专利名称：加速度计算方法及加速度计算装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如用于检测物体的运动状态的加速度计算方法及加速度计算装置。
背景技术：
在现有技术中，通常多将加速度传感器、角速度传感器安装在物体上进行物体的运动状态的检测。作为运动状态的检测对象，有汽车、航空机器、船舶、工业用机器人等。如果是这样的对象，由于要求控制的精确度，所以传感器的检测精度高是重要的，然而由于多在可始终持续供电的环境下使用，所以有时耗电量的大小不成为问题。
并且，对人和动物等也进行运动状态的检测，在专利文献1中提出了以监视人的状态为目的而在人体上安装加速度计。在这种情况下，在加速度计内等中具有电池等电力供给源。然而，由于加速度传感器和角速度传感器始终消耗电力，所以电力供给源频繁更换，有时会使人感觉很烦。
[现有技术文献] [专利文献] 专利文献1 日本特开200481632号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题 然而，即使在要求控制的正确性的装置中，也能考虑到今后将二次电池作为电力供给源的情况很重要，传感器的检测精度高很重要，同样地，传感器的耗电量少也很重要。 并且，如上述那样，在以监视人的状态为目的的情况下，要求耗电量小。为了应对该情况，需要耗电量较小的传感器或者耗电量较少的检测装置取代现有的加速度传感器和角速度传感器。
解决技术问题的手段 本发明是为了解决上述技术问题的至少一个而进行的，可通过下面的加速度计算方法及加速度计算装置的实施方式或适用例来实现。
[适用例1] 本发明所涉及的一个加速度计算方法的特征在于所述加速度计算方法采用传感器，所述传感器包括第一电极、与所述第一电极相对设置的第二电极、以及设置在由所述第一电极和所述第二电极组成的一对电极之间、用于使所述一对电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的导电体，所述加速度计算方法包括计算表示单位时间内的所述导通状态的指标值的第一处理；以及根据规定时间内的所述指标值的平方和计算加速度的第二处理。
根据该方法，可以从包括一对电极以及设置在一对电极间的导电体的传感器的输出值算出表示每单位时间的导通状态的指标值，并根据规定时间内指标值的平方和算出加速度。在具有一对电极和设置在一对电极间的导电体的简单结构的传感器中，当导电体与一对电极双方接触时，一对电极间成为导通状态，当导电体仅与任一个电极接触时，一对电极间成为非导通状态。因此，由于在一对电极变为导通状态时电流流动，所以与普通的加速度传感器比较耗电量小。如果在物体上安装上述简单结构的传感器，则相应物体的运动，导电体的相对于一对电极的位置变化，可以计量由此产生的导通状态或非导通状态变化的次数以及导通状态时间的长度或非导通状态时间的长度。指标值可以根据上述简单结构的传感器的输出值算出。所谓单位时间，是指适于设定指标值的时间间隔。可以考虑根据运动检测对象的不同时间间隔不同。怎样的时间间隔优选通过进行实验等来确定。并且，规定时间是指由多个连续的单位时间构成的时间间隔，所算出的加速度是规定时间内的加速度。规定时间是单位时间几倍也可以考虑根据运动检测对象的不同而不同，优选通过进行实验等确定。
并且，如果以在物体正立的状态下导电体与一对电极双方接触的方式将上述简单结构的传感器安装在物体上，则当物体产生规定角度的倾斜时，导电体仅与任一个电极接触。也就是说，当物体产生规定角度的倾斜时，上述简单结构的传感器的输出从导通状态变为非导通状态。因此，可从一对电极的导通或非导通状态检测出物体的倾斜。所以，上述简单结构的传感器有时称作倾斜检测传感器。在下面的实施方式或适用例的记载中，为了方便，将上述简单结构的传感器称作倾斜检测传感器。
[适用例2] 在上述适用例所涉及的加速度计算方法中，优选所述指标值采用所述单位时间内所述导通状态所占的时间长度的比例来计算。
根据该方法，通过将导通状态所占的时间长度比例作为指标值，可以区分安装了倾斜检测传感器的对象的运动状态。由于安装了倾斜检测传感器的对象的运动引起倾斜检测传感器中导通状态的变化，所以能够考虑到单位时间中导通状态所占的时间比例表示安装了倾斜检测传感器的对象的运动特征。
[适用例3] 在上述适用例所涉及的加速度计算方法中，优选所述加速度为通过预先创建的校正表对根据所述平方和得到的结果进行校正后的值。
根据该方法，通过预先创建校正表，可以算出更加正确的加速度。在规定时间，指标值的平方和的值取与安装了倾斜检测传感器的对象的加速度相关的值，但是有时需要校正。当需要校正时，预先创建校正表，通过使用校正表进行校正，可以容易获得安装了倾斜检测传感器的对象的加速度。优选从提供给倾斜检测传感器的加速度以及提供加速度而得的指标值的平方和的值创建校正表。
[适用例4] 本发明所涉及的另一个加速度计算方法是采用第一传感器和第二传感器的加速度计算方法，其特征在于所述第一传感器包括第一电极、与所述第一电极相对设置的第二电极、以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间、用于使所述第一电极和所述第二电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的第一导电体，所述第二传感器包括第三电极、 与所述第三电极相对设置的第四电极、以及设置在所述第三电极和所述第四电极之间、用于使所述第三电极和所述第四电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的第二导电体， 所述加速度计算方法包括在第一单位时间内计算表示所述第一传感器的所述导通状态的第一指标值的第一处理；在第一规定时间内根据所述第一指标值的平方和计算第一加速度的第二处理；所述第二传感器计算表示第二单位时间内的所述导通状态的第二指标值的第三处理；所述第二传感器根据第二规定时间内的所述第二指标值的平方和计算第二加速度的第四处理；以及选择所述第一加速度和所述第二加速度中的任一加速度的第五处理。
根据该方法，可以从根据第一传感器的导通状态算出的第一加速度以及根据第二传感器的导通状态算出的第二加速度中选择被判断为适当的加速度。
[适用例5] 在上述实施例所涉及的另一个加速度计算方法中，优选在所述第五处理中，从所述第一传感器和所述第二传感器中选择基准传感器，并根据所述基准传感器的所述平方和的值来选择所述加速度。
根据该方法，通过预选择作为选择基准的传感器，可以简化进行加速度选择的处理。
[适用例6] 在上述实施例所涉及的另一个加速度计算方法中，优选所述第一导电体和所述第二导电体为球形导电体，所述第一导电体和所述第二导电体的直径、所述第一导电体和所述第二导电体的质量、所述第一导电体和所述第二导电体的可动空间大小、以及所述第一电极的端部与所述第二电极的端部的距离和所述第三电极的端部与所述第四电极的端部的距离中的至少一个是不同的。
根据该方法，通过使第一传感器的至少一个构成部件的形状与第二传感器的至少一个构成部件的形状为不同形状，可以扩大可检测出的加速的范围。如果球形导电体的直径、质量或者球形导电体的可动空间大小的至少一个不同，则可相对于实际加速度取得相关的范围不同。因此，通过具有多个球形导电体的直径、质量、球形导电体的可动空间大小以及一对电极的端部间的距离中的至少一个不同的传感器，可以扩大可与实际的加速度取得相关的范围。
[适用例7] 本发明所涉及的一个加速度计算装置的特征在于包括第一电极；与所述第一电极相对设置的第二电极；设置在由所述第一电极和所述第二电极组成的一对电极之间、用于使所述一对电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的球形导电体；以及运算处理部，所述运算处理部包括电平计算部，用于计算单位时间内的所述导通状态符合多个电平中的哪个电平；以及加速度计算部，用于根据包括多个所述单位时间的规定时间内的多个所述电平的值的平方和算出加速度。
根据该构成，通过在电平计算部算出单位时间内倾斜检测传感器的导通状态符合多个电平中的哪个电平，并在加速度计算部根据规定时间内电平值的平方和算出加速度， 可以从倾斜检测传感器的输出算出加速度。单位时间是指适于对电平进行设定的时间间隔，可以考虑根据运动检测对象的不同而不同。优选通过进行实验等确定是怎样的时间间隔。并且，规定时间是由多个连续的单位时间构成的时间间隔，是用于算出加速度的时间间隔。由于规定时间是单位时间的几倍也可考虑根据运动检测对象的不同而不同，所以优选通过进行实验等来确定。
[适用例8] 本发明的适用例所涉及的另一个加速度计算装置的特征在于所述加速度计算装置包括第一传感器、第二传感器和运算处理部，所述第一传感器包括第一电极、与所述第一电极相对设置的第二电极、以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间、用于使所述第一电极和所述第二电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的第一导电体，所述第二传感器包括第三电极、与所述第三电极相对设置的第四电极、以及设置在所述第三电极和所述第四电极之间、用于使所述第三电极和所述第四电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的第二导电体，所述运算处理部包括电平计算部和加速度计算部，所述电平计算部进行计算第一单位时间内所述第一传感器的所述导通状态符合多个电平中的哪个电平的处理、以及计算第二单位时间内所述第二传感器的所述导通状态符合所述多个电平中的哪个电平的处理，所述加速度计算部进行根据包括多个所述第一单位时间的第一规定时间内所述第一传感器的所述电平的值的平方和算出第一加速度的处理、根据包括多个所述第二单位时间的第二规定时间内所述第二传感器的所述电平的值的平方和算出第二加速度的处理、以及选择所述第一加速度和所述第二加速度中的任一个并输出的处理。
根据该方法，可以从根据第一传感器的导通状态算出的第一加速度以及根据第二传感器的导通状态算出的第二加速度中选择被判断为适当的加速度。优选通过进行实验等确定第一单位时间、第一规定时间、第二单位时间以及第二规定时间。
图1是第一实施方式中加速度计算装置的框图； 图2是示出第一实施例中电平变化的图； 图3示出第一实施例中算出的加速度的图； 图4是示出第二实施例中校正前后的加速度与实际加速度的差的例子的图； 图5是第二实施方式中加速度计算装置的框图； 图6是示出加速度计算装置所覆盖的加速度的范围的图； 图7是主流程图； 图8是第一处理流程图；以及 图9是第二处理流程图。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的加速度计算方法以及加速度计算装置的实施方式进行说明。
第一实施方式 图1示出了该实施方式中加速度计算装置10的构成元件的一部分。加速度计算装置10判断传感器部1的指定时间间隔内的运动状态符合多个电平中的哪个电平，并根据该电平计算加速度，作为处理结果输出计算出的加速度，其包括传感器部1、检测部2、运算处理部3以及输出部4。加速度计算装置10通过检测部2检测传感器部1的输出的变化， 根据检测部2的检测结果通过运算处理部3计算加速度，由输出部4向加速度计算装置10 的外部输出计算出的加速度。下面详细说明加速度计算装置10的上述各种构成构件。
传感器部1包括被保持为绝缘状态且位置关系被固定的一对电极以及位于形成在上述一对电极之间的空间且可移动的球形导电体。形成在一对电极之间的空间为球形形状的空间，球形导电体与安装有传感器部1的对象的移动相对应地在该空间内移动。如果球形导电体与一对电极的双方接触，则一对电极成为导通状态(以下称为接通)，如果球形导电体仅与一对电极中的一个接触或未与任一电极接触，则一对电极成为非导通状态(以下称为断开)。
检测部2具有根据传感器部1的输出的变化来检测传感器部1的接通/断开状态并向运算处理部3输出检测结果的功能。运算处理部3将来自检测部2的检测结果的变化识别为中断信号的变化。
运算处理部3包括电平计算部5、加速度计算部6以及处理控制部7。电平计算部 5将来自检测部2的检测信号作为中断信号进行处理，计算出具有第一规定时间长度的单位时间内传感器部1的一对电极的导通状态时间所占的比例，并计算出导通状态所占的比例是哪个电平(第一处理)。将电平计算部5确定的电平与表示所确定的电平的值(指标值)相对应，指标值发送到加速度计算部6。加速度计算部6求出具有多个单位时间的第二规定时间内多个电平的平方和，基于该平方和计算加速度(第二处理)并输出到输出部4。
处理控制部7是对运算处理部3进行整体控制的处理模块，控制电平计算部5、加速度计算部6以及输出部4的操作模式的设定、启动、停止以及操作定时的同步等。图7中将处理控制部7所进行的处理的一部分作为主流程图100示出。
主流程图100示出的处理在接通加速度计算装置10的装置电源之后、在通电复位结束后启动。检测部2、电平计算部5、加速度计算部6以及输出部4在通电复位后处于操作停止状态，根据处理控制部7的指示开始规定的操作。将电平计算部5中处理的第一处理的流程图作为流程图200在图8中示出，在加速度计算部6中处理的第二处理的流程图作为流程图300在图9中示出。并且，在本实施方式中，通过通电复位，运算处理部3中的中断信号的屏蔽被开启。
首先，在图7中的处理SlOl中进行加速度计算装置10的初始设定。虽然没有描述加速度计算装置10内部的构成部件的初始设定的顺序，但是在本实施方式中，在进行处理控制部7的初始设定之后进行其他构成部件的初始设定。但由于在不同的实施方式中初始设定的顺序不同，所以没有必要一定与本实施方式相同。
处理控制部7在图7的处理S102向检测部2、电平计算部5、加速度计算部6以及输出部4指示开始处理，在图7的处理S103中，关闭中断屏蔽(允许中断)。关于中断屏蔽的关闭设定，由起到管理加速度计算装置10内的构成部件的操作的职能的处理控制部7进行，但是，在本实施方式中，并不是在处理控制部7中进行所有的中断处理。在后面根据需要说明关于中断处理的执行。
处理控制部7在图7的处理S103关闭中断屏蔽之后，在处理控制部7监视需要执行的中断(图7的处理S104)，如果显示中断结束(图7的处理S105)，则进入结束处理(图 7的处理S106)，如果不是显示中断结束，则进入中断处理1 (图7的处理S107)。中断处理 1是包括作为加速度计算装置10所需要定义的多个中断处理的处理，还包括与本发明没有直接关系的中断处理，因此在此不详细说明。因此，省略中断处理1的具体流程。
其次，对电平计算部5进行说明。电平处理部5进行第一处理，但是不仅仅进行第一处理。因此，还执行除了流程图200示出的处理之外的其他处理。例如，存在未在流程图200示出的中断处理等。但是，除了电平计算部5进行的第一处理之外的处理与本发明的关系不大，认为相当于所谓的设计事项，因此在本实施方式中不会特别进行说明，只在判断为需要说明的部分进行说明。关于被判断为所谓设计事项一事，其他构成部件也相同。
在电平计算部5处理的第一处理根据在通电复位后来自处理控制部7的启动指示开始。一旦中断被处理控制部7允许(图7的处理S103)，检测是否发生中断(图8的处理
S201)。判断中断的主要原因(......)· · · 是否是表示单位时间的经过(图8
的处理S202)，当是表示单位时间的经过时输出电平值TLn (图8的处理S203)。中断的主要原因不是表示单位时间的经过时，判断是否发生由来自检测部2的检测信号引起的中断 (图8的处理S204)。如果是由检测信号引起的中断，则首先判断是否为表示从接通变为断开(图8的处理S205)，如果是表示从接通变为断开，则计算出接通的累积时间OnTn (图8 的处理S206)。如果是表示从断开变为接通，则计算出断开的累积时间OfTn (图8的处理 S209、处理 S210)。
在算出接通的累积时间OnTn以及断开的累积时间OfTn之后，通过图8的处理 S207、处理S208、处理S211、处理S212、处理S213、处理S214以及处理S215确定电平TLn， 检测下一个发生的中断(图8的处理S201)。
另外，TLn以及OnTn等变量的末尾的η表示0以上的整数，表示存在多个变量组。 如果切换单位时间，则使用与前一个单位时间使用的变量组不同的变量组。其目的在于在结束一个单位时间后进入下一个单位时间时，防止为了计量下一个单位时间而清除变量从而导致无法算出前一个单位时间的加速度。
在本实施方式中，由处理控制部7进行单位时间的计量，一旦经过规定为单位时间的规定的时间间隔，则在处理控制部7发生中断，在处理控制部7的中断处理1 (图7的处理S107)的处理中，向电平计算部5输出表示经过单位时间的中断信号。图8的处理S202 是确认该中断信号的发生的步骤。
通过上述的第一处理，每当经过单位时间，向加速度计算部6输出单位时间内的电平值。利用该电平值，由加速度计算部6执行第二处理。其次，对图9示出的第二处理的流程图300进行说明。
如上所述，加速度计算部6处于通电复位后的停止状态，通过图7的处理S102开始启动。启动后，清除平方和计算结果和加速度计算结果(图9的处理S301)，变为监视的电平值的接收的状态(图9的处理S302)。如果接收到电平值，则暂时将接收到的电平值存储在加速度计算部6内部的存储器或寄存器(均未图示)(图9的处理S303)中，根据使用电平值的下面公式进行平方和计算(图9的处理S304)，并判断平方和的计算是否进行了规定次数(图9的处理S305)。在下面公式中，V(t)为电平值，T是规定的次数。K是比例常数，平方和的计算结果为a。
(数学式1)
权利要求
1.一种加速度计算方法，其特征在于，所述加速度计算方法采用传感器，所述传感器包括第一电极、与所述第一电极相对设置的第二电极、以及设置在由所述第一电极和所述第二电极组成的一对电极之间、用于使所述一对电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的导电体， 所述加速度计算方法包括计算表示单位时间内的所述导通状态的指标值的第一处理；以及根据规定时间内的所述指标值的平方和计算加速度的第二处理。
2.根据权利要求1所述的加速度计算方法，其特征在于，所述指标值采用所述单位时间内所述导通状态所占的时间长度的比例来计算。
3.根据权利要求1或2所述的加速度计算方法，其特征在于，所述加速度为通过预先创建的校正表对根据所述平方和得到的结果进行校正后的值。
4.一种加速度计算方法，其采用第一传感器和第二传感器，所述加速度计算方法的特征在于，所述第一传感器包括第一电极、与所述第一电极相对设置的第二电极、以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间、用于使所述第一电极和所述第二电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的第一导电体，所述第二传感器包括第三电极、与所述第三电极相对设置的第四电极、以及设置在所述第三电极和所述第四电极之间、用于使所述第三电极和所述第四电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的第二导电体， 所述加速度计算方法包括在第一单位时间内计算表示所述第一传感器的所述导通状态的第一指标值的第一处理；在第一规定时间内根据所述第一指标值的平方和计算第一加速度的第二处理； 所述第二传感器计算表示第二单位时间内的所述导通状态的第二指标值的第三处理；所述第二传感器根据第二规定时间内的所述第二指标值的平方和计算第二加速度的第四处理；以及选择所述第一加速度和所述第二加速度中的任一加速度的第五处理。
5.根据权利要求4所述的加速度计算方法，其特征在于，在所述第五处理中，从所述第一传感器和所述第二传感器中选择基准传感器，并根据所述基准传感器的所述平方和的值来选择所述加速度。
6.根据权利要求4或5所述的加速度计算方法，其特征在于， 所述第一导电体和所述第二导电体为球形导电体，所述第一导电体和所述第二导电体的直径、所述第一导电体和所述第二导电体的质量、所述第一导电体和所述第二导电体的可动空间大小、以及所述第一电极的端部与所述第二电极的端部的距离和所述第三电极的端部与所述第四电极的端部的距离中的至少一个是不同的。
7.一种加速度计算装置，其特征在于，包括 第一电极；与所述第一电极相对设置的第二电极；设置在由所述第一电极和所述第二电极组成的一对电极之间、用于使所述一对电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的球形导电体；以及运算处理部， 所述运算处理部包括电平计算部，用于计算单位时间内的所述导通状态符合多个电平中的哪个电平；以及加速度计算部，用于根据包括多个所述单位时间的规定时间内的多个所述电平的值的平方和算出加速度。
8. 一种加速度计算装置，其特征在于，所述加速度计算装置包括第一传感器、第二传感器和运算处理部， 所述第一传感器包括第一电极、与所述第一电极相对设置的第二电极、以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间、用于使所述第一电极和所述第二电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的第一导电体，所述第二传感器包括第三电极、与所述第三电极相对设置的第四电极、以及设置在所述第三电极和所述第四电极之间、用于使所述第三电极和所述第四电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的第二导电体，所述运算处理部包括电平计算部和加速度计算部，所述电平计算部进行计算第一单位时间内所述第一传感器的所述导通状态符合多个电平中的哪个电平的处理、以及计算第二单位时间内所述第二传感器的所述导通状态符合所述多个电平中的哪个电平的处理，所述加速度计算部进行根据包括多个所述第一单位时间的第一规定时间内所述第一传感器的所述电平的值的平方和算出第一加速度的处理、根据包括多个所述第二单位时间的第二规定时间内所述第二传感器的所述电平的值的平方和算出第二加速度的处理、以及选择所述第一加速度和所述第二加速度中的任一个并输出的处理。
全文摘要
本发明提供了一种加速度计算方法和加速度计算装置，其提供了代替加速度传感器和角速度传感器的功耗更小的传感器。本发明通过加速度计算方法来计算加速度，该方法采用包括第一电极、与所述第一电极相对设置的第二电极、以及设置在由所述第一电极和所述第二电极组成的一对电极之间用于使所述一对电极处于导通状态或非导通状态的任一状态的导电体的传感器部，该方法包括计算表示单位时间内的所述导通状态的指标值的第一处理；以及根据规定时间内的所述指标值的平方和计算加速度的第二处理。
文档编号G01P15/135GK102193003SQ20111003865
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月15日 优先权日2010年2月15日
发明者山田英明, 长石道博 申请人:精工爱普生株式会社