CN109983345B - 信号处理设备、惯性传感器、加速度测量方法、电子设备和程序 - Google Patents

信号处理设备、惯性传感器、加速度测量方法、电子设备和程序 Download PDF

Info

Publication number
CN109983345B
CN109983345B CN201780067563.4A CN201780067563A CN109983345B CN 109983345 B CN109983345 B CN 109983345B CN 201780067563 A CN201780067563 A CN 201780067563A CN 109983345 B CN109983345 B CN 109983345B
Authority
CN
China
Prior art keywords
acceleration
detection signal
component
signal
static
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780067563.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109983345A (zh
Inventor
椛泽秀年
加藤祐作
三谷谕司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Publication of CN109983345A publication Critical patent/CN109983345A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109983345B publication Critical patent/CN109983345B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5776—Signal processing not specific to any of the devices covered by groups G01C19/5607 - G01C19/5719
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/12—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance
    • G01P15/123—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance by piezo-resistive elements, e.g. semiconductor strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
    • G01P2015/0842—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass the mass being of clover leaf shape

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

根据本技术的实施例的信号处理设备包括加速度运算单元。所述加速度运算单元基于第一检测信号和第二检测信号来提取所述第一检测信号和所述第二检测信号，所述第一检测信号包括与沿着至少单轴方向的加速度有关的信息并且具有与所述加速度对应的交流波形，所述第二检测信号包括与所述加速度有关的所述信息并且具有输出波形，在所述输出波形中，与所述加速度对应的交流分量叠加在所述加速度中的直流分量、动态加速度分量和静态加速度分量上。

Description

信号处理设备、惯性传感器、加速度测量方法、电子设备和 程序
技术领域
本技术涉及一种例如，检测施于检测目标的加速度的信号处理设备、惯性传感器、加速度测量方法、电子设备和程序。
背景技术
近年来，使用MEMS(微机电系统)技术的加速度传感器已经被广泛用于对电子设备的姿势检测、对移动本体的位置检测、摄像头的图像稳定、对人类或者物体的运动的分析等技术领域。在这种类型的加速度传感器中，存在已知的各种检测方法，诸如，压电型、压阻型和静电型(例如，见专利文献1至3)。
例如，专利文献1描述了一种惯性传感器，该惯性传感器包括膜、设置在膜的下部的质量体和形成在膜上并且包括压电体的检测装置，并且基于检测装置的输出来测量加速度。
进一步地，专利文献2描述了一种惯性传感器，该惯性传感器包括板状构件、重量体、连接板状构件和重量体的板状桥接部件以及分别设置在板状桥接部件的根端和尖端，并且通过那些压阻元件的电阻变化来检测加速度。
此外，专利文献3描述了一种静电装置，该静电装置包括作为可移动电极的第一电极单元和作为固定电极的第二电极单元，并且基于它们之间的间隙的变化来检测电容变化以测量加速度。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2013-125025号
专利文献2：日本专利申请特开第2015-92145号
专利文献3：日本专利申请特开第2016-59191号
发明内容
技术问题
除了作为检测目标的物体的运动加速度之外，上面描述的传统惯性传感器的输出还包括施于物体的重力加速度。因此，当物体在改变姿势的同时执行复杂的行为时，运动加速度的测量误差较大，并且已经难以提高加速度的检测精确度。
鉴于如上面描述的情况，本技术的目的是提供一种能够精确地测量施于物体的运动加速度的信号处理设备、惯性传感器、加速度测量方法、电子设备和程序。
问题的解决方案
根据本技术的实施例的信号处理设备包括：加速度运算单元。
该加速度运算单元基于第一检测信号和第二检测信号来从加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量，所述第一检测信号包括与沿着至少单轴方向的所述加速度有关的信息并且具有与所述加速度对应的交流波形，所述第二检测信号包括与所述加速度有关的信息并且具有将与所述加速度对应的交流分量叠加在直流分量上的输出波形。
对于第一检测信号和第二检测信号，通常使用检测方法中的不同加速度传感器的相应输出。第一检测信号和第二检测信号中的每一个包括动态加速度分量(AC分量)(诸如，运动加速度)，但是第二检测信号不仅包括AC分量，而且包括静态加速度分量(DC分量)(诸如，重力加速度)。在本技术中，加速度传感器配置为提取那些第一和第二检测信号中的动态加速度分量和静态加速度分量。利用该配置，可以精确地测量施于物体的运动加速度。
第一检测信号和第二检测信号中的每一个可以进一步包括与在包括单轴方向的多轴方向上的加速度有关的信息。在这种情况下，加速度运算单元针对多轴方向中的每个方向提取动态加速度分量和静态加速度分量。
利用该配置，可以精确地测量沿着三轴方向的动态加速度分量。
加速度运算单元通常可以包括基于第一检测信号和第二检测信号之间的差分信号来提取加速度中的静态加速度分量的运算电路。
利用该配置，可以从加速度信息提取静态加速度分量。
在这种情况下，加速度运算单元可以进一步包括增益调整电路，该增益调整电路调整每个信号的增益，使得第一检测信号和第二检测信号具有相同的电平。
加速度运算单元可以进一步包括校正电路，该校正电路基于差分信号计算校正系数，并且通过使用该校正系数来校正第一检测信号和第二检测信号中的一个。
校正电路可以配置为：在第一检测信号和第二检测信号中的一个具有预定加速度变化或者更大变化的情况下，通过使用校正系数来校正第一检测信号。
可替代地，校正电路可以配置为：在第一检测信号和第二检测信号中的一个具有预定加速度变化或者更小变化的情况下，通过使用校正系数来校正第二检测信号。
同时，加速度运算单元可以进一步包括低频灵敏度校正单元，该低频灵敏度校正单元通过使用针对相应多轴方向计算得到的差分信号的复合值来校正动态加速度分量和静态加速度分量。
运算电路可以包括使第二检测信号中包括直流分量的低频分量通过的低通滤波器以及计算第一检测信号和低通滤波器的输出信号之间的差值的第一减法器。
此时，减法器可以包括从第二检测信号减去第一检测信号并且进一步删除负号的运算装置。
利用该配置，可以从加速度信息提取静态加速度分量。
在这种情况下，运算电路可以进一步包括计算低通滤波器的输出信号和第一减法器的输出信号之间的差值的第二减法器以及对第一检测信号和第二减法器的输出信号进行加算的加法器。
利用该配置，可以从加速度信息提取动态加速度分量。
加速度运算单元可以配置为并行输出动态加速度分量和静态加速度分量，或者可以配置为按顺序输出动态加速度分量和静态加速度分量。
该信号处理设备可以进一步包括角速度运算单元，该角速度运算单元基于第三检测信号来计算多个轴旋转的角速度中的每个角速度，该第三检测信号包括与包括单轴方向的多个轴旋转的角速度有关的信息。
根据本技术的实施例的惯性传感器包括：传感器元件；以及控制器。
传感器元件包括：元件主体；第一加速度检测器单元；以及第二加速度检测器单元。元件主体包括通过沿至少单轴方向接收加速度可移动的可移动部分。第一加速度检测器单元输出第一检测信号，该第一检测信号包括与施于可移动部分的加速度有关的信息并且具有与该加速度对应的交流波形。第二加速度检测器单元输出第二检测信号，该第二检测信号包括与加速度有关的信息并且具有输出波形，在该输出波形中，与加速度对应的交流分量叠加在直流分量上。
控制器包括：加速度运算单元，该加速度运算单元基于第一检测信号和第二检测信号来从加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量。
第一加速度检测器单元可以包括针对可移动部分设置的压电式加速度检测元件。
同时，第二加速度检测器单元可以包括针对可移动部分设置的压阻式加速度检测元件或者针对可移动部分设置的静电式加速度检测元件。
根据本技术的实施例的加速度测量方法包括：获取第一检测信号，该第一检测信号包括与沿着至少单轴方向的加速度有关的信息并且具有与该加速度对应的交流波形；获取第二检测信号，该第二检测信号包括与加速度有关的信息并且具有输出波形，在该输出波形中，与加速度对应的交流分量叠加在直流分量上；以及基于第一检测信号和第二检测信号来从加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量。
根据本技术的实施例的电子设备包括：惯性传感器。
该惯性传感器包括：传感器元件；以及控制器。
传感器元件包括：元件主体；第一加速度检测器单元；以及第二加速度检测器单元。元件主体包括通过沿至少单轴方向接收加速度可移动的可移动部分。第一加速度检测器单元输出第一检测信号，该第一检测信号包括与施于可移动部分的加速度有关的信息并且具有与该加速度对应的交流波形。第二加速度检测器单元输出第二检测信号，该第二检测信号包括与加速度有关的信息并且具有输出波形，在该输出波形中，与加速度对应的交流分量叠加在直流分量上。
控制器包括：加速度运算单元，该加速度运算单元基于第一检测信号和第二检测信号来从加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量。
根据本技术的实施例的程序使信号处理设备执行：获取第一检测信号，该第一检测信号包括与沿着至少单轴方向的加速度有关的信息并且具有与该加速度对应的交流波形；获取第二检测信号，该第二检测信号包括与加速度有关的信息并且具有输出波形，在该输出波形中，与加速度对应的交流分量叠加在直流分量上；以及基于第一检测信号和第二检测信号来从加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量。
发明的有益效果
如上所述，根据本技术，可以精确地测量施于物体的运动加速度。
应该注意，本文所描述的效果不一定是限制性的，并且可以产生在本公开中所描述的效果中的任何效果。
附图说明
[图1]图1是示出了根据本技术的实施例的惯性传感器的配置的框图。
[图2]图2是惯性传感器中的传感器元件的前表面侧的示意性透视图。
[图3]图3是传感器元件的后表面侧的示意性透视图。
[图4]图4是传感器元件的平面图。
[图5A]图5A是在未施加加速度时加速度传感器元件的示意性截面侧视图。
[图5B]图5B是在发生沿着x轴方向的加速度时加速度传感器元件的示意性截面侧视图。
[图5C]图5C是在发生沿着z轴方向的加速度时加速度传感器元件的示意性截面侧视图。
[图6A]图6A是示出了施于传感器元件的加速度的示例的示意图。
[图6B]图6B是示出了从图6A中的传感器元件输出的检测信号的示例的示意图。
[图7A]图7A是示出了施于传感器元件的加速度的示例的示意图。
[图7B]图7B是示出了从图7A中的传感器元件输出的检测信号的示例的示意图。
[图8A]图8A是示出了施于传感器元件的加速度的示例的示意图。
[图8B]图8B是示出了从图8A中的传感器元件输出的检测信号的示例的示意图。
[图9A]图9A是示出了施于传感器元件的加速度的示例的示意图。
[图9B]图9B是示出了从图9A中的传感器元件输出的检测信号的示例的示意图。
[图10A]图10A是示出了从图9A中的传感器元件输出的检测信号的另一示例的示意图。
[图10B]图10B是示出了从图9A中的传感器元件输出的检测信号的另一示例的示意图。
[图11]图11是示出了惯性传感器中的加速度运算单元的配置示例的电路图。
[图12]图12是示出了加速度运算单元中用于单轴方向的处理块的示意图。
[图13]图13是用于描述不同检测方法中的多个加速度传感器的输出特性的示意图。
[图14]图14是用于描述加速度运算单元的动作的示意图。
[图15]图15是用于描述加速度运算单元的动作的示意图。
[图16]图16是用于描述加速度运算单元的动作的示意图。
[图17]图17是用于描述加速度运算单元的动作的示意图。
[图18]图18是用于描述加速度运算单元的动作的示意图。
[图19]图19是用于描述加速度运算单元的动作的示意图。
[图20]图20是示出了加速度运算单元的处理过程的示例的流程图。
[图21]图21是示出了根据本技术的另一实施例的惯性传感器的配置的框图。
[图22]图22是示出了根据本技术的另一实施例的在惯性传感器中的加速度运算单元的配置示例的电路图。
[图23]图23是用于描述加速度运算单元的动作的示意图。
[图24]图24是用于描述加速度运算单元的动作的示意图。
[图25]图25是用于描述加速度运算单元的动作的示意图。
[图26]图26是用于描述加速度运算单元的动作的示意图。
[图27]图27是用于描述加速度运算单元的动作的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述根据本技术的实施例。
<第一实施例>
[整体配置]
图1是示出了根据本技术的实施例的惯性传感器的配置的框图。
该实施例的惯性传感器1并入例如，移动体(诸如，车辆或者飞行器)、便携式信息终端(诸如，智能电话)、电子设备(诸如，数码相机)、运动测量设备中的传感器头部单元等。惯性传感器1配置为在三轴方向上检测施于诸如上述移动体、便携式信息终端、电子设备和传感器头等物体(检测目标)的加速度的加速度传感器。
具体地，该实施例的惯性传感器1配置为能够从上述在三轴方向上的相应加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量。
此处，动态加速度分量是指上述加速度的AC分量，并且通常与上述物体的运动加速度(平移加速度、离心加速度、切向加速度等)对应。同时，静态加速度分量通常是指上述加速度的DC分量，并且通常与重力加速度或者被估计为重力加速度的加速度对应。
如在图1中示出的，惯性传感器1包括传感器元件10和控制器20(信号处理设备)。图2是前表面侧的透视图，示意性地示出了传感器元件10的配置。
传感器元件10包括分别检测与图2中在三轴(x轴、y轴和z轴)方向上的加速度有关的信息的两种类型的加速度检测器单元(第一加速度检测器单元11和第二加速度检测器单元12)。
例如，第一加速度检测器单元11是压电加速度传感器，并且输出以下信号中的一个作为第一检测信号：包括与平行于x轴方向的加速度相关联的信息的信号(Acc-AC-x)、包括与平行于y轴方向的加速度相关联的信息的信号(Acc-AC-y)和包括与平行于z轴方向的加速度相关联的信息的信号(Acc-AC-z)。这些信号分别具有与每个轴的加速度对应的交流波形。
同时，第二加速度检测器单元12是非压电加速度传感器，并且输出以下信号中的一个作为第二检测信号：包括与平行于x轴方向的加速度相关联的信息的信号(Acc-DC-x)、包括与平行于y轴方向的加速度相关联的信息的信号(Acc-DC-y)和包括与平行于z轴方向的加速度相关联的信息的信号(Acc-DC-z)。这些信号分别具有输出波形，在该输出波形中，与每个轴的加速度对应的交流分量叠加在直流分量上。
控制器20包括加速度运算单元200，该加速度运算单元200基于第一加速度检测器单元11的输出(第一检测信号)和第二加速度检测器单元12的输出(第二检测信号)来从上述在三轴方向上的相应加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量。
应该注意，可以通过用于计算机的硬件元件(诸如，CPU(中央处理单元)、RAM(随机存取存储器)和ROM(只读存储器))和必要的软件来实现控制器20。代替CPU或者除了CPU之外，还可以使用PLD(可编程逻辑器件)(诸如，FPGA(现场可编程门阵列))、DSP(数字信号处理器)等。
随后，将描述惯性传感器1的细节。
[传感器元件]
(基本配置)
首先，将参照图2至图4描述传感器元件10的基本配置。图3是传感器元件10的后表面侧的透视图。图4是传感器元件10的前表面侧的平面图。
传感器元件10包括元件主体110、第一加速度检测器单元11(第一检测元件11x1、11x2、11y1、11y2)和第二加速度检测器单元12(第二检测元件12x1、12x2、12y1、12y2)。
元件主体110包括平行于xy平面的主表面部分111和在相对侧的支撑部分114。元件主体110通常由SOI(绝缘体上硅)衬底构成，并且具有包括形成主表面部分111的有源层(硅衬底)和形成支撑部分114的框架形支撑层(硅衬底)的层压结构。主表面部分111和支撑部分114具有彼此不同的厚度，并且支撑部分114形成为比主表面部分111更厚。
元件主体110包括能够通过接收加速度移动的可移动板120(可移动部分)。可移动板120设置在主表面部分111的中心部分处，并且通过将形成主表面部分111的有源层处理成预定形状而形成。更具体地，包括分别具有相对于主表面部分111的中心部分对称的形状的多个(在该示例中，为四个)叶片部分121至124的可移动板120由形成在主表面部分111中的多个凹槽部分112构成。主表面部分111的圆周部分构成在z轴方向上面向支撑部分114的基部115。
如在图3中示出的，支撑部分114形成为包括矩形凹陷部分113的框架，在该矩形凹陷部分113中，打开可移动板120的后表面。支撑部分114构成为要连接至支撑衬底(附图中未示出)的接合表面。支撑衬底可以由将传感器元件10和控制器20电连接的电路板构成，或者可以由电连接至电路板的继电器板或者封装板构成。可替代地，支撑部分114可以包括电连接至电路板、继电器板等的多个外部连接端子。
可移动板120的叶片部分121至124分别由具有预定形状(在该示例中，为大致六边形形状)的一块板构成，并且绕着平行于z轴的中心轴以90°的间隔设置。叶片部分121至124中的每一个的厚度与构成主表面部分111的上述有源层的厚度对应。叶片部分121至124在可移动板120的中心部分120C处相互整体连接并且被集成和支撑以可相对地移动至基部115。
如在图3中示出的，可移动板120进一步包括配重部分125。该配重部分125整体地设置到可移动板120的中心部分120C的后表面和相应叶片部分121至124的后表面。配重部分125的尺寸、厚度等没有特别限制，并且设置为具有适当的尺寸，利用该适当的尺寸，获得可移动板120的期望振动属性。例如，配重部分125通过将形成支撑部分114的支撑层处理成预定形状而形成。
如在图2和图4中示出的，可移动板120经由多个(在该示例中，为四个)桥接部分131至134连接至基部115。多个桥接部分131至134分别设置在叶片部分121至124之间，并且通过将形成主表面部分111的有源层处理成预定形状而形成。桥接部分131和桥接部分133设置为在x轴方向上面向彼此，并且桥接部分132和桥接部分134设置为在y轴方向上面向彼此。桥接部分131至134构成可相对地移动至基部115的可移动部分的一部分，并且弹性地支撑可移动板120的中心部分120C。桥接部分131至134分别具有相同的配置，并且如在图4中示出的，分别包括第一梁部分130a、第二梁部分130b和第三梁部分130c。
第一梁部分130a从可移动板120的中心部分120C的圆周部分线性地延伸至x轴方向和y轴方向中的每一个，并且设置在叶片部分121至124中彼此相邻的两个叶片部分之间。第二梁部分130b在x轴方向和y轴方向中的每一个上线性地延伸，并且将第一梁部分130a和基部115耦合至彼此。
第三梁部分130c在分别与x轴方向和y轴方向交叉的每个方向上线性地延伸，并且将第一梁部分130a与第二梁部分130b和基部115之间的中间部分连接至彼此。桥接部分131至134中的每一个包括两个第三梁部分130c，并且配置成在xy平面中，两个第三梁部分130c将单个第二梁部分130b夹在其间。
桥接部分131至134的刚度设置为具有适当的值，在该值下，可以稳定地支撑在移动的可移动板120。具体地，桥接部分131至134设置为具有适当的刚度，在该刚度下，可以通过可移动板120的自重来使桥接部分131至134变形。变形的大小没有特别限制，只要其可以由稍后描述的第二加速度检测器单元12检测。
如上所述，可移动板120经由四个桥接部分131至134支撑到元件主体110的基部115，并且配置为能够通过惯性力相对于基部115移动(可移动)，该惯性力与桥接部分131至134被设置为支点的加速度对应。
图5A至图5C是用于描述可移动板120的运动的状态的示意性截面侧视图，其中，A示出了未施加加速度的状态，B示出了发生沿着x轴方向的加速度的状态，并且C示出了发生沿着z轴方向的加速度的状态。应该注意，图5B中的实线示出了在该图的平面上在左方向上发生加速的状态，并且图5C中的实线示出了在该图的平面上在向上方向上发生加速度的状态。
当没有发生加速度时，如在图2和图5A中示出的，可移动板120维持处于与基部115的表面平行的状态。在该状态下，例如，当发生沿着x轴方向的加速度时，如在图5B中示出的，可移动板120绕着在y轴方向上延伸的桥接部分132和134按逆时针方向倾斜。利用该配置，在x轴方向上面向彼此的桥接部分131和133分别沿着z轴方向在彼此相反的方向上接收弯曲应力。
同样，当发生沿着y轴方向的加速度时，虽然在附图中未示出，但是可移动板120绕着在x轴方向上延伸的桥接部分131和133按逆时针方向(或者顺时针方向)倾斜。在y轴方向上面向彼此的桥接部分132和134分别沿着z轴方向在彼此相反的方向上接收弯曲应力。
同时，当发生沿着z轴方向的加速度时，如在图5C中示出的，可移动板120相对于基部115上升和下降，并且桥接部分131至134分别沿着z轴方向在相同的方向上接收弯曲应力。
第一加速度检测器单元11和第二加速度检测器单元12设置到桥接部分131至134中的每一个。惯性传感器1通过加速度检测器单元11来检测由桥接部分131至134的弯曲应力产生的变形，并且因此，测量施于传感器元件10上的加速度的方向和大小。
在下文中，将描述加速度检测器单元11和12的细节。
如在图4中示出的，第一加速度检测器单元11包括多个(在该示例中，为四个)第一检测元件11x1、11x2、11y1和11y2。
检测元件11x1和11x2设置在在x轴方向上面向彼此的两个桥接部分131和133的相应表面的轴向中心上。一个检测元件11x1设置在桥接部分131的第一梁部分130a中，而另一检测元件11x2设置在桥接部分133的第一梁部分130a中。与此相反，检测元件11y1和11y2设置在在y轴方向上面向彼此的两个桥接部分132和134的相应表面的轴向中心上。一个检测元件11y1设置在桥接部分132的第一梁部分130a中，而另一检测元件11y2设置在桥接部分134的第一梁部分130a中。
第一检测元件11x1至11y2分别具有相同的配置并且在该实施例中，分别由在第一梁部分130a的轴向方向上具有长边的矩形压电检测元件构成。第一检测元件11x1至11y2分别由包括下电极层、压电膜和上电极层的叠层构成。
压电膜通常由压电锆钛酸盐(PZT)制成，但是本技术当然不限于此。压电膜在上电极层和下电极层之间引起电位差(压电效应)，该电位差与第一梁部分130a在z轴方向上的弯曲变形(应力)的量对应。上电极层经由形成在桥接部分131至134上的接线层(附图中未示出)电连接至设置到基部115的表面的每个中继端子140。中继端子140可以配置为电连接至上面描述的支撑衬底的外部连接端子。例如，其一个端子连接至上面描述的支撑衬底的键合接线在其另一端子处连接至中继端子140。下电极层通常连接至参考电位，诸如，接地电位。
由于如上面描述的那样配置的第一加速度检测器单元11仅在应力由于压电膜的特性而发生改变时执行输出，并且在即使施加了应力而应力值也未发生改变的状态下不执行输出，因此，第一加速度检测器单元11主要检测施于可移动板120的动态加速度(运动加速度)的大小。因此，第一加速度检测器单元11的输出(第一检测信号)主要包括具有作为与运动加速度对应的动态分量(AC分量)的交流波形的输出信号。
同时，如在图4中示出的，第二加速度检测器单元12包括多个(在该示例中，为四个)第二检测元件12x1、12x2、12y1和12y2。
检测元件12x1和12x2设置在在x轴方向上面向彼此的两个桥接部分131和133的相应表面的轴向中心上。一个检测元件12x1设置在桥接部分131的第二梁部分130b中，而另一检测元件12x2设置在桥接部分133的第二梁部分130b中。与此相反，检测元件12y1和12y2设置在在y轴方向上面向彼此的两个桥接部分132和134的相应表面的轴向中心上。一个检测元件12y1设置在桥接部分132的第二梁部分130b中，而另一检测元件12y2设置在桥接部分134的第二梁部分130b中。
第二检测元件12x1至12y2分别具有相同的配置并且在该实施例中，分别由在第二梁部分130b的轴向方向上具有长边的压阻检测元件构成。第二检测元件12x1至12y2分别包括电阻层和在轴向方向上连接至该电阻层的两端的一对端子部分。
电阻层是通过例如，在第二梁部分130b的表面(硅层)中掺杂杂质元素形成的导体层，并且在该对端子部分之间引起电阻变化(压阻效应)，该电阻变化与第二梁部分130b在z轴方向上的弯曲变形(应力)的量对应。该对端子部分经由形成在桥接部分131至134上的接线层(附图中未示出)电连接至设置到基部115的表面的每个中继端子140。
由于如上面描述的那样配置的第二加速度检测器单元12由于压阻特性而具有由绝对应力值确定的电阻值，因此，第二加速度检测器单元12不仅检测施于可移动板120的动态加速度(运动加速度)，而且检测施于可移动板120的静态加速度(重力加速度)。因此，第二加速度检测器单元11的输出(第二检测信号)具有输出波形，在该输出波形中，与运动加速度对应的动态分量(AC分量)叠加在重力加速度或者与重力加速度对应的静态分量(DC分量)上。
应该注意，第二检测元件12x1至12y2不限于第二检测元件12x1至12y2分别由压阻检测元件构成的示例，并且可以分别由能够检测DC分量的加速度的其它非压电检测元件构成，例如，如同静电型。在静电型的情况下，构成电极对的可移动电极部分和固定电极部分设置为在第二梁部分130b的轴向方向上面向彼此，并且配置成电极部分之间的面向距离根据第二梁部分130b的弯曲变形的量发生改变。
第一加速度检测器单元11基于第一检测元件11x1至11y2的输出来将在相应的x轴方向、y轴方向和z轴方向上的加速度检测信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、Acc-AC-z)中的每一个输出至控制器20(见图1)。在x轴方向上的加速度检测信号(Acc-AC-x)与检测元件11x1的输出(ax1)和检测元件11x2的输出(ax2)之间的差分信号(ax1-ax2)对应。在y轴方向上的加速度检测信号(Acc-AC-y)与检测元件11y1的输出(ay1)和检测元件11y2的输出(ay2)之间的差分信号(ay1-ay2)对应。此外，在z轴方向上的加速度检测信号(Acc-AC-z)与检测元件11x1至11y2的输出的总和(ax1+ax2+ay1+ay2)对应。
同样，第二加速度检测器单元12基于第二检测元件12x1至12y2的输出来将在相应的x轴方向、y轴方向和z轴方向上的加速度检测信号(Acc-DC-x、Acc-DC-y、Acc-DC-z)中的每一个输出至控制器20(见图1)。
在x轴方向上的加速度检测信号(Acc-DC-x)与检测元件12x1的输出(bx1)和检测元件12x2的输出(bx2)之间的差分信号(bx1-bx2)对应。在y轴方向上的加速度检测信号(Acc-DC-y)与检测元件12y1的输出(by1)和检测元件12y2的输出(by2)之间的差分信号(by1-by2)对应。此外，在z轴方向上的加速度检测信号(Acc-DC-z)与检测元件12x1至12y2的输出的总和(bx1+bx2+by1+by2)对应。
可以在控制器20的前一阶段执行对上述在相应轴向方向上的加速度检测信号的运算处理，或者可以在控制器20中执行该运算处理。
在下文中，将描述传感器元件10的输出示例。
(情况1)
例如，图6B示出了传感器元件10(第一加速度检测器单元11和第二加速度检测器单元12)的在z方向检测轴上的输出波形的示例，如在图6A中示出的，该传感器元件10附接至以恒定的旋转速度旋转的转子R1的外围表面。应该注意，转子R1的旋转半径设置为较小，使得传感器元件10的离心力具有可忽略的大小(对于图7A、图8A和图9A，也是如此)。进一步地，在图6A中，X轴、Y轴和Z轴表示在真实空间中的三个正交轴(Z轴是垂直方向)的方向(对于图7A、图8A和图9A，也是如此)，并且在图6B中，横轴表示相位或者时间，而纵轴表示在z轴方向上的加速度的大小(对于图7B、图8B、图9B、图10A和图10B，也是如此)。
转子R1包括与水平方向平行的旋转轴R1a。传感器元件10附接至转子R1的外围表面，使得其z方向检测轴指向转子R1的径向。此处，附图中的向上方向设置为重力方向(见图6A)。图6B示出了当使转子R1按附图中的顺时针方向以恒定的旋转速度旋转时，从第一加速度检测器单元11输出的检测信号S11的时间变化和从第二加速度检测器单元12输出的检测信号S12的时间变化中的每一个。
随着转子R1的旋转，施于传感器元件10的z轴的重力加速度的大小周期性地改变。进一步地，由于使传感器元件10绕着X轴以恒定的旋转速度旋转，因此，不会引起要添加至传感器元件10的运动加速度(动态加速度)的时间变化。因此，由于包括压电检测元件的第一加速度检测器单元11几乎不受重力的影响(不管旋转位置)，因此，检测信号S11(Acc-AC-z)变得平坦(恒定)。应该注意，虽然在附图中未示出，但是在x方向检测轴和y方向检测轴上的检测信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y)也为零。
与此相反，在包括压阻检测元件的第二加速度检测器单元12中，输出的大小根据传感器元件10的旋转位置(图6A中的位置P1至P4)发生变化。在z方向检测轴与Z轴平行的旋转位置(P1、P3)处，输出变为最大值，而在z方向与Z轴垂直的旋转位置(P2、P4)处，输出变为零。因此，在检测信号S12(Acc-DC-z)中，检测到相对于旋转运动具有2G宽度(-1G至+1G)的静态加速度。应该注意，虽然在附图中未示出，但是在x方向检测轴和y方向检测轴上的检测信号(Acc-DC-x、Acc-DC-y)的输出具有与重力方向正交的关系，并且因此，原则上，输出为零。
(情况2)
图7B示出了在如在图7A中示出的那样使转子R1的旋转轴针对水平轴倾斜(例如，45°)时传感器元件10的在z方向检测轴上的输出波形的示例。与在情况1中一样，第一加速度检测器单元11的检测信号S11(Acc-AC-z)变为零。同时，对于第二加速度检测器单元12的检测信号S12(Acc-DC-z)，由于使传感器元件10的z方向检测轴相对于垂直方向(Z轴方向)倾斜45°，因此，输出的最大值小于情况1中输出的最大值，并且检测到相对于旋转运动具有
Figure GDA0003149695220000141
宽度(
Figure GDA0003149695220000142
至
Figure GDA0003149695220000143
)的静态加速度。在这种情况下，在x方向检测轴或者y方向检测轴上，检测到与旋转位置对应的重力加速度。
(情况3)
在转子R1的旋转轴设置为与如图8A中示出的垂直轴平行时传感器元件10的在z方向检测轴上的检测信号(Acc-AC-z、Acc-DC-z)如在图8B中示出的那样分别变为零。同样在这种情况下，在x方向检测轴或者y方向检测轴上，检测到与旋转位置对应的重力加速度。
(情况4)
接下来，图9B示出了传感器元件10(第一加速度检测器单元11和第二加速度检测器单元12)的在z方向检测轴上的输出波形的示例，如在图9A中示出的，该传感器元件10附接至包括在X轴方向上延伸和收缩的振动器单元R2a的振动台R2。
传感器元件10附接至振动体R2的上表面，该上表面与XY平面平行，使得z方向检测轴向上指向。此处，附图中的向上方向设置为重力方向(见图9A)。图9B示出了当使振动台R2在上下方向上振动时，从第一加速度检测器单元11输出的检测信号S11的时间变化和从第二加速度检测器单元12输出的检测信号S12的时间变化中的每一个。应该注意，振动台R2的振动频率设置为适当的频率(例如，1Hz)，在该适当的频率下，压电方法中的第一加速度检测器单元11可以检测加速度。
随着振动台R2的振动，施于传感器元件10的z轴的重力加速度的大小周期性地改变。在压电方法中的第一加速度检测器单元11中，输出的大小根据振动台的振动位置(图9A中的位置V1至V4)发生变化，并且在振动台R2的下死点(V2)和上死点(V4)处，输出变为最大值。在检测信号S11(Acc-AC-z)中，在附图中示出的示例中，检测到具有1G宽度(-0.5G至0.5G)的动态加速度。换句话说，第一加速度检测器单元11输出具有与振动加速度对应的交流波形的检测信号S11。
同时，还有在包括压阻检测元件的第二加速度检测器单元12中，同样，输出的大小根据振动台的振动位置发生变化，并且在振动台R2的下死点(V2)和上死点(V4)处，输出变为最大值。然而，由于第二加速度检测器单元12还同时检测作为静态加速度分量的重力加速度，因此，在检测信号S12(Acc-DC-z)中，检测到具有基线处于-1G的1G宽度(-1.5G至-0.5G)的动态加速度(见图6B和图9B)。换句话说，第二加速度检测器单元12输出具有输出波形的检测信号S12，在该输出波形中，与振动加速度对应的交流分量叠加在DC分量(在该示例中，为-1G)上。
(情况5)
接下来，图10A和图10B分别示出了在使振动台R2的振动频率小于情况4中振动台R2的振动频率时传感器元件10的输出波形。图10A示出了在振动频率为0.05Hz时的示例，而图10B示出了在振动频率为0.01Hz时的示例。
如在图10A和图10B中示出的，第一加速度检测器单元11的检测信号S11的输出(Acc-AC-z)随着振动频率变低而变小。这是因为：构成第一加速度检测器单元11的压电元件用作具有接近如稍后将描述的预定频率(例如，此处，为0.5Hz)的截止频率的高通滤波器。与在高于截止频率的频率范围内的加速度的检测灵敏度相比较，在低于截止频率的频率范围内的加速度的检测灵敏度倾向于被降低。与图9B中的输出示例相比较，图10A示出了灵敏度为大约70％的情况，而图10B示出了灵敏度为大约10％的情况。
与此相反，有关第二加速度检测器单元12的检测信号S12(Acc-DC-z)，即使在振动频率被降低的情况下，输出也不会减少，并且确保了稳定的输出灵敏度。因此，第二加速度检测器单元12还可以相对高度地检测检测目标的相对较慢的运动、姿势变化等。应该注意，如稍后将描述的，包括压阻元件的第二加速度检测器单元12具有以下方面：动态范围比包括压电元件的第一加速度检测器单元11的动态范围窄，并且因此，不适合高度精确地检测检测目标的相对较大的运动。
如上所述，压电型的第一加速度检测器单元11可以检测净运动加速度(AC分量)，而不受静态加速度分量(DC分量)(诸如，重力加速度)的影响，但是具有在预定低频范围内的灵敏度被降低的属性。
另一方面，压阻型的第二加速度检测器单元12具有输出波形，在该输出波形中，检测目标的运动加速度叠加在重力分量上，并且因此，具有难以执行与重力加速度的分离但是在低频范围内也可以获得恒定的输出灵敏度的属性。
该实施例的惯性传感器1包括控制器20，基于这两个检测信号S11和S12，该控制器20能够提取施于传感器元件10的加速度中的动态加速度分量和静态加速度分量。在下文中，将描述控制器20的细节。
(控制器)
控制器20电连接至传感器元件10。控制器20可以与传感器元件10一起安装在装置的内部，或者可以安装在与上述装置不同的外部装置中。在前一种情况下，例如，控制器20可以安装在要安装传感器元件10的电路板上，或者可以经由接线电缆等安装在与上述电路板不同的基板上。在后一种情况下，例如，控制器20配置为可无线地或者有线地与传感器元件10通信。
如在图1中示出的，控制器20包括加速度运算单元200、串行接口201、并行接口202和模拟接口203。控制器20电连接至接收惯性传感器1的输出的各种装置的控制器单元。
加速度运算单元200基于在相应轴向方向上的加速度检测信号提取动态加速度分量(Acc-x、Acc-y、Acc-z)和静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、Gr-z)中的每一个，这些加速度检测信号从第一加速度检测器单元11和第二加速度检测器单元12输出。
应该注意，通过向RAM等加载被记录在作为非暂时性计算机可读记录介质的示例的ROM中的程序并且通过CPU执行该程序来实现加速度运算单元200。
串行接口201配置为能够将在加速度运算单元200中生成的在相应轴上的动态和静态加速度分量按顺序输出至上面描述的控制器单元。并行接口202配置为能够并行地将在加速度运算单元200中生成的在相应轴上的动态和静态加速度分量输出至上面描述的控制器单元。控制器20可以包括串行接口201或者并行接口202中的至少一个，或者可以根据来自上面描述的控制器单元的命令来选择性地切换接口。模拟接口203配置为能够将第一加速度检测器单元11和第二加速度检测器单元12的输出输出至上面描述的控制器单元，而不进行改变，但是若必要，可以将其省略。应该注意，图1示出了转换器201，该转换器201对在相应轴上的加速度检测信号进行模数(AD)转换并且由附图标记204表示。
图11是示出了加速度运算单元200的配置示例的电路图。
加速度运算单元200包括增益调整电路21、符号反转电路22、加法器电路23和校正电路24。对于x轴、y轴和z轴中的每一个，这些电路21至24具有共同的配置。执行与相应轴共同的运算处理，从而提取了在相应轴上的动态加速度分量(运动加速度)和静态加速度分量(重力加速度)。
在下文中，代表性地，将描述在x轴方向上的加速度检测信号的处理电路作为示例。图12示出了提取在x轴方向上的加速度检测信号中的静态加速度分量的处理块。
增益调整电路21调整每个信号的增益，使得从第一加速度检测器单元11(11x1、11x2)输出的有关x轴方向的第一加速度检测信号(Acc-AC-x)和从第二加速度检测器单元12(12x1、12x2)输出的有关x轴方向的第二加速度检测信号(Acc-DC-x)具有彼此相同的电平。增益调整电路21包括放大第一加速度检测器单元11的输出(Acc-AC-x)和第二加速度检测器单元12的输出(Acc-DC-x)的放大器。
通常，加速度传感器的输出灵敏度和动态范围根据检测方法而不同。例如，如在图13中示出的，压电方法中的加速度传感器具有比非压电方法(压阻方法、静电方法)中的加速度传感器的输出灵敏度更高的输出灵敏度和比非压电方法(压阻方法、静电方法)中的加速度传感器的动态范围更宽(更大)的动态范围。在该实施例中，第一加速度检测器单元11与压电方法中的加速度传感器对应，而第二加速度检测器单元12与压阻方法中的加速度传感器对应。
在这点上，增益调整电路21分别将加速度检测器单元11和12的输出(第一和第二加速度检测信号)放大N倍和M倍，使得这些加速度检测器单元11和12的输出具有相同的水平。放大因子N和M的值没有特别限制，并且可以设置为还用于相应加速度检测器单元11和12的温度补偿的系数，这取决于惯性传感器的使用环境(工作温度)。
图14示出了在增益调整之前的输出特性和在增益调整之后的输出特性之间的比较下第一加速度检测信号和第二加速度检测信号的输出特性的示例。在该图中，横轴表示施于惯性传感器1的加速度的频率，而纵轴表示输出(灵敏度)(对于图15至图19，也是如此)。
如在该图中示出的，在压电方法中的第一加速度检测信号(Acc-AC-x)中，加速度分量在等于或者小于0.5Hz的低频范围内的输出灵敏度低于加速度分量在高于前一范围的频率范围内的输出灵敏度，并且具体地，在静态下(运动加速度为零)的输出灵敏度基本为零。与此相反，压阻方法中的第二加速度检测信号(Acc-DC-x)在整个频率范围内具有恒定的输出灵敏度，并且因此，还可以按照恒定的输出灵敏度来检测在静态下的加速度分量(即，静态加速度分量)。因此，当第一加速度检测信号和第二加速度检测信号用增益调整电路21被放大相应的预定倍增因子以具有彼此相同的电平时，可以用稍后将描述的差分运算电路来提取静态加速度分量。
符号反转电路22和加法器电路23构成差分运算电路，该差分运算电路基于第一加速度检测信号(Acc-AC-x)和第二加速度检测信号(Acc-DC-x)之间的差分信号来提取在每个轴向方向上的加速度中的静态加速度分量(DC分量)。
符号反转电路22包括在增益调整之后使第一加速度检测信号(Acc-AC-x)的符号反转的反相放大器(放大因子：-1)。图15示出了在符号反转之后第一加速度检测信号(Acc-AC-x)的输出特性的示例。此处，示出了传感器元件10检测在x轴方向上的1G加速度的情况作为示例。
应该注意，将第二加速度检测信号(Acc-DC-x)输出至加法器电路23作为后续阶段，但是不使其符号反转。可以在其前一阶段与增益调整电路21共同配置符号反转电路22。
加法器电路23将从符号反转电路22输出的第一加速度检测信号(Acc-AC-x)和第二加速度检测信号(Acc-DC-x)加起来，并且输出静态加速度分量。图16示出了加法器电路23的输出特性的示例。由于用增益调整电路21将第一和第二加速度检测信号(输出)调整为具有相同的电平，因此，当获得这些信号之间的差分信号时，提取了净静态加速度分量(Gr-x)。静态加速度分量通常与重力加速度分量或者包括重力加速度的加速度分量对应。
在从加法器电路23输出的静态加速度分量只是重力加速度的情况下，理论上，对重要的加速度分量的输出如在图17中示出的那样仅在0Hz附近出现。然而，实际上，由于在压电检测型第一加速度检测器单元11的低频附近的检测灵敏度较低，在除了目标轴之外的轴向方向(此处，为y轴方向和z轴方向)上的加速度由于在其它轴上出现灵敏度等而不可避免地叠加，因此，在图16中阴影线的频率范围内的动态加速度分量泄漏到加法器电路23的输出中作为误差分量。在这点上，该实施例包括用于基于加法器电路23的输出来消除误差的校正电路24。
该校正电路24包括三轴复合值运算单元241和低频灵敏度校正单元242。校正电路24基于加法器电路23的输出来计算校正系数β(第一和第二加速度检测信号之间的差分信号)，并且通过使用该校正系数β来校正第一加速度检测信号(Acc-AC-x)。
共同地设置三轴复合值运算单元241用于提取在全部x轴方向、y轴方向和z轴方向上的静态加速度分量的处理块，并且通过使用加法器电路23的在相应轴上的输出(第一和第二加速度检测信号之间的差分信号)的总值来计算校正系数β。
具体地，三轴复合值运算单元241计算在三轴方向上的静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、Gr-z)的复合值
Figure GDA0003149695220000191
方向，并且在将复合值中超过1的部分考虑为低频灵敏度误差(图16中阴影线的范围)时，计算与上面描述的复合值的倒数对应的校正系数β。
Figure GDA0003149695220000192
应该注意，在相应的三轴方向上的静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、Gr-z)的值根据传感器元件10的姿势而不同，并且进一步根据传感器元件10的姿势变化每小时发生变化。例如，在传感器元件10的z轴方向与重力方向(垂直方向)一致的情况下，与在x轴方向和y轴方向上的静态加速度分量(Gr-x、Gr-y)相比较，在z轴方向上的静态加速度分量(Gr-z)具有较大的值。按照这种方式，可以通过在相应的三轴方向上的静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、Gr-z)的值来估计传感器元件10在该时间点的重力方向。
低频灵敏度校正单元242包括将具有反转符号的第一加速度检测信号(Acc-AC-x)乘以校正系数β的乘法器。利用该配置，在低频灵敏度误差被减小的状态下将第一加速度检测信号输入至加法器电路23，并且因此，从加法器电路23输出具有如在图17中示出的频率特性的加速度信号。按照这种方式，仅输出与重力加速度对应的静态加速度分量，从而提高了重力加速度分量的提取精确度。
在该实施例中，校正电路24配置为在计算静态加速度分量时执行将第一加速度检测信号乘以校正系数β的处理，但是本技术不限于此。校正电路24可以配置为执行将第二加速度检测信号(Acc-DC-x)乘以校正系数β的处理，或者可以配置为根据加速度变化的大小来在第一加速度检测信号和第二加速度检测信号之间切换要校正的加速度检测信号。
在第一加速度检测信号和第二加速度检测信号中的任一个具有预定加速度变化或者更大变化的情况下，校正电路24配置为通过使用校正系数β来校正第一加速度检测信号。随着加速度变化变大(随着要施加的频率变高)，误差分量泄漏到第一加速度检测信号中的比例增加，从而可以有效地减小误差分量。该配置在运动加速度相对较大的情况下特别有效，例如，当在运动分析应用中时。
同时，在第一加速度检测信号和第二加速度检测信号中的任一个具有预定加速度变化或者更小变化的情况下，校正电路24配置为通过使用校正系数β来校正第二加速度检测信号。随着加速度变化变小(随着要施加的频率变低)，误差分量泄漏到第二加速度检测信号中的比例增加，从而可以有效地减小误差分量。该配置在运动加速度相对较小的情况下特别有效，例如，当在数码相机的调平操作中时。
当如上面描述的那样提取在相应的轴向方向上的静态加速度分量时，为了提取在相应的轴向方向上的动态加速度分量(Acc-x、Acc-y、Acc-z)，如在图11中示出的那样参考第一加速度检测信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、Acc-AC-z)，在这些第一加速度检测信号的每个第一加速度检测信号中，用增益调整电路21调整增益。
此处，第一加速度检测信号可以用于按照原样提取动态加速度分量。然而，由于存在如上所述动态加速度分量的一部分泄漏到静态加速度分量中的情况，因此，动态加速度分量丢失，并且难以执行具有高精确度的检测。在这点上，通过使用用校正电路24计算得到的校正系数β来校正第一加速度检测信号，使得可以实现动态加速度分量的检测精确度。
更具体地，如在图11中示出的，校正电路24(低频灵敏度校正单元242)包括将第一加速度信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、Acc-AC-z)乘以校正系数β的倒数(1/β)的乘法器，通过三轴复合值运算单元241获得该校正系数β。利用该配置，补偿了第一加速度信号的低频灵敏度分量，从而提高了动态加速度分量(Acc-x、Acc-y、Acc-z)的提取精确度。图18示意性地示出了动态加速度分量的输出特性。
在该实施例中，校正电路24配置为在计算动态加速度分量时执行将第一加速度检测信号乘以校正系数的倒数(1/β)的处理，但是本技术不限于此。校正电路24可以配置为执行将第二加速度检测信号(Acc-DC-x、Acc-DC-y、Acc-DC-z)乘以校正系数的倒数(1/β)的处理。可替代地，与在用于静态加速度分量的上述计算技术的情况下一样，校正电路24可以配置为根据加速度变化的大小来在第一加速度检测信号和第二加速度检测信号之间切换要校正的加速度检测信号。
通过低频灵敏度校正单元242来校正动态加速度分量和静态加速度分量的处理通常在用三轴复合值运算单元241计算得到的复合值不是1G(G：重力加速度)的情况下有效。应该注意，上述复合值小于1G的情况的示例包括传感器元件10自由下落的情况。
应该注意，通过压电方法检测的第一加速度检测信号具有与高通滤波器(HPF)一样的输出特性，并且低于其截止频率的输出保留在加法器电路23的输出中作为低频灵敏度的误差分量(见图16)。在该实施例中，通过使用校正电路24的算术技术来减小上述误差分量，但是为了提高消除误差分量的精确度，更需要较低的上述截止频率。
在这点上，例如，可以使用具有相对较大的电容和内阻的压电体作为构成第一加速度检测器单元11的检测元件(11x1、11x2、11y1、11y2)中的每一个的压电膜。利用该配置，例如，如由图19中的点划线指示的，可以尽可能地将低频灵敏度的截止频率降低到接近0Hz，使得可以使低频灵敏度的误差分量尽可能的小。
[加速度测量方法]
接下来，将描述用如上面描述的那样配置的加速度运算单元200来处理加速度信号的方法。
当加速度施于传感器元件10时，可移动板120在图5A至图5C中示出的状态下根据加速度的方向相对于基部115移动。第一加速度检测器单元11(检测元件11x1、11x2、11y1、11y2)和第二加速度检测器单元12(检测元件12x1、12x2、12y1、12y2)将与桥接部分131至134的机械变形的量对应的检测信号输出至控制器20。
图20是示出了控制器20(加速度运算单元200)中对加速度检测信号的处理过程的示例的流程图。
控制器20按照预定采样间隔从第一加速度检测器单元11获取在相应轴上的第一加速度检测信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、Acc-AC-z)以及从第二加速度检测器单元12接收(获取)在相应轴上的第二加速度检测信号(Acc-DC-x、Acc-DC-y、Acc-DC-z)(步骤101和102)。可以同时(并行地)或者按顺序(串行地)获取这些检测信号。
顺序地，控制器20通过增益调整电路21来调整每个检测信号的增益，使得对于每个轴，第一和第二加速度检测信号具有相同的电平(图14，步骤103和104)。进一步地，若必要，对每个轴执行为了对第一和第二加速度检测信号进行温度补偿等的校正(步骤105和106)。
接下来，控制器20将在相应轴上的第一加速度检测信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、Acc-AC-z)的分支到动态加速度计算系统(运动加速度系统)和静态加速度计算系统(重力加速系统)中(步骤107和108)。在通过符号反转电路22使第一加速度检测信号的符号反转之后将分支到静态加速度计算系统的第一加速度检测信号输入至加法器电路23(图15，步骤109)。
控制器20将其符号被反转的第一加速度检测信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、Acc-AC-z)和第二加速度检测信号(Acc-DC-x、Acc-DC-y、Acc-DC-z)加起来，并且用加法器电路23来针对相应轴计算静态加速度分量(Gr-x、Gr-y、Gr-z)(图16，步骤110)。此外，控制器20用三轴复合值运算单元241来计算那些静态加速度分量的三轴复合值(步骤111)，并且在该值不是1G的情况下，用低频灵敏度校正单元242来执行将其符号被反转的上述第一加速度检测信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、Acc-AC-z)乘以作为上述复合值的倒数的校正系数β的处理(步骤112和113)。当上述复合值是1G时，控制器20将计算得出的重力加速度分量(静态加速度分量)输出至外部(步骤114)。应该注意，本技术不限于上述内容，并且每当计算了上述复合值时，都可以将计算得出的重力加速度分量(静态加速度分量)输出至外部。
同时，当上述复合值不是1G时，控制器20执行将被分支到运动加速度系统的第一加速度检测信号(Acc-AC-x、Acc-AC-y、Acc-AC-z)乘以计算得出的校正系数β的倒数(1/β)的处理(步骤112和115)。当上述复合值是1G时，控制器20将计算得出的运动加速度分量(动态加速度分量)输出至外部(步骤116)。应该注意，本技术不限于上述内容，并且每当计算了上述复合值时，都可以将计算得出的运动加速度分量(动态加速度分量)输出至外部。
如上所述，本实施例中的惯性传感器1配置为使用用于第一加速度检测器单元11和第二加速度检测器单元12的检测方法的差异来提取这些输出中的动态加速度分量和静态加速度分量。利用该配置，可以精确地测量施于物体(电子设备等检测目标)的运动加速度。
进一步地，根据该实施例，由于可以从惯性传感器1的输出精确地提取重力加速度分量，因此，可以高度精确地检测检测目标相对于重力方向的姿势。利用该配置，例如，可以稳定地维持诸如飞行器等检测目标的水平姿势。
此外，根据该实施例，由于采用压电加速度传感器作为第一加速度检测器单元11，并且采用非压电(压阻或者静电)加速度传感器作为第二加速度检测器单元12，因此，可以获得较宽的动态范围和在低频范围内的高灵敏度。
<第二实施例>
图21是示出了根据本技术的第二实施例的惯性传感器的配置的框图。在下文中，将主要描述与第一实施例的配置不同的配置，并且将通过相似的附图标记来表示与第一实施例的配置相似的配置，并且将省略或者简单描述其描述。
该实施例的惯性传感器2包括第一加速度检测器单元11和第二加速度检测器单元12、角速度检测器单元30以及控制器220。角速度检测器单元30输出包括与关于三个轴(即，x轴、y轴和z轴)的角速度有关的信息的三轴角速度检测信号(第三检测信号)。除了加速度运算单元200之外，控制器220与第一实施例的控制器的不同之处还在于：包括基于三轴角速度检测信号来计算有关三个轴的角速度的角速度算术单元300。
角速度检测器单元30可以由能够检测有关三个轴的角速度的单个三轴集成传感器元件构成，或者可以由多个单轴或者双轴集成传感器元件组合构成。角速度运算单元300分别基于有关三个轴的角速度检测信号(Gyro-x、Gyro-y、Gyro-z)来计算有关三个轴的角速度信号(ω-x、ω-y、ω-z)，并且经由串行接口201、并行接口202或者模拟接口203来将这些信号输出至外部。角速度运算单元300可以与加速度运算单元200分开构成，或者可以由与加速度运算单元200共同的运算单元230构成。
根据该实施例，不仅可以检测在三轴方向上的加速度，而且可以检测有关三个轴的角速度。利用该配置，可以同时参考加速度信息和角速度信息，并且实现检测目标的运动、姿势、位置等的检测精确度的进一步提高。
例如，通过组合用加速度运算单元200计算得出的运动加速度信息和用角速度运算单元300计算得出的角速度信息，可以计算检测目标的旋转半径或者旋转中心(见日本专利第5407863号)。
<第三实施例>
随后，将描述本技术的第三实施例。图22是示出了根据该实施例的加速度运算单元210的配置示例的电路图。此处，示出了用于x轴方向的处理块，但是用于y轴方向和z轴方向的处理块也由相似的电路构成，尽管附图中未示出。
该实施例的加速度运算单元210包括增益调整电路21、低通滤波器25、第一减法器26、第二减法器27和加法器28。加速度运算单元210配置为针对每个轴消除低频灵敏度的误差分量。
与第一实施例中一样，增益调整电路21调整每个信号的增益，使得第一加速度检测信号(Acc-AC-x)和第二加速度检测信号(Acc-DC-x)具有相同的电平(见图14)。
低通滤波器25设置为具有能够使例如，0.1Hz或者更小的加速度分量通过低通滤波器25的截止频率。低通滤波器25的截止频率通常设置为构成第一加速度检测器单元11的压电元件的截止频率或者低于该截止频率的频率。低通滤波器25从经过增益调整的第二加速度检测信号(Acc-DC-x)输出包括直流分量(诸如，重力加速度)的低频分量。图23示意性地示出了低通滤波器25的输出信号的示例。
第一减法器26计算经过增益调整的第一检测信号(Acc-AC-x)与低通滤波器25的输出信号之间的差值。在该示例中，第一检测信号的极性被反转，并且得到的第一检测信号被添加至低通滤波器25的输出。利用该配置，获得具有如在图24中示意性地示出的输出特性的加速度信号。第一减法器26将通过计算差值获得的加速度信号转换为如在图25中示出的那样去除其极性的信号，并且然后输出得到的信号作为静态加速度分量(Gr-x)。该信号与在传感器元件的x方向检测轴上检测到的净重力加速度分量对应。
同时，第二减法器27计算低通滤波器25的输出信号和第一减法器26的输出信号之间的差值。利用该配置，如在图26中示意性地示出的，从通过低通滤波器25的第二加速度检测信号(Acc-DC-x)获得通过其去除净重力加速度的输出特性。
加法器28将经过增益调整的第一检测信号(Acc-AC-x)和第二减法器27的输出信号加起来。利用该配置，获得具有如在图27中示意性地示出的输出特性的加速度信号。换句话说，加法器28输出按照第二减法器27的输出来校正低频范围的第一加速度检测信号(Acc-AC-x)的信号作为动态加速度分量(Acc_x)。该信号与在传感器元件的x方向检测轴上检测到的净运动加速度分量对应。
如上所述，在该实施例中，也可以获得与上述第一实施例的动作和效果相似的动作和效果。具体地，根据该实施例，可以针对每个轴校正动态加速度分量和静态加速度分量的低频灵敏度，从而可以实现电路配置简化或者计算负荷减小。
[修改示例]
在上述实施例中，在图2至图4中示出的传感器元件10可以用作传感器元件，但是配置没有特别限制，只要传感器元件可以检测在三轴方向上的加速度。
进一步地，在上述实施例中，已经将图6中的示例描述为提取在三轴方向上的加速度中的动态加速度分量和静态加速度分量的运算电路，但是计算方法不限于此，并且可以适当地改变。
此外，在上述实施例中，通过使用压电型的第一加速度检测器单元11和非压电型的第二加速度检测器单元12两者来提取动态加速度分量和静态加速度分量，但是加速度检测器单元11和12可以不同地用于根据检测目标的运动的状态来获取动态加速度分量或者静态加速度分量。例如，在检测目标的运动相对较小的情况下，可以基于非压电型的第二加速度检测器单元的检测信号来计算静态加速度分量，并且可以基于压电型的第一加速度检测器单元的检测信号来计算动态加速度分量。
应该注意，本技术还可以具有以下配置。
(1)一种信号处理设备，其包括：
基于第一检测信号和第二检测信号来从加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量，所述第一检测信号包括与沿着至少单轴方向的所述加速度有关的信息并且具有与所述加速度对应的交流波形，所述第二检测信号包括与所述加速度有关的信息并且具有将与所述加速度对应的交流分量叠加在直流分量上的输出波形。
(2)根据(1)的信号处理设备，其中
第一检测信号和第二检测信号中的每一个进一步包括与在包括单轴方向的多轴方向上的加速度有关的信息，以及
加速度运算单元针对多轴方向中的每个方向提取动态加速度分量和静态加速度分量。
(3)根据(1)或者(2)的信号处理设备，其中
加速度运算单元包括基于第一检测信号和第二检测信号之间的差分信号来提取加速度中的静态加速度分量的运算电路。
(4)根据(3)的信号处理设备，其中
加速度运算单元进一步包括增益调整电路，该增益调整电路调整每个信号的增益，使得第一检测信号和第二检测信号具有相同的电平。
(5)根据(3)或者(4)的信号处理设备，其中
加速度运算单元进一步包括校正电路，该校正电路：
基于差分信号计算校正系数，并且
通过使用校正系数来校正第一检测信号和第二检测信号中的一个。
(6)根据(5)的信号处理设备，其中
在第一检测信号和第二检测信号中的一个具有预定加速度变化或者更大变化的情况下，校正电路通过使用校正系数来校正第一检测信号。
(7)根据(5)或者(6)的信号处理设备，其中
在第一检测信号和第二检测信号中的一个具有预定加速度变化或者更小变化的情况下，校正电路通过使用校正系数来校正第二检测信号。
(8)根据(2)至(7)中任一项的信号处理设备，其中
加速度运算单元进一步包括低频灵敏度校正单元，该低频灵敏度校正单元通过使用针对相应多轴方向计算得到的差分信号的复合值来校正动态加速度分量和静态加速度分量。
(9)根据(3)或者(4)的信号处理设备，其中
运算电路包括：
使第二检测信号中包括直流分量的低频分量通过的低通滤波器，以及
计算第一检测信号和低通滤波器的输出信号之间的差值的第一减法器。
(10)根据(9)的信号处理设备，其中
运算电路进一步包括：
计算低通滤波器的输出信号和第一减法器的输出信号之间的差值的第二减法器，以及
对第一检测信号和第二减法器的输出信号进行加算的加法器。
(11)根据(1)至(10)中任一项的信号处理设备，其中
加速度运算单元并行输出动态加速度分量和静态加速度分量。(12)根据(1)至(10)中任一项的信号处理设备，其中
加速度运算单元按顺序输出动态加速度分量和静态加速度分量。
(13)根据(1)至(10)中任一项的信号处理设备，其进一步包括：
角速度运算单元，该角速度运算单元基于第三检测信号来计算多个轴旋转的角速度中的每个角速度，该第三检测信号包括与包括单轴方向的多个轴旋转的角速度有关的信息。
(14)一种惯性传感器，其包括：
传感器元件，该传感器元件包括：
包括通过沿至少单轴方向接收加速度可移动的可移动部分的元件主体，
输出第一检测信号的第一加速度检测器单元，第一检测信号包括与施于可移动部分的加速度有关的信息并且具有与该加速度对应的交流波形，以及
输出第二检测信号的第二加速度检测器单元，第二检测信号包括与加速度有关的信息并且具有输出波形，在该输出波形中，与加速度对应的交流分量叠加在直流分量上；以及
控制器，该控制器包括：
基于第一检测信号和第二检测信号来从加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量的加速度运算单元。
(15)根据(14)的惯性传感器，其中
第一加速度检测器单元包括针对可移动部分设置的压电式加速度检测元件。
(16)根据(14)或者(15)的惯性传感器，其中
第二加速度检测器单元包括针对可移动部分设置的压阻式加速度检测元件。
(17)根据(14)或者(15)的惯性传感器，其中
第二加速度检测器单元包括针对可移动部分设置的静电式加速度检测元件。
(18)一种加速度测量方法，其包括：
获取第一检测信号，该第一检测信号包括与沿着至少单轴方向的加速度有关的信息并且具有与该加速度对应的交流波形；
获取第二检测信号，该第二检测信号包括与加速度有关的信息并且具有输出波形，在该输出波形中，与加速度对应的交流分量叠加在直流分量上；以及
基于第一检测信号和第二检测信号来从加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量。
(19)一种电子设备，其包括：
惯性传感器，该惯性传感器包括：
传感器元件，该传感器元件包括：
包括通过沿至少单轴方向接收加速度可移动的可移动部分的元件主体，
输出第一检测信号的第一加速度检测器单元，第一检测信号包括与施于可移动部分的加速度有关的信息并且具有与该加速度对应的交流波形，以及
输出第二检测信号的第二加速度检测器单元，第二检测信号包括与加速度有关的信息并且具有输出波形，在该输出波形中，与加速度对应的交流分量叠加在直流分量上，以及
控制器，该控制器包括：
基于第一检测信号和第二检测信号来从加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量的加速度运算单元。(20)一种使信号处理设备执行以下操作的程序：
获取第一检测信号，该第一检测信号包括与沿着至少单轴方向的加速度有关的信息并且具有与该加速度对应的交流波形；
获取第二检测信号，该第二检测信号包括与加速度有关的信息并且具有输出波形，在该输出波形中，与加速度对应的交流分量叠加在直流分量上；以及
基于第一检测信号和第二检测信号来从加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量。
附图标记列表
1、2 惯性传感器
10 传感器元件
11 (11x1、11x2、11y1、11y2)第一加速度检测器单元
12 (12x1、12x2、12y1、12y2)第二加速度检测器单元
20、220 控制器
21 增益调整电路
24 校正电路
110 元件主体
120 可移动板
200 加速度运算单元
300 角速度运算单元。

Claims (20)

1.一种信号处理设备，其包括：
加速度运算单元，所述加速度运算单元基于第一检测信号和第二检测信号来从加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量，其中基于所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的差分信号来从所述加速度提取所述静态加速度分量，所述第一检测信号包括与沿着至少单轴方向的所述加速度有关的信息并且具有与所述加速度对应的交流波形，所述第二检测信号包括与所述加速度有关的信息并且具有将与所述加速度对应的交流分量叠加在直流分量上的输出波形。
2.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中
所述第一检测信号和所述第二检测信号中的每一个进一步包括与在包括所述单轴方向的多轴方向上的加速度有关的信息，以及
所述加速度运算单元针对所述多轴方向中的每个方向提取所述动态加速度分量和所述静态加速度分量。
3.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中
所述加速度运算单元包括运算电路，所述运算电路基于所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的差分信号来从所述加速度提取所述静态加速度分量。
4.根据权利要求3所述的信号处理设备，其中
所述加速度运算单元进一步包括增益调整电路，所述增益调整电路调整每个信号的增益，使得所述第一检测信号和所述第二检测信号具有相同的电平。
5.根据权利要求3所述的信号处理设备，其中
所述加速度运算单元进一步包括校正电路，所述校正电路：
基于所述差分信号计算校正系数，并且
通过使用所述校正系数来校正所述第一检测信号和所述第二检测信号中的一个。
6.根据权利要求5所述的信号处理设备，其中
在所述第一检测信号和所述第二检测信号中的一个具有预定加速度变化或者更大变化的情况下，所述校正电路通过使用所述校正系数来校正所述第一检测信号。
7.根据权利要求5所述的信号处理设备，其中
在所述第一检测信号和所述第二检测信号中的一个具有预定加速度变化或者更小变化的情况下，所述校正电路通过使用所述校正系数来校正所述第二检测信号。
8.根据权利要求2所述的信号处理设备，其中 所述加速度运算单元进一步包括低频灵敏度校正单元，所述低频灵敏度校正单元通过使用针对相应多轴方向计算得到的所述差分信号的复合值来校正所述动态加速度分量和所述静态加速度分量。
9.根据权利要求3所述的信号处理设备，其中
所述运算电路包括：
低通滤波器，所述低通滤波器使所述第二检测信号中包括所述直流分量的低频分量通过，以及
第一减法器，所述第一减法器计算所述第一检测信号和所述低通滤波器的输出信号之间的差值。
10.根据权利要求9所述的信号处理设备，其中
所述运算电路进一步包括：
第二减法器，所述第二减法器计算所述低通滤波器的所述输出信号和所述第一减法器的输出信号之间的差值，以及
加法器，所述加法器对所述第一检测信号和所述第二减法器的输出信号进行加算。
11.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中
所述加速度运算单元并行输出所述动态加速度分量和所述静态加速度分量。
12.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中
所述加速度运算单元按顺序输出所述动态加速度分量和所述静态加速度分量。
13.根据权利要求1所述的信号处理设备，其进一步包括：
角速度运算单元，所述角速度运算单元基于第三检测信号来计算多个轴旋转的角速度中的每个角速度，所述第三检测信号包括与包括所述单轴方向的多个轴旋转的角速度有关的信息。
14.一种惯性传感器，其包括：
传感器元件，所述传感器元件包括：
元件主体，所述元件主体包括通过沿至少单轴方向接收加速度可移动的可移动部分，
第一加速度检测器单元，所述第一加速度检测器单元输出第一检测信号，所述第一检测信号包括与施于所述可移动部分的所述加速度有关的信息并且具有与所述加速度对应的交流波形，以及
第二加速度检测器单元，所述第二加速度检测器单元输出第二检测信号，所述第二检测信号包括与所述加速度有关的所述信息并且具有将与所述加速度对应的交流分量叠加在直流分量上的输出波形；以及
控制器，所述控制器包括：
加速度运算单元，所述加速度运算单元基于所述第一检测信号和所述第二检测信号来从所述加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量，其中基于所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的差分信号来从所述加速度提取所述静态加速度分量。
15.根据权利要求14所述的惯性传感器，其中
所述第一加速度检测器单元包括设置于所述可移动部分的压电式加速度检测元件。
16.根据权利要求14所述的惯性传感器，其中
所述第二加速度检测器单元包括设置于所述可移动部分的压阻式加速度检测元件。
17.根据权利要求14所述的惯性传感器，其中
所述第二加速度检测器单元包括设置于所述可移动部分的静电式加速度检测元件。
18.一种加速度测量方法，其包括：
获取第一检测信号，所述第一检测信号包括与沿着至少单轴方向的加速度有关的信息并且具有与所述加速度对应的交流波形；
获取第二检测信号，所述第二检测信号包括与所述加速度有关的所述信息并且具有将与所述加速度对应的交流分量叠加在直流分量上的输出波形；以及
基于所述第一检测信号和所述第二检测信号来从所述加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量，其中基于所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的差分信号来从所述加速度提取所述静态加速度分量。
19.一种电子设备，其包括：
惯性传感器，所述惯性传感器包括：
传感器元件，所述传感器元件包括：
元件主体，所述元件主体包括通过沿至少单轴方向接收加速度可移动的可移动部分，
第一加速度检测器单元，所述第一加速度检测器单元输出第一检测信号，所述第一检测信号包括与施于所述可移动部分的所述加速度有关的信息并且具有与所述加速度对应的交流波形，以及
第二加速度检测器单元，所述第二加速度检测器单元输出第二检测信号，所述第二检测信号包括与所述加速度有关的所述信息并且具有将与所述加速度对应的交流分量叠加在直流分量上的输出波形，以及
控制器，所述控制器包括：
加速度运算单元，所述加速度运算单元基于所述第一检测信号和所述第二检测信号来从所述加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量，其中基于所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的差分信号来从所述加速度提取所述静态加速度分量。
20.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被信号处理设备执行以实现以下操作：
获取第一检测信号，所述第一检测信号包括与沿着至少单轴方向的加速度有关的信息并且具有与所述加速度对应的交流波形；
获取第二检测信号，所述第二检测信号包括与所述加速度有关的所述信息并且具有将与所述加速度对应的交流分量叠加在直流分量上的输出波形；以及
基于所述第一检测信号和所述第二检测信号来从所述加速度提取动态加速度分量和静态加速度分量，其中基于所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的差分信号来从所述加速度提取所述静态加速度分量。
CN201780067563.4A 2016-11-11 2017-10-03 信号处理设备、惯性传感器、加速度测量方法、电子设备和程序 Active CN109983345B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016220963A JP2018077200A (ja) 2016-11-11 2016-11-11 信号処理装置、慣性センサ、加速度測定方法、電子機器およびプログラム
JP2016-220963 2016-11-11
PCT/JP2017/035965 WO2018088066A1 (ja) 2016-11-11 2017-10-03 信号処理装置、慣性センサ、加速度測定方法、電子機器およびプログラム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109983345A CN109983345A (zh) 2019-07-05
CN109983345B true CN109983345B (zh) 2022-01-11

Family

ID=62110656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780067563.4A Active CN109983345B (zh) 2016-11-11 2017-10-03 信号处理设备、惯性传感器、加速度测量方法、电子设备和程序

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11168983B2 (zh)
JP (1) JP2018077200A (zh)
CN (1) CN109983345B (zh)
DE (1) DE112017005694T5 (zh)
WO (1) WO2018088066A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10794929B2 (en) * 2016-03-18 2020-10-06 Stanley Convergent Security Solutions, Inc. System for vibration sensing
JP2018115978A (ja) * 2017-01-19 2018-07-26 ソニー株式会社 車両制御装置
JP6918738B2 (ja) * 2018-04-09 2021-08-11 株式会社日立製作所 センサシステム
WO2020195000A1 (ja) * 2019-03-27 2020-10-01 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 信号処理装置、慣性力センサ、信号処理方法、及びプログラム
JP7406340B2 (ja) * 2019-10-18 2023-12-27 株式会社小松製作所 加速度検出装置、作業機械および加速度検出方法
CN112305263A (zh) * 2020-10-27 2021-02-02 南京东奇智能制造研究院有限公司 一种基于惯性传感器的加速度信号测量方法及装置
DE102021204681A1 (de) * 2021-05-10 2022-11-10 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikromechanischer Inertialsensor

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005043172A1 (en) * 2003-11-04 2005-05-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Vibration-type piezoelectric acceleration sensor element and vibration-type piezoelectric acceleration sensor therewith
CN1926434A (zh) * 2004-03-02 2007-03-07 松下电器产业株式会社 振动型压电加速度传感器
CN101122611A (zh) * 2006-08-09 2008-02-13 日立金属株式会社 多量程三轴加速度传感器装置
CN101173878A (zh) * 2007-11-27 2008-05-07 上海西派埃自动化仪表工程有限责任公司 静、动态加速度测试装置
EP1953499A2 (en) * 2007-02-02 2008-08-06 Wacoh Corporation Sensor for detecting acceleration and angular velocity
CN101317188A (zh) * 2006-02-22 2008-12-03 索尼株式会社 身体运动检测设备、身体运动检测方法及身体运动检测程序
CN102853834A (zh) * 2012-01-09 2013-01-02 北京信息科技大学 旋转载体用imu的高精度方案与消噪方法
CN104114977A (zh) * 2012-02-21 2014-10-22 松下电器产业株式会社 惯性力传感器
CN104655116A (zh) * 2013-11-25 2015-05-27 精工爱普生株式会社 检测装置、传感器、电子设备以及移动体
CN105953794A (zh) * 2016-04-26 2016-09-21 杭州欣晟达信息技术有限公司 一种基于mems传感器的计步导航方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS547863A (en) 1977-06-21 1979-01-20 Toshiba Corp Electrode forming method for semiconductor device
ITTO20030142A1 (it) * 2003-02-28 2004-09-01 St Microelectronics Srl Dispositivo inerziale multidirezinale a soglia multipla
US7409291B2 (en) * 2003-02-28 2008-08-05 Stmicroelectronics S.R.L. Device for automatic detection of states of motion and rest, and portable electronic apparatus incorporating it
CA2747236C (en) * 2004-06-25 2013-08-20 059312 N.B. Inc. Shape-acceleration measurement device and method
US20130186202A1 (en) * 2010-07-27 2013-07-25 First Sensor AG Device and method for recording at least one acceleration and a corresponding computer program and a corresponding computer-readable storage medium and also use of such a device
WO2012153335A1 (en) * 2011-05-09 2012-11-15 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Bistable force and/or acceleration sensor
KR20130067419A (ko) 2011-12-14 2013-06-24 삼성전기주식회사 관성센서 및 이를 이용한 가속도 측정방법
US9351782B2 (en) * 2012-11-09 2016-05-31 Orthosensor Inc. Medical device motion and orientation tracking system
US20150268268A1 (en) * 2013-06-17 2015-09-24 Freescale Semiconductor, Inc. Inertial sensor with trim capacitance and method of trimming offset
JP5503796B1 (ja) * 2013-10-04 2014-05-28 株式会社トライフォース・マネジメント 角速度検出装置
WO2016034940A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 King Abdullah University Of Science And Technology Multi-frequency excitation
JP2016059191A (ja) 2014-09-11 2016-04-21 ソニー株式会社 静電型デバイス
GB2532927A (en) * 2014-11-27 2016-06-08 Skf Ab Sealing assembly and method for monitoring dynamic properties of a sealing assembly

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005043172A1 (en) * 2003-11-04 2005-05-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Vibration-type piezoelectric acceleration sensor element and vibration-type piezoelectric acceleration sensor therewith
CN1926434A (zh) * 2004-03-02 2007-03-07 松下电器产业株式会社 振动型压电加速度传感器
CN101317188A (zh) * 2006-02-22 2008-12-03 索尼株式会社 身体运动检测设备、身体运动检测方法及身体运动检测程序
CN101122611A (zh) * 2006-08-09 2008-02-13 日立金属株式会社 多量程三轴加速度传感器装置
EP1953499A2 (en) * 2007-02-02 2008-08-06 Wacoh Corporation Sensor for detecting acceleration and angular velocity
CN101173878A (zh) * 2007-11-27 2008-05-07 上海西派埃自动化仪表工程有限责任公司 静、动态加速度测试装置
CN102853834A (zh) * 2012-01-09 2013-01-02 北京信息科技大学 旋转载体用imu的高精度方案与消噪方法
CN104114977A (zh) * 2012-02-21 2014-10-22 松下电器产业株式会社 惯性力传感器
CN104655116A (zh) * 2013-11-25 2015-05-27 精工爱普生株式会社 检测装置、传感器、电子设备以及移动体
CN105953794A (zh) * 2016-04-26 2016-09-21 杭州欣晟达信息技术有限公司 一种基于mems传感器的计步导航方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018077200A (ja) 2018-05-17
US11168983B2 (en) 2021-11-09
CN109983345A (zh) 2019-07-05
DE112017005694T5 (de) 2019-08-01
WO2018088066A1 (ja) 2018-05-17
US20190360809A1 (en) 2019-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109983345B (zh) 信号处理设备、惯性传感器、加速度测量方法、电子设备和程序
CN110062910B (zh) 摄像机控制装置和成像装置
CN109891250B (zh) 传感器元件、惯性传感器和电子设备
KR101697828B1 (ko) 기판의 평면에 수직인 역위상 방향으로 움직이는 검사 질량체들을 이용한 mems 가속도계
US20170168087A1 (en) Identification and compensation of mems accelerometer errors
US10969662B2 (en) Posture control apparatus, holding apparatus, posture control method, and program
EP3572899A1 (en) Orientation control device, flying object, orientation control method, and program
US20190025056A1 (en) Electrostatic offset correction
WO2018088042A1 (ja) 情報処理装置
WO2020195000A1 (ja) 信号処理装置、慣性力センサ、信号処理方法、及びプログラム
JPWO2018088041A1 (ja) 情報処理装置
JP6064660B2 (ja) 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、および電子部品検査装置
Dalola et al. Micromachined piezoresistive inclinometer with oscillator-based integrated interface circuit and temperature readout
EP3737911A1 (en) Proof mass offset compensation
JPWO2015145489A1 (ja) 加速度センサ、および加速度または振動検出方法
JP4405189B2 (ja) ３軸加速度センサ
Nesterenko et al. Metrological performance of integrated multiple axis MEMS accelerometers under thermal effect
CN220063001U (zh) 惯性器件、电路及电子设备
CN111344575B (zh) 用于离轴移动的mems传感器补偿
JP7394352B2 (ja) 信号処理装置、慣性力センサ、信号処理方法、及びプログラム
JPH0627133A (ja) ３次元加速度センサ
US20240118106A1 (en) Module inspection method and inertial sensor
Huang et al. Linearity analysis of closed-loop capacitive accelerometer due to distance mismatch between plates and the influence of compensation capacitor array
CN116753825A (zh) 微小位移与姿态的读取方法及存储介质
Malvern et al. High performance MEMS accelerometer (Gemini accelerometer)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant