CN102194494A - 用于检测自由下落的机构和方法以及硬盘保护系统 - Google Patents

用于检测自由下落的机构和方法以及硬盘保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测自由下落的机构和方法，其中，所述检测元件具有生成第一信号的加速度传感器，其特征在于，所述检测元件为了检测地磁场而具有生成第二信号的磁场传感器，其中，所述检测元件被配置用于根据所述第一信号和所述第二信号来检测所述自由下落。本发明还涉及一种硬盘保护系统。

Description

用于检测自由下落的机构和方法以及硬盘保护系统
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于区分不同运动状态的检测元件。
背景技术
这样的用于区分不同运动状态的检测元件是公知的。例如，由文献US5,227,929公开了一种用于检测自由下落以保护便携式计算机中的硬盘的装置，所述装置具有3轴加速度传感器和计算单元。所述3轴加速度传感器连续地测量x轴、y轴和z轴上的加速度，其中，计算单元连续地分析加速度传感器的数据并且在自由下落的情况下向便携式计算机的中央计算单元发送警报。中央计算单元随后给出用于停放硬盘的写/读头的信号。对自由下落的检测以不存在强的旋转运动为前提，因为在旋转运动时出现的旋转加速度使对自由下落的明确识别变得困难。
此外，由文献US 2006/0236761 A1公开了一种用于检测具有旋转运动的自由下落的装置，其中，所述装置具有加速度测量元件和角速度测量元件。借助于加速度信号和角速度信号，由计算单元计算出需保护的装置的质量重心，其中，然而通过所述方法不能可靠地检测具有旋转运动的自由下落并且这样的装置的结构还非常复杂。
发明内容
与现有技术相比，根据并列权利要求的根据本发明的检测元件、根据本发明的装置和根据本发明的检测方法具有如下优点：检测元件具有加速度传感器和磁场传感器，由此可以通过简单的手段更可靠地检测所述检测元件的自由下落并且由此也更可靠地检测与所述检测元件相连接的装置或系统的自由下落，尤其是有旋转运动的自由下落。
本发明的有利的构型和进一步构型可以从从属权利要求以及参照附图的说明中得出。
根据一个优选的进一步构型提出，加速度传感器在三个空间方向上是敏感的和/或磁场传感器在三个空间方向上是敏感的，其中，实现非常高的测量准确性和对自由下落的非常可靠的检测。也可以或者在三轴磁场传感器情况下使用两轴加速度传感器或者在三轴加速度传感器情况下使用两轴磁场传感器。通过这些组合可以在更低耗费下仍实现非常准确的测量结果和对自由下落的可靠检测。
根据另一个优选的进一步构型提出，检测元件具有分析单元。例如在此可行的是，加速度传感器、磁场传感器和分析单元可以被单片集成地构造。这节省了结构空间和能量并且成本也非常有利。
根据另一个优选的进一步构型提出，检测元件安装在装置或系统中并且所述装置具有控制设备。其优点在于，可以通过以下方式来保护所述装置：一旦识别出自由下落，则通过所述控制设备采取适当的保护措施。特别地提出，所述控制设备被用于控制硬盘的写/读头，其中，所述写/读头可被定位在正常的位置中或者停放位置中。如果检测到自由下落，则写/读头被驶到停放位置中，其中，写/读头不在硬盘的磁盘上方。其优点在于，在硬盘碰撞时数据不会丢失，因为写/读头可靠地位于其停放位置中。
根据另一个优选的进一步构型提出，加速度传感器微机械地构造和/或磁场传感器微机械地构造，其中，加速度传感器和/或磁场传感器优选连同分析单元一起被单片集成地构造。其优点在于，可以非常小和轻地实现各个部件并且此外通过使用微机械和/或微电子的部件可以实现快速并且低成本的生产。
根据另一个优选的进一步构型提出，所述装置是硬盘，其中，可运动元件是写/读头，其中，工作位置是写/读头的写/读位置，其中，保护位置是写/读头的停放位置，其中，对于检测到自由下落的情形写/读头被驶到停放位置中。其优点在于，可以在碰撞情形中可靠地保护硬盘的写/读头和磁盘免受损坏。
本发明的另一主题是用于借助于加速度传感器和磁场传感器来检测自由下落的方法。在此，根据另一个优选的进一步构型提出，加速度传感器的信号具有三个第一空间方向分量和/或磁场传感器的信号具有三个第二空间方向分量，这具有如下优点：可以确定所述装置的准确位置和它的运动。这些信息也可以用于其他应用，例如移动电话中显示器上的图形显示。
根据另一个优选的进一步构型提出，将第一空间方向分量的数值的总和与第一阈值进行比较，其中，如果所述第一阈值在预先给定的时间上被低于，则识别出无旋转运动的自由下落，其中，如果经高通滤波的第二空间方向分量的数值的总和在确定的时间上超过第二阈值，则识别出有旋转运动的自由下落，或者根据一种替换实施方式，在将经高通滤波的第二空间方向分量的数值分别与第二阈值进行比较时，如果所述第二阈值对于至少一个空间方向分量在另一确定的时间上被超过，则识别出自由下落。所述进一步构型的优点在于，可以使有或者无旋转运动的自由下落与在装置的正常使用过程中产生的并且通常不造成损害的其他运动相区分。由此得出：不需要将写/读头驶到其停放位置中，这实现了例如硬盘的无干扰的工作方式。
根据另一个优选的进一步构型提出，硬盘的写/读头可以位于工作位置和保护位置中，其中，一旦已经识别出自由下落则将所述写/读头驶到保护位置中。在此有利的是，写/读头在其位于保护位置中期间不在硬盘的磁盘上方，由此在碰撞时不损坏磁盘和写/读头。
附图说明：
在附图中示出并且在以下描述中详细地说明本发明的实施例。
附图示出：
图1：本发明的机械结构的框图，
图2：根据本发明的第一实施方式的对加速度信号和磁场信号进行分析的框图，
图3：根据本发明的第二实施方式的对加速度信号和磁场信号进行分析的框图，
图4：本发明的相关的轴的示意图，
图5a：在无旋转的自由下落的情况下加速度传感器的示例性测量数据的示意图，
图5b：在无旋转的自由下落的情况下磁场传感器的示例性测量数据的示意图，
图6a：在有旋转的自由下落的情况下加速度传感器的示例性测量数据的示意图，
图6b：在有旋转的自由下落的情况下磁场传感器的示例性测量数据的示意图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的部分始终设有相同的附图标记并且因此通常仅仅命名或者说明一次。
在图1中示出了根据本发明的装置8的结构的框图，其中，装置8具有控制设备4和检测元件9，其中，检测元件9具有加速度传感器2、磁场传感器1和分析单元3。加速度传感器2尤其是连续地优选在三个空间方向上测量出现的加速力(Beschleunigungskraft)，其中，识别出装置8的自由下落或者运动。磁场传感器1尤其是连续地优选在三个空间方向上测量周围的磁场并且对地磁场敏感，其中，可以简单地识别出所述装置的旋转运动。分析单元3将测量到的数据聚集在一起、对它们进行处理并且对结果进行分析，其中，可以推断出装置8的运动状态。根据本发明应当检测自由下落。以下，自由下落也称为第二运动状态。第一运动状态是无自由下落的运动并且理解为正常情形，或者对应于装置8的正常使用情况。第二运动状态是有或者无旋转运动的自由下落。通过加速度传感器2和磁场传感器1的组合，自由下落可被特别准确地识别并且与诸如使用者运动或撞击的干扰相区分。在通过分析单元3识别第二运动状态时，例如通过控制设备4来激活保护机构，其中，例如硬盘的写/读头被置于停放位置中，在所述停放位置中写/读头不在硬盘的磁盘上。因此，所述根据本发明的结构实现了移动装置8、尤其是硬盘中可靠的并且对干扰不敏感的保护。
在图2中示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的对加速度信号和磁场信号进行分析的框图，其中，加速度传感器2产生第一信号52并且磁场传感器1产生第二信号51。例如，在三个空间方向上敏感的加速度传感器2中，第一信号52具有三个方向分量，所述三个方向分量以下称为第一方向分量41、42、43。例如，在三个空间方向上敏感的磁场传感器1中，第一信号51具有三个方向分量，所述三个方向分量以下称为第二方向分量44、45、46。首先并行地处理和分析第一信号52和第二信号51。在此之后借助“或”元件30将结果逻辑连接。如果或者出现尤其是由磁场传感器1检测到的有旋转的自由下落或者出现尤其是由加速度传感器2检测到的无旋转的自由下落，则生成触发进一步措施的信号，其中，例如激活保护机构。
在用22表示的方法步骤中形成第一方向分量41、42、43的数值的总和并且随后在用21表示的方法步骤中将所述总和与第一阈值进行比较，其中，如果在第一预先给定的时间间隔24上低于第一阈值，则识别出无旋转的自由下落。这例如借助于计数器23实现，其中，在第一时间间隔期间必须满足用21表示的方法步骤的比较条件。例如，一旦低于第一阈值则启动计数器23。计数器23仅仅在低于第一阈值时计数，其中，一旦计数器读数大于第一预先给定的时间间隔24则例如检测到自由下落。第一阈值非常取决于传感器特性，其中，必须特别考虑偏移、灵敏度漂移以及温度相关性。
就第二方向分量44、45、46而言，分别进行分别用附图标记12表示的高通滤波。在用11表示的方法步骤中形成第二方向分量的经高通滤波的数值的总和并且随后在用13表示的方法步骤中将所述总和与第二阈值进行比较，其中，如果在第二预先给定的时间间隔15上超过第二阈值，则识别出有旋转的自由下落。这例如借助于计数器14实现，其中，在第二时间间隔期间必须满足用13表示的方法步骤的比较条件。例如，一旦超过第二阈值则启动计数器14。计数器14仅仅在超过第二阈值时计数，其中，一旦计数器读数大于第二预先给定的时间间隔则例如检测到自由下落。因此，根据本发明的第一实施方式的所述根据本发明的方法实现了自由下落的可靠检测。
在图3中示出了根据本发明的第二实施方式的对加速度信号和磁场信号进行分析的框图。如根据第一实施方式(图2)已经描述的那样对第一信号52进行分析。如在第一实施方式中那样在用12表示的方法步骤中形成第二方向分量的经高通滤波的数值。在用16表示的方法步骤中将这些经高通滤波的数值分别与第三阈值进行比较并且借助“或”元件17将结果逻辑连接，其中，如果对于至少一个方向分量在第二预先给定的时间间隔15上超过第三阈值，则识别出自由下落。这例如借助于计数器14实现，其中，在第二时间间隔期间必须满足用13表示的方法步骤的比较条件。例如，一旦对于至少一个方向分量超过第三阈值则启动计数器14。计数器14仅仅在超过第二阈值时计数，其中，一旦计数器读数大于第二预先给定的时间间隔则例如检测到自由下落。因此，根据本发明的第二实施方式的所述根据本发明的方法实现了自由下落的可靠检测。
在图4中参照作为根据本发明的装置8的示例的便携式计算机借助于坐标系示意性地示出磁场传感器1的敏感轴，其中，两个轴x、y位于装置8的主延伸平面中。另一轴z与轴x、y垂直地延伸，其中，在自由下落时主要两个轴是相关的。
在图5a中示意性地示出一个示图，在所述示图中根据时间27绘出了具有例如三个第一方向分量41、42、43的第一信号52，用于无旋转运动的自由下落的第一示例性测量。在用40表示的时间段中发生自由下落，其中可以识别出第一方向分量中的至少一个的显著变化，通过所述变化可明确地检测到自由下落。
图5b中示意性地示出了一个示图，在所述示图中根据时间27绘出了具有例如三个第二方向分量44、45、46的第二信号51，用于第一示例性测量。在用40表示的时间段中发生自由下落，其中识别不出第二方向分量的显著的、大的相对变化。对于这样的情形，仅仅基于第一信号52检测自由下落。
图6a中示意性地示出了一个示图，在所述示图中根据时间27绘出了具有例如三个第一方向分量41、42、43第一信号52，用于有旋转运动的自由下落的第二示例性测量。在用40′表示的时间段中发生自由下落，其中不可以由第一方向分量推导出明确的结果，因为数值的总和由于旋转运动而不小于预先给定的阈值。在此情形中，为了明确地检测自由下落，必须考虑由磁场传感器1测量的第二信号51。
图6b中示意性地示出了一个示图，在所述示图中根据时间27绘出了具有例如三个第二方向分量44、45、46的第二信号51，用于第二示例性测量。在用40′表示的时间段中发生自由下落，其中在此可以识别出第二方向分量的显著变化，由此明确地检测旋转运动，并且因此还检测自由下落。

Claims (10)

1.用于检测自由下落的检测元件(9)，其中，所述检测元件(9)具有一生成一第一信号(52)的加速度传感器(2)，其特征在于，所述检测元件(9)为了检测地磁场而具有一生成一第二信号(51)的磁场传感器(1)，其中，所述检测元件(9)被配置用于根据所述第一信号(52)和所述第二信号(51)来检测所述自由下落。
2.根据权利要求1所述的检测元件(9)，其特征在于，所述加速度传感器(2)在三个空间方向上是敏感的和/或所述磁场传感器(1)在三个空间方向上是敏感的。
3.根据以上权利要求中任一项所述的检测元件(9)，其特征在于，所述检测元件(9)具有所述加速度传感器(2)、所述磁场传感器(1)和一分析单元(3)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的检测元件(9)，其特征在于，所述加速度传感器(2)微机械地构造和/或所述磁场传感器(1)微机械地构造，其中，优选地，所述加速度传感器(2)和/或所述磁场传感器(1)连同所述分析单元(3)一起被单片集成地构造。
5.具有根据以上权利要求中任一项所述的检测元件(9)的装置(8)，其特征在于，所述装置(8)具有一控制设备(4)，其中，所述控制设备(4)为了控制一可运动元件到或者一工作位置或者一保护位置中的调整而被如此配置，使得所述控制设备(4)被配置用于对于通过所述检测元件(9)检测到所述自由下落的情形将所述可运动元件调整到所述保护位置中。
6.根据权利要求5所述的装置(8)，其特征在于，所述装置(8)是一硬盘，其中，所述可运动元件是一写/读头，其中，所述工作位置是所述写/读头的写/读位置，其中，所述保护位置是所述写/读头的停放位置，其中，所述装置(8)被配置用于对于检测到所述自由下落的情形将所述写/读头调整到所述停放位置中。
7.用于检测自由下落的方法，其中，由一检测元件(9)的一加速度传感器(2)生成一第一信号(52)，其特征在于，由所述检测元件(9)的一磁场传感器(1)生成一根据地磁场存在的第二信号(51)，其中，根据所述第一信号(52)和所述第二信号(51)来检测所述自由下落。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，由所述加速度传感器(2)在三个空间方向上确定出现的加速度，其中，所述第一信号(52)具有三个第一方向分量(41、42、43)，和/或由所述磁场传感器(1)在三个空间方向上确定周围的磁场，其中，所述第二信号(51)具有三个第二方向分量(44、45、46)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，将所述第一方向分量的数值的总和(22)与一第一阈值进行比较(21)，其中，如果所述第一阈值在一第一预先给定的时间间隔(24)上被低于，则识别出所述自由下落，其特征在于，将所述经高通滤波(12)的第二方向分量的数值的总和(11)与一第二阈值进行比较(13)，其中，如果所述第二阈值在一第二预先给定的时间间隔(15)上被超过，则也替代地识别出所述自由下落。
10.根据权利要求7到9中任一项所述的方法，其特征在于，将所述第一方向分量的数值的总和(22)与一第一阈值进行比较(21)，其中，如果所述第一阈值在一第一预先给定的时间间隔(24)上被低于，则识别出所述自由下落，其特征在于，将所述经高通滤波(12)的第二方向分量的数值分别与一第二阈值进行比较(16)，其中，如果对于至少一个方向分量所述第二阈值在一第二预先给定的时间间隔(15)被超过，则也替代地识别出所述自由下落。
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