度也随时间变动,但是,从压电电阻型加速度传感器的特性上考虑,灵敏度很难在短时间内急剧地随时间变动。而且,在第一实施方式中,灵敏度校正计算部11进行了灵敏度校正,所校正的灵敏度a接近恒定。
重力加速度g在通常的利用领域中,可以看作是常值。因此,ag是可以事先预测的值,在三维正交坐标空间(x,y,z)中从所推测的基准点到表示各三轴输出数据的点的距离也应收敛到事先预测的值。
因此,在基准点坐标的推测中,计算从所推测的基准点到表示各三轴输出数据的点的距离的平均值等,该值在预定范围外时,看作是未能良好地进行了灵敏度校正计算部11中的灵敏度校正或基准点坐标的推测的某一方或两者,放弃所推测的基准点坐标值时,能够防止进行错误的偏移校正。
下面,说明对双轴加速度传感器的应用。
上述的第一实施方式至第五实施方式也可以应用到替代检测三轴方向的加速度的加速度传感器而具备检测双轴方向的加速度的加速度传感器的加速度计测装置中。
此时,在第一、四实施方式的基准点推测单元中,根据输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的双轴输出数据在将各轴成分作为坐标值时的二维正交空间中的分布,推测在该二维正交空间上确定的基准点的坐标。
并且,在第二、五实施方式的基准点推测单元中,根据输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的双轴输出数据在将各轴成分作为坐标值时的二维正交空间中的分布,推测在该二维正交空间上确定的椭圆的各主轴的长度和中心坐标值。
此外,在第一、二、四、五实施方式的应用中,在取得用于推测基准点的坐标或椭圆的各主轴的长度和中心坐标值的双轴输出数据期间,控制加速度计测装置的姿势,使得在垂直于检测加速度的双轴方向的任何一个的轴的方向和重力加速度的方向之间所形成的角度恒定。
(第六实施方式)在三轴加速度传感器中,加速度传感器仅接收到重力加速度时、即静止时的加速度传感器的输出数据(下面称为测定数据)的分布,在三维正交坐标系上形成球面或椭圆面。因此,通过求出该球面或椭圆面的中心值,从而可以推测偏移。
在进行加速度传感器的球面或椭圆面拟合计算时,例如可采用如下的方法在有限长的缓存中积蓄测定数据,根据所积蓄的测定值,推测球体的中心。此时,为了高精度地推测球体的中心,要求测定数据高可靠度地分布在球面上或椭圆面上。即,测定数据必须是可靠地静止时的数据。
为了取得静止时的测定数据,需要判断加速度传感器是否静止。进行静止判断的简便方法是,判断出在以某一阈值设定的时间的期间测定数据没有变化。
该设定时间的阈值小时,有可能是偶然地取入匀加速度运动的瞬间值。若增大未动作期间的阈值,则能够降低这种偶然的可能性,但到取得静止时的测定数据之前所耗费的时间长,导致数据取得效率下降。因此,可以将静止的时间为几秒的这样的静止时间信息附加到静止时的测定数据中。
该静止时间信息作为表示所积蓄的测定数据作为静止时的数据、可信程度如何的一个指标来利用。静止的时间短表示在取得数据时加速度传感器静止的概率低,相反,时间长表示静止的概率高。作为该静止时间信息的使用方法,例如可以考虑到如下情况。
进行使用了有限长的缓存的计算的情况下,排除在三维空间内位于较近距离的数据,从而消除缓存内的数据的冗余,能够高效地使用缓存。对位于较近距离的数据彼此进行比较时,判断哪个数据更准确的基准成为问题。此处,通过比较所附加的静止时间信息,能够简单地判断哪个更似准确,而不用进行统计性计算等。
在上述的例子中,在测定数据中附加了静止时间信息,但以恒定间隔进行测定时,还可以将从判断为静止到下一次判断为未静止的期间进行了几次测定的次数作为信息附加。
即,在本第六实施方式中,数据选择部13,40在数据取得部5A,35A每次取得输出数据时计算与成为基准的输出数据的差值,当该差值大于预定值时,选择作为基准的输出数据、在大于预定值之前刚刚取得的输出数据、或者从取得作为基准的输出数据到差值大于预定值之前期间取得的输出数据内的任意一个数据、或者其平均值,数据积蓄部14,41将从取得作为基准的输出数据到大于预定值之前刚刚取得数据的时间附加给数据选择部13,40所选择的输出数据。
<具体方法>
图29是本发明的第六实施方式中的三轴输出数据的概念图(之一)。此处,为了简化说明,以一维表示。
曲线211表示加速度传感器所接收到的加速度的时间变化,黑点212表示三轴加速度传感器取得输出数据的定时。区间213表示m秒钟,区间214表示仅在n秒期间加速度传感器的输出值恒定。并且,该情况下,m<n。在这些区间中,由于输出值恒定,可以看作加速度传感器静止。因此,两个数据均可作为静止时的测定数据使用。
但是,必须排除这些测定数据中的某一个时,比较测定时间,静止时间长的区间214的测定数据的一方更似准确,采用区间214的测定数据即可。判断输出值是否恒定的阈值,可以任意设定。
图30是示出用于说明本发明的第六实施方式中的选择数据的步骤的流程图,是用于取得偏移信息的流程图。
图30中,Scur、Sbase、Sstat表示三轴加速度测定数据,它们是将X、Y、Z、t作为成分的结构体。此处,Scur表示最小的测定数据,Sbase表示进行静止判断的基准点,Sstat表示判断为静止的测定数据。Scur(x)、Scur(y)、Scur(z)、Scur(t)分别表示测定数据Scur的X、Y、Z成分。并且,Scur(t)表示从测定了某一基准点Sbase的时刻到测定了Scur的时刻经过的时间(持续时间信息)。到测定出Scur的Sbuf表示三轴加速度测定数据的排列,Sbuf[i]表示排列内的第i个要素。
图30中,作为初始设定,取得三轴加速度测定数据,积蓄到Sbase中,与此同时,取得当前的时刻,积蓄到Tbase中。仅限于该初始设定时,将Sbase的值代入到Sstat中,将0代入到Sstat(t)中(S421)。接着,再次取得三轴加速度测定数据和当前的时刻,分别积蓄到Scur和Tcur中(S422)。
然后,计算Sbase和Scur在三维空间内的距离。为了使计算简单,使用负算子表示(S423)。若计算出的距离小于预定值(dth),则将最新的测定值Scur代入到Sstat中,在Sstat(t)中积蓄时刻Tbase和时刻Tcur的差值、即从测定Sbase到测定Scur的时间(S424)。另一方面,若计算出的距离为预定值以上,则看作加速度传感器动作,调查Sstat(t)的值(S425)。
图31是表示执行图30中的S425的处理的时刻中的积蓄在各变量中的测定数据的概念的图。此处,为了简单进行说明,以一维表示。
区间215表示加速度传感器静止,其时间为P秒。若将Scur218设定为最新的测定数据,则Sbase216表示该区间的开始时的测定数据,Sstat表示保持测定到Scur之前的上一个测定数据。而且,Sstat(t)中保持静止的时间P秒。
若Sstat(t)的值为预定值(tth)以下,则以Scur重写Sbase和Sstat,以Tcur重写Tbase,以0重写Sstat(t)(S426)。
Sstat(t)的值大于预定值时,尝试替换数据缓存Sbuf内的测定数据和Sstat(S427)。最后,判断数据缓存是否进行了更新(S428),求出使得从数据缓存内的各个测定数据的距离偏差最小的球体中心坐标,推测偏移(S429)。判断数据的测定是否结束(S430),若未结束,则重复上述处理。
图32是示出用于说明本发明的第六实施方式中的替换数据缓存内的测定数据的步骤的流程图,是详细说明图30中的S427的处理的流程图。
最开始,计算数据缓存Sbuf内的测定数据Sbuf[i]与Sstat在三维空间内的距离(S431)。测定数据Sstat与数据缓存Sbuf内的所有测定数据的空间距离大于预定值时(S432),用Sstat替换数据缓存Sbuf内的合适的一个数据(S433~S435)。
另一方面,数据Sbuf[i]与Sstat的空间距离为预定值以下时(S432),对这些测定数据的持续时间信息Sbuf[i](t)和Sstat(t)(S436)进行比较。Sstat(t)为Sbuf[i](t)以上时,用Sstat替换Sbuf[i](S437)。若Sbuf[i](t)小于Sstat(t),则不更新数据缓存Sbuf,结束图30中的S427的处理。
作为从缓存中删除的测定数据的选择方法的例子,还可以考虑使用持续时间信息。也可以删除数据缓存内的测定数据之中具有最小时间的测定数据。或者,也可以删除与Sstat的空间距离最近的测定数据或最早取得的测定数据、或者从所推测的球面或椭圆面的距离最大的测定数据。
(第七实施方式)在球面或椭圆面拟合计算中,若加速度传感器的输出数据(测定数据)在三维空间内准确地位于球面上或椭圆面上,则即使各测定点分布在球面上的狭小范围,也能够高精度地求出中心点。
由于该测定数据接收到噪声和量化误差的影响,因此例如即使加速度传感器静止,该测定数据准确地位于球面上的情况也很少。若测定点的分布狭小,则受这些误差的影响增大,存在不能够高精度地进行推测计算的问题。
但是,若测定数据在三维空间内分布在充分宽的范围内,则能够减少这些误差的影响。即,在三维正交坐标空间中,设定任意的线性轴,研究使得在该轴上分布接近最大或最小的点数据的数据积蓄。而且,在椭圆面拟合计算中,若在接近椭圆体的长轴、短轴的各个两端的位置上具有一个以上的测定数据,则能够进行精度非常高的推测计算。在检测相互正交的三维方向的加速度的三轴加速度传感器的输出中,其输出数据分布在将其各测定方向成分即测定轴的某个作为长轴或短轴的椭圆体上,所以使用具有在加速度传感器的测定轴上成为最大值、最小值的成分的数据,能够提高椭圆面拟合计算的精度。
本第七实施方式的目的在于,通过规定加速度传感器的测定轴以及与测定轴具有线性关系的轴,优先积蓄在该轴上为最大或最小的输出数据,从而在得到椭圆面拟合计算中推测误差减小的数据组。
例如,推测的椭圆体的长轴和短轴在三维正交坐标系的X、Y、Z轴上一致时,判断测定数据是否在各轴上为最大或最小,并积蓄。此处,需要注意积蓄测定数据的缓存的数量。
若仅仅积蓄轴上最大和最小的测定数据,则数据缓存长度为轴的数量的2倍就够,但数据缓存长度刚好为轴的数量的2倍时,数据缓存一旦被最大和最小的测定数据充满,则数据缓存内的测定数据不可以再替换。
在通过进行球体拟合以及椭圆体拟合运算来推测偏移和灵敏度的方法中,可以通过判断使用了不同的测定数据组的各个运算结果是否为非常接近的值,来判断运算结果是否可靠。
但是,若不替换数据缓存内的测定数据,则球体或椭圆体拟合运算始终重复相同的结果,很难判断该运算结果是否可靠。
因此,可以使数据缓存具有能够积蓄轴上的最大和最小以外的测定数据的冗余性,将判断为不是任何轴的最大和最小的测定数据积蓄到该冗余部中。该冗余的数据缓存以FIFO方式积蓄测定数据。其结果,作为数据缓存全体,在每次得到静止时的测定数据时更新,能够始终得到不同的测定数据组。即,每次更新数据组时进行球体或椭圆体拟合计算,评价其结果,从而能够判断运算结果是否可靠。
<具体方法>
图33是本发明的第七实施方式的数据变化判断部的具体结构图,示出了测定数据选择的具体方法。图33示出了图1中的数据存储部12和数据选择部13的详细。图中符号220表示数据输入部,221表示轴比较部,222表示最大最小用数据缓存,223表示FIFO型数据缓存,224表示输出部。
从灵敏度校正计算部11输出的测定数据临时积蓄到输入部220中。轴比较部221比较输入部220中存储的测定数据和最大最小用数据缓存222中积蓄的测定数据,若判断为输入部220的数据在任意一个轴上为最大或最小,则将该测定数据与相应的最大最小用数据缓存222中的数据替换。
该情况下,输入部220中重新存储在最大最小用数据缓存222内积蓄的测定数据。若与最大最小用数据缓存内的所有测定数据的比较结束,则作为结果,输入部220中存储着在哪个轴上都不为最大或最小的数据。输入部220中存储的不为最大或最小的测定数据被存储到FIFO数据缓存223的初级中,积蓄在最后级上的测定数据被放弃。
若上述步骤结束,则输出部224将最大最小用数据缓存222和FIFO型数据缓存223中积蓄的测定数据输出到基准点推测部15。
图34是示出用于说明在本第七实施方式中优先存储数据缓存内的各测定数据相对于三轴加速度传感器的各轴X、Y、Z轴的某一个为最大或最小的数据的步骤的流程图,是详细说明图30中示出的S427的处理的流程图。
此处,在数据缓存内各具有一个相对于三轴加速度传感器的测定轴X、Y、Z轴最大和最小的测定数据,将冗余的数据缓存设定为1个。其结果,数据缓存长度为7。
首先,计算数据缓存Sbuf内的测定数据Sbuf[i]与Sstat在三维空间内的距离(S442)。测定数据Sstat与数据缓存Sbuf内的所有测定数据的空间距离大于预定值时(S443),根据计数器的值,进行条件判断(S444)。
此处,基于计数器的值的条件是指,i=0时X轴的最大,i=1时X轴的最小,以下设定为Y轴最大、Y轴最小、Z轴最大、Z最小。例如,i=0时,比较Sbuf
(x)和Sstat(x),若Sstat(x)较大,则替换Sbuf
和Sstat(x)的值(S445)。因此,Sbuf
始终积蓄X轴最大的测定数据。
缓存内的所有数据的比较结束时(S443~S449),Sbuf
中积蓄X轴最大的测定数据,Sbuf[1]中积蓄X轴最小的测定数据,以下Y轴最大、Y轴最小、Z轴最大、Z最小的测定数据积蓄到缓存中。
但是,此处所示的条件和计数器的对应为一例,其对应的顺序也可以任意设定。这是因为,每次得到新的测定数据时,这些步骤反复,所以即使是拟合某个轴的条件的测定数据,通过引入新的最大或最小的数据,利用其它轴的条件判断,所以某一个测定数据在到从缓存删除的期间在所有的条件下判断。
本实施例7中,为了简化说明,将缓存长度设定为6,但也可以在各轴的最大方向、最小方向上存储多个测定数据。存储了多个测定数据时,可以期待与将轴附近的测定数据平均化相同的效果。并且,对于冗余的数据缓存,也不必一定为1个,也可以具有2个以上。
并且,重新定义三轴加速度传感器的测定轴X、Y、Z轴的线性结合所表示的轴,可以积蓄该轴上最大、最小的测定数据。该情况下,可以期待将缓存内的测定数据积蓄成在球面或椭圆面上扩散分布。
(第八实施方式)在通过进行球体或椭圆体拟合计算来推测三轴加速度传感器的偏移和灵敏度的方法中,三轴加速度传感器的各测定轴的灵敏度具有偏差时,加速度传感器静止时的测定数据在三维空间内形成椭圆体,因此椭圆体拟合计算要比球体拟合计算更准确地推测出偏移和灵敏度。
但是,椭圆体拟合计算的自由度比球体拟合计算大,因此,若不满足数据缓存内的测定数据分布充分且个数充分的条件,则不能高精度地进行推测计算。尤其是对加速度传感器的输出进行椭圆体拟合计算时,存在只能在加速度传感器静止时取得数据的限制,所以为形成椭圆体而得到充分数量的测定数据需要较长的时间。因此,加速度传感器安装在便携设备等的情况下,为了尽快得到偏移和灵敏度的推测值,若不使用户强制进行限制便携设备移动或限制向其它方向移动的意图性动作,则难以快速高精度地进行偏移推测。
因此,数据缓存内的测定数据数量少的情况或分布对于进行椭圆体拟合计算不充分情况下,进行球体拟合计算,判断为测定数据组的个数和分布均对进行椭圆体拟合计算充分的情况下,替换成椭圆体拟合计算。其结果,用户能够尽快得到偏移和灵敏度的大概值,在得到为进行椭圆体拟合计算的充分测定数据时,能够期待得到准确的偏移和灵敏度的值。
即,在所述第八实施方式中,基准点推测部15,42根据数据积蓄部14,41中积蓄的输出数据的个数或在三维正交坐标空间中的分布及其两者,预先判断在基准点推测部15,42中推测球面还是椭圆面,选择某一方,进行推测。另外,也可以计算球面和椭圆面的两者,根据其结果,选择某一方。
<具体方法>
图35是示出用于说明第八实施方式中的替换球体拟合和椭圆体拟合的的具体方法的流程图,是详细说明图30中示出的S429的处理的流程图。
首先,调查数据缓存内积蓄的测定数据数量及其分布(S450)。其结果,若判断为是进行椭圆体拟合运算充分的测定数据、且测定数据的分布充分广,则进行椭圆体拟合运算(S451),若不是这样,则进行球体拟合运算(S452)。判断由某一方的计算方法推测的偏移和灵敏度的准确度(S453)。
作为判断准确度的方法,例如,第七实施方式中所述,根据不同的测定数据组进行多次推测计算,判断各个运算结果为充分接近的值。或者,也可以考虑加速度传感器的制造偏差,限定解的范围。
判断为准确时,更新偏移和灵敏度的值(S454)。
在本第八实施方式中,为了节省无谓的计算,首先判断进行球体拟合还是椭圆体拟合之后,执行推测计算,但在运算能力富裕时,也可以进行球体和椭圆体的双方的拟合运算,选择更似准确的运算结果。
求出运算结果的准确度的方法,可以考虑重新计算所推测的球面或椭圆面与实际数据分布的距离、使用该距离的总和或最大最小值之差等各种方法。
另外,对于上述的第六~八实施方式中的对温度特性的对应,也可以同样地应用上述的第一~五实施方式中的对温度特性的对应。
产业上的可利用性本发明涉及加速度计测装置,通过将加速度计测装置的姿势朝向特定方向而无意识地反复取得双轴或三轴加速度传感器的输出数据,从而取得双轴或三轴加速度传感器的输出校正所需的偏移或灵敏度和偏移的双方,在使用加速度计测装置时,加速度计测装置的姿势朝向特定方向而无意识地反复取得双轴或三轴加速度传感器的输出数据,从而取得双轴或三轴加速度传感器的输出校正所需的偏移或灵敏度和偏移的双方。
权利要求
1.一种加速度计测装置,其特征在于,所述加速度计测装置具备加速度传感器,其检测双轴或三轴方向的加速度;输出数据取得单元,其取得该加速度传感器的双轴或三轴的输出数据;输出数据积蓄单元,其积蓄该输出数据取得单元所取得的输出数据;基准点推测单元,其根据该输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的输出数据在将各轴成分作为坐标值时的二维或三维正交坐标空间中的分布,推测在该正交坐标空间上确定的基准点的坐标值;以及偏移校正单元,其根据该基准点推测单元所推测的所述基准点的坐标值,校正所述加速度传感器的输出数据的偏移。
2.根据权利要求1所述的加速度计测装置,其特征在于,所述加速度计测装置具有输出数据选择单元,该输出数据选择单元判断所述输出数据取得单元所取得的输出数据是否合适而进行选择,所述输出数据积蓄单元积蓄所述输出数据选择单元所选择的输出数据。
3.根据权利要求2所述的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据选择单元在每次由所述输出数据取得单元取得输出数据时计算与上一个取得的输出数据的差值,当该差值连续预定次数以上在预定值以内时,将所述输出数据判断为合适而进行选择。
4.根据权利要求2所述的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据选择单元在每次由所述输出数据取得单元取得输出数据时计算与作为基准的输出数据的差值,当该差值大于预定值时,将所述输出数据判断为合适而进行选择。
5.根据权利要求3或4所述的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据选择单元将所述差值连续在预定值以内的次数或时间信息附加给所述输出数据选择单元所选择的输出数据。
6.根据权利要求5所述的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据积蓄单元根据所述输出数据选择单元所附加的次数或时间信息,废弃所述输出数据选择单元所选择的输出数据和所述输出数据积蓄单元已积蓄的输出数据之中的某一个。
7.根据权利要求2所述的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据选择单元根据所述输出数据取得单元所取得的预定数量的输出数据在将各轴成分作为坐标值时的二维或三维正交坐标空间中的分布,推测圆或球面,将从该圆或球面起在预定距离以内的输出数据判断为合适而进行选择。
8.根据权利要求7所述的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据选择单元将所述圆或球面的半径作为预定值推测该圆或球面。
9.根据权利要求2所述的加速度计测装置,其特征在于,所述加速度计测装置具有数据变化判断单元,该数据变化判断单元判断所述输出数据选择单元所选择的输出数据与所述输出数据积蓄单元已积蓄的输出数据相比是否产生了预定值以上的变化,所述输出数据积蓄单元根据所述数据变化判断单元的判断结果,废弃所述输出数据选择单元所选择的输出数据或所述输出数据积蓄单元已积蓄的输出数据中的某一个。
10.根据权利要求2所述的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据积蓄单元预先确定与所述加速度传感器的测定轴成线性关系的线性轴,在所述输出数据选择单元所选择的输出数据和所述输出数据积蓄单元中积蓄的输出数据之中,选择性地积蓄所述加速度传感器的测定轴或线性轴的成分为最大或最小的输出数据。
11.根据权利要求10所述的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据积蓄单元所积蓄的输出数据是积蓄所述测定轴或所述线性轴的成分为最大或最小的输出数据和除此之外的一个以上的输出数据而成。
12.根据权利要求1所述的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元根据所述输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的输出数据在将各轴成分作为坐标值时的二维或三维正交坐标空间中的分布,在该正交坐标空间上确定圆或球面,将该圆或球面的中心坐标推测为所述基准点,所述偏移校正单元根据所述基准点推测单元所推测的所述圆或球面的中心坐标值,校正所述加速度传感器的输出数据的偏移。
13.根据权利要求12所述的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元利用统计性方法推测所述基准点的坐标值,使得所述预定数量的输出数据各自到所述基准点的距离的偏差最小。
14.根据权利要求13所述的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元将从所述预定数量的输出数据各自到所述基准点的距离的偏差作为相对于预定代表值的偏差。
15.根据权利要求1所述的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元根据所述输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的输出数据在将各轴成分作为坐标轴时的二维或三维正交坐标空间上的分布,在该正交坐标空间上确定椭圆或椭圆面,推测该椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,所述偏移校正单元根据所述基准点推测单元所推测的所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,校正所述加速度传感器的输出数据的灵敏度和偏移。
16.根据权利要求15所述的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元利用统计性方法推测所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,使得所述预定数量的输出数据各自最接近所述椭圆或椭圆面。
17.根据权利要求1所述的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元根据所述输出数据积蓄单元中积蓄的三轴输出数据的个数或在三维正交坐标空间上的分布以及它们双方,预先判断在所述基准点推测单元中要推测球面还是椭圆面,选择某一个,进行推测。
18.根据权利要求1所述的加速度计测装置,其特征在于,所述加速度计测装置具有温度检测单元,其检测所述加速度传感器的温度;以及按温度校正数据存储单元,其按照每个预定的温度类别存储所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,所述输出数据积蓄单元根据所述温度检测单元所检测出的温度值,按照所述预定的温度类别积蓄所述输出数据选择单元或所述输出数据取得单元所选择的输出数据,所述基准点推测单元对每个所述预定的温度类别,根据所述输出数据积蓄单元所积蓄的该温度类别的预定数量的输出数据,推测所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,所述按温度校正数据存储单元按照所述预定的温度类别存储所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值。
19.根据权利要求18所述的加速度计测装置,其特征在于,所述输出数据积蓄单元根据所述温度检测单元所检测出的温度值和相应的所述预定的温度类别之间的关系,对所述输出数据选择单元或所述输出数据取得单元所选择的输出数据进行校正之后,按照所述预定的温度类别进行积蓄。
20.根据权利要求1所述的加速度计测装置,其特征在于,所述加速度计测装置具有温度检测单元,其检测所述加速度传感器的温度;以及按温度校正数据存储单元,其按照每个预定的温度类别存储所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,所述输出数据积蓄单元在积蓄所述输出数据选择单元或所述输出数据取得单元所选择的输出数据时将所述温度检测单元所检测出的温度值一并进行积蓄,所述基准点推测单元按照每个所述预定的温度类别,从所述输出数据积蓄单元所积蓄的输出数据中选择预定数量的对应的所述温度值在该温度类别中的输出数据,推测所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,所述按温度校正数据存储单元按照所述预定的温度类别存储所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值。
21.根据权利要求18、19或20所述的加速度计测装置,其特征在于,所述偏移校正单元根据所述温度检测单元所检测出的温度值和所述按温度校正数据存储单元按照所述预定的温度类别存储的所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值,校正所述加速度传感器的输出数据的偏移或灵敏度以及偏移。
22.根据权利要求1所述的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元对所述输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的三轴输出数据在所述三维正交坐标空间中的分布计算相对于各坐标轴的偏差,当相对于所述各坐标轴的偏差的最小值在预定值以下时,从所述输出数据积蓄单元所积蓄的预定数量的三轴输出数据中除去所述偏差为最小值的坐标轴的输出数据,对于剩余的双轴输出数据,根据将各轴成分作为坐标值时的二维正交坐标平面上的分布,推测在所述二维正交坐标平面上确定的基准点的坐标值或者椭圆的各主轴的长度和中心坐标值,所述偏移校正单元,根据所述基准点的坐标值或者所述椭圆的各主轴的长度和中心坐标值,校正所述加速度传感器的双轴输出数据的偏移或灵敏度和偏移。
23.根据权利要求1所述的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元根据所述输出数据在将各轴成分作为坐标值时的二维或三维正交坐标空间中的位置和预测为所述加速度传感器在保持预定的一个姿势的状态下进行检测的重力加速度的各轴成分的值,推测在所述正交坐标空间上确定的基准点的坐标值,所述输出数据是在所述加速度传感器保持所述预定的一个姿势的状态下由所述输出数据取得单元取得的。
24.根据权利要求23所述的加速度计测装置,其特征在于,所述加速度计测装置具备温度检测单元,其检测所述加速度传感器的温度;以及按温度校正数据存储单元,其按照每个预定的温度类别存储所述基准点的坐标值,所述按温度校正数据存储单元根据所述温度检测单元所检测出的温度值按照所述预定的温度类别存储所述基准点的坐标值,所述偏移校正单元根据所述温度检测单元所检测出的温度值和所述按温度校正数据存储单元按照所述预定的温度类别存储的所述基准点的坐标值,校正所述加速度传感器的输出数据的偏移。
25.根据权利要求1所述的加速度计测装置,其特征在于,所述基准点推测单元计算该基准点推测单元刚刚推测出的预定数量的基准点的坐标值或者椭圆或椭圆面的中心坐标值的偏差,当所述偏差大于预定值时,废弃所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的中心坐标值。
26.根据权利要求1所述的加速度计测装置,其特征在于,当从所述二维或三维正交坐标空间上推测的所述基准点到各个所述预定数量的输出数据的距离或者所推测的椭圆或椭圆面的各主轴的长度在预定范围外时,所述基准点推测单元废弃所述基准点的坐标值或者所述椭圆或椭圆面的各主轴的长度和中心坐标值。
全文摘要
本发明涉及加速度计测装置,其能够取得三轴加速度传感器的输出校正所需的偏移或灵敏度和偏移的双方。加速度计测装置具备加速度传感器(1),其检测三轴方向的加速度;数据取得部(5A),其取得三轴输出数据;数据选择部(13),其判断反复取得的三轴输出数据是否合适,并选择;数据积蓄部(14),其积蓄所选择的三轴输出数据;基准点推测部(15),其根据所积蓄的预定数量的三轴输出数据在将各轴成分作为坐标值时的三维正交坐标空间中的分布,推测在三维正交坐标空间上确定的基准点的坐标值;以及偏移校正计算部(17),其根据基准点的坐标值,校正加速度传感器(1)的三轴输出数据的偏移。
文档编号G01P15/18GK101031803SQ200580027238
公开日2007年9月5日 申请日期2005年8月12日 优先权日2004年8月12日
发明者山田力大, 疋田浩一, 佐佐木裕之, 山下昌哉 申请人:旭化成电子材料元件株式会社
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