專利名稱：傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器裝置，特別涉及具有加速度傳感器的傳感 器裝置。
背景技術(shù)：
近年來，搭載了磁傳感器的移動(dòng)電話機(jī)等移動(dòng)終端裝置越來越被 實(shí)用化。這種移動(dòng)終端裝置不僅具有方位測(cè)定功能，而且還具有基于來自GPS (Global Positioning System:全球定位系統(tǒng))的位置信息才艮 據(jù)測(cè)定的方位將當(dāng)前位置等顯示在屏幕的地圖上的功能。能夠從磁傳感器得到的方位角，當(dāng)磁傳感器的傳感器面是水平時(shí) 表示正確的方位角，但是當(dāng)傳感器面傾斜時(shí)將產(chǎn)生誤差。該誤差能夠 通過以從加速度傳感器得到的傾斜角(俯仰角(匕。:y于角)、滾動(dòng)角(口 一少角))為基礎(chǔ)在水平面上進(jìn)行坐標(biāo)變換并求出水平時(shí)的地磁矢量來 進(jìn)行修正(例如參照專利文獻(xiàn)1 )。專利文獻(xiàn)l:特開2003-42766號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容發(fā)明所要解決的課題3軸的加速度傳感器在靜止的狀態(tài)下能夠檢測(cè)重力加速度，但是 在加速度傳感器隨加速度而動(dòng)的狀態(tài)下，重力加速度以外的加速度成 分也被一并檢測(cè)。為此，在加速度傳感器移動(dòng)的狀態(tài)下計(jì)算的傾斜角 中有可能包含誤差。在傾斜角中包含誤差的情況下，即使以傾斜角為 基礎(chǔ)進(jìn)行坐標(biāo)變換，修正后的方位角中也將產(chǎn)生誤差。本發(fā)明是鑒于這種狀態(tài)而做出，其目的在于提供一種能夠最優(yōu)地 進(jìn)行傾斜角、方位角測(cè)定的傳感器裝置。解決課題的手段為了解決上述課題，本發(fā)明某一方式的傳感器裝置，包括3軸 的加速度傳感器；加速度矢量計(jì)算部，從加速度傳感器檢測(cè)的值計(jì)算 加速度矢量；總加速度計(jì)算部，計(jì)算加速度矢量的大??；傾斜角計(jì)算 部，根據(jù)加速度矢量計(jì)算加速度傳感器的傾斜角。傾斜角計(jì)算部在加 速度矢量的大小與重力加速度不同的情況下，中斷傾斜角的計(jì)算處理。根據(jù)該方式，在加速度矢量的大小與重力加速度不同的情況下， 中斷傾斜角的計(jì)算處理。由此，能夠避免以包含重力加速度以外的加 速度成分的加速度傳感器的檢測(cè)值為基礎(chǔ)導(dǎo)出錯(cuò)誤傾斜角的狀況，能 夠最優(yōu)地進(jìn)行傾斜角的測(cè)定。上述方式的傳感器裝置還可以進(jìn)一步包括溫度傳感器，加速度矢 量計(jì)算部可以根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)的溫度信息修正并計(jì)算加速度矢量。由于加速度傳感器的偏置、靈敏度根據(jù)溫度變化而變化，因此通 過進(jìn)行溫度修正能夠提高加速度矢量的測(cè)定精度。另外，通過提高加 速度矢量的精度，能夠提高傾斜角的測(cè)定精度。上述方式的傳感器裝置還可以進(jìn)一步包括3軸的磁傳感器，檢 測(cè)地磁矢量；以及方位角計(jì)算部，對(duì)由磁傳感器檢測(cè)的地磁矢量使用 傾斜角計(jì)算部計(jì)算的傾斜角進(jìn)行坐標(biāo)變換來計(jì)算該傳感器裝置的方位角。方位角計(jì)算部在加速度矢量的大小與重力加速度不同的情況下， 可以中斷方位角的計(jì)算處理。在此情況下，在加速度矢量的大小與重力加速度不同的情況下， 中斷方位角的計(jì)算處理。由此，能夠避免以包含重力加速度以外的加 速度成分的加速度傳感器的檢測(cè)值為基礎(chǔ)導(dǎo)出錯(cuò)誤方位角的狀況，能 夠最優(yōu)地進(jìn)行方位角的測(cè)定。此外，以上結(jié)構(gòu)要素的任意組合、本發(fā)明的表現(xiàn)形式在方法、系 統(tǒng)、記錄介質(zhì)、計(jì)算機(jī)程序等之間變換的內(nèi)容作為本發(fā)明的方式是有 效的。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠最優(yōu)地進(jìn)行傾斜角、方位角測(cè)定 的傳感器裝置。


圖l是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式涉及的傳感器裝置結(jié)構(gòu)的圖； 圖2是傾斜角計(jì)算處理的流程圖；圖3是本發(fā)明的第2實(shí)施方式涉及的傳感器裝置結(jié)構(gòu)的圖；圖4是方位角計(jì)算處理的流程圖。附圖標(biāo)記i兌明10傳感器裝置，12 4企測(cè)部，13A/D變換部，14處理部，16存 儲(chǔ)部，18磁傳感器，20加速度傳感器，22溫度傳感器，24氣壓傳 感器，26地》茲矢量計(jì)算部，28方位角計(jì)算部，30加速度矢量計(jì)算部， 32傾斜角計(jì)算部，34總加速度計(jì)算部，36溫度計(jì)算部，38氣壓計(jì) 算部，40高度計(jì)算部，100傳感器裝置。
具體實(shí)施方式
(第1實(shí)施方式)圖l是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式涉及的傳感器裝置IO的結(jié)構(gòu)圖。 傳感器裝置10包括檢測(cè)部12、 A/D變換部13、處理部14、和存儲(chǔ)部 16。檢測(cè)部12具有加速度傳感器20和溫度傳感器22。傳感器裝置10 能夠測(cè)定輸出加速度傳感器20的傾斜角(俯仰角ce、滾動(dòng)角0)。加速度傳感器20是3軸的加速度傳感器，具有檢測(cè)相互正交的X 軸、Y軸、Z軸方向的加速度矢量的功能。加速度傳感器20的方式?jīng)] 有特別限定，可以是電阻值變化方式、容量變化方式、壓電變化方式 等的任一種。溫度傳感器22檢測(cè)傳感器裝置10內(nèi)部的溫度。檢測(cè)的溫度用于 修正由于溫度漂移而引起的加速度傳感器20的輸出偏差。加速度傳感 器20、溫度傳感器22中檢測(cè)出的模擬值分別通過A/D變換部13變換 為數(shù)字值，并輸出到處理部14。存儲(chǔ)部16保存有加速度傳感器20以及溫度傳感器22的特性數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)部16可以是EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory:電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)等存儲(chǔ)裝置。處理部14對(duì)/人加速度傳感器20、溫度傳感器22輸出并通過A/D 變換部13變換為數(shù)字值的信號(hào)進(jìn)行處理，輸出加速度傳感器20的傾 斜角(俯仰角a、滾動(dòng)角/3)。俯仰角ce是X軸方向的傾斜角，滾動(dòng)角 j8是Y軸方向的傾斜角。處理部14包括加速度矢量計(jì)算部30、傾斜 角計(jì)算部32、總加速度計(jì)算部34、和溫度計(jì)算部36。溫度計(jì)算部36從溫度傳感器22檢測(cè)出的、進(jìn)行了 A/D變換的數(shù) 字值Dt計(jì)算傳感器裝置10內(nèi)部的溫度t (單位。C)。使用保存在存 儲(chǔ)部16中的溫度傳感器22的特性數(shù)據(jù)(基準(zhǔn)溫度的數(shù)字值DtQ、每l 。C的變化量ADt)通過算式(1)來計(jì)算溫度t。在式(1)中，to是基 準(zhǔn)溫度(。C ))。<formula>formula see original document page 6</formula>加速度矢量計(jì)算部30從加速度傳感器20中檢測(cè)出的、進(jìn)行了 A/D 變換的X軸、Y軸、Z軸3軸成分的數(shù)字值(Dxa， Dya， Dza)計(jì)算加 速度矢量(xa, ya, za)(單位G)。使用保存在存儲(chǔ)部16中的加速度 傳感器20的特性數(shù)據(jù)(3軸成分的偏置的數(shù)字值(Dxa。ff， Dya。ff, Dza。ff )、 以及每重力加速度(=1G)的靈敏度(ADxa， ADya, ADza))通過 式(2) (4)來計(jì)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)由于加速度傳感器20的偏置、靈敏度根據(jù)溫度而變化，因此優(yōu)選 地根據(jù)溫度傳感器22檢測(cè)的溫度信息來修正并計(jì)算加速度矢量。通過 進(jìn)行溫度修正，能夠提高加速度矢量(xa, ya, za)的測(cè)定精度?？偧铀俣扔?jì)算部34計(jì)算由加速度矢量計(jì)算部30計(jì)算的加速度矢 量(xa, ya， za)的大小。加速度矢量(xa， ya， za)的大小稱為總加 速度a?？偧铀俣萢使用式(5)計(jì)算。[數(shù)1]a=W+y"z〗…(5)在加速度傳感器20靜止的狀態(tài)下，總加速度a等于lG,但是在 振動(dòng)等加速度傳感器20隨加速度而動(dòng)的情況下，總加速度a變成與 1G不同的值。傾斜角計(jì)算部32根據(jù)由加速度矢量計(jì)算部30計(jì)算的加速度矢量 (xa， ya， za)計(jì)算加速度傳感器20的傾斜角(俯仰角a、滾動(dòng)角]3)。 俯仰角a、滾動(dòng)角iS的計(jì)算式表示為式(6)、 (7)。ct=arcsin(x)…(6) j3=arcsin(y/cosa) ".(7)傾斜角計(jì)算部32判斷總加速度計(jì)算部34計(jì)算的總加速度a是否 等于1G，只有在總加速度a等于1G的情況下進(jìn)行傾斜角的計(jì)算。傾 斜角計(jì)算部32預(yù)先保持重力加速度1G的值，并對(duì)總加速度a和1G 進(jìn)行比較。在總加速度a不同于1G的情況下，中斷傾斜角的計(jì)算處 理?？偧铀俣萢是否等于lG,帶有容許極限地來進(jìn)行判定。例如，在 總加速度a處于0.9G^a^l.lG范圍內(nèi)的情況下，判定為總加速度a 與1G相等。圖2是傾斜角計(jì)算處理的流程圖。首先，通過加速度傳感器20 進(jìn)行加速度的測(cè)量，得到加速度矢量的數(shù)字值(Dxa， Dya, Dza) ( S10 )。 接著，在加速度矢量計(jì)算部30中進(jìn)行加速度矢量(xa， ya， za)的計(jì) 算(S12)。接著，在總加速度計(jì)算部34中，從加速度矢量(xa， ya, za)計(jì)算總加速度a (S14)。接著，在傾斜角計(jì)算部32中判定總加速度a是否等于1G(S16)。 在通過加速度傳感器20測(cè)量的加速度矢量中包含重力加速度以外的 加速度成分的情況下，總加速度a變成不同于1G的值。由此，通過 判斷總加速度a是否等于1G,能夠判斷是否包含重力加速度以外的加在總加速度a等于1G的情況下(S16為"是")，傾斜角計(jì)算部 32進(jìn)行傾斜角的計(jì)算處理(S18)。在總加速度a不同于1G的情況下 (S16為"否，，)，傾斜角計(jì)算部32不進(jìn)行傾斜角的計(jì)算處理，中斷傾 斜角計(jì)算處理。在不進(jìn)行總加速度a和重力加速度的比較而進(jìn)行傾斜角的計(jì)算處 理的情況下，計(jì)算的傾斜角中有可能包含誤差。根據(jù)第1實(shí)施方式涉 及的傳感器裝置10,能夠避免以包含重力加速度以外的加速度成分的 加速度傳感器20的檢測(cè)值為基礎(chǔ)導(dǎo)出錯(cuò)誤傾斜角的狀況。 (第2實(shí)施方式)圖3是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式涉及的傳感器裝置100的結(jié)構(gòu)圖。 傳感器裝置100能夠輸出方位角l高度h。在第2實(shí)施方式中，檢測(cè) 部12進(jìn)一步具有磁傳感器18和氣壓傳感器24。另外，處理部14進(jìn) 一步具有地磁矢量計(jì)算部26、方位角計(jì)算部28、氣壓計(jì)算部38、和 高度計(jì)算部40。此外，對(duì)于與第1實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)要素，使用相 同的附圖標(biāo)記進(jìn)行說明。氣壓傳感器24檢測(cè)外氣壓力。氣壓計(jì)算部38從氣壓傳感器24 中檢測(cè)出的、進(jìn)行了 A/D變換的數(shù)字值Dp計(jì)算氣壓p (單位hPa)。 使用保存在存儲(chǔ)部16中的氣壓傳感器24的特性數(shù)據(jù)(偏置的數(shù)字值 Dp。ff、每lhPa的靈敏度ADp)通過式(8)來計(jì)算氣壓p。p=(D—D )/AD+1013. 25…(8)p poff p由于氣壓傳感器24的偏置、靈敏度根據(jù)溫度而變化，因此優(yōu)選地 根據(jù)溫度傳感器22檢測(cè)的溫度信息來修正氣壓p。通過進(jìn)行溫度修正， 能夠提高氣壓p的測(cè)定精度。高度計(jì)算部40從氣壓計(jì)算部38中計(jì)算的氣壓p、和基準(zhǔn)氣壓po 之差計(jì)算相對(duì)高度h (單位m)。相對(duì)高度是將基準(zhǔn)氣壓設(shè)為O時(shí)的 高度。由于高度每升高100m，氣壓就下降12hPa,因此能夠使用式(9) 計(jì)算高度。h=(p —p) X 100/12…(9)磁傳感器18是3軸的磁傳感器，具有檢測(cè)相互正交的X軸、Y 軸、Z軸方向的地磁矢量成分的功能。磁傳感器18能夠通過組合磁通 量閘門型磁傳感器、霍爾元件、磁電阻元件等來構(gòu)成。地i茲矢量計(jì)算部26從》茲傳感器18中檢測(cè)出的、進(jìn)行了 A/D變換 的數(shù)字值(Dx， Dy， Dz)計(jì)算地磁矢量(x, y, z)(單位T )。使 用保存在存儲(chǔ)部16中的磁傳感器18的特性數(shù)據(jù)(3軸成分的偏置的 數(shù)字值(DXoff， Dyoff，， Dzoff)、每liuT的靈敏度(ADx， ADy， △ Dz ))通過式(10 ) ~ ( 12 )來計(jì)算地^茲矢量(x， y, z )。
<formula>formula see original document page 9</formula>
(12)方位角計(jì)算部28使用傾斜角計(jì)算部32計(jì)算的傾斜角(俯仰角a、 滾動(dòng)角0)對(duì)地磁矢量計(jì)算部26中計(jì)算的地磁矢量(x， y， z)進(jìn)行 坐標(biāo)變換來計(jì)算磁傳感器18的方位角0。方位角6 是/人地》茲矢量(x， y, z)的X軸成分x以及Y軸成分 y計(jì)算出的，但是在磁傳感器18傾斜的情況下將產(chǎn)生誤差。為此，坐 標(biāo)變換為水平面，求出水平時(shí)的地磁矢量。當(dāng)俯仰角設(shè)為a、滾動(dòng)角 設(shè)為/3、將變換前的地磁矢量設(shè)為(x， y, z)、坐標(biāo)變換后的地》茲矢 量設(shè)為(hx, hy, hz)時(shí)，坐標(biāo)變換式能夠如式(13)地表示。[數(shù)2]
<formula>formula see original document page 9</formula>使用坐標(biāo)變換后的地一磁矢量的X軸成分hx以及Y軸成分hy,通 過式(12)來計(jì)算方位角
<formula>formula see original document page 9</formula> …(14)加速度矢量計(jì)算部30從加速度傳感器20的檢測(cè)值計(jì)算加速度矢 量?？偧铀俣扔?jì)算部34計(jì)算總加速度a。傾斜角計(jì)算部32判斷總加速度計(jì)算部34中計(jì)算的總加速度a是否等于1G,只在總加速度a等 于1G的情況下進(jìn)行傾斜角的計(jì)算。在總加速度a不同于1G的情況下， 中斷傾斜角的計(jì)算處理。在進(jìn)行傾斜角計(jì)算的情況下，向方位角計(jì)算 部28提供傾斜角的值。在中斷了傾斜角的計(jì)算處理的情況下，向方位 角計(jì)算部28提供中斷方位角計(jì)算處理的指示。圖4是方位角計(jì)算處理的流程圖。首先，通過磁傳感器18進(jìn)行地 ^磁測(cè)量，得到地^茲矢量的數(shù)字值(Dx， Dy， Dz)(S30)。接著，在地 磁矢量計(jì)算部26中進(jìn)行地磁矢量(x， y,z)的計(jì)算(S32)。加速度傳感器20進(jìn)行加速度的測(cè)量，得到加速度矢量的數(shù)字值 (Dxa， Dya， Dza)(S34)。接著，在加速度矢量計(jì)算部30中，進(jìn)行加 速度矢量(xa, ya， za)的計(jì)算(S36)。接著，在總加速度計(jì)算部34 中，從加速度矢量(xa， ya, za)計(jì)算總加速度a (S38)。接著，在傾斜角計(jì)算部32中判斷總加速度a是否等于1G(S40)。 在總加速度a等于1G的情況下(S40為"是")，傾斜角計(jì)算部32進(jìn) 行傾斜角的計(jì)算處理，將傾斜角的值提供給方位角計(jì)算部28 (S42)。 在總加速度a不同于1G的情況下(S40為"否，，)，傾斜角計(jì)算部32 不進(jìn)行傾斜角的計(jì)算，中斷傾斜角計(jì)算處理。傾斜角計(jì)算部32在中斷 了傾斜角計(jì)算處理的情況下，將中斷方位角計(jì)算處理的指示提供給方 位角計(jì)算部28。此外，地磁矢量的計(jì)算處理(S30 S32)、和傾斜角的 計(jì)算處理(S34 S42)的順序也可以相反，另外也可以同時(shí)。方位角計(jì)算部28在沒有來自傾斜角計(jì)算部32的方位角計(jì)算處理 的中斷指示的情況下(S44為"否，，)，對(duì)地磁矢量(x， y， z)進(jìn)行坐 標(biāo)變換，計(jì)算坐標(biāo)變換后的地磁矢量(hx， hy, hz)(S46)。之后，使 用坐標(biāo)變換后的地-磁矢量的X軸成分hx以及Y軸成分hy計(jì)算方位角 6 (S48)。另一方面，方位角計(jì)算部28在存在來自傾斜角計(jì)算部32 的方位角計(jì)算處理的中斷指示的情況下，中斷方位角計(jì)算處理(S44 為"是，，)。如上所述，在加速度傳感器20隨加速度而動(dòng)的狀態(tài)下，由于加速 度傳感器20的檢測(cè)值包含重力加速度以外的加速度成分，因此計(jì)算的 傾斜角中包含誤差。當(dāng)使用包含了該誤差的傾斜角進(jìn)行坐標(biāo)變換時(shí)，方位角0將具有誤差。在第2實(shí)施方式涉及的傳感器裝置100中，由 于在總加速度a不同于1G的情況下，中斷方位角0的計(jì)算處理，因 此能夠避免以包含重力加速度以外的加速度成分的加速度傳感器20 的檢測(cè)值為基礎(chǔ)導(dǎo)出錯(cuò)誤方位角0的狀況。以上，以實(shí)施方式為基礎(chǔ)說明了本發(fā)明。實(shí)施方式是示例，本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)理解，這些各結(jié)構(gòu)要素、各處理工序的組合中有各種變 型實(shí)施例、另外這樣的變型實(shí)施例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在第2實(shí)施方式中，在傾斜角計(jì)算部32中進(jìn)行總加速度a 和1G的比較，但是也可以將總加速度a的值從總加速度計(jì)算部34提 供給方位角計(jì)算部28,在方位角計(jì)算部28中進(jìn)行總加速度a和1G的 比較，并進(jìn)行方位角計(jì)算處理的中斷判斷。產(chǎn)業(yè)上的利用可行性本發(fā)明能夠應(yīng)用于與具有加速度傳感器的傳感器裝置有關(guān)的領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種傳感器裝置，其特征在于，包括3軸的加速度傳感器；加速度矢量計(jì)算部，從所述加速度傳感器檢測(cè)的值計(jì)算加速度矢量；總加速度計(jì)算部，計(jì)算加速度矢量的大??；傾斜角計(jì)算部，根據(jù)加速度矢量計(jì)算所述加速度傳感器的傾斜角，所述傾斜角計(jì)算部在加速度矢量的大小與重力加速度不同的情況下，中斷傾斜角的計(jì)算處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括 溫度傳感器，所述加速度矢量計(jì)算部根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)的溫度信息修正并計(jì) 算加速度矢量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的傳感器裝置，其特征在于，進(jìn)一步 包括3軸的^茲傳感器，；險(xiǎn)測(cè)地》茲矢量；方位角計(jì)算部，對(duì)由所述磁傳感器檢測(cè)的地石茲矢量使用所述傾斜 角計(jì)算部計(jì)算的傾斜角進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算該傳感器裝置的方位角，方位角計(jì)算部在加速度矢量的大小與重力加速度不同的情況下， 中斷方位角的計(jì)算處理。
全文摘要
傳感器裝置(10)包括檢測(cè)部(12)和處理部(14)。檢測(cè)部(12)具有3軸的加速度傳感器(20)、溫度傳感器(22)；處理部(14)具有加速度矢量計(jì)算部(30)、計(jì)算加速度矢量大小的總加速度計(jì)算部(34)、從加速度矢量計(jì)算傾斜角的傾斜角計(jì)算部(32)、和溫度計(jì)算部(36)。傾斜角計(jì)算部(32)在加速度矢量的大小與重力加速度不同的情況下，中斷傾斜角的計(jì)算處理。
文檔編號(hào)G01C9/08GK101253387SQ200580051328
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者田村泰弘 申請(qǐng)人:C&N株式會(huì)社