CN102844643A - 动态传感器量程选择 - Google Patents

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CN102844643A CN2011800197245A CN201180019724A CN102844643A CN 102844643 A CN102844643 A CN 102844643A CN 2011800197245 A CN2011800197245 A CN 2011800197245A CN 201180019724 A CN201180019724 A CN 201180019724A CN 102844643 A CN102844643 A CN 102844643A
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Abstract

一种用于使用动态量程来感测现象的设备包括：感测元件，其配置成使用第一量程来测量现象并提供该现象的值的模拟指示；模数转换器（ADC），其耦合至感测元件并且配置成将模拟指示转换成数字指示；以及处理器，其耦合至ADC和感测元件并且配置成分析数字指示以确定感测元件的第二量程以及使感测元件从第一量程改变至第二量程以测量该现象，该第一量程不同于该第二量程。

Description

动态传感器量程选择
背景
存在用于检测各种量（诸如，速度、加速度、温度、压力、光、运动、磁场等）的传感器。一些现有传感器（诸如Bosch SMB 380）允许由执行调整操作的用户设置它们的量程以设置相对静态的量程。一旦被设置，传感器就使用该量程来检测因传感器而异的现象/环境。
众多机械和电气设备（从汽车到蜂窝电话）均使用某种类型的传感器。取决于应用，关注的可能是不同的传感器量程和偏移量。例如，运动检测应用可能关注某个感兴趣阈值附近的传感器读数。显著低于或高于该阈值的值对于该应用而言可能是不相关的，但是紧邻该阈值的读数可能需要精确地知晓。
在如今的传感器中，测量精度通常由传感器输出位宽（其是数字传感器中的模数转换器（ADC）的功能）和传感器被编程覆盖的量程来确定。例如，加速计的典型量程在-2g与+2g之间、-4g与+4g之间、以及-8g与+8g之间。运动检测应用传感器可具有mg数量级的测量精度。然而，在如今的传感器设计中，假定6位输出和+/-2g的量程，测量精度变成4g/64=g/16或数十到100mg数量级，由此比期望的准确性要低一些。
传感器参数通常在生产期间根据客户需要进行微调。在其他情形中，传感器参数可由用户通过选择位于传感器硬件外部的某些电子组件（例如，电容器和/或电阻器）的标称值来定制。传感器参数在整个操作周期或者甚至整个设备寿命期间保持不变。
传感器现在正以用户在需要时可通过向该传感器发送重新配置命令来改变的可定制的“运行中”参数为特征。例如，磁罗盘通常具有约0.7高斯（其是最大地球磁场）的量程。单量程罗盘设计有较宽的量程（通常2-6高斯）以容适罗盘可能接近设备内部或外部的金属物体。许多现有技术罗盘以用户可选择的量程为特征。作为另一示例，为了容适不同的运动模式，加速计往往设计有用户可选择量程（诸如2g、4g、8g），并且陀螺仪往往设计有每秒100度和每秒300度的用户可选择量程。
对于以可配置的量程为特征的传感器，这些量程通常由应用设置成对于给定模式而言尽可能窄。这是因为传感器误差（噪声、偏移、漂移、数字传感器的量化误差）通常不取决于测得的参数值，而是取决于传感器量程。有时，误差直接与量程成正比，或者即使不成正比，误差在较宽的量程下也会较高。因此，减小量程通常将导致测量误差的减小。然而，对于给定模式以及事先不知道使用哪个模式的多个模式而言，量程被设成最宽量程。
概述
用于使用动态量程来感测现象的设备的示例包括：感测元件，其配置成使用第一量程来测量现象并提供该现象的值的模拟指示；模数转换器（ADC），其耦合至感测元件并且配置成将模拟指示转换成数字指示；以及处理器，其耦合至ADC和感测元件并且配置成分析数字指示以确定感测元件的第二量程以及使感测元件从第一量程改变至第二量程以测量该现象，该第一量程不同于该第二量程。
这样的设备的实施例可包括以下特征中的一个或多个。处理器被配置成确定感测元件的期望量程并向感测元件提供信号以使感测元件将该期望量程用作测量现象的第二量程。处理器被配置成确定现象的值是否落在第一量程内以及第一量程是否是感测元件的最小可用的量程；以及响应于该值落在第一量程内并且第一量程大于最小可用的量程，使第二量程小于第一量程。处理器被配置成响应于确定现象的值落在第一量程之外而使第二量程大于第一量程。
替换地或补充地，这样的设备的实施例可包括以下特征中的一个或多个。处理器被配置成基于现象的预期测量值使感测元件从第一量程改变至第二量程以测量该现象。处理器被配置成响应于确定现象的值正快速地变化而使感测元件改变至第二量程。处理器被配置成响应于确定现象的值落在第一量程的边界的阈值内而使感测元件改变至第二量程。处理器被配置成根据预定义的可用量程序列使感测元件改变至第二量程。
用于感测现象的设备的示例包括：感测元件，配置成使用量程和偏移量的组合来并发地测量现象以及为量程和偏移量的组合提供与现象的值对应的相应模拟输出；模数转换器（ADC），其耦合至感测元件并且配置成将模拟输出转换成数字输出；以及处理器，其耦合至ADC并且被配置成分析数字输出以及使数字输出之一由该设备输出。
这样的设备的实施例可包括以下特征中的一个或多个。这些组合包括不同的偏移量和相似的量程。相似的量程是可供感测元件使用的最小量程。
用于感测现象的设备的另一示例包括：测量装置，用于使用量程和偏移量的组合来测量现象并且并发地为量程和偏移量的每一种组合提供与现象的值对应的相应模拟输出；模数转换器（ADC），其耦合至测量装置并且配置成将模拟输出转换成数字输出；以及选择装置，其耦合至ADC并且用于选择性地使数字输出之一由该设备输出。
这样的设备的实施例可包括以下特征中的一个或多个。这些组合包括不同的偏移量和相似的量程。相似的量程是可供感测元件使用的最小量程。
用于感测现象的方法的示例包括：使用感测元件应用第一量程来感测现象；提供应用第一量程的感测的结果的第一指示；使用感测元件应用第二量程来感测该现象，第二量程不同于第一量程；以及提供应用第二量程的感测的结果的第二指示。
此类方法的实施例可包括以下特征中的一个或多个。该方法还包括：确定第一指示是否指示有效的、落在量程内的测量；以及使用感测元件应用第二量程来感测该现象是响应于确定第一指示指示无效的、落在量程之外的测量；其中第二量程大于第一量程。该方法还包括：确定第一指示是否指示有效的、落在量程内的测量；确定第一量程是否是感测元件的最小可用量程；以及使用感测元件应用第二量程来测量该现象是响应于第一指示指示对第一值的有效的、落在量程内的测量并且第一量程大于感测元件的最小可用量程；其中第二量程小于第一量程。第二量程是感测元件的最小可用量程，该方法还包括设置感测元件的偏移量，以使得第一值将落在通过偏移量调整的第二量程内。该方法还包括确定现象的预期值，其中第二量程基于该现象的预期测量值。该方法还包括：确定第一指示是否指示有效的落在量程内的测量；以及使用感测元件应用第二量程来感测该现象是响应于确定现象的值正快速地变化。使用感测元件应用第二量程来感测该现象是响应于确定现象的值落在第一量程的边界的阈值内。该方法还包括根据预定义的可用量程序列来选择第二量程。
一种驻留在计算机可读介质上的计算机程序产品的示例包括计算机可读指令，这些计算机可读指令被配置成使处理器：分析对由感测元件使用第一量程感测的现象的值的指示；基于对使用第一量程感测的值的指示来确定感测元件的第二量程；以及使感测元件从第一量程改变至第二量程以感测该现象，该第一量程不同于该第二量程。
此类计算机程序产品的实施例可包括以下特征中的一个或多个。配置成使处理器分析该指示的指令被配置成使处理器确定现象的值是否落在第一量程内以及第一量程是否是感测元件的最小可用的量程；以及响应于该值落在第一量程内并且第一量程大于最小可用的量程，使第二量程小于第一量程。配置成使感测元件改变至第二量程的指令被配置成使处理器响应于确定现象的值落在第一量程之外而使第二量程大于第一量程。该计算机程序产品还包括配置成使处理器确定现象的预期测量值的指令，其中配置成使感测元件改变至第二量程的指令被配置成基于现象的预期测量值来设置第二量程。配置成使感测元件改变至第二量程的指令被配置成响应于确定现象的值正快速地变化而使感测元件改变至第二量程。配置成使感测元件改变至第二量程的指令被配置成响应于确定现象的值落在第一量程的边界的阈值内而使感测元件改变至第二量程。配置成使感测元件改变至第二量程的指令被配置成根据预定义的可用量程序列而使感测元件改变至第二量程。
本文中描述的项目和/或各技术可提供以下能力中的一个或多个。可以增加现象的测量准确性。例如，可以使用具有不同量程的测量周期，和/或多个并发测量可由感测元件感测、用一个或多个转换器转换成数字形式、以及分析使用期望量程获取的有效测量值，并且由此分析测量准确性。可以减少用于确定对现象的有效的、落在量程内的测量和/或有效测量序列的时间。感测元件的量程可动态地变化，包括适应于变化的测量。尽管已描述了项目/技术-效果对，但是也可以借助除所提及的项目/技术以外的项目/技术来达成所提及的效果，并且所提及的项目/技术可以并非必然产生所提及的效果。
附图简要说明
图1是包括感测元件的设备的框图。
图2是图1中所示的设备的功能框图。
图3是动态地设置和调整图1中所示的感测元件的偏移量和/或量程的过程的流程框图。
图4是调整图1中所示的感测元件的偏移量和/或量程的过程的流程框图。
图5是基于预期测量值来调整感测元件量程和/或偏移量的过程的流程框图。
图6是调整感测元件量程和/或偏移量的替换过程的流程框图。
图7是包括提供多个并发输出的感测元件的设备的框图。
图8是从图7所示的感测元件选择期望输出的过程的流程框图。
具体描述
本文中描述的技术提供可动态调整的传感器量程。传感器可在内部或外部受控以设置其灵敏度量程。例如，由传感器作出的一个或多个先前测量用于确定以期望的准确性水平、较佳地以将包括现象/环境的未来量的传感器约束内的最高准确性水平来捕获该未来量的量程。另外，传感器的偏移量也较佳地被动态调整以帮助允许将包括该未来量的较窄量程。其他实施例均落在本公开和权利要求的范围之内。
参照图1，包括传感器的设备10包括感测元件12、模数转换器（ADC）14、处理器16和存储器18。处理器16较佳是智能硬件设备，例如中央处理单元（CPU）（诸如由公司或
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制造的中央处理单元）、微控制器、专用集成电路（ASIC）等。存储器18被配置成存储信息并可包括例如随机存取存储器（RAM）和/或只读存储器（ROM）。存储器18存储包含指令的计算机可读、计算机可执行的软件代码20，这些指令被配置成当被执行时使处理器16执行本文中所描述的各种功能。替换地，软件20可能不能由处理器16直接执行，而是被配置成由处理器16编译并且随后执行以执行这些功能。
感测元件12、ADC 14、处理器16和存储器18的各种组合可以是传感器的一部分。例如，感测元件12可以是传感器13（在图1中所示的组件中的）唯一的组件，其中图1中所示的其他组件在传感器13外部。替换地，感测元件12和ADC 14可以在传感器15内部，其中处理器16和存储器18在传感器15外部。另外，感测元件12、ADC 14、处理器16和存储器18均可以是传感器17的内部部分。其他配置也是可能的。
还参照图2，设备10功能性地包括测量监视模块32、动态量程调整模块34、和动态偏移量调整模块36。模块32、34、36较佳地由处理器16和存储器18实现。监视模块32接收和/或存储关于由感测元件12进行的测量的信息。量程调整模块34使用来自监视模块的信息来确定是否以及如何为未来的测量调整感测元件12的量程。偏移量调整模块36使用来自监视模块的信息来确定是否以及如何为未来的测量调整感测元件12的偏移量。
参照图3，并且进一步参照图1-2，动态地调整感测元件12的量程和/或偏移量的过程110包括所示的各阶段。过程110仅是示例性的而不是限定性的。例如，可通过增加、移除或重新安排各阶段来改动过程110。
在阶段112处，设置感测元件12的测量偏移量和量程。对于初次通过阶段112，可见到感测元件12的偏移量和量程被设成默认值。未来通过阶段112将使测量偏移量和/或量程如以下所讨论的那样恰适地调整。偏移量较佳地设成位于要由感测元件12感测的最大值范围的中央处的默认值。例如，对于预期量程从-8g到+8g的值的加速计，偏移量较佳地设成0g。如果预期量程从-4g到+12g，则偏移量较佳地设成+4g。默认量程较佳地设成由感测元件12使用的最小量程，其中至少相对较小但实用的量程包括预期由感测元件12感测的合理多数目或数量的值。例如，对于具有+/-2g、+/-4g或+/-8g的量程值的加速计感测元件12，默认量程较佳地最初设成+/-2g。较佳地，感测元件12具有元件12可被设成的固定数目的量程。可接受的量程数量较佳地相对较小，例如，3或5个量程。可接受的量程数量较佳地足够小，以使得每个量程均可在合理的时间量内设置并用于感测参数，从而结果可被获得并提供给用户。较佳地，默认量程宽到足以涵盖合理量的测量而同时提供期望的准确性。
在阶段114处，感测有关的参数或现象。感测元件12应用或使用在阶段112处建立的偏移量和量程来感测适当的现象。例如，感测元件12可感测加速度、速度、温度、压力、湿度等。
在阶段116中，来自阶段114的感测值被转换成数字形式。ADC 14从感测元件12接收指示所感测的现象的值的模拟信号并将该模拟信号转换成数字形式。ADC 14向处理器16和设备10的输出提供对所感测的现象的数字值的指示。设备10的输出可按数字形式或通过显示器装置（图1中未示出）来提供。
在阶段118，作出关于来自感测元件12的测量是否有效的查询，即，是否落在感测元件12现在的量程内。如果来自感测元件12的测量落在感测元件12现在的量程内，则处理器16向ADC 14发送指示以行进至在阶段120中输出测量值。然而，如果测量是无效的，即不落在现在的感测元件量程内，则处理器16将指示ADC 14不要输出现在的测量并且处理器110将返回到阶段112。
在第二次或将来通过阶段112时，可恰适地调整感测元件12的测量偏移量和/或量程。处理器16可确定是否有较好的偏移量和/或量程可用于感测元件。例如，较好的量程可以是提供更高准确性和更少噪声的更窄量程。然而，例如，如果现在的量程已在感测元件12的最低可设置量程处，则更小的量程可能不可用。另外，处理器16可以能够设置感测元件12的偏移量，以使得更小的量程可由感测元件12使用。偏移量和/量程可使用各种技术来调整。例如，可以按诸如从最小到最大、最大到最小、随机等任何次序使偏移量循环遍历所有可用的偏移量。因此，例如，对于具有+/-8g量程的加速计以及-6g、-2g、+2g和+6g的可用偏移量的加速计，偏移量可以固定在+/-2g并且每次通过阶段112时改变偏移量，诸如-6g、-2g、+2g、+6g、-2g等。可按类似的方式使量程循环遍历，例如，具有0g的固定偏移量并且使量程在每次通过阶段112时改变为+/-2、+/-4g、+/-8g、+/-2g等。无论是否获得有效的测量，此类循环均可进行。以下讨论其他技术。
参照图4，用于在第二次或进一步通过阶段112时调整感测元件12的测量偏移量和/或量程的过程140包括所示的阶段。过程140仅是示例性的而不是限定性的。例如，可通过增加、移除或重新安排各阶段来改动过程140。
在阶段142处，作出关于现在的测量值是否有效的查询。此阶段可以与图3中所示的阶段118相同并且因此不是单独的查询。过程140可移除阶段142并且恰当地直接行进至阶段144或阶段146。如果现在的测量不是有效的，则过程140行进至阶段144。如果现在的测量是有效的，则过程140行进至阶段146。
在阶段144处，处理器16使感测元件12具有较宽的量程和/或不同的偏移量。例如，如果由于在量程的高端而导致测量是无效的，则处理器16可使偏移量增大。例如，如果感测元件12是具有偏移量为0g、现有量程为+/-2g的加速计，并且测量位于+2g处，则处理器16可使感测元件12增大其量程至+/-4g和/或将其偏移量移至+2g。过程140随后行进至图3的阶段114。
在阶段146处，在现在的测量是有效测量的情况下，作出关于现在的量程是否在最小可用量程处的查询。处理器16评估感测元件12现在的设置是否是感测元件12的最小量程设置。如果是，则过程140行进至阶段150，否则过程140行进至阶段148。
在阶段148处，恰当地减小感测元件12的量程并且恰当地改变感测元件12的偏移量。处理器16例如通过向感测元件12发送改变至下一较小可用量程的信号来使感测元件12改变至较小的量程。替换地，量程可改变至最小量程、作为小于当前量程的两个可用量程的量程（如果下一较小量程不是最小量程）、等等。处理器16进一步使偏移量恰当地改变，较佳地以使得当前测得值将在新的偏移量/量程组合下是有效的。例如，如果偏移量为0g，量程为+/-4g，测得值为-3.2g并且量程改变至+/-2g，则偏移量可被重设成当前测得的值或另一值（诸如在此情形中为-3g），以使得为-3.2g的当前测得值将在新的偏移量/量程组合下是有效的。
在阶段150处，根据预期测量值来调整感测元件12的量程和/或偏移量。处理器16分析先前的测量值以预测下一测量值。尽管可使用其他数量，但是由处理器16分析的先前测量值的数量较佳地为2。在预测了下一测量值的情况下，处理器16相应地设置偏移量和量程。较佳地，处理器16将偏移量设成所预测的下一测量值（或极端（最小或最大）可用偏移量）或最接近的可用偏移量，并且将量程设成最小可用/可设置量程。处理器16较佳地仅在测得值相对较慢地变化或至少不太快地变化（例如，比阈值速率慢）的情况下将量程设成最小量程。否则，处理器16可将量程设成比当前量程小的量程，但不必是最小量程，例如与当前量程相比下一较小的量程。替换地，处理器16可例如通过在改变或不改变偏移量的情况下使量程变大的方式设置量程以容适预期的测量值，以使得预期的测量值将落在新的量程内。
在阶段148或阶段150之后，过程140行进至图3的阶段114。
参照图5，并且进一步参照图1-4，实现图4中所示的阶段150的过程160包括所示的阶段。过程160仅是示例性的而不是限定性的。例如，可通过增加、移除或重新安排各阶段来改动过程160。
在阶段162处，作出查询并且处理器16确定测量是否正快速地变化。处理器16确定由感测元件12感测的值是否正快速地变化，例如，大于相继测量之间的阈值速率、大于预定百分比（诸如5%、10%）或其他百分比。处理器16可通过评价诸如先前2个测量、先前3个测量等的先前测量来确定变化率。如果处理器确定测量正快速地变化，则过程160行进至阶段164，其中处理器16调整感测元件12的偏移量和/或量程。处理器16较佳地将感测元件12的偏移量调整至所预计的下一测量值并且例如在处理器16确定测量正快速地变化以至于有理由改变量程的情况下可调整量程。例如，如果变化率超过阈值（诸如20%），则处理器16可使感测元件12的量程变宽。如果处理器16确定改变量程的值，则处理器16较佳地将量程递增1级较宽的量程，或者默认地递增到最大量程。如果在阶段162处，处理器确定来自感测元件12的测量值不在快速地变化，则过程160行进至阶段166。
在阶段166处，处理器确定测量值是否足够接近量程边界以证明改变感测元件12的偏移量是有理的。处理器16确定现在的测量值是否落在量程边界或边缘的阈值内。例如，处理器16可确定现在的测量是否落在量程边界的预定值内，例如，对于+/-2g的量程落在0.2g内或者落在量程的一百分比内。例如，处理器16可评价现在的测量落在任一量程边界（下界或上界）的范围的10%内。如果处理器16确定现在的测量落在量程边界的阈值内，则过程160行进至阶段168，其中处理器16调整感测元件12的偏移量。处理器16也可调整感测元件12的量程，尽管较佳地不这么做，因为测量已被确定不快速地变化。处理器16可预测下一测量值，并将感测元件12的偏移量调整至该值，将偏移量调整至现在的测量值，或者将偏移量调整至另一值。如果处理器16在阶段166处确定现在的测量值不在量程边界的阈值内，则处理器160行进至图3中所示的阶段114。
参照图6，并且进一步参照图1-3，用于实现对图3的阶段112的测量偏移量和/或量程的调整的替换过程180包括所示的阶段。过程180仅是示例性的而不是限定性的。例如，可通过增加、移除或重新安排各阶段来改动过程180。
在阶段182处，作出关于现在的测量是否有效的查询。处理器16确定现在的测量是否落在感测元件12的当前设置的量程内。如果处理器16通过测量监视模块32确定现在的测量是有效的，则过程180行进至以下讨论的阶段186，否则行进至阶段184。例如，以下讨论的阶段182可从过程180移除。
在阶段184处，作出关于现在的量程或偏移量是否在其最大值处的查询。处理器16确定现在的量程是否在可供感测元件12使用的最大量程处。替换地，处理器16确定现在的偏移量是否在感测元件12的最高可用偏移量处。可供感测元件12使用的偏移量可以是预定的锁步偏移量，以使得循环遍历所有的可用偏移量将覆盖可供传感元件12使用的整个量程或整个期望量程。例如，对于量程为+/-4g的加速计，量程可设成+/-2g并且可用偏移量为-6g、-2g、+2g和+6g。如果处理器16在阶段184处确定量程在其最大值处或者偏移量在其最大可用值处，则过程180行进至阶段186，否则行进至阶段188。
在阶段186处，量程或偏移量被重设成其各自的最小可用值。如果过程180用于调整量程，则量程调整模块34将感测元件12现在的量程重设至可用的最小量程，例如，对于加速计而言重设至+/-2g。替换地，如果过程180用于调整感测元件12的偏移量，则偏移量调整模块36将感测元件12的偏移量重设至其最低值，例如，在上一段给出的示例中重设至-6g。
在阶段188处，调整或递增感测元件12的量程或偏移量。如果过程180用于调整感测元件12的量程，则量程调整模块34将感测元件的量程调整、递增、或增大至下一可用量程递增。替换地，尽管递增是优选的，但是也可将量程设成以其最宽的量程开始，并且阶段188处的调整为减小或递减量程。另外，如果过程180用于调整具有固定量程的感测元件12的偏移量，则在阶段188处，偏移量调整模块36将偏移量递增至下一可用的偏移量值。如与量程调整一样，偏移量可从其最高水平开始并且移至较低水平。另外，也可不按顺序或次序选择偏移量值，以使得不必按递增或递减的次序来选择所有可用的偏移量。例如，在-6g、-2g、+2g和+6g的可用加速计偏移量以及+/-2g的固定量程的情况下，顺序可以是-6g、-2g、+2g、+6g、或+6g、+2g、-2g、-6g、或-6g、+2g、-2g、+6g。这种描述针对在其中处理器16设置感测元件的偏移量的闭环系统。（在其中处理器16不被连接以向感测元件12提供信号的）开环配置也可被使用，其中处理器16不设置感测元件12的量程或偏移量。例如，对于每个测量循环，感测元件12可被设成单个量程，并且偏移量由感测元件12自身来改变。因此，例如，量程可被设成+/-2g并且偏移量如上述那样排序，其中有效测量由ADC 14输出。
在阶段186处的重设或者阶段188处对量程或偏移量的调整之后，过程180行进至图3中所示的阶段114。
示例
以下表格解说了偏移量和量程的示例性序列，以及相应的感测和输出测量值。所有表格均针对具有+/-8g的最大有效量程的加速计的示例。
表1解说了在其中感测元件12具有+/-8g、+/-4g、+/-2g的可用量程、0g的固定偏移量、以及处理器16循环遍历这些可用量程的示例性实施例。此处，感测元件12输出针对所有三个量程的测量值而不管何时获得有效测量。处理器16仅选择具有最小量程的测量用于输出。
表1
表2解说了在其中感测元件12具有+/-8g、+/-4g、+/-2g的可用量程、0g的固定偏移量、以及处理器16循环遍历这些可用量程的示例性实施例。此处，感测元件12循环遍历这些量程直至有效的测量。感测元件的量程随后由感测元件12本身或者由处理器16重设成初始量程。
  实际值   量程   感测元件输出   ADC输出
  3.2g   +/-2g   正轨   无
  3.2g   +/-4g   3.2g   3.2g
  3.2g   +/-2g   正轨   无
  3.7g   +/-4g   3.7g   3.7g
  4.6g   +/-2g   正轨   无
  4.9g   +/-4g   正轨   无
  4.9g   +/-8g   4.9g   4.9g
表2
表3解说了在其中感测元件12具有+/-8g、+/-4g和+/-2g的量程、在-6g与+6g之间的可用偏移量并且处理器16将偏移量调整至现在的测得值（此处，精度为ag的十分之一）并将量程设成最小可用量程的示例性实施例。
  实际值   偏移量   量程   感测元件输出   ADC输出
  3.2g   0g   +/-8g   3.2g   3.2g
  3.2g   3.2g   +/-2g   3.2g   3.2g
  1.6g   +3.2g   +/-2g   1.6g   1.6g
  -2.4g   +1.6g   +/-2g   负轨   无
  -2.4g   0g   +/-8g   -2.4g   -2.4g
表3
表4解说了在其中感测元件12具有+/-8g、+/-4g和+/-2g的可用量程、在-6g与+6g之间的可用偏移量并且处理器16基于先前测得的值（此处，先前的两个值）来调整偏移量和量程以将量程设成最小可用量程的示例性实施例。如果检测到自由下落（0g加速度），则偏移量被设成0g并且量程被设成+/-8g的最大量程。
  实际值   偏移量   量程   感测元件输出   ADC输出
  3.2g   3.2g   +/-2g   3.2g   3.2g
  3.4g   3.2g   +/-2g   3.4g   3.4g
  3.7g   3.6g   +/-2g   3.7g   3.7g
  1.3g   4.0g   +/-2g   负轨   无
  0g   0g   +/-4g   0g   0g
  0g   0g   +/-2g   0g   0g
  0g   0g   +/-8g   0g   0g
表4
表4示出当实际测得的值从3.7g快速地变成1.3g时，量程因此增大至+/-4g。另外，当测得三个相继的0g值时，量程被设成最大值以预期出现加速度尖峰。这三个相继测量仅是示例性的，因为也可使用其他数量。
表5解说了量程固定在+/-2g的感测元件12的可用偏移量-6g、-2g、+2g、+6g的示例性序列，其中所有偏移量是在不管是否获得有效测量的情况下选择和使用的。
  实际值   偏移量   感测元件输出   ADC输出
  3.2g   -6g   正轨   无
  3.2g   -2g   正轨   无
  3.2g   +2g   3.2g   3.2g
  3.2g   +6g   负轨   无
表5
表6解说了量程固定在+/-2g的感测元件12的可用偏移量-6g、-2g、+2g、+6g的示例性序列，其中一旦获得有效测量就重新开始循环。
  实际值   偏移量   感测元件输出   ADC输出
  3.2g   -6g   正轨   无
  3.2g   -2g   正轨   无
  3.2g   +2g   3.2g   3.2g
  3.2g   -6g   正轨   无
表6
图7解说了可用偏移量为-6g、-4g、-2g、0g、2g、4g、6g并且固定量程为+/-2g的示例性实施例，其中当测得值在量程边界的阈值（此处为0.5g）内时改变偏移量。
  实际值   偏移量   感测元件输出   ADC输出
  3.2g   4g   3.2g   3.2g
  2.1   2g   2.1g   2.1g
  1.7g   2g   1.7g   1.7g
  -0.4g   0g   -0.4g   -0.4g
表7
其他实施例也是可能的并且落在本公开的范围内。
例如，参照图7，设备210包括感测元件212、ADC 214和处理器216。感测元件212被配置和连接以向ADC 214提供多个（此处为三个）输出。元件212具有内部设有不同参数的多个感测元件。这些输出中的每个输出具有不同的偏移量-量程组合（O/RC）。例如，感测元件可以是具有+/-8g的最大量程的加速计，其中所示出的三个输出各自具有0g偏移量并且分别具有为+/-2g、+/-4g和+/-8g的量程。感测元件212同时向ADC 214提供输出上的信号。ADC214具有多个个体ADC，一个个体ADC针对感测元件212的一个输出。替换地，ADC 214可具有较少的个体ADC并且在这些输出之间切换。处理器216被配置成分析来自感测元件212的如由ADC 214转换成数字形式的测量并使ADC 214输出对应于最低量程的有效测量值。例如，对于3.2g的值，针对+/-2g量程输出的感测元件输出将是正轨并且因此是无效的，针对+/-4g量程和+/-8g量程的感测元件输出将均是4.2g，并且处理器16将使ADC 214输出来自具有+/-4g量程的感测元件输出的测量。感测元件212的信号调理包括模拟和/或数字信号处理、放大等。为这些输出中的每个输出提供的信号调理可以不同于为其他输出中的一个或多个输出提供的信号调理。
参照图8，并且进一步参照图7，用于选择多个可能的感测元件输出中的一个输出的过程220包括所示的阶段。过程220仅是示例性的而不是限定性的。例如，可通过增加、移除或重新安排各阶段来改动过程180。
在阶段222处，由感测元件212感测有关现象。该现象是使用不同的参数（此处为不同的感测量程和可能不同的偏移量）来感测的。较佳地，使用不同的配置（不同的参数）同时/并发地感测该现象。感测元件输出来自不同的感测配置的值。
在阶段224处，接收并数字化来自感测元件212的输出。ADC 214接收该多个输出值并使这些值数字化。较佳地，这些值被同时数字化。经数字化的输出被提供给处理器216。
在阶段226处，这些经数字化的值中的一个值被选为来自ADC 214的输出。处理器216分析该经数字化的值并选择具有最低感测量程的有效输出。处理器216向ADC 214指示哪个值被选择。
在阶段228处，输出选中的值。ADC 214响应处理器对选择哪个值的指示并输出来自相应感测配置的相应值。

Claims (29)

1.一种用于使用动态量程来感测现象的设备，所述设备包括：
感测元件，其配置成使用第一量程来测量所述现象并提供所述现象的值的模拟指示；
模数转换器（ADC），其耦合至所述感测元件并且配置成将所述模拟指示转换成数字指示；以及
处理器，其耦合至所述ADC和所述感测元件并且配置成分析所述数字指示以确定所述感测元件的第二量程以及使所述感测元件从所述第一量程改变至所述第二量程以测量所述现象，所述第一量程不同于所述第二量程。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理器被配置成确定所述感测元件的期望量程并且向所述感测元件提供使所述感测元件将所述期望量程用作所述第二量程以测量所述现象的信号。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述处理器被配置成确定所述现象的所述值是否落在所述第一量程内并且所述第一量程是否是所述感测元件的最小可用量程，以及响应于所述值落在所述第一量程内并且所述第一量程大于所述最小可用量程而使所述第二量程小于所述第一量程。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述处理器被配置成响应于确定所述现象的所述值落在所述第一量程之外而使所述第二量程大于所述第一量程。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理器被配置成基于所述现象的预期测量值来使所述感测元件从所述第一量程改变至所述第二量程以测量所述现象。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理器被配置成响应于确定所述现象的所述值在快速地变化而使所述感测元件改变至所述第二量程。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理器被配置成响应于确定所述现象的所述值落在所述第一量程的边界的阈值内而使所述感测元件改变至所述第二量程。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理器被配置成根据预定义的可用量程序列而使所述感测元件改变至所述第二量程。
9.一种用于感测现象的设备，所述设备包括：
感测元件，配置成使用多个量程和偏移量组合来并发地测量所述现象并且针对所述量程和偏移量组合提供与所述现象的值对应的相应模拟输出；
模数转换器（ADC），其耦合至所述感测元件并且配置成将所述模拟输出转换成多个数字输出；以及
处理器，其耦合至所述ADC并且被配置成分析所述数字输出和使所述数字输出中的一个数字输出由所述设备输出。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述多个组合包括不同的偏移量和相似的量程。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述相似的量程是可供所述感测元件使用的最小量程。
12.一种用于感测现象的设备，所述设备包括：
测量装置，用于使用多个量程和偏移量组合来测量所述现象并且并发地针对所述量程和偏移量组合中的每一个组合提供与所述现象的值对应的相应模拟输出；
模数转换器（ADC），其耦合至所述测量装置并且被配置成将所述模拟输出转换成多个数字输出；以及
选择装置，其耦合至所述ADC并且用于使所述数字输出中的一个数字输出由所述设备输出。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述多个组合包括不同的偏移量和相似的量程。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述相似的量程是可供所述感测元件使用的最小量程。
15.一种用于测量现象的方法，所述方法包括：
使用感测元件应用第一量程来感测所述现象；
提供对应用所述第一量程的所述感测的结果的第一指示；
使用所述感测元件应用第二量程来感测所述现象，所述第二量程不同于所述第一量程；以及
提供对应用所述第二量程的所述感测的结果的第二指示。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述第一指示是否指示有效的、落在量程内的测量；以及
使用所述感测元件应用所述第二量程来感测所述现象是响应于确定所述第一指示指示无效的、落在量程之外的测量；
其中所述第二量程大于所述第一量程。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述第一指示是否指示有效的、落在量程内的测量；
确定所述第一量程是否是所述感测元件的最小可用量程；以及
使用所述感测元件应用所述第二量程来感测所述现象是响应于所述第一指示指示对第一值的有效的、落在量程内的测量并且所述第一量程大于所述感测元件的所述最小可用量程；
其中所述第二量程小于所述第一量程。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二量程是所述感测元件的所述最小可用量程，所述方法还包括设置所述感测元件的偏移量，以使得所述第一值将落在由所述偏移量调整的所述第二量程内。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括确定所述现象的预期值，其中所述第二量程基于所述现象的所述预期测量值。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述第一指示是否指示有效的、落在量程内的测量；以及
使用所述感测元件应用所述第二量程来感测所述现象是响应于确定所述现象的值在快速地变化。
21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，使用所述感测元件应用所述第二量程来感测所述现象是响应于确定所述现象的值落在所述第一量程的边界的阈值内。
22.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括根据预定义的可用量程序列来选择所述第二量程。
23.一种驻留在计算机可读介质上并且包括计算机可读指令的计算机程序产品，所述计算机可读指令配置成使处理器：
分析对由感测元件使用第一量程感测的现象的值的指示；
基于所述对使用第一量程感测的所述值的所述指示来确定所述感测元件的第二量程；以及
使所述感测元件从所述第一量程改变至所述第二量程以感测所述现象，所述第一量程不同于所述第二量程。
24.如权利要求23所述的计算机程序产品，其特征在于，所述配置成使所述处理器分析所述指示的指令被配置成使所述处理器确定所述现象的所述值是否落在所述第一量程内并且所述第一量程是否是所述感测元件的最小可用量程，以及响应于所述值落在所述第一量程内并且所述第一量程大于所述最小可用量程而使所述第二量程小于所述第一量程。
25.如权利要求23所述的计算机程序产品，其特征在于，所述配置成使所述感测元件改变至所述第二量程的指令被配置成使所述处理器响应于确定所述现象的所述值落在所述第一量程之外而使所述第二量程大于所述第一量程。
26.如权利要求23所述的计算机程序产品，其特征在于，还包括配置成使所述处理器确定所述现象的预期测量值的指令，其中所述配置成使所述感测元件改变至所述第二量程的指令被配置成基于所述现象的所述预期测量值来设置所述第二量程。
27.如权利要求23所述的计算机程序产品，其特征在于，所述配置成使所述感测元件改变至所述第二量程的指令被配置成响应于确定所述现象的所述值在快速地变化而使所述感测元件改变至所述第二量程。
28.如权利要求23所述的计算机程序产品，其特征在于，所述配置成使所述感测元件改变至所述第二量程的指令被配置成响应于确定所述现象的所述值落在所述第一量程的边界的阈值内而使所述感测元件改变至所述第二量程。
29.如权利要求23所述的计算机程序产品，其特征在于，所述配置成使所述感测元件改变至所述第二量程的指令被配置成根据预定义的可用量程序列使所述感测元件改变至所述第二量程。
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