CN109765403A - 处理装置、处理系统、物理量测定装置及测定方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种处理装置、处理系统、物理量测定装置及测定方法等，能够通过前馈校正降低由于非线性系统的非线性导致的振动整流误差或非对称性误差。一种处理装置，其特征在于，包括：处理电路，对非线性系统的输出信号进行处理，所述非线性系统输出相对于输入包含振动整流误差的所述输出信号；以及存储部，用于存储预先获取的所述振动整流误差的振动整流系数信息，所述处理电路基于所述输出信号和所述振动整流系数信息，进行降低包含在所述输出信号中的所述振动整流误差的校正。

Description

处理装置、处理系统、物理量测定装置及测定方法
技术领域
本发明涉及一种处理装置、处理系统、物理量测定装置及测定方法等。
背景技术
在相对于输入具有良好的线性(直线性)输出信号的设备或系统中，当输入正弦波振动时，输出信号的平均值为零。另一方面，在具有非线性(非直线性)的设备或系统中，由于输出信号相对于输入的线性不完整，因而当输入正弦波振动时，输出信号的平均值不为零。这种输出信号包含振动整流误差(VRE:Vibration Rectification Error)和非对称性误差。
该振动整流误差和非对称性误差是由具有非直线性的设备或系统生成的误差信号，是并不包含在原始输入的信号中的信号。该误差信号会影响连接于设备或系统后段的处理系统或者应用系统的性能。例如，在使用了传感器的测定装置中，传感器(或者对传感器的检测信号进行处理的检测电路)可能具有非线性，并且由于基于该非线性的振动整流误差或非对称性误差，测定精度可能会降低。例如，用于环境测量的加速度传感器为了测定结构振动环境和声音振动环境的宽频带的振动分量，对于宽动态范围的信号需要低漂移(低误差)的性能。
例如专利文献1中公开了用于降低振动整流误差的现有技术。在专利文献1中，在加速度传感器上设置有恢复力致动器，基于加速度传感器的检测信号对恢复力致动器进行反馈控制，由此降低振动整流误差。为了将振动整流误差的影响抑制到最小限度，沿着第一轴加速度传感器供给已知的振动信号并测定振动整流误差，并且对反馈增益设定值进行调整直至其振动整流误差小于第一阈值。
专利文献1：日本特表2008-514959号公报
在为了校正非线性系统的振动整流误差(或非对称性误差)而使用反馈控制的情况下，需要构成反馈环路的构造，从而使系统变复杂。
而且，可能会受到反馈环路频带的影响。例如，为了校正加速度传感器的振动整流误差(或非对称性误差)而使用反馈控制的情况下，需要时间进行输出校正，并且相对于快速运动(快速的加速度变化)输出响应可能会延迟。
发明内容
根据本发明的几个实施方式，能够提供一种能够通过前馈校正降低由于非线性系统的非线性导致的振动整流误差或非对称性误差的处理装置、处理系统、物理量测定装置及测定方法等。
本发明的一个实施方式涉及一种处理装置，包括：处理电路，对非线性系统的输出信号进行处理，所述非线性系统输出相对于输入包含振动整流误差的所述输出信号；以及存储部，用于存储预先获取的所述振动整流误差的振动整流系数信息，所述处理电路基于所述输出信号和所述振动整流系数信息，进行降低包含在所述输出信号中的所述振动整流误差的校正。
根据本发明的一个实施方式，基于非线性系统的输出信号与振动整流系数信息进行降低包含在非线性系统的输出信号中的振动整流误差的校正，从而可以通过前馈对振动整流误差进行校正，而无需使用反馈构造。通过进行前馈校正，能够以更简单的结构校正振动整流误差，并且与基于反馈控制的校正相比，可以在较宽信号频带上校正振动整流误差。
另外在本发明的一个实施方式中，也可以是，所述振动整流系数信息包括：表示振动整流系数的常数的所述振动整流系数的常数信息；以及表示所述振动整流系数的频率特性的所述振动整流系数的频率特性信息。
这样，可以分离对常数的校正和对频率特性的校正。例如，通过对非线性系统的输出信号进行滤波处理，可以实现对振动整流系数的频率特性的校正，通过将该滤波处理的输出乘以常数，可以实现对振动整流系数的常数的校正。由此，能够通过轻负载的处理实现校正处理。
另外在本发明的一个实施方式中，也可以是，所述非线性系统包括传感器，并将所述传感器的检测信号或者基于所述检测信号的信号作为所述输出信号输出，所述振动整流系数的常数信息是每个所述传感器预先获取的信息。
如上所述，虽然振动整流系数信息包含常数与频率特性的信息，但是每个传感器的常数是不同的。另一方面，频率特性通常由检测电路的频率特性确定。由此，存在能够共用频率特性的情况，在这种情况下，由于测定每个传感器的常数即可，因此能够简化振动整流系数的测定。
另外在本发明的一个实施方式中，也可以是，所述处理电路对所述输出信号进行所述振动整流系数的频率特性的滤波处理，所述振动整流系数的频率特性信息是用于将所述振动整流系数的频率特性设定为所述滤波处理的频率特性的所述滤波处理的系数信息。
这样，能够基于预先获取的频率特性信息设定滤波处理的频率特性，并且对非线性系统的输出信号进行与振动整流误差的频率特性相对应的频率特性的滤波处理。通过滤波处理进行对频率特性的校正，从而能够减轻校正处理的负荷。
另外在本发明的一个实施方式中，也可以是，所述处理电路对所述输出信号进行所述振动整流系数的频率特性信息所表示的所述振动整流系数的频率特性的滤波处理，对所述滤波处理后的信号进行平方运算，将所述平方运算后的信号乘以所述振动整流系数的常数信息所表示的所述振动整流系数的常数以求出所述振动整流误差的校正值，从所述输出信号中减去求出的所述校正值。
这样，通过进行频率特性信息所表示的频率特性的滤波处理，并对滤波处理后的信号进行平方运算，从而可获得基于振动整流系数的频率特性的校正中间值。另外，通过将平方运算后的信号乘以常数信息所表示的常数，从而可获得基于振动整流系数的常数的校正值。通过从输出信号中减去该校正值，从而可实现对振动整流系数的常数及频率特性的校正。
另外在本发明的一个实施方式中，也可以是，当作为所述输入对所述非线性系统输入正弦波振动时，对所述非线性系统的所述输出信号的振幅与所述输出信号中包含的低频带信号的关系进行多项式近似而获得多项式，所述振动整流系数信息是基于该多项式的二次项系数的信息。
这样，通过改变正弦波振动的振幅来获取输出信号的振幅与输出信号中包括的低频带信号的关系，并对该关系进行多项式近似，由此能够准确地测定振动整流系数。另外，通过使用多项式近似，能够求出振动整流系数与非对称性系数。
另外在本发明的一个实施方式中，也可以是，所述非线性系统的所述输出信号相对于所述输入包含非对称性误差，所述存储部存储预先获取的所述非对称性误差的非对称性系数信息，所述处理电路基于所述非对称性系数信息，进行降低包含在所述输出信号中的所述非对称性误差的校正。
这样，通过基于非线性系统的输出信号与非对称性系数信息进行降低包含在非线性系统的输出信号中的非对称性误差的校正，从而能够通过前馈校正非对称性误差。
另外本发明的其他实施方式涉及一种处理装置，包括：处理电路，对非线性系统的输出信号进行处理，所述非线性系统输出相对于输入包含非对称性误差的所述输出信号；以及存储部，用于存储预先获取的所述非对称性误差的非对称性系数信息，所述处理电路基于所述输出信号和所述非对称性系数信息，进行降低包含在所述输出信号中的所述非对称性误差的校正。
根据本发明的其他实施方式，基于非线性系统的输出信号与非对称性系数信息进行降低包含在非线性系统的输出信号中的非对称性误差的校正，从而可以通过前馈对非对称性误差进行校正，而无需使用反馈结构。通过进行前馈校正，能够以更简单的结构校正非对称性误差，并且与基于反馈控制的校正相比，可以在较宽信号频带上校正非对称性误差。
另外在本发明的其他实施方式中，也可以是，所述非对称性系数信息包括：表示非对称性系数的常数的所述非对称性系数的常数信息；以及表示所述非对称性系数的频率特性的所述非对称性系数的频率特性信息。
这样，可以分离对常数的校正和对频率特性的校正。例如，通过对非线性系统的输出信号进行滤波处理，可以实现对非对称性系数的频率特性的校正，通过将该滤波处理的输出乘以常数，可以实现对非对称性系数的常数的校正。由此，能够通过轻负载的处理实现校正处理。
另外在本发明的其他实施方式中，也可以是，所述非线性系统具有传感器，并将所述传感器的检测信号或者基于所述检测信号的信号作为所述输出信号输出，所述非对称性系数的常数信息是每个所述传感器预先获取的信息。
如上所述，虽然非对称性系数信息包含常数与频率特性的信息，但是每个传感器的常数是不同的。另一方面，频率特性通常由检测电路的频率特性确定。由此，存在能够共用频率特性的情况，在这种情况下，由于测定每个传感器的常数即可，因此能够简化非对称性系数的测定。
另外在本发明的其他实施方式中，也可以是，所述处理电路对于所述输出信号进行所述非对称性系数的频率特性的滤波处理，所述非对称性系数的频率特性信息是用于将所述非对称性系数的频率特性设定为所述滤波处理的频率特性的所述滤波处理的系数信息。
这样，能够基于预先获取的频率特性信息设定滤波处理的频率特性，并且对非线性系统的输出信号进行与非对称性误差的频率特性相对应的频率特性的滤波处理。通过滤波处理进行对频率特性的校正，从而能够减轻校正处理的负荷。
另外在本发明的其他实施方式中，也可以是，所述处理电路对所述输出信号进行所述非对称性系数的频率特性信息所表示的所述非对称性系数的频率特性的滤波处理，对所述滤波处理后的信号计算绝对值，将计算绝对值后的信号乘以所述非对称性系数的常数信息所表示的所述非对称性系数的常数以求出所述非对称性误差的校正值，从所述输出信号中减去求出的所述校正值。
这样，通过进行频率特性信息所表示的频率特性的滤波处理，并对滤波处理后的信号进行绝对值的运算，从而可获得基于非对称性系数的频率特性的校正值。另外，通过将绝对值运算后的信号乘以常数信息所表示的常数，从而可获得基于非对称性系数的常数的校正值。通过从输出信号中减去该校正值，从而可实现对非对称性系数的常数及频率特性的校正。
另外在本发明的其他实施方式中，也可以是，当作为所述输入对所述非线性系统输入正弦波振动时，对包含在所述非线性系统的所述输出信号中的振幅与低频带信号的关系进行多项式近似而获得多项式，所述非对称性系数信息是基于该多项式的一次项系数的信息。
这样，通过改变正弦波振动的振幅来获取输出信号的振幅与输出信号中包括的低频带信号的关系，并对该关系进行多项式近似，由此能够准确地测定非对称性系数。另外，通过使用多项式近似，能够求出振动整流系数与非对称性系数。
另外本发明的其他实施方式涉及一种处理系统，包括：上述任一项所述的处理装置；以及所述非线性系统。
另外本发明的其他实施方式涉及一种物理量测定装置，包括：上述任一项所述的处理装置；以及包括物理量转换器的所述非线性系统。
另外本发明的其他实施方式涉及一种测定方法，对非线性系统输入振动，所述非线性系统输出相对于输入包含振动整流误差的输出信号，获取所述非线性系统的所述输出信号的振幅及包含在所述输出信号中的低频带信号，基于对所述振幅于所述低频带信号的关系进行多项式近似而获得的多项式的二次项系数来获取振动整流系数信息。
另外本发明的其他实施方式涉及一种测定方法，对非线性系统输入振动，该非线性系统输出相对于输入包含非对称性误差的输出信号，获取包含在所述非线性系统的所述输出信号中的振幅及低频带信号，基于表示对所述振幅于所述低频带信号的关系进行多项式近似而获得的多项式的一次项系数的信息来获取非对称性系数信息。
附图说明
图1是本实施方式的处理系统及处理装置的结构例。
图2是对加速度传感器输入正弦波振动时的输出信号的频谱示例。
图3是测定振动整流系数等的测定系统的结构例。
图4是加速度传感器的输出信号的波形例。
图5是加速度传感器的输出信号的波形的频谱示例。
图6是加速度传感器的输出信号的振幅的波形例。
图7是测定的低频带信号的波形例。
图8是示出对加速度传感器输入正弦波振动时的包络线振幅与低频带信号的关系的图。
图9是示出基于近似多项式的二次项表示的输入输出关系的失真的图。
图10是示出基于近似多项式的一次项表示的输入输出关系的失真的图。
图11是示出测定系数的处理顺序的流程图。
图12是当使输入到加速度传感器的振动波形的振幅呈阶梯式变化时的加速度传感器的输出信号的波形例。
图13是振动整流系数的频率特性例。
图14是近似于振动整流系数的频率特性的低通滤波器的频率特性及高通滤波器的频率特性的示例。
图15是示出基于两个滤波器的振动整流系数的近似的图。
图16是示出基于由滤波器的频率特性近似的振动整流系数的校正结果的图。
图17是振动整流系数的频率特性的示例。
图18是处理系统的第一详细结构例。
图19是处理系统的第二详细结构例。
图20是非线性系统的第一详细结构例。
图21是非线性系统的第二详细结构例。
图22是物理量测定装置的结构例。
附图标记说明
10…处理装置；11、12…校正器；13、14…加法器；15…偏置调整器；20…非线性系统；21…音叉式晶体振动器；22…梁部；23…固定部；24…振荡电路；25…信号生成电路；26…振幅调整电路；27…物理量转换器；28…检测电路；29…计数器；30…处理电路；31、32、33…校正器；34…延迟器；35…加法器；40…存储部；50…检测器；51…校正器；60…A/D转换器；100…处理系统；111…滤波器；113、114…乘法器；115…延迟器；116、117…存储器；118…绝对值电路；121…滤波器；123…乘法器；124…延迟器；125…存储器；131…滤波器；133…乘法器；134…存储器；141…滤波器；143…乘法器；144…存储器；151…滤波器；152…乘法器；153…存储器；154…绝对值电路；200…测定系统；210…信号生成器；220…放大器；230…振动器；240…加速度传感器；250…接口转换器；270…基板；300…物理量测定装置；A、B…常数；CA…振动整流系数信息；CB…非对称性系数信息；H1(s)、H2LP(s)、H2HP(s)…频率特性；I(t)…输出信号；IN…输入。
具体实施方式
下面，对本发明的优选实施方式进行详细说明。此外，下面说明的本实施方式没有不当地限定权利要求中描述的本发明的内容，并且作为本发明的解决方案，本实施方式中说明的结构未必都是必不可少的。
1.处理系统，处理装置
图1是本实施方式的处理系统100及处理装置10的结构例。处理系统100包括非线性系统20及处理装置10。此外，本实施方式不限于图1的结构，能够实施诸如省略其他构成要素的一部分或者添加其他构成要素等各种变形。
非线性系统20是输出包括对于输入IN而生成的输出以及由于系统的非线性产生的低频分量及谐波分量的输出信号I(t)的系统。低频分量是相对于振动输入由于系统的非线性而在输出信号中产生的偏移(偏置、直流分量)或低频带信号。即，在线性系统中，当对系统输入正弦波输入时，输出信号的平均为零，但在非线性系统中，相对于该正弦波输入，输出信号的平均不为零，而是在输出信号中包含振动整流误差等的偏移。
可以假设各种系统作为非线性系统20。例如是接收了物理输入IN(物理量)，并且将基于该输入IN测定的物理量作为模拟或数字输出信号I(t)输出的物理量转换器或物理量测定装置。例如，加速度传感器或陀螺传感器(角速度传感器)、温度传感器、压力传感器、光传感器、流速仪、流量仪、电压表、电流表、功率表等。加速度传感器例如是振子(钟摆)式或音叉振动器式的晶体加速度传感器或者MEMS加速度传感器等。陀螺传感器例如是晶体振动器式或MEMS振动器式的陀螺传感器等。包含这种非线性系统20的处理系统100例如是物理量测定系统。或者，非线性系统20是作为输入IN接收模拟信号(电压或电流信号)或数字信号，并且基于该输入IN输出模拟或数字的输出信号I(t)的电路。例如，包含滤波器电路和放大电路等的信号处理电路或者对于输入信号进行一些转换处理的转换器(例如变压器等)。或者，通过输入IN设定频率和振幅，并输出其设定的频率和振幅的输出信号I(t)的信号生成电路。包含这种非线性系统20的处理系统100例如是信号处理系统或信号生成系统。或者，作为非线性系统20与包含其的处理系统100，可以假设为振动发生器与振动控制系统、交流信号发生器与交流信号生成控制系统、交流信号放大器与交流信号放大系统、解调放大器与接收机系统等。
处理装置10是输入非线性系统20的输出信号I(t)，并且对其输出信号I(t)进行处理的装置。处理装置10例如可以是PC(Personal Computer)等通用的信息处理装置，或者也可以是进行包含振动整流误差等校正的处理的专用处理装置(例如，安装有构成要素的电路基板或模块等)。处理装置10包括处理电路30及存储部40(存储电路、存储装置)。
处理电路30对于非线性系统20的输出信号I(t)进行处理。存储部40存储预先获取的振动整流误差的振动整流系数信息CA。而且，处理电路30基于输出信号I(t)及振动整流系数信息CA，进行降低(抑制、压制)包含在输出信号I(t)中的振动整流误差的校正。
振动整流系数信息CA是表示振动整流误差相对于振动振幅的平方的比例系数的信息。即，设定振动整流系数，以使振动振幅的平方与振动整流系数的乘积近似于振动整流误差。例如，在制造非线性系统20时或者制造处理系统100时等，测定非线性系统20的(非线性系统20固有的)振动整流系数。振动整流系数信息CA是表示该振动整流系数的信息。振动整流系数信息CA是非线性系统20固有的信息，根据连接到处理装置10的非线性系统20，将不同的振动整流系数信息CA存储到存储部40。例如，当非线性系统20是物理量传感器时，对于每个物理量传感器，振动整流系数信息CA不同。如后所述，振动整流系数信息CA包括常数与频率特性的信息。例如，可以是常数与频率特性二者均为非线性系统20固有的信息，也可以是常数为非线性系统20固有的而频率特性为非线性系统20非固有(共同)的。
存储部40例如是存储器(半导体存储器(ROM、RAM))或者磁盘驱动器(HDD)、光盘驱动器(DVD、CD)等。振动整流系数信息CA例如也可以在制造处理系统100时等预先被写入存储部40。或者，也可以在处理装置10的外部存储部中存储振动整流系数信息CA，当处理装置10动作时，将从外部存储部读出的振动整流系数信息CA临时存储到存储部40中。
处理电路30使用输出信号I(t)与振动整流系数信息CA求出用于校正输出信号I(t)中包含的振动整流误差的校正值，并且从输出信号I(t)中减去其校正值。即，在本实施方式中，通过从非线性系统20的输出信号I(t)求出的校正值来校正输出信号I(t)的振动整流误差，从而成为前馈校正(控制)。例如对输出信号I(t)进行数字信号处理的情况下，处理电路30由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)或DSP(Digital SignalProcessor：数字信号处理器)等处理器构成。或者在对输出信号I(t)进行模拟信号处理的情况下，例如由滤波器电路或放大电路等模拟电路构成。在数字信号处理、模拟信号处理的任一情况下，处理电路30可以由ASIC(Application Specific IC：专用集成电路)构成。
根据以上的实施方式，基于输出信号I(t)及振动整流系数信息CA，通过进行降低(抑制、压制)包含在输出信号I(t)中的振动整流误差的校正，能够通过前馈校正振动整流误差。即，由于振动振幅的平方与振动整流系数的乘积近似于振动整流误差，因而通过将预先获取的振动整流误差的振动整流系数信息CA事先存储在存储部40中，由此能够从其振动整流系数信息CA与输出信号I(t)中求出(推测)振动整流误差，并进行校正。在通过反馈控制进行校正的情况下，由于受到反馈环路频带的影响，可能难以在宽信号频带上进行校正，然而通过进行如本实施方式的前馈校正，可以在整个宽信号频带上校正振动整流误差。
另外在本实施方式中，非线性系统20的输出信号相对于输入包含非对称性误差。存储部40存储预先获取的非对称性误差的非对称性系数信息CB。处理电路30基于非对称性系数信息CB，进行降低非线性系统20的输出信号中所包含的非对称性误差的校正。
非对称性系数信息CB是表示非对称性误差相对于振动振幅的比例系数的信息。具体地，设定非对称性系数，以使振动振幅的绝对值与非对称性系数的乘积近似于非对称性误差。例如，在制造非线性系统20时或者制造处理系统100时，测定非线性系统20的(非线性系统20固有的)非对称性系数。非对称性系数信息CB是表示该非对称性系数的信息。
非对称性系数信息CB是非线性系统20固有的信息，根据连接到处理装置10的非线性系统20，将不同的非对称性系数信息CB存储到存储部40。非对称性系数信息CB例如也可以在制造处理系统100时等预先被写入存储部40。或者，也可以在处理装置10的外部存储部中存储非对称性系数信息CB，当处理装置10动作时，将从外部的存储部读出的非对称性系数信息CB临时存储到存储部40中。
这样，基于输出信号I(t)及非对称性系数信息CB，进行降低包含在输出信号I(t)中的非对称性误差的校正，由此能够通过前馈校正非对称性误差。即，由于振动振幅的绝对值与非对称性系数的乘积近似于非对称性误差，因而通过将预先获取的非对称性误差的非对称性系数信息CB事先存储在存储部40中，能够从该非对称性系数信息CB与输出信号I(t)中求出(推测)非对称性误差，并进行校正。通过进行前馈校正，可以在整个宽信号频带上校正非对称性误差。
2.振动整流误差、振动整流系数、测定方法
下面，对本实施方式的详细内容进行说明。首先，对振动整流误差、振动整流系数及其测定方法进行说明。此外，下面举例说明了非线性系统20是加速度传感器的情况，但如上所述，非线性系统20不限定于加速度传感器。
将对于加速度传感器(非线性系统)的输入设为x，将加速度传感器对于该输入x输出的信号值(信号电平)设为y(x)。输入x是输入到加速度传感器的运动的加速度。信号值y(x)是表示由加速度传感器测定的加速度的信号值。如下式(1)所示，将y(x)以x的多项式近似。
a0、a1、a2、…、an是各次数的项的系数。
算式1
y(x)＝a0+a1x1+a2x2+…+anxn (1)
如下式(2)所示，将输入x设为正弦波函数(振动波形)。ω是角频率，t是时间，r是正弦波函数的振幅(单侧振幅)。
算式2
x(t)＝r sin(ωt) (2)
令x＝x(t)，将上式(2)代入上式(1)后，如下式(3)所示，可得到表示y(x)的时间变化的y(t)。
算式3
y(t)＝a0+a1r sin(ωt)+a2r2sin2(ωt)+…+anrnsinn(ωt) (3)
求出上式(3)的傅里叶级数直至二次项，获得下式(4)。
算式4
上式(4)右侧的第2项是与输入频率无关且与输入振幅成比例的项。
如下式(5)所示，与该振幅的平方成比例的项是振动整流误差VRE。a2是上式(1)的多项式的二次项的系数。
算式5
图2是对加速度传感器输入正弦波振动时的输出信号的频谱示例。
如上式(4)所示，输出信号包括低频带分量、输入频率的分量及谐波频率的分量。在图2的频谱中，由SP1表示的峰值是输入频率的分量，由SP2表示的多个峰值是谐波频率的分量，由SP3表示的频谱的凸起与低频带的误差相对应。图2的横轴是频率的对数轴，由SP3表示的低频带分量表示实际上由于非线性而引起的VRE等的误差。
在图2的频谱中，通过使用适当的低通滤波器。能够分离低频带信号(即，振动整流误差等)。另外，由于振动整流误差与输入正弦波的振幅r的平方成比例，因此，通过下式(6)，能够测定比例常数(VRC:Vibration Rectification Coefficient)。
算式6
此外，尽管上述对低频带信号仅包含振动整流误差的情况进行了说明，但是低频带信号不仅可以包含振动整流误差，还可以包含非对称性误差。下面，将主要对低频带信号包含振动整流误差及非对称性误差(以下，振动整流误差等)并校正这两个误差的情况进行说明。
图3是测定振动整流系数的测定系统200的结构例。测定系统200包括信号生成器210(信号生成电路)、放大器220、振动器230(振动器)、加速度传感器240(非线性系统)、接口转换器250(接口转换电路)及PC260(信息处理装置)。
信号生成器210生成正弦波信号。放大器220放大来自信号生成器210的正弦波信号，并将放大的正弦波信号作为驱动信号输出到振动器230。振动器230是通过驱动信号驱动的致动器，固定于基板270。基板270是不通过驱动信号振动的静止板或台等。振动器230通过作为正弦波信号的驱动信号进行正弦波振动。加速度传感器240安装(固定)于振动器230。振动器230的振动方向是加速度传感器240的检测轴方向。加速度传感器240测定被输入的振动的加速度，并输出表示该测定的加速度的输出信号。接口转换器250将来自加速度传感器240的输出信号，转换为PC260可接收的接口方式的信号。PC260基于来自接口转换器250的信号测定振动整流系数等。
图4是加速度传感器240的输出信号(振动响应)的波形例。由振动器230施加到加速度传感器240的振动的振幅从时间t1到时间t2逐渐增加，且从时间t2到t3逐渐减少。与此同时，加速度传感器240的输出信号的振幅从时间t1到时间t2逐渐增加，且从时间t2到t3逐渐减少。通过以这种方式改变振幅，可以获得如稍后在图8中描述的振动整流误差等相对于振动振幅的关系(函数)。
图5是图4的输出信号(振动响应)的波形的频谱示例。PC260对加速度传感器240的输出信号进行图5的CHP所示的频率特性的高通滤波处理，并提取高频带的响应。而且，对提取的高频带的响应波形的绝对值执行低通滤波处理，并将该信号乘以波峰因数(π/2)来求出振动响应的振幅(包络线的信号电平)。图6是加速度传感器240的输出信号(振动响应)的振幅的波形例。此外，也可以不使用高通滤波器，而是对除去了偏置误差的加速度传感器240的输出信号的绝对值进行低通滤波处理，并将其信号乘以波峰因数来求出振动响应的振幅。
另外，PC260对加速度传感器240的振动振幅输出信号，进行图5的CLP所示的频率特性的低通滤波处理，并提取低频带的响应。该低频带的响应与包含于图4所示的振动响应中的振动整流误差及非对称性误差相对应。图7是测定的振动整流误差等的波形例。
此外，用于求出包络线振幅的低通滤波器和用于求出振动整流误差等的低通滤波器可以是具有相同特性的滤波器。此时使用的低通滤波器的截止频率设定为在输入正弦波振动时的输出波形的包络线的变动的频率范围以上。即，低通滤波器的通过频带设定为在输入正弦波振动时的输出波形的包络线的变动的频带范围以上。另外，低通滤波器的截止频率设定为在驱动信号频率以下，以阻止在驱动信号以上的频率。
图8是示出对加速度传感器输入正弦波振动时的包络线振幅与低频带信号(振动整流误差等)的关联的图。即，将图6的振幅绘制为横轴，将与该振幅相对应的(同一时间的)图7的低频带信号(振动整流误差等)绘制为纵轴。该图8的关系以下式(7)所示的二次多项式近似。A、B、C是二次多项式的各项的系数。d(r)是振幅r中的低频带的漂移量。漂移量是由加速度传感器240的非线性产生的误差的总量。
算式7
d(r)＝Ar2+Br+C (7)
上式(7)的二次项与振动整流误差相对应，该系数(A)如下式(8)所示与振动整流系数VRC相对应。图9是示出基于上式(7)的二次项表示的输入输出关系的失真的图。横轴是对加速度传感器的输入，纵轴是加速度传感器的输出。虚线表示线性情况下的输入输出关系。如图9所示，当输出包含输入的二次项时，会产生振动整流误差。振动整流系数的正负根据二次项向上还是向下凸起变化。
算式8
上式(7)的一次项与非对称性误差相对应，其系数(B)与非对称性系数相对应。图10是示出基于上式(7)的一次项的输入输出关系的失真的图。如图10所示，在相对于正输入的输出的斜率与相对于负输入的输出的斜率不同时，产生非对称性误差。
上式(7)的0次项(常数项)与偏移相对应。当输入为零时，输出不为零(即，由图9和图10的虚线表示的直线在纵轴方向上平行移动)的情况下，产生偏移。
图11是示出测定系数的处理顺序的流程图。开始该处理，振动器230对加速度传感器240施加振动，PC260测定响应(步骤S1)。即，获取加速度传感器240的输出信号。接着，PC260除去响应的偏移(步骤S2)。即，从加速度传感器240的输出信号中除去DC分量，提取AC分量。以下，将该信号称作AC分量信号。或者，将紧接在施加驱动信号之前的加速度传感器的输出作为偏置偏移减去，并提取AC分量。
接着，PC260计算AC分量信号的绝对值(步骤S3)。接着，PC260对绝对值进行低通滤波处理，获取低频带的信号作为响应的振幅(步骤S4)。接着，将响应的振幅乘以波峰因数，获取响应的包络线振幅(步骤S5)。步骤S3～S5与上述获取图6的振幅的处理相对应。另外，PC260对AC分量信号进行低通滤波处理，获取低频带的信号(步骤S6)。步骤S6与上述获取图7的低频带信号的处理相对应。
接着，用二次多项式对包络线振幅与低频带的信号的关联进行近似(步骤S7)。接着，从近似得到的二次多项式的二次项系数求出振动整流系数(VRC)，并将一次项系数作为非对称性系数(步骤S8)。步骤S7、S8与图8中说明的求取振动整流系数与非对称性系数的处理相对应。
在施加振动时，通过已知的振动振幅，对加速度传感器240施加已知的振动频率。即，对加速度传感器240施加的振动不是随机振动。施加到加速度传感器240的已知振动的振幅设定为至少一个以上，其已知振动的频率设定为至少一个以上。例如在图4的示例中，一边在时间上改变振幅，一边对加速度传感器240施加恒定频率的振动。以多个频率进行与此相同的测定，求出关于各频率的振动整流系数和非对称性系数。
此外，如图12所示，也可以使输入到加速度传感器240的振动波形的振幅呈阶梯式变化。通过对加速度传感器240的输出信号进行低通滤波处理并获取低频带的信号，由此得到振幅的各阶段的漂移量。另外，将紧接在施加振动之前的加速度传感器输出信号作为偏置偏移减去后，进行低通滤波处理并获取低频带的信号，由此得到振幅的各阶段的漂移量。以与图8相同的方法对其进行绘制，通过二次多项式近似振幅与漂移量的关系，获得振动整流系数和非对称性系数。
根据以上的实施方式，通过以下的测定方法获取振动整流系数信息。即，将振动输入到非线性系统20，该非线性系统20相对于输入输出包含振动整流误差的输出信号，以获取包括在非线性系统20的输出信号中的振幅和低频带信号，基于对振幅与低频带信号的关系进行多项式近似获得的多项式的二次项系数来获取振动整流系数信息。
另外，将振动输入到非线性系统，该非线性系统相对于输入输出包含非对称性误差的输出信号，以获取包括在非线性系统的输出信号中的振幅和低频带信号，基于表示对振幅与低频带信号的关系进行多项式近似获得的多项式的一次项系数的信息来获取非对称性系数信息。
通过使用这种测定方法，能够获取振幅与低频带的信号的关系，并且基于对该关系进行多项式近似获得的多项式的二次项系数来测定振动整流系数。另外，能够基于多项式的一次项系数测定非对称性系数。如后所述，通过使用多项式近似，能够准确地测定振动整流系数及非对称性误差。另外，通过使用多项式近似，可以与振动整流误差一起测定非对称性误差。
此外，也可以如下所示测定振动整流系数的频率特性。即，对于加速度传感器240输入已知的振幅的振动，以已知的第一频率到已知的第二频率对该振动的频率进行扫频(扫描)。
如下式(9)所示，将除去了加速度传感器相对于扫频驱动信号的偏置的输出信号(振动响应)的绝对值乘以波峰因数，求出进行低通滤波处理后的输出振幅rC。r(fC)sin(2πfC)是加速度传感器的输出信号，π/2是波峰因数。HLP(s)是低通滤波器的传递函数。
算式9
频率fC中的振动整流系数VRC(fC)通过下式(10)求得。VRE(fC)是频率fC中的低频带信号。rC(fC)是频率fC中的振幅。VRE(fC)是对频率fC中的加速度传感器240的输出信号进行低通滤波处理得到的低频带信号。
算式10
3.校正方法
对使用通过上述测定方法求出的振动整流系数和非对称性系数来校正加速度传感器240(非线性系统)的输出信号的方法进行说明。
将作为振动响应的加速度传感器240的输出信号的信号值设为I(t)，低频带的漂移量d(I(t))由下式(11)表示。
算式11
d(I(t))＝AI(t)2+B|I(t)|+C (11)
如下式(12)、(13)所示，从振动响应I(t)中减去由上式(11)表示的漂移量d(I(t))，由此能够抑制非线性误差(振动整流误差与非对称性)。IC(t)是校正后的振动响应(校正后的加速度传感器240的输出信号的信号值)。
算式12
IC(t)＝I(t)-2d(I(t)) (12)
算式13
IC(t)＝I(t)-2(A×I(t)2+B×|I(t)|) (13)
振动整流系数和非对称性系数根据输入到加速度传感器240的振动的频率而变化，具有频率特性。图13是振动整流系数的频率特性例。
将由于任意的输入振动频率中的振动振幅引起的低频带的漂移量设为d(I(t)、s)。另外，将振动整流系数的频率特性设为A(s)，将非对称性系数的频率特性设为B(s)。此时，漂移量d(I(t)，s)由下式(14)表示。
算式14
d(I(t)，s)＝A(s)×I(t)2+B(s)×|I(t)|+C (14)
振动整流系数的频率特性A(s)分为常数A和频率特性H2 2(s)，非对称系数的频率特性B(s)分为常数B和频率特性H1(s)。即，将振动整流系数的频率特性设为A(s)＝A×H2 2(s)，将非对称性系数的频率特性设为B(s)＝B×H1(s)。由此，上式(14)可以变形为下式(15)。即，通过用近似了频率特性H2(s)、H1(s)的滤波器对振动响应I(t)进行滤波，可以近似各系数的频率特性。而且，通过乘以常数A、B，可以近似包括常数及频率特性的各系数。
算式15
通过上式(15)，校正后的振动响应IC(t)由下式(16)表示。
算式16
IC(t)＝I(t)-2(A×(H2(s)×I(t))2+B×|H1(s)×I(t)|) (16)
在图13的示例中，利用低通滤波器从振动整流系数为0的频率f1近似低频带侧，并且利用高通滤波器从频率f1近似高频带侧，由此能够近似振动整流系数的频率特性。图14是上述低通滤波器的频率特性H2LP(s)以及高通滤波器的频率特性H2HP(s)的示例。
通过组合这两个滤波器，可如下式(17)那样近似振动整流系数。图15是示出基于两个滤波器的振动整流系数的近似的图。振动整流系数的频率特性的(即，振动整流系数的符号的)极性表示振动整流误差的变动极性(变动方向的符号)。在对振动整流系数为负的频带进行近似的高通滤波器中，极性由该频带的振动整流系数的符号确定。
算式17
A(s)＝A×H2 2(s)＝ALP×H2LP 2(s)+AHP×H2HP 2(s) (17)
如图15所示，拟合时以近似振动整流系数的频率特性的方式预先设定低通滤波器的截止频率及高通滤波器的截止频率。即，根据系数信息的频率特性的形状，基于近似每个分割后的频带的滤波器增益是每个滤波器的系数信息。在一个示例中，近似了振动整流系数的频率特性A(s)的路径滤波器H2HP(s)2的增益为AHP。基于该滤波器特性的频带分割优选为，以振动整流系数的频率特性为0的频率f1为中心进行分割。例如，低通滤波器的截止频率在f1以下，高通滤波器的截止频率在f1以上。
图16是示出基于由滤波器的频率特性近似的振动整流系数的校正结果的图。实线表示测定的振动整流系数，虚线表示测定的振动整流系数与由滤波器的频率特性近似的振动整流系数之差。
使用近似的振动整流系数校正振动整流误差后的振动响应IC(t)由下式(18)表示。
算式18
在本实施方式中，通过预先测定由滤波器分割的每个频带的常数ALP、AHP与频率特性H2LP(s)、H2HP(s)，从存储了该信息的存储部40中读出并且由处理电路30进行上式(18)的运算，来校正振动整流误差。此外，可以如上式(16)所示从振动响应I(t)中减去振动整流误差及非对称性误差来进行校正，或者也可以如上式(18)所示从振动响应I(t)中仅减去振动整流误差来进行校正。例如，当非对称性误差相比振动整流误差非常小的情况下，也可以仅校正振动整流误差。
关于非对称性系数的频率特性H1(s)，也可以利用与振动整流系数相同的方法，通过滤波器的频率特性进行近似。此外，非对称性系数的频率特性可以被认为与振动整流系数的频率特性相同。这种情况下，也可以省略非对称性系数的频率特性的测定。通过预先测定非对称性系数的常数B和频率特性H1(s)，从存储有该信息的存储部40中读出并且由处理电路30进行上式(16)的运算，来校正非对称性系数(及振动整流误差)。此外，如下式(19)所示，也可以从振动响应I(t)中仅减去非对称性误差来进行校正。例如，当振动整流误差相比非对称性误差非常小的情况下，也可以进行这种校正。
算式19
IC(t)＝I(t)-2×B×|H1(s)×I(t)| (19)
图17是振动整流系数的频率特性的示例。在图17的示例中，在频率f2、f3处振动整流系数为0。这种情况下，如下式(20)所示，利用低通滤波器近似在频率f2以下的频率特性，利用带通滤波器近似频率f2至f3的频率特性，利用高通滤波器近似在频率f3以上的频率特性。
算式20
A×H2 2(s)＝ALP×H2LP 2(s)+ABP×H2BP 2(s)+AHP×H2HP 2(s) (20)
此外，如下式(21)所示，通过多个滤波器与对应于滤波器频带的振动整流系数的乘积之和，能够跟踪任意的振动整流系数的频率特性。这里，k是大于或等于1的整数，而且是表示每个频带的编号。
算式21
根据以上的实施方式，振动整流系数信息包括表示振动整流系数的常数A的振动整流系数的常数信息以及表示振动整流系数的频率特性H2(s)的振动整流系数的频率特性信息。频率特性信息例如在数字信号处理中是实现频率特性H2(s)的滤波器系数，或者在模拟信号处理中是可变地控制滤波器的频率特性的参数(例如用于设定滤波器中包括的电阻器的电阻值或电容器的电容值等的设定值)。
这样，可以分离对常数A的校正和对频率特性H2(s)的校正。具体地，如上式(15)、(16)中说明的那样，可以通过对非线性系统20的输出信号进行频率特性H2(s)的滤波处理，来进行关于振动整流系数的频率特性的校正，通过将该滤波处理的输出乘以常数A，来进行关于振动整流系数的常数的校正。由此，可以减轻校正处理的负荷。例如，如果试图进行将各频率分量乘以该频率的系数的运算，则对非线性系统20的输出信号进行傅里叶变换，将各频率的分量乘以系数，并对该乘法结果进行逆傅里叶变换。在不分离这些常数和频率特性的方法中，必须高速地进行傅里叶变换，因此处理负荷大。在本实施方式中，由于通过滤波处理实现了对频率特性的校正，因此可以减轻处理负荷。
另外在本实施方式中，非线性系统20具有传感器，将传感器的检测信号或者基于检测信号的信号作为输出信号输出。振动整流系数信息CA的常数信息是每个传感器预先获取的信息。例如，传感器是将物理量转换为电信号的物理量转换器(物理量检测元件)。例如，是加速度传感器的检测元件(例如晶体振动子、MEMS振动子等)。非线性系统20可以将传感器的检测信号直接作为输出信号输出，也可以对检测信号进行信号处理之后输出。例如，物理量转换器的检测电路(例如加速度传感器或陀螺传感器等的检测电路)从物理量转换器的检测信号中提取物理量，并且将表示该物理量的信号作为输出信号输出。
如上所述，振动整流系数信息CA包括常数A和频率特性H2(s)的信息，但是常数A对于每个传感器(例如对于每个单独的传感器)是不同的。另一方面，频率特性H2(s)几乎由检测电路的频率特性确定，并且如果检测电路相同，则可以共同使用频率特性H2(s)。由此，振动整流系数信息CA的常数信息可以作为每个传感器预先获取的信息事先存储。对于频率特性H2(s)，可以是每个传感器预先获取的信息，也可以与传感器无关地共同使用。当共同使用频率特性的情况下，只需测定一次频率特性并且由各传感器仅测定常数即可，因此可以简化振动整流系数的测定。
另外在本实施方式中，处理电路30对于非线性系统20的输出信号进行振动整流系数的频率特性H2(s)的滤波处理。振动整流系数的频率特性信息是用于将振动整流系数的频率特性H2(s)设定为滤波处理的频率特性的滤波处理的系数信息。
这样，可以基于预先获取的频率特性信息来设定滤波处理的频率特性，并且可以针对非线性系统20的输出信号进行与振动整流误差的频率特性H2(s)相对应的频率特性的滤波处理。如上所述，通过滤波处理进行对频率特性的校正，由此可以减轻校正处理的负荷。
另外在本实施方式中，处理电路30对于非线性系统20的输出信号，进行由振动整流系数的频率特性信息表示的振动整流系数的频率特性H2(s)的滤波处理，并对滤波处理后的信号进行平方运算，将平方运算后的信号乘以由振动整流系数的常数信息表示的振动整流系数的常数A以求出振动整流误差的校正值，并从输出信号中减去求出的校正值。此外，也可以求出反转校正值的符号而获得的值，并将该值添加到输出信号中。即，这种相加也包括在“从输出信号中减去校正值”中。
通过这种运算，可实现如上式(18)的校正运算。即，对于非线性系统20的输出信号，通过近似于振动整流误差系数的频率特性的一个或多个滤波器特性的平方值乘以滤波器频带的系数再乘以输出信号的平方值得到的值的总和，计算出振动整流误差，并从输出信号中减去该振动整流误差以实现校正。
另外在本实施方式中，如图8中说明的那样，向非线性系统20作为输入而输入正弦波振动时，通过对非线性系统20的输出信号的振幅与输出信号中包括的低频带信号的关系进行多项式近似，得到多项式(上式(7))的各项系数。振动整流系数信息CA是基于该多项式的二次项系数(A)的信息(上式(8))。基于二次项系数的信息具体而言是振动整流系数的常数信息(例如上式(17)的ALP、AHP)及频率特性信息(例如上式(17)的H2LP(s)、H2HP(s))。
这样，通过改变振幅来获取振幅与低频带信号的关系，并对其关系进行多项式近似，由此能够准确地测定振动整流系数。例如，期望使用多项式近似能够准确地测定振动整流误差，而不是通过上式(6)从相对于一个振幅的振动整流误差中求出振动整流系数。另外，通过使用多项式近似，如上式(7)所示，不仅可以获得振动整流系数(A)，还可以获得非对称性系数(B)。
另外在本实施方式中，如图9中说明的那样，振动整流系数信息是基于通过对非线性系统的输入输出关系进行多项式近似获得的多项式的二次项系数的信息。非线性系统的输入输出关系是相对于非线性系统的输入与相对于该输入的非线性系统的输出(响应)之间的关系。例如，在上述加速度传感器中，输入加速度与加速度的检测信号之间的关系对应于非线性系统的输入输出关系。
或者，在由输入电压控制输出信号的频率的信号生成系统中，输入电压与输出信号频率之间的关系对应于非线性系统的输入输出关系。
这样，不仅是上述使用振动的方法，也可以通过改变输入以获取输入输出关系，对其关系进行多项式近似，并且基于该多项式的二次项系数求出振动整流系数的方法，来获取振动整流系数。
此外，根据本实施方式，非对称性误差的校正以如下方式实现。即，图1所示的非对称性系数信息CB包括表示非对称性系数的常数B的非对称性系数的常数信息以及表示非对称性系数的频率特性H1(s)的非对称性系数的频率特性信息。频率特性信息例如在数字信号处理中是实现频率特性H1(s)的滤波器系数，或者在模拟信号处理中是可变地控制滤波器的频率特性的参数(例如用于设定滤波器中包括的电阻器的电阻值或电容器的电容值等的设定值)。
这样，可以分离对常数B的校正和对频率特性H1(s)的校正。具体地，如上式(15)、(16)中说明的那样，可以通过对非线性系统20的输出信号进行频率特性H1(s)的滤波处理，来进行关于非对称性系数的频率特性的校正，通过将该滤波处理的输出乘以常数B，来进行关于非对称性系数的常数的校正。由此，可以减轻校正处理的负荷。
另外在本实施方式中，非对称性系数的常数信息是每个传感器预先获取的信息。
如上所述，非对称性系数信息包括常数B和频率特性H1(s)的信息，但是常数B对于每个传感器(例如每个单独的传感器)是不同的。另一方面，频率特性H1(s)几乎由检测电路的频率特性确定，并且如果检测电路相同，则可以共同使用频率特性H1(s)。由此，非对称性系数信息的常数信息可以作为每个传感器预先获取的信息事先存储。对于频率特性H1(s)，可以是每个传感器预先获取的信息，也可以与传感器无关地共同使用。
当共同使用频率特性的情况下，只需测定一次频率特性并且由各传感器仅测定常数即可，因此可以简化非对称性系数的测定。
另外在本实施方式中，处理电路30对于非线性系统20的输出信号进行非对称性系数的频率特性H1(s)的滤波处理。非对称性系数的频率特性信息是用于将非对称性系数的频率特性设定为滤波处理的频率特性的滤波处理的系数信息。
这样，可以基于预先获取的频率特性信息来设定滤波处理的频率特性，并且可以针对非线性系统20的输出信号进行与非对称性误差的频率特性H1(s)相对应的频率特性的滤波处理。如上所述，通过滤波处理进行对频率特性的校正，由此可以减轻校正处理的负荷。
另外在本实施方式中，处理电路30对非线性系统20的输出信号进行由非对称性系数的频率特性信息表示的非对称性系数的频率特性H1(s)的滤波处理，并对滤波处理后的信号计算绝对值，将绝对值运算后的信号乘以由非对称性系数的常数信息表示的非对称性系数的常数B以求出非对称性误差的校正值，并从非线性系统20的输出信号中减去求出的校正值。
通过这种运算，可实现如上式(16)的校正运算。即，对于非线性系统20的输出信号，通过近似于非对称性系数的频率特性的滤波器特性的绝对值乘以滤波器频带的系数再乘以输出信号的绝对值得到的值，计算出非对称性系数，并从输出信号中减去该非对称性系数以实现校正。此外，与振动整流误差的情况同样地，也可以使用近似于非对称性系数的频率特性的多个滤波器特性。这种情况下，根据对于各滤波器特性求出的乘法运算值的和，计算非对称性系数。
另外在本实施方式中，在向非线性系统20作为输入而输入正弦波振动时，非对称性系数信息是基于通过对非线性系统的输出信号的振幅与输出信号中包括的低频带信号的关系进行多项式近似而得到的多项式的一次项系数的信息。具体而言，基于二次项系数的信息是非对称性系数的常数信息(例如上式(16)的B)及频率特性信息(例如上式(16)的H1(s))。
这样，通过改变振幅来获取振幅与低频带信号的关系，并对该关系进行多项式近似，由此能够准确地测定非对称性系数。例如，期望使用多项式近似能够准确地测定非对称性系数，而不是通过上式(6)从相对于一个振幅的非对称性误差中求出非对称性系数。
4.详细结构例
图18是处理系统100的第一详细结构例。在图18中，非线性系统20包括检测器50(物理量传感器)和A/D转换器60(A/D转换电路)。另外，A/D转换器60也可以是诸如计数器的计数仪器。另外，处理装置10包括校正器11、12(校正部、校正电路)、加法器13、14(加法部、加法电路)以及偏置调整器15(偏置调整部、偏置调整电路)。
检测器50检测物理量，并输出与该检测的物理量相对应的信号(包括物理量信息的信号)。A/D转换器60对来自检测器50的信号进行A/D转换，并输出数字的输出信号(表示物理量的信号)。
偏置调整器15从A/D转换器60的输出信号中除去偏移分量(偏置分量)。例如，偏置调整器15是高通滤波器或偏移分量的减法器(加法器)等。下面，将偏置调整器15的输出信号设为I(t)。
校正器11计算高频带中的振动整流误差及非对称性误差。校正器11包括滤波器111、平方运算器112、乘法器113、114、延迟器115、存储器116、117、绝对值电路118。存储器116存储振动整流系数的常数AHP及频率特性H2HP(s)的信息。频率特性H2HP(s)的信息是用以实现频率特性H2HP(s)的数字滤波器的滤波器系数。在滤波器111中设定存储于存储器116的滤波器系数，滤波器111对I(t)进行频率特性H2HP(s)的高通滤波处理。平方运算器112对滤波器111的输出信号进行平方。乘法器113根据存储于存储器116的常数AHP，对平方运算器112的输出信号乘以-2AHP。绝对值电路118计算滤波器111的输出信号的绝对值。乘法器114根据存储于存储器117的常数B，对绝对值电路118的输出信号乘以-2B。延迟器115使I(t)延迟被给与的时间。延迟时间与滤波器111、平方运算器112、乘法器113、114的运算时间相匹配。此外，也可以省略绝对值电路118，由乘法器114进行绝对值电路118的功能。即，当滤波器111的输出信号的极性符号为正的情况下，乘法器114将滤波器111的输出信号乘以-2B，当滤波器111的输出信号的极性符号为负的情况下，乘法器114将滤波器111的输出信号乘以2B(＝-1×-2B)。
加法器13将乘法器113的输出信号、乘法器114的输出信号与延迟器115的输出信号相加。
校正器12计算低频带中的振动整流误差。校正器12包括滤波器121、平方运算器122、乘法器123、延迟器124、存储器125。
存储器125存储振动整流系数的常数ALP及频率特性H2LP(s)的信息。频率特性H2LP(s)的信息是用以实现频率特性H2LP(s)的数字滤波器的滤波器系数。在滤波器121中设定存储于存储器125的滤波器系数，滤波器121对加法器13的输出信号进行频率特性H2LP(s)的低通滤波处理。平方运算器122对滤波器121的输出信号进行平方运算。乘法器123根据存储于存储器125的常数ALP，对平方运算器122的输出信号乘以-2ALP。延迟器124使加法器13的输出信号延迟被给与的时间。延迟时间与滤波器121、平方运算器122、乘法器123的运算时间相匹配。
加法器14将乘法器123的输出信与延迟器124的输出信号相加，输出作为校正后的输出信号的IC(t)。通过以上的运算，得到下式(22)的IC(t)。这里，将非对称性系数的频率特性看做H1(s)＝H2HP(s)。
算式22
IC(t)＝I(t)-2×{ALP×(H2LP(s)×I(t))2+AHP×(H2HP(s)×I(t))2+B×|H2HP(s)×I(t)|}
(22)
校正器11、12、加法器13、14、偏置调整器15可以由单独的硬件(逻辑电路)构成，或者也可以通过CPU等的处理器的处理来实现。通过处理器的处理来实现的情况下，通过将描述校正器11、12、加法器13、14、偏置调整器15的动作的程序预先存储在存储器中，由处理器加载并执行该程序，从而实现校正器11、12、加法器13、14、偏置调整器15的动作的处理。
存储器116、117、125与图1的存储部40相对应。存储器116、117、125可以作为一体的存储器而构成，也可以作为单独的存储器而构成。
此外，处理装置10的构成不限定于图18，可以设为与校正的运算式相对应的构成。例如，如图17所示，使用三个滤波器对振动整流系数的频率特性进行近似的情况下，可以根据该三个滤波器设置三个校正器及加法器。或者，振动整流系数与非对称性系数的频率特性不同的情况下，可以设置与近似各个频率特性的滤波器相对应的校正器。
图19是处理系统100的第二详细结构例。在图19中，处理装置10包括校正器31、32、33(校正部、校正电路)、延迟器34、加法器35(加法部、加法电路)及偏置调整器15(偏置调整部、偏置调整电路)。此外，对与已经说明的构成要素相同的构成要素附与相同的符号，并适当省略该构成要素的说明。
校正器31计算低频带中的振动整流误差。校正器31包括滤波器131、平方运算器132、乘法器133、存储器134。在滤波器131中设定存储于存储器134的滤波器系数，滤波器131对I(t)进行频率特性H2LP(s)的低通滤波处理。平方运算器132对滤波器131的输出信号进行平方运算。乘法器133根据存储于存储器134的常数ALP，对平方运算器132的输出信号乘以-2ALP。
校正器32计算高频带中的振动整流误差。校正器32包括滤波器141、平方运算器142、乘法器143、存储器144。在滤波器141中设定存储于存储器144的滤波器系数，滤波器141对I(t)进行频率特性H2HP(s)的高通滤波处理。平方运算器142对滤波器141的输出信号进行平方运算。乘法器143根据存储于存储器144的常数AHP，对平方运算器142的输出信号乘以-2AHP。
校正器33计算非对称性误差。校正器51包括滤波器151、乘法器152、存储器153、绝对值电路154。在滤波器151中设定存储于存储器153的滤波器系数，滤波器151对I(t)进行频率特性H1(s)的滤波处理。绝对值电路154计算滤波器151的输出信号的绝对值。具体地，根据滤波器151的输出信号的极性符号而有条件地分支，在负极性的情况下通过对滤波器151的输出信号乘以-1来求出绝对值。乘法器152根据存储于存储器153的常数B，对绝对值电路154的输出信号乘以-2B。
延迟器34使I(t)延迟被给与的时间。延迟时间与校正器31、32、33的运算时间相匹配。
加法器35将乘法器133、143、152的输出信号与延迟器34的输出信号相加，输出作为校正后的输出信号的IC(t)。
此外，处理装置10的结构不限定于图19，可以设为与校正的运算式相对应的结构。例如，如图17所示，使用三个滤波器对振动整流系数的频率特性进行近似的情况下，可以设置与其三个滤波器相对应的三个校正器以及计算非对称性误差的校正器。或者，振动整流系数与非对称性系数的频率特性被看做相同的情况下，也可以共同使用求出振动整流误差的校正器与求出非对称性误差的校正器。
另外，校正器31、32、33、延迟器34、加法器35、偏置调整器15可以由单独的硬件(逻辑电路)构成，或者也可以通过CPU等的处理器的处理来实现。在通过处理器的处理来实现的情况下，通过将描述校正器31、32、33、延迟器34、加法器35、偏置调整器15的动作的程序预先存储在存储器中，由处理器加载并执行该程序，从而实现校正器31、32、33、延迟器34、加法器35、偏置调整器15的动作的处理。
另外，在输入到处理装置10的I(t)是模拟信号的情况下，图18、图19的处理装置10可以由模拟电路实现。即，滤波器、平方运算器、乘法器、绝对值电路、加法器可以由执行与其相同运算的模拟电路构成。
5.非线性系统的示例
图20是非线性系统20的第一详细结构例。在图20中示出了加速度传感器的一个例子。加速度传感器(非线性系统20)包括音叉式晶体振动器2、梁部22、固定部23、振荡电路24、计数器29(检测电路)。
音叉式晶体振动器21的一端固定于梁部22的一端，另一端固定于梁部22的另一端。固定部23例如固定于加速度传感器模块的基板或封装，梁部22的一端固定于固定部23。音叉式晶体振动器21由振荡电路24驱动，并以音叉式晶体振动器21的固有振荡频率振荡(振动)。
若外力作用在加速度传感器或内置加速度传感器的设备等上，则惯性力施加到梁部22的另一端，梁部22以梁部22的一端侧作为固定端变形(弯曲)。当在方向D1上产生加速度的时，在方向D2上产生惯性力，并且由于梁部22的变形，音叉式晶体振动器21的张力增加。这种情况下，振荡频率沿着增加的方向变化。另一方面，当在方向D2上产生加速度时，在方向D1上产生惯性力，并且由于梁部22的变形，音叉式晶体振动器21的张力减小。这种情况下，振荡频率沿着减小的方向变化。计数器29利用振荡电路24的振荡信号进行计数操作。当振荡频率变高，计数值增加，而当振荡频率减小时，计数值减小。该计数值作为加速度的检测结果输出。上述偏置调整器15通过从计数器输出的计数值中减去例如作为基准的计数值(与加速度变为零时的振荡频率相对应的计数值)，来进行偏置调整。
在音叉式晶体振动器21及振荡电路24、计数器29的至少一个具有非线性的情况下，加速度传感器的输出信号相对于输入加速度具有非线性。在本实施方式中，通过前馈校正，能够降低基于这种非线性而产生的振动整流误差及非对称性误差的至少一个。
图21是非线性系统20的第二详细结构例。在图21中示出了交流信号生成电路的一个例子。交流信号生成电路(非线性系统20)包括信号生成电路25及振幅调整电路26。
信号生成电路25生成由设定信号FCNT设定的频率的交流信号。例如，振荡频率由设定信号FCNT可变地控制的振荡电路。振幅调整电路26将来自信号生成电路25的交流信号的振幅调整为由设定信号GCNT设定的振幅。例如，由设定信号GCNT可变地控制增益的放大器。
在信号生成电路25及振幅调整电路26的至少一个具有非线性的情况下，交流信号生成电路的输出信号相对于输入具有非线性。在这种情况下的输入可以被认为是通过设定信号FCNT、GCNT设定的频率及振幅的理想正弦波信号。如果相对于其理想正弦波信号在输出信号中存在失真(非线性)，则产生振动整流误差及非对称性误差的至少一个。在本实施方式中，由于进行前馈校正，因此不必对非线性系统20进行反馈控制。因此，校正对象不受限制，本实施方式的处理装置10可以应用于包括交流信号生成电路等的各种非线性系统20。
6.物理量测定装置
图22是包括本实施方式的处理装置10的物理量测定装置300的结构例。物理量测定装置300包括非线性系统20及处理装置10。非线性系统20(物理量传感器)包括物理量转换器27及检测电路28。
物理量转换器27检测物理量，并输出包括该检测的物理量信息的检测信号。例如，加速度传感器的检测元件(晶体振动子、MEMS振动子等)或陀螺传感器的检测元件(晶体振动子、MEMS振动子等)、温度传感器的检测元件、压力传感器的检测元件、光传感器的检测元件等。检测电路28从来自物理量转换器27的检测信号中提取物理量，并输出与其提取的物理量相对应的信号。例如，检测电路28也可以包括放大器、整流器、滤波器和A/D转换器等。处理装置10从来自检测电路28的输出信号中进行降低振动整流误差及非对称性误差的至少一个的校正。以此获得相对于输入到物理量转换器27的物理量具有线性关系的信号。
例如，物理量传感器(非线性系统20)与处理装置10可以模块化，物理量测定装置300可以作为一体的模块构成。或者，物理量传感器与处理装置10可以单独构成，并通过电缆等连接。另外，虽然在图22中举例说明了物理量传感器为一个的情况，但是物理量测定装置300也可以包括多个物理量传感器。这种情况下，预先测定每个物理量传感器的振动整流系数及非对称性系数。这些系数存储在存储部40中，处理电路30从存储部40中读出与进行校正处理的物理量传感器相对应的系数，以进行校正处理。
此外，尽管如上对本实施方式进行了详细地说明，但是本领域技术人员能够容易地理解可以进行实际上并不偏离本发明的新颖事项和效果的多种变形。因此，这种变形例均包含于本发明的范围内。例如，在说明书或附图中，与更广义或同义的不同用语一起记载的用语能够至少一次在说明书或附图的任意处被置换为其不同的用语。而且本实施方式及变形例的全部组合也包含于本发明的范围内。另外非线性系统、处理装置、处理系统、物理量测定装置的结构及动作等也并不限于本实施方式中说明的内容，可以实施各种变形。

Claims (18)

1.一种处理装置，其特征在于，包括：
处理电路，对非线性系统的输出信号进行处理，所述非线性系统输出相对于输入包含振动整流误差的所述输出信号；以及
存储部，用于存储预先获取的所述振动整流误差的振动整流系数信息，
所述处理电路基于所述输出信号和所述振动整流系数信息，进行降低包含在所述输出信号中的所述振动整流误差的校正。
2.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，
所述振动整流系数信息包括：
表示振动整流系数的常数的所述振动整流系数的常数信息；以及
表示所述振动整流系数的频率特性的所述振动整流系数的频率特性信息。
3.根据权利要求2所述的处理装置，其特征在于，
所述非线性系统包括传感器，所述非线性系统将所述传感器的检测信号或者基于所述检测信号的信号作为所述输出信号输出，
所述振动整流系数的常数信息是每个所述传感器预先获取的信息。
4.根据权利要求3所述的处理装置，其特征在于，
所述处理电路对所述输出信号进行所述振动整流系数的频率特性的滤波处理，
所述振动整流系数的频率特性信息是用于将所述振动整流系数的频率特性设定为所述滤波处理的频率特性的所述滤波处理的系数信息。
5.根据权利要求3所述的处理装置，其特征在于，
所述处理电路对所述输出信号进行所述振动整流系数的频率特性信息所表示的所述振动整流系数的频率特性的滤波处理，对所述滤波处理后的信号进行平方运算，将所述平方运算后的信号乘以所述振动整流系数的常数信息所表示的所述振动整流系数的常数，以求出所述振动整流误差的校正值，从所述输出信号中减去求出的所述校正值。
6.根据权利要求4或5所述的处理装置，其特征在于，
当作为所述输入对所述非线性系统输入正弦波振动时，对所述非线性系统的所述输出信号的振幅与所述输出信号中包含的低频带信号的关系进行多项式近似而获得多项式，所述振动整流系数信息是基于所述多项式的二次项系数的信息。
7.根据权利要求4或5所述的处理装置，其特征在于，
所述振动整流系数信息是基于对所述非线性系统的输入输出关系进行多项式近似而获得的多项式的二次项系数的信息。
8.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，
所述非线性系统的所述输出信号相对于所述输入包含非对称性误差，
所述存储部存储预先获取的所述非对称性误差的非对称性系数信息，
所述处理电路基于所述非对称性系数信息，进行降低包含在所述输出信号中的所述非对称性误差的校正。
9.一种处理装置，其特征在于，包括：
处理电路，对非线性系统的输出信号进行处理，所述非线性系统输出相对于输入包含非对称性误差的所述输出信号；以及
存储部，用于存储预先获取的所述非对称性误差的非对称性系数信息，
所述处理电路基于所述输出信号和所述非对称性系数信息，进行降低包含在所述输出信号中的所述非对称性误差的校正。
10.根据权利要求9所述的处理装置，其特征在于，
所述非对称性系数信息包括：
表示非对称性系数的常数的所述非对称性系数的常数信息；以及
表示所述非对称性系数的频率特性的所述非对称性系数的频率特性信息。
11.根据权利要求10所述的处理装置，其特征在于，
所述非线性系统具有传感器，所述非线性系统将所述传感器的检测信号或者基于所述检测信号的信号作为所述输出信号输出，
所述非对称性系数的常数信息是每个所述传感器预先获取的信息。
12.根据权利要求10或11所述的处理装置，其特征在于，
所述处理电路对所述输出信号进行所述非对称性系数的频率特性的滤波处理，
所述非对称性系数的频率特性信息是用于将所述非对称性系数的频率特性设定为所述滤波处理的频率特性的所述滤波处理的系数信息。
13.根据权利要求10所述的处理装置，其特征在于，
所述处理电路对所述输出信号进行所述非对称性系数的频率特性信息所表示的所述非对称性系数的频率特性的滤波处理，对所述滤波处理后的信号计算绝对值，将计算所述绝对值后的信号乘以所述非对称性系数的常数信息所表示的所述非对称性系数的常数，以求出所述非对称性误差的校正值，从所述输出信号中减去求出的所述校正值。
14.根据权利要求9所述的处理装置，其特征在于，
当作为所述输入对所述非线性系统输入正弦波振动时，对所述非线性系统的所述输出信号的振幅与所述输出信号中包含的低频带信号的关系进行多项式近似而获得多项式，所述非对称性系数信息是基于所述多项式的一次项系数的信息。
15.一种处理系统，其特征在于，包括：
权利要求1或9所述的处理装置；以及
非线性系统。
16.一种物理量测定装置，其特征在于，包括：
权利要求1或9所述的处理装置；以及
包括物理量转换器的非线性系统。
17.一种测定方法，其特征在于，
对非线性系统输入振动，所述非线性系统输出相对于输入包含振动整流误差的输出信号，
获取包含在所述非线性系统的所述输出信号中的振幅及低频带信号，
基于对所述振幅与所述低频带信号的关系进行多项式近似而获得的多项式的二次项系数来获取振动整流系数信息。
18.一种测定方法，其特征在于，
对非线性系统输入振动，该非线性系统输出相对于输入包含非对称性误差的输出信号，
获取包含在所述非线性系统的所述输出信号中的振幅及低频带信号，
基于表示对所述振幅与所述低频带信号的关系进行多项式近似而获得的多项式的一次项系数的信息来获取非对称性系数信息。
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