专利名称：传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器装置，特别涉及具有加速度传感器的传感 器装置。
背景技术：
近年来，搭载了磁传感器的移动电话机等移动终端装置越来越被 实用化。这种移动终端装置不仅具有方位测定功能，而且还具有基于来自GPS (Global Positioning System:全球定位系统)的位置信息才艮 据测定的方位将当前位置等显示在屏幕的地图上的功能。能够从磁传感器得到的方位角，当磁传感器的传感器面是水平时 表示正确的方位角，但是当传感器面倾斜时将产生误差。该误差能够 通过以从加速度传感器得到的倾斜角(俯仰角(匕。:y于角)、滚动角(口 一少角))为基础在水平面上进行坐标变换并求出水平时的地磁矢量来 进行修正(例如参照专利文献1 )。专利文献l:特开2003-42766号公报发明内容发明所要解决的课题3轴的加速度传感器在静止的状态下能够检测重力加速度，但是 在加速度传感器随加速度而动的状态下，重力加速度以外的加速度成 分也被一并检测。为此，在加速度传感器移动的状态下计算的倾斜角 中有可能包含误差。在倾斜角中包含误差的情况下，即使以倾斜角为 基础进行坐标变换，修正后的方位角中也将产生误差。本发明是鉴于这种状态而做出，其目的在于提供一种能够最优地 进行倾斜角、方位角测定的传感器装置。解决课题的手段为了解决上述课题，本发明某一方式的传感器装置，包括3轴 的加速度传感器；加速度矢量计算部，从加速度传感器检测的值计算 加速度矢量；总加速度计算部，计算加速度矢量的大小；倾斜角计算 部，根据加速度矢量计算加速度传感器的倾斜角。倾斜角计算部在加 速度矢量的大小与重力加速度不同的情况下，中断倾斜角的计算处理。根据该方式，在加速度矢量的大小与重力加速度不同的情况下， 中断倾斜角的计算处理。由此，能够避免以包含重力加速度以外的加 速度成分的加速度传感器的检测值为基础导出错误倾斜角的状况，能 够最优地进行倾斜角的测定。上述方式的传感器装置还可以进一步包括温度传感器，加速度矢 量计算部可以根据温度传感器检测的温度信息修正并计算加速度矢量。由于加速度传感器的偏置、灵敏度根据温度变化而变化，因此通 过进行温度修正能够提高加速度矢量的测定精度。另外，通过提高加 速度矢量的精度，能够提高倾斜角的测定精度。上述方式的传感器装置还可以进一步包括3轴的磁传感器，检 测地磁矢量；以及方位角计算部，对由磁传感器检测的地磁矢量使用 倾斜角计算部计算的倾斜角进行坐标变换来计算该传感器装置的方位角。方位角计算部在加速度矢量的大小与重力加速度不同的情况下， 可以中断方位角的计算处理。在此情况下，在加速度矢量的大小与重力加速度不同的情况下， 中断方位角的计算处理。由此，能够避免以包含重力加速度以外的加 速度成分的加速度传感器的检测值为基础导出错误方位角的状况，能 够最优地进行方位角的测定。此外，以上结构要素的任意组合、本发明的表现形式在方法、系 统、记录介质、计算机程序等之间变换的内容作为本发明的方式是有 效的。发明的效果根据本发明，能够提供一种能够最优地进行倾斜角、方位角测定 的传感器装置。
图l是表示本发明第1实施方式涉及的传感器装置结构的图； 图2是倾斜角计算处理的流程图；图3是本发明的第2实施方式涉及的传感器装置结构的图；图4是方位角计算处理的流程图。附图标记i兌明10传感器装置，12 4企测部，13A/D变换部，14处理部，16存 储部，18磁传感器，20加速度传感器，22温度传感器，24气压传 感器，26地》兹矢量计算部，28方位角计算部，30加速度矢量计算部， 32倾斜角计算部，34总加速度计算部，36温度计算部，38气压计 算部，40高度计算部，100传感器装置。
具体实施方式
(第1实施方式)图l是表示本发明第1实施方式涉及的传感器装置IO的结构图。 传感器装置10包括检测部12、 A/D变换部13、处理部14、和存储部 16。检测部12具有加速度传感器20和温度传感器22。传感器装置10 能够测定输出加速度传感器20的倾斜角(俯仰角ce、滚动角0)。加速度传感器20是3轴的加速度传感器，具有检测相互正交的X 轴、Y轴、Z轴方向的加速度矢量的功能。加速度传感器20的方式没 有特别限定，可以是电阻值变化方式、容量变化方式、压电变化方式 等的任一种。温度传感器22检测传感器装置10内部的温度。检测的温度用于 修正由于温度漂移而引起的加速度传感器20的输出偏差。加速度传感 器20、温度传感器22中检测出的模拟值分别通过A/D变换部13变换 为数字值，并输出到处理部14。存储部16保存有加速度传感器20以及温度传感器22的特性数据。存储部16可以是EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory:电可擦除可编程只读存储器)等存储装置。处理部14对/人加速度传感器20、温度传感器22输出并通过A/D 变换部13变换为数字值的信号进行处理，输出加速度传感器20的倾 斜角(俯仰角a、滚动角/3)。俯仰角ce是X轴方向的倾斜角，滚动角 j8是Y轴方向的倾斜角。处理部14包括加速度矢量计算部30、倾斜 角计算部32、总加速度计算部34、和温度计算部36。温度计算部36从温度传感器22检测出的、进行了 A/D变换的数 字值Dt计算传感器装置10内部的温度t (单位。C)。使用保存在存 储部16中的温度传感器22的特性数据(基准温度的数字值DtQ、每l 。C的变化量ADt)通过算式(1)来计算温度t。在式(1)中，to是基 准温度(。C ))。<formula>formula see original document page 6</formula>加速度矢量计算部30从加速度传感器20中检测出的、进行了 A/D 变换的X轴、Y轴、Z轴3轴成分的数字值(Dxa， Dya， Dza)计算加 速度矢量(xa, ya, za)(单位G)。使用保存在存储部16中的加速度 传感器20的特性数据(3轴成分的偏置的数字值(Dxa。ff， Dya。ff, Dza。ff )、 以及每重力加速度(=1G)的灵敏度(ADxa， ADya, ADza))通过 式(2) (4)来计算加速度矢量(xa, ya， za)。<formula>formula see original document page 6</formula>(3)<formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 6</formula>4)由于加速度传感器20的偏置、灵敏度根据温度而变化，因此优选 地根据温度传感器22检测的温度信息来修正并计算加速度矢量。通过 进行温度修正，能够提高加速度矢量(xa, ya, za)的测定精度。总加速度计算部34计算由加速度矢量计算部30计算的加速度矢 量(xa, ya， za)的大小。加速度矢量(xa， ya， za)的大小称为总加 速度a。总加速度a使用式(5)计算。[数1]a=W+y"z〗…(5)在加速度传感器20静止的状态下，总加速度a等于lG,但是在 振动等加速度传感器20随加速度而动的情况下，总加速度a变成与 1G不同的值。倾斜角计算部32根据由加速度矢量计算部30计算的加速度矢量 (xa， ya， za)计算加速度传感器20的倾斜角(俯仰角a、滚动角]3)。 俯仰角a、滚动角iS的计算式表示为式(6)、 (7)。ct=arcsin(x)…(6) j3=arcsin(y/cosa) ".(7)倾斜角计算部32判断总加速度计算部34计算的总加速度a是否 等于1G，只有在总加速度a等于1G的情况下进行倾斜角的计算。倾 斜角计算部32预先保持重力加速度1G的值，并对总加速度a和1G 进行比较。在总加速度a不同于1G的情况下，中断倾斜角的计算处 理。总加速度a是否等于lG,带有容许极限地来进行判定。例如，在 总加速度a处于0.9G^a^l.lG范围内的情况下，判定为总加速度a 与1G相等。图2是倾斜角计算处理的流程图。首先，通过加速度传感器20 进行加速度的测量，得到加速度矢量的数字值(Dxa， Dya, Dza) ( S10 )。 接着，在加速度矢量计算部30中进行加速度矢量(xa， ya， za)的计 算(S12)。接着，在总加速度计算部34中，从加速度矢量(xa， ya, za)计算总加速度a (S14)。接着，在倾斜角计算部32中判定总加速度a是否等于1G(S16)。 在通过加速度传感器20测量的加速度矢量中包含重力加速度以外的 加速度成分的情况下，总加速度a变成不同于1G的值。由此，通过 判断总加速度a是否等于1G,能够判断是否包含重力加速度以外的加在总加速度a等于1G的情况下(S16为"是")，倾斜角计算部 32进行倾斜角的计算处理(S18)。在总加速度a不同于1G的情况下 (S16为"否，，)，倾斜角计算部32不进行倾斜角的计算处理，中断倾 斜角计算处理。在不进行总加速度a和重力加速度的比较而进行倾斜角的计算处 理的情况下，计算的倾斜角中有可能包含误差。根据第1实施方式涉 及的传感器装置10,能够避免以包含重力加速度以外的加速度成分的 加速度传感器20的检测值为基础导出错误倾斜角的状况。 (第2实施方式)图3是表示本发明第2实施方式涉及的传感器装置100的结构图。 传感器装置100能够输出方位角l高度h。在第2实施方式中，检测 部12进一步具有磁传感器18和气压传感器24。另外，处理部14进 一步具有地磁矢量计算部26、方位角计算部28、气压计算部38、和 高度计算部40。此外，对于与第1实施方式相同的结构要素，使用相 同的附图标记进行说明。气压传感器24检测外气压力。气压计算部38从气压传感器24 中检测出的、进行了 A/D变换的数字值Dp计算气压p (单位hPa)。 使用保存在存储部16中的气压传感器24的特性数据(偏置的数字值 Dp。ff、每lhPa的灵敏度ADp)通过式(8)来计算气压p。p=(D—D )/AD+1013. 25…(8)p poff p由于气压传感器24的偏置、灵敏度根据温度而变化，因此优选地 根据温度传感器22检测的温度信息来修正气压p。通过进行温度修正， 能够提高气压p的测定精度。高度计算部40从气压计算部38中计算的气压p、和基准气压po 之差计算相对高度h (单位m)。相对高度是将基准气压设为O时的 高度。由于高度每升高100m，气压就下降12hPa,因此能够使用式(9) 计算高度。h=(p —p) X 100/12…(9)磁传感器18是3轴的磁传感器，具有检测相互正交的X轴、Y 轴、Z轴方向的地磁矢量成分的功能。磁传感器18能够通过组合磁通 量闸门型磁传感器、霍尔元件、磁电阻元件等来构成。地i兹矢量计算部26从》兹传感器18中检测出的、进行了 A/D变换 的数字值(Dx， Dy， Dz)计算地磁矢量(x, y, z)(单位T )。使 用保存在存储部16中的磁传感器18的特性数据(3轴成分的偏置的 数字值(DXoff， Dyoff，， Dzoff)、每liuT的灵敏度(ADx， ADy， △ Dz ))通过式(10 ) ~ ( 12 )来计算地^兹矢量(x， y, z )。
<formula>formula see original document page 9</formula>
(12)方位角计算部28使用倾斜角计算部32计算的倾斜角(俯仰角a、 滚动角0)对地磁矢量计算部26中计算的地磁矢量(x， y， z)进行 坐标变换来计算磁传感器18的方位角0。方位角6 是/人地》兹矢量(x， y, z)的X轴成分x以及Y轴成分 y计算出的，但是在磁传感器18倾斜的情况下将产生误差。为此，坐 标变换为水平面，求出水平时的地磁矢量。当俯仰角设为a、滚动角 设为/3、将变换前的地磁矢量设为(x， y, z)、坐标变换后的地》兹矢 量设为(hx, hy, hz)时，坐标变换式能够如式(13)地表示。[数2]
<formula>formula see original document page 9</formula>使用坐标变换后的地一磁矢量的X轴成分hx以及Y轴成分hy,通 过式(12)来计算方位角
<formula>formula see original document page 9</formula> …(14)加速度矢量计算部30从加速度传感器20的检测值计算加速度矢 量。总加速度计算部34计算总加速度a。倾斜角计算部32判断总加速度计算部34中计算的总加速度a是否等于1G,只在总加速度a等 于1G的情况下进行倾斜角的计算。在总加速度a不同于1G的情况下， 中断倾斜角的计算处理。在进行倾斜角计算的情况下，向方位角计算 部28提供倾斜角的值。在中断了倾斜角的计算处理的情况下，向方位 角计算部28提供中断方位角计算处理的指示。图4是方位角计算处理的流程图。首先，通过磁传感器18进行地 ^磁测量，得到地^兹矢量的数字值(Dx， Dy， Dz)(S30)。接着，在地 磁矢量计算部26中进行地磁矢量(x， y,z)的计算(S32)。加速度传感器20进行加速度的测量，得到加速度矢量的数字值 (Dxa， Dya， Dza)(S34)。接着，在加速度矢量计算部30中，进行加 速度矢量(xa, ya， za)的计算(S36)。接着，在总加速度计算部34 中，从加速度矢量(xa， ya, za)计算总加速度a (S38)。接着，在倾斜角计算部32中判断总加速度a是否等于1G(S40)。 在总加速度a等于1G的情况下(S40为"是")，倾斜角计算部32进 行倾斜角的计算处理，将倾斜角的值提供给方位角计算部28 (S42)。 在总加速度a不同于1G的情况下(S40为"否，，)，倾斜角计算部32 不进行倾斜角的计算，中断倾斜角计算处理。倾斜角计算部32在中断 了倾斜角计算处理的情况下，将中断方位角计算处理的指示提供给方 位角计算部28。此外，地磁矢量的计算处理(S30 S32)、和倾斜角的 计算处理(S34 S42)的顺序也可以相反，另外也可以同时。方位角计算部28在没有来自倾斜角计算部32的方位角计算处理 的中断指示的情况下(S44为"否，，)，对地磁矢量(x， y， z)进行坐 标变换，计算坐标变换后的地磁矢量(hx， hy, hz)(S46)。之后，使 用坐标变换后的地-磁矢量的X轴成分hx以及Y轴成分hy计算方位角 6 (S48)。另一方面，方位角计算部28在存在来自倾斜角计算部32 的方位角计算处理的中断指示的情况下，中断方位角计算处理(S44 为"是，，)。如上所述，在加速度传感器20随加速度而动的状态下，由于加速 度传感器20的检测值包含重力加速度以外的加速度成分，因此计算的 倾斜角中包含误差。当使用包含了该误差的倾斜角进行坐标变换时，方位角0将具有误差。在第2实施方式涉及的传感器装置100中，由 于在总加速度a不同于1G的情况下，中断方位角0的计算处理，因 此能够避免以包含重力加速度以外的加速度成分的加速度传感器20 的检测值为基础导出错误方位角0的状况。以上，以实施方式为基础说明了本发明。实施方式是示例，本领 域技术人员应理解，这些各结构要素、各处理工序的组合中有各种变 型实施例、另外这样的变型实施例也在本发明的范围内。例如，在第2实施方式中，在倾斜角计算部32中进行总加速度a 和1G的比较，但是也可以将总加速度a的值从总加速度计算部34提 供给方位角计算部28,在方位角计算部28中进行总加速度a和1G的 比较，并进行方位角计算处理的中断判断。产业上的利用可行性本发明能够应用于与具有加速度传感器的传感器装置有关的领域。
权利要求
1.一种传感器装置，其特征在于，包括3轴的加速度传感器；加速度矢量计算部，从所述加速度传感器检测的值计算加速度矢量；总加速度计算部，计算加速度矢量的大小；倾斜角计算部，根据加速度矢量计算所述加速度传感器的倾斜角，所述倾斜角计算部在加速度矢量的大小与重力加速度不同的情况下，中断倾斜角的计算处理。
2. 根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，进一步包括 温度传感器，所述加速度矢量计算部根据温度传感器检测的温度信息修正并计 算加速度矢量。
3. 根据权利要求l或2所述的传感器装置，其特征在于，进一步 包括3轴的^兹传感器，；险测地》兹矢量；方位角计算部，对由所述磁传感器检测的地石兹矢量使用所述倾斜 角计算部计算的倾斜角进行坐标变换，计算该传感器装置的方位角，方位角计算部在加速度矢量的大小与重力加速度不同的情况下， 中断方位角的计算处理。
全文摘要
传感器装置(10)包括检测部(12)和处理部(14)。检测部(12)具有3轴的加速度传感器(20)、温度传感器(22)；处理部(14)具有加速度矢量计算部(30)、计算加速度矢量大小的总加速度计算部(34)、从加速度矢量计算倾斜角的倾斜角计算部(32)、和温度计算部(36)。倾斜角计算部(32)在加速度矢量的大小与重力加速度不同的情况下，中断倾斜角的计算处理。
文档编号G01C9/08GK101253387SQ200580051328
公开日2008年8月27日 申请日期2005年8月18日 优先权日2005年8月18日
发明者田村泰弘 申请人:C&N株式会社