DE112017005694T5

DE112017005694T5 - Signalverarbeitungsvorrichtung, Trägheitssensor, Beschleunigungsmessverfahren, elektronische Vorrichtung und Programm

Info

Publication number: DE112017005694T5
Application number: DE112017005694.2T
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Kabasawa; Yusaku Kato; Satoshi Mitani
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2017-10-03
Publication date: 2019-08-01
Also published as: JP2018077200A; WO2018088066A1; CN109983345B; US11168983B2; CN109983345A; US20190360809A1

Abstract

Zusammenfassung: Eine Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technologie wird mit einer Beschleunigungs-Recheneinheit bereitgestellt. Die Beschleunigungs-Recheneinheit extrahiert eine dynamische Beschleunigungskomponente und eine statische Beschleunigungskomponente von einer AN Beschleunigung auf der Basis eines ersten Detektionssignals, das Informationen bezüglich der Beschleunigung entlang zumindest einer Achsenrichtung enthält und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist, und eines zweiten Detektionssignals, das Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält und eine Ausgangswellenform hat, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente eine Gleichstromkomponente überlappt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Technologie betrifft eine Signalverarbeitungsvorrichtung, einen Trägheitssensor, ein Beschleunigungsmessverfahren, eine elektronische Vorrichtung und ein Programm, die eine Beschleunigung erkennen, die zum Beispiel auf ein Detektionsziel wirkt.
Stand der Technik
In den letzten Jahren werden Beschleunigungssensoren, welche die MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)-Technologie verwenden, häufig in den technischen Gebieten der Lageerkennung einer elektronischen Vorrichtung, der Lageerkennung eines sich bewegenden Körpers, der Bildstabilisierung einer Kamera, der Analyse einer Bewegung eines Menschen oder Objekts und dergleichen eingesetzt. Bei dieser Art von Beschleunigungssensoren gibt es verschiedene bekannte Detektionsverfahren, wie etwa eine piezoelektrische Art, eine piezoresistive Art und eine elektrostatische Art (siehe zum Beispiel Patentliteraturen 1 bis 3).
Zum Beispiel beschreibt Patentliteratur 1 einen Trägheitssensor, der eine Membran, einen am unteren Teil der Membran angeordneten Massekörper und auf der Membran gebildete Erfassungseinrichtungen sowie einen piezoelektrischen Körper enthält, und der eine Beschleunigung auf der Basis einer Ausgabe der Erfassungseinrichtungen misst.
Ferner beschreibt Patentliteratur 2 einen Trägheitssensor, der ein plattenförmiges Element, einen Gewichtskörper, plattenförmige Brückenteile, welche diese verbinden, und an den Wurzelenden und Spitzen der plattenförmigen Brückenteile angeordnete piezoresistive Elemente enthält, und der Beschleunigungen anhand der Widerstandsschwankungen dieser piezoresistiven Elemente erkennt.
Zusätzlich beschreibt Patentliteratur 3 eine elektrostatische Vorrichtung, die eine erste Elektrodeneinheit als eine bewegliche Elektrode und eine zweite Elektrodeneinheit als eine feste Elektrode enthält, und die eine Kapazitätsänderung auf der Basis einer Änderung eines Spalts dazwischen erkennt, um eine Beschleunigung zu messen.
Liste der Quellenangaben
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsnummer 2013-125025
Patentliteratur 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsnummer 2015-92145
Patentliteratur 3: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsnummer 2016-59191

Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Die Ausgabe des oben beschriebenen konventionellen Trägheitssensors enthält zusätzlich zu einer Bewegungsbeschleunigung eines Objekts als Detektionsziel eine Gravitationsbeschleunigung, die auf das Objekt wirkt. Aus diesem Grund ist ein Messfehler der Bewegungsbeschleunigung groß, wenn das Objekt ein kompliziertes Verhalten zeigt, während es seine Lage ändert, und es war bislang schwierig, die Erkennungsgenauigkeit der Beschleunigung zu verbessern.
In Anbetracht der oben beschriebenen Umstände ist es ein Ziel der vorliegenden Technologie, eine Signalverarbeitungsvorrichtung, einen Trägheitssensor, ein Beschleunigungsmessverfahren, eine elektronische Vorrichtung und ein Programm bereitzustellen, die in der Lage sind, eine auf ein Objekt wirkende Bewegungsbeschleunigung genau zu messen.
Lösung des Problems
Eine Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie enthält eine Beschleunigungs-Recheneinheit.
Die Beschleunigungs-Recheneinheit extrahiert, auf der Basis eines ersten Detektionssignals und eines zweiten Detektionssignals, wobei das erste Detektionssignal auf eine Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung bezogene Informationen enthält und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist und das zweite Detektionssignal die auf die Beschleunigung bezogenen Informationen enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird, eine dynamische Beschleunigungskomponente und eine statische Beschleunigungskomponente von der Beschleunigung.
Für das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal werden in der Regel die jeweiligen Ausgaben von Beschleunigungssensoren verwendet, deren Detektionsverfahren unterschiedlich sind. Das erste Detektionssignals und das zweite Detektionssignals enthalten jeweils die dynamische Beschleunigungskomponente (Wechselstromkomponente), wie z. B. eine Bewegungsbeschleunigung, doch das zweite Detektionssignal enthält nicht nur die Wechselstromkomponente, sondern auch die statische Beschleunigungskomponente (Gleichstromkomponente), wie z. B. eine Gravitationsbeschleunigung. In der vorliegenden Technologie ist sie dazu ausgelegt, die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente von diesen ersten und zweiten Detektionssignalen zu extrahieren. Bei dieser Konfiguration kann eine auf ein Objekt wirkende Bewegungsbeschleunigung genau gemessen werden.
Ferner können das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal jeweils auf Beschleunigungen in multiaxialen Richtungen, einschließlich der uniaxialen Richtung, bezogene Informationen enthalten. In diesem Fall extrahiert die Beschleunigungs-Recheneinheit die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente für jede der multiaxialen Richtungen.
Bei dieser Konfiguration können dynamische Beschleunigungskomponenten entlang den Dreiachsen-Richtungen genau gemessen werden.
Die Beschleunigungs-Recheneinheit kann in der Regel eine Rechenschaltung enthalten, welche die statische Beschleunigungskomponente auf der Basis eines Differenzsignals zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal von der Beschleunigung extrahiert.
Bei dieser Konfiguration kann die statische Beschleunigungskomponente von den Beschleunigungsinformationen extrahiert werden.
In diesem Fall kann die Beschleunigungs-Recheneinheit ferner eine Verstärkungs-Anpassungsschaltung enthalten, welche die Verstärkung jedes Signals anpasst, so dass das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal einen identischen Pegel haben.
Die Beschleunigungs-Recheneinheit kann ferner eine Korrekturschaltung enthalten, die einen Korrekturkoeffizienten auf der Basis des Differenzsignals berechnet und entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal durch Verwenden des Korrekturkoeffizienten korrigiert.
Die Korrekturschaltung kann dazu ausgelegt sein, das erste Detektionssignal in einem Fall, in dem entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal eine vorbestimmte oder größere Beschleunigungsänderung aufweist, durch Verwenden des Korrekturkoeffizienten zu korrigieren.
Alternativ dazu kann die Korrekturschaltung dazu ausgelegt sein, das zweite Detektionssignal in einem Fall, in dem entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal eine vorbestimmte oder kleinere Beschleunigungsänderung aufweist, durch Verwenden des Korrekturkoeffizienten zu korrigieren.
Unterdessen kann die Beschleunigungs-Recheneinheit ferner eine Niederfrequenz-Empfindlichkeitskorrektureinheit enthalten, welche die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente durch Verwenden eines zusammengesetzten Wertes der für die jeweiligen multiaxialen Richtungen berechneten Differenzsignale korrigiert.
Die Rechenschaltung kann ein Tiefpassfilter enthalten, das eine die Gleichstromkomponente enthaltende Niederfrequenzkomponente veranlasst, vom zweiten Detektionssignal dort hindurch zu passieren, und einen ersten Subtrahierer, der eine Differenz zwischen dem ersten Detektionssignal und einem Ausgangssignal des Tiefpassfilters berechnet.
Dabei kann der Subtrahierer eine Rechenvorrichtung enthalten, die das erste Detektionssignal von dem zweiten Detektionssignal subtrahiert und ferner ein negatives Vorzeichen löscht.
Bei dieser Konfiguration kann die statische Beschleunigungskomponente von den Beschleunigungsinformationen extrahiert werden.
In diesem Fall kann die Rechenschaltung ferner einen zweiten Subtrahierer enthalten, der eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Tiefpassfilters und einem Ausgangssignal des ersten Subtrahierers berechnet, sowie einen Addierer, der das erste Detektionssignal und ein Ausgangssignal des zweiten Subtrahierers addiert.
Bei dieser Konfiguration kann die dynamische Beschleunigungskomponente von den Beschleunigungsinformationen extrahiert werden.
Die Beschleunigungs-Recheneinheit kann dazu ausgelegt sein, die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente parallel auszugeben, oder sie kann dazu ausgelegt sein, die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente nacheinander auszugeben.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann ferner eine Winkelgeschwindigkeits-Recheneinheit enthalten, die auf der Basis eines dritten Detektionssignals, das auf Winkelgeschwindigkeiten um mehrere Achsen, einschließlich der uniaxialen Richtung, bezogene Informationen enthält, jede der Winkelgeschwindigkeiten um die mehreren Achsen berechnet.
Ein Trägheitssensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie enthält ein Sensorelement und einen Controller.
Das Sensorelement umfasst einen Element-Hauptkörper, eine erste Beschleunigungs-Detektoreinheit und eine zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit. Der Element-Hauptkörper enthält einen beweglichen Abschnitt, der durch Empfang einer Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung beweglich ist. Die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit gibt ein erstes Detektionssignal aus, wobei das erste Detektionssignal Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält, die auf den beweglichen Abschnitt wirkt, und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist. Die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit gibt ein zweites Detektionssignal aus, wobei das zweite Detektionssignal Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird.
Der Controller enthält eine Beschleunigungs-Recheneinheit, die eine dynamische Beschleunigungskomponente und eine statische Beschleunigungskomponente auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals von der Beschleunigung extrahiert.
Die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit kann ein piezoelektrisches Beschleunigungs-Detektionselement enthalten, das am beweglichen Abschnitt angeordnet ist.
Unterdessen kann die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit ein piezoresistives Beschleunigungs-Detektionselement enthalten, das am beweglichen Abschnitt angeordnet ist, oder ein elektrostatisches Beschleunigungs-Detektionselement, das am beweglichen Abschnitt angeordnet ist.
Ein Beschleunigungsmessverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie beinhaltet Folgendes: Akquirieren eines ersten Detektionssignals, das auf eine Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung bezogene Informationen enthält und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist; Akquirieren eines zweiten Detektionssignals, das die auf die Beschleunigung bezogenen Informationen enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird; und Extrahieren einer dynamischen Beschleunigungskomponente und einer statischen Beschleunigungskomponente von der Beschleunigung auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals.
Eine elektronische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie enthält einen Trägheitssensor.
Der Trägheitssensor enthält ein Sensorelement und einen Controller.
Das Sensorelement umfasst einen Element-Hauptkörper, eine erste Beschleunigungs-Detektoreinheit und eine zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit. Der Element-Hauptkörper enthält einen beweglichen Abschnitt, der durch Empfang einer Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung beweglich ist. Die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit gibt ein erstes Detektionssignal aus, wobei das erste Detektionssignal Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält, die auf den beweglichen Abschnitt wirkt, und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist. Die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit gibt ein zweites Detektionssignal aus, wobei das zweite Detektionssignal Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird.
Der Controller enthält eine Beschleunigungs-Recheneinheit, die eine dynamische Beschleunigungskomponente und eine statische Beschleunigungskomponente auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals von der Beschleunigung extrahiert.
Ein Programm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranlasst eine Signalverarbeitungsvorrichtung, Folgendes auszuführen: Akquirieren eines ersten Detektionssignals, das auf eine Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung bezogene Informationen enthält und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist; Akquirieren eines zweiten Detektionssignals, das die auf die Beschleunigung bezogenen Informationen enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird; und Extrahieren einer dynamischen Beschleunigungskomponente und einer statischen Beschleunigungskomponente von der Beschleunigung auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Technologie möglich, eine auf ein Objekt wirkende Bewegungsbeschleunigung genau zu messen.
Es ist anzumerken, dass die hier beschriebenen Effekte nicht unbedingt beschränkt sind, und dass jeder in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Effekt produziert werden kann.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Trägheitssensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
[2] 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Vorderseite eines Sensorelements in dem Trägheitssensor.
[3] 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Rückseite des Sensorelements.
[4] 4 ist eine Draufsicht des Sensorelements.
[5A] 5A ist eine schematische Schnittseitenansicht des Beschleunigungssensorelements, wenn keine Beschleunigungen angewandt werden.
[5B] 5B ist eine schematische Schnittseitenansicht des Beschleunigungssensorelements, wenn eine Beschleunigung entlang einer X-Achsen-Richtung auftritt.
[5C] 5C ist eine schematische Schnittseitenansicht des Beschleunigungssensorelements, wenn eine Beschleunigung entlang einer Z-Achsen-Richtung auftritt.
[6A] 6A ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Beschleunigung darstellt, die auf das Sensorelement wirkt.
[6B] 6B ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines von dem Sensorelement in 6A ausgegebenen Detektionssignals darstellt.
[7A] 7A ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Beschleunigung darstellt, die auf das Sensorelement wirkt.
[7B] 7B ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines von dem Sensorelement in 7A ausgegebenen Detektionssignals darstellt.
[8A] 8A ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Beschleunigung darstellt, die auf das Sensorelement wirkt.
[8B] 8B ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines von dem Sensorelement in 8A ausgegebenen Detektionssignals darstellt.
[9A] 9A ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Beschleunigung darstellt, die auf das Sensorelement wirkt.
[9B] 9B ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines von dem Sensorelement in 9A ausgegebenen Detektionssignals darstellt.
[10A] 10A ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines von dem Sensorelement in 9A ausgegebenen Detektionssignals darstellt.
[10B] 10B ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines von dem Sensorelement in 9A ausgegebenen Detektionssignals darstellt.
[11] 11 ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel der Beschleunigungs-Recheneinheit im Trägheitssensor darstellt.
[12] 12 ist ein Diagramm, das einen Verarbeitungsblock für eine Ein-Achsen-Richtung in der Beschleunigungs-Recheneinheit darstellt.
[13] 13 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Ausgangskennlinien einer Vielzahl von Beschleunigungssensoren in unterschiedlichen Detektionsverfahren.
[14] 14 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Aktion der Beschleunigungs-Recheneinheit.
[15] 15 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Aktion der Beschleunigungs-Recheneinheit.
[16] 16 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Aktion der Beschleunigungs-Recheneinheit.
[17] 17 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Aktion der Beschleunigungs-Recheneinheit.
[18] 18 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Aktion der Beschleunigungs-Recheneinheit.
[19] 19 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Aktion der Beschleunigungs-Recheneinheit.
[20] 20 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verarbeitungsverfahrens der Beschleunigungs-Recheneinheit darstellt.
[21] 21 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Trägheitssensors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
[22] 22 ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel einer Beschleunigungs-Recheneinheit in einem Trägheitssensor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
[23] 23 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Aktion der Beschleunigungs-Recheneinheit.
[24] 24 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Aktion der Beschleunigungs-Recheneinheit.
[25] 25 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Aktion der Beschleunigungs-Recheneinheit.
[26] 26 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Aktion der Beschleunigungs-Recheneinheit.
[27] 27 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Aktion der Beschleunigungs-Recheneinheit.

Modus (Modi) zum Ausführen der Erfindung
Im Folgenden werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Technologie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
<Erste Ausführungsform>
[Allgemeine Konfiguration]
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Trägheitssensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
Ein Trägheitssensor 1 dieser Ausführungsform ist zum Beispiel in einem sich bewegenden Körper, wie etwa einem Fahrzeug oder einem Flugzeug, einem tragbaren Informationsendgerät, wie etwa einem Smartphone, einem elektronischen Gerät, wie etwa einer Digitalkamera, einer Sensorkopfeinheit in einer Bewegungsmessvorrichtung und dergleichen eingebaut. Der Trägheitssensor 1 ist als Beschleunigungssensor ausgelegt, der Beschleunigungen in Dreiachsen-Richtungen erkennt, die auf ein Objekt (Detektionsziel) wirken, wie etwa den oben genannten sich bewegenden Körper, ein tragbares Informationsendgerät, ein elektronisches Gerät und einen Sensorkopf.
Insbesondere ist der Trägheitssensor 1 dieser Ausführungsform dazu ausgelegt, fähig zu sein, dynamische Beschleunigungskomponenten und statische Beschleunigungskomponenten von den jeweiligen Beschleunigungen in den oben beschriebenen Dreiachsen-Richtungen zu extrahieren.
Hier bedeutet die dynamische Beschleunigungskomponente eine Wechselstromkomponente der oben beschriebenen Beschleunigung und entspricht in der Regel einer Bewegungsbeschleunigung (Translationsbeschleunigung, Zentrifugalbeschleunigung, Tangentialbeschleunigung oder dergleichen) des oben beschriebenen Objekts. Unterdessen bedeutet die statische Beschleunigungskomponente in der Regel eine Gleichstromkomponente der oben beschriebenen Beschleunigung und entspricht in der Regel einer Gravitationsbeschleunigung oder einer als Gravitationsbeschleunigung geschätzten Beschleunigung.
Wie in 1 dargestellt, enthält der Trägheitssensor 1 ein Sensorelement 10 und einen Controller 20 (Signalverarbeitungsvorrichtung). 2 ist eine perspektivische Ansicht der Vorderseite, die eine Konfiguration des Sensorelements 10 schematisch darstellt.
Das Sensorelement 10 umfasst zwei Arten von Beschleunigungs-Detektoreinheiten (eine erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 und eine zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12), die jeweils auf die Beschleunigungen in den drei Achsenrichtungen (X-, Y- und Z-Achse) in 2 bezogene Informationen erkennen.
Die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 ist zum Beispiel ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor, der als ein erstes Detektionssignal jeweils ein Signal (Acc-AC-x), das mit einer Beschleunigung parallel zu der X-Achsen-Richtung verbundene Informationen enthält, ein Signal (Acc-AC-y), das mit einer Beschleunigung parallel zu der Y-Achsen-Richtung verbundene Informationen enthält, und ein Signal (Acc-AC-z), das mit einer Beschleunigung parallel zu der Z-Achsen-Richtung verbundene Informationen enthält, ausgibt. Diese Signale haben jeweils eine Wechselstrom-Wellenform, die der Beschleunigung der jeweiligen Achse entspricht.
Unterdessen ist die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 ein nichtpiezoelektrischer Beschleunigungssensor, der als ein zweites Detektionssignal jeweils ein Signal (Acc-DC-x), das mit einer Beschleunigung parallel zu der X-Achsen-Richtung verbundene Informationen enthält, ein Signal (Acc-DC-y), das mit einer Beschleunigung parallel zu der Y-Achsen-Richtung verbundene Informationen enthält, und ein Signal (Acc-DC-z), das mit einer Beschleunigung parallel zu der Z-Achsen-Richtung verbundene Informationen enthält, ausgibt. Diese Signale haben jeweils eine Ausgangswellenform, in der eine der Beschleunigung der jeweiligen Achse entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert ist.
Der Controller 20 enthält eine Beschleunigungs-Recheneinheit 200, die dynamische Beschleunigungskomponenten und statische Beschleunigungskomponenten von den jeweiligen Beschleunigungen in den oben beschriebenen Dreiachsen-Richtungen auf der Basis der Ausgabe der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 (erste Detektionssignale) und der Ausgabe der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 (zweite Detektionssignale) extrahiert.
Es ist anzumerken, dass der Controller 20 durch Hardwareelemente, wie z. B. eine CPU (Central Processing Unit), ein RAM (Random Access Memory) und ein ROM (Read Only Memory), die in einem Computer verwendet werden, und notwendige Software erzielt werden kann. Anstelle der oder zusätzlich zu der CPU kann eine PLD (Programmable Logic Device) wie z. B. ein FPGA (Field Programmable Gate Array), ein DSP (Digital Signal Processor) oder dergleichen verwendet werden.
Anschließend werden Details des Trägheitssensors 1 beschrieben.
[Sensorelement]
(Basiskonfiguration)
Zuerst wird eine Basiskonfiguration des Sensorelements 10 unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Sensorelements 10. 4 ist eine Draufsicht der Vorderseite des Sensorelements 10.
Das Sensorelement 10 schließt einen Element-Hauptkörper 110, die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 (erste Detektionselemente 11x1, 11x2, 11y1, 11y2) und die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 (zweite Detektionselemente 12x1, 12x2, 12y1, 12y2) ein.
Der Element-Hauptkörper 110 schließt einen Hauptoberflächenabschnitt 111 parallel zu der XY-Ebene und einen Stützabschnitt 114 auf der gegenüberliegenden Seite ein. Der Element-Hauptkörper 110 besteht in der Regel aus einem SOI (Silicon On Insulator)-Substrat und besitzt eine laminierte Struktur, die eine aktive Schicht (Siliziumsubstrat) enthält, die den Hauptoberflächenabschnitt 111 bildet, und eine rahmenförmige Stützschicht (Siliziumsubstrat), die den Stützabschnitt 114 bildet. Der Hauptoberflächenabschnitt 111 und der Stützabschnitt 114 haben voneinander abweichende Dicken, und der Stützabschnitt 114 ist ausgebildet, um dicker als der Hauptoberflächenabschnitt 111 zu sein.
Der Element-Hauptkörper 110 schließt eine bewegliche Platte 120 (beweglicher Abschnitt) ein, der sich durch Empfang einer Beschleunigung bewegen kann. Die bewegliche Platte 120 ist am mittleren Abschnitt des Hauptoberflächenabschnitts 111 angeordnet und wird durch Verarbeitung der aktiven Schicht gebildet, die den Hauptoberflächenabschnitt 111 zu einer vorbestimmten Form formt. Insbesondere besteht die bewegliche Platte 120, die eine Vielzahl (vier in diesem Beispiel) von Blattabschnitten 121 bis 124 enthält, die jeweils eine Form haben, die hinsichtlich des mittleren Abschnitts des Hauptoberflächenabschnitts 111 symmetrisch ist, aus einer Vielzahl von Nutenabschnitten 112, die in dem Hauptoberflächenabschnitt 111 ausgebildet sind. Der Umfangsabschnitt des Hauptoberflächenabschnitts 111 stellt einen Basisabschnitt 115 dar, der dem Stützabschnitt 114 in der Z-Achsen-Richtung zugewandt ist.
Wie in 3 dargestellt, ist der Stützabschnitt 114 zu einem Rahmen ausgebildet, der einen rechteckigen Aussparungsabschnitt 113 aufweist, in dem die Rückseite der beweglichen Platte 120 geöffnet wird. Der Stützabschnitt 114 ist als Verbindungsfläche ausgebildet, die mit einem Trägersubstrat (in der Figur nicht dargestellt) zu verbinden ist. Das Trägersubstrat kann aus einer Leiterplatte bestehen, die das Sensorelement 10 und den Controller 20 elektrisch verbindet, oder es kann aus einer Relaisplatine oder einem Package-Board bestehen, das elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist. Alternativ dazu kann der Stützabschnitt 114 eine Vielzahl von externen Anschlussklemmen enthalten, die elektrisch mit der Leiterplatte, der Relaisplatine oder dergleichen verbunden sind.
Die Blattabschnitte 121 bis 124 der beweglichen Platte 120 bestehen jeweils aus einem Platinenstück, das eine vorbestimmte Form hat (im Wesentlichen eine sechseckige Form in diesem Beispiel), und sind in Abständen von 90° um die Mittelachse parallel zu der Z-Achse angeordnet. Die Dicke jedes der Blattabschnitte 121 bis 124 entspricht der Dicke der oben genannten aktiven Schicht, die den Hauptoberflächenabschnitt 111 bildet. Die Blattabschnitte 121 bis 124 sind am Mittenabschnitt 120C der beweglichen Platte 120 gegenseitig integral verbunden und werden integriert und gestützt, um zu dem Basisabschnitt 115 relativ beweglich zu sein.
Wie in 3 dargestellt, enthält die bewegliche Platte 120 ferner einen Gewichtsabschnitt 125. Der Gewichtsabschnitt 125 ist integral an der Rückseite des Mittenabschnitts 120C der beweglichen Platte 120 und den Rückseiten der jeweiligen Blattabschnitte 121 bis 124 angeordnet. Größe, Dicke und dergleichen des Gewichtsabschnitts 125 sind nicht speziell eingeschränkt und sind eingestellt, eine geeignete Größe zu haben, mit der gewünschte Schwingungseigenschaften der beweglichen Platte 120 erworben werden. Der Gewichtsabschnitt 125 wird zum Beispiel durch Verarbeiten der Trägerschicht gebildet, die den Stützabschnitt 114 zu einer vorbestimmten Form formt.
Wie in den 2 und 4 dargestellt, ist die bewegliche Platte 120 über eine Vielzahl (vier in diesem Beispiel) von Brückenabschnitten 131 bis 134 mit dem Basisabschnitt 115 verbunden. Die Vielzahl von Brückenabschnitten 131 bis 134 sind jeweils zwischen den Blattabschnitten 121 bis 124 angeordnet und werden durch Verarbeiten der aktiven Schicht gebildet, die den Hauptoberflächenabschnitt 111 zu einer vorbestimmten Form formt. Der Brückenabschnitt 131 und der Brückenabschnitt 133 sind so angeordnet, dass sie einander in der X-Achsen-Richtung zugewandt sind, und der Brückenabschnitt 132 und der Brückenabschnitt 134 sind so angeordnet, dass sie einander in der Y-Achsen-Richtung zugewandt sind.
Die Brückenabschnitte 131 bis 134 bilden einen Teil des beweglichen Abschnitts, der zu dem Basisabschnitt 115 relativ beweglich ist, und stützen den Mittenabschnitt 120C der beweglichen Platte 120 elastisch ab. Die Brückenabschnitte 131 bis 134 haben jeweils eine identische Konfiguration, und jeder enthält, wie in 4 dargestellt, einen ersten Balkenabschnitt 130a, einen zweiten Balkenabschnitt 130b und einen dritten Balkenabschnitt 130c.
Der erste Balkenabschnitt 130a erstreckt sich linear von dem Umfangsabschnitt des Mittenabschnitts 120C der beweglichen Platte 120 jeweils in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung und ist zwischen entsprechenden zwei der zueinander benachbarten Blattabschnitte 121 bis 124 angeordnet. Der zweite Balkenabschnitt 130b erstreckt sich linear jeweils in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung und koppelt den ersten Balkenabschnitt 130a und den Basisabschnitt 115 miteinander.
Der dritte Balkenabschnitt 130c erstreckt sich linear in jede der Richtungen, die sich jeweils mit der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung schneiden, und koppelt den Zwischenabschnitt zwischen dem ersten Balkenabschnitt 130a und dem zweiten Balkenabschnitt 130b und den Basisabschnitt 115 miteinander. Jeder der Brückenabschnitte 131 bis 134 enthält zwei dritte Balkenabschnitte 130c und ist so ausgelegt, dass die zwei dritten Balkenabschnitte 130c den einfachen zweiten Balkenabschnitt 130b in der XY-Ebene zwischen sich einklemmen.
Die Steifigkeit der Brückenabschnitte 131 bis 134 ist auf einen geeigneten Wert eingestellt, bei dem die sich bewegende bewegliche Platte 120 stabil abgestützt werden kann. Insbesondere sind die Brückenabschnitte 131 bis 134 so eingestellt, dass sie eine geeignete Steifigkeit haben, bei der die Brückenabschnitte 131 bis 134 durch das Eigengewicht der beweglichen Platte 120 verformt werden können. Die Größe der Verformung ist nicht speziell eingeschränkt, solange sie von der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12, die später beschrieben wird, erkannt werden kann.
Wie oben beschrieben, wird die bewegliche Platte 120 über die vier Brückenabschnitte 131 bis 134 auf dem Basisabschnitt 115 des Element-Hauptkörpers 110 abgestützt und ist dazu ausgelegt, sich relativ zu dem Basisabschnitt 115 durch eine der Beschleunigung entsprechende Trägheitskraft bewegen zu können (beweglich), wobei die Brückenabschnitte 131 bis 134 als Drehpunkte festgelegt sind.
Die 5A bis 5C sind schematische Schnittseitenansichten, um einen Zustand einer Bewegung der beweglichen Platte 120 zu beschreiben, wobei A einen Zustand zeigt, in dem keine Beschleunigungen ausgeübt werden, B einen Zustand zeigt, in dem die Beschleunigung entlang der X-Achsen-Richtung auftritt, und C einen Zustand zeigt, in dem die Beschleunigung entlang der Z-Achsen-Richtung auftritt. Es ist anzumerken, dass die durchgezogene Linie in 5B einen Zustand zeigt, in dem die Beschleunigung in der linken Richtung auf der Ebene der Figur auftritt, und die durchgezogene Linie in 5C einen Zustand zeigt, in dem die Beschleunigung in der oberen Richtung auf der Ebene der Figur auftritt.
Wenn keine Beschleunigungen auftreten, wie in den 2 und 5A dargestellt, wird die bewegliche Platte 120 in einem Zustand parallel zu der Oberfläche des Basisabschnitts 115 gehalten. Wenn in diesem Zustand zum Beispiel die Beschleunigung entlang der X-Achsen-Richtung auftritt, wie in 5B dargestellt, neigt sich die bewegliche Platte 120 in Richtung des Gegenuhrzeigersinns um die Brückenabschnitte 132 und 134, die sich in der Y-Achsen-Richtung erstrecken. Bei dieser Konfiguration empfangen die Brückenabschnitte 131 und 133, die einander in der X-Achsen-Richtung zugewandt sind, jeweils eine Biegespannung in den einander entgegengesetzten Richtungen entlang der Z-Achsen-Richtung.
Ebenso, wenn die Beschleunigung entlang der Y-Achsen-Richtung auftritt, obwohl nicht in der Figur dargestellt, neigt sich die bewegliche Platte 120 in Richtung des Gegenuhrzeigersinns (oder der Richtung des Uhrzeigersinns) um die Brückenabschnitte 131 und 133, die sich in der X-Achsen-Richtung erstrecken. Die einander in der X-Achsen-Richtung zugewandten Brückenabschnitte 132 und 134 empfangen jeweils eine Biegespannung in den einander entgegengesetzten Richtungen entlang der Z-Achsen-Richtung.
Unterdessen, wenn die Beschleunigung entlang der Z-Achsen-Richtung auftritt, wie in 5C dargestellt, hebt und senkt sich die bewegliche Platte 120 in Bezug auf den Basisabschnitt 115, und die Brückenabschnitte 131 bis 134 empfangen jeweils eine Biegespannung in einer identischen Richtung entlang der Z-Achsen-Richtung.
Die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 und die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 sind an jedem der Brückenabschnitte 131 bis 134 angeordnet. Der Trägheitssensor 1 erkennt die aus der Biegespannung der Brückenabschnitte 131 bis 134 resultierende Verformung durch die Beschleunigungs-Detektoreinheiten 11 und 12 und misst somit die Richtung und Größe der auf das Sensorelement 10 wirkenden Beschleunigung.
Im Folgenden werden Details der Beschleunigungs-Detektoreinheiten 11 und 12 beschrieben.
Wie in 4 dargestellt, enthält die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 eine Vielzahl (vier in diesem Beispiel) von ersten Detektionselementen 11x1, 11x2, 11y1 und 11y2.
Die Detektionselemente 11x1 und 11x2 sind auf der axialen Mitte der jeweiligen Oberfläche der zwei Brückenabschnitte 131 und 133 angeordnet, die einander in der X-Achsen-Richtung zugewandt sind. Ein Detektionselement 11x1 ist in dem ersten Balkenabschnitt 130a des Brückenabschnitts 131 angeordnet, und das andere Detektionselement 11x2 ist in dem ersten Balkenabschnitt 130a des Brückenabschnitts 133 angeordnet. Im Gegensatz dazu sind die Detektionselemente 11y1 und 11y2 auf der axialen Mitte der jeweiligen Oberfläche der zwei Brückenabschnitte 132 und 134 angeordnet, die einander in der Y-Achsen-Richtung zugewandt sind. Ein Detektionselement 11y1 ist in dem ersten Balkenabschnitt 130a des Brückenabschnitts 132 angeordnet, und das andere Detektionselement 11y2 ist in dem ersten Balkenabschnitt 130a des Brückenabschnitts 134 angeordnet.
Die ersten Detektionselemente 11x1 bis 11y2 haben jeweils eine identische Konfiguration und bestehen in dieser Ausführungsform aus einem rechteckigen piezoelektrischen Detektionselement, das eine Längsseite in der axialen Richtung des ersten Balkenabschnitts 130a aufweist. Die ersten Detektionselemente 11x1 bis 11y2 bestehen jeweils aus einem Laminat, das eine untere Elektrodenschicht, einen piezoelektrischen Film und eine obere Elektrodenschicht enthält.
Der piezoelektrische Film wird in der Regel aus piezoelektrischem Zirkonat-Titanat (PZT) hergestellt, doch die vorliegende Technologie ist natürlich nicht darauf beschränkt. Der piezoelektrische Film verursacht eine Potentialdifferenz, die dem Betrag der Biegeverformung (Spannung) des ersten Balkenabschnitts 130a in der Z-Achsen-Richtung entspricht, zwischen der oberen Elektrodenschicht und der unteren Elektrodenschicht (piezoelektrischer Effekt). Die obere Elektrodenschicht ist mit jedem der auf der Oberfläche des Basisabschnitts 115 angeordneten Relaisanschlüsse 140 über eine Verdrahtungsschicht (nicht in der Figur dargestellt), die auf den Brückenabschnitten 131 bis 134 ausgebildet ist, elektrisch verbunden. Der Relaisanschluss 140 kann als externer Verbindungsanschluss ausgebildet sein, der mit dem oben beschriebenen Trägersubstrat elektrisch verbunden ist. Zum Beispiel ist ein Bonddraht, von dem ein Anschluss mit dem oben beschriebenen Trägersubstrat verbunden ist, an seinem anderen Anschluss mit dem Relaisanschluss 140 verbunden. Die untere Elektrodenschicht ist in der Regel mit einem Bezugspotential, wie z. B. einem Massepotential, verbunden.
Da die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11, die wie oben beschrieben ausgelegt ist, Ausgabe nur durchführt, wenn sich die Spannung wegen der Eigenschaften des piezoelektrischen Films ändert, und in einem Zustand, in dem ein Spannungswert nicht geändert wird, selbst wenn die Spannung ausgeübt wird, keine Ausgabe durchführt, erkennt die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 hauptsächlich die Größe der dynamischen Beschleunigung (Bewegungsbeschleunigung), die auf die bewegliche Platte 120 wirkt. Daher enthält die Ausgabe der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 (erstes Detektionssignal) hauptsächlich ein Ausgangssignal, das eine Wechselstrom-Wellenform aufweist, die eine der Bewegungsbeschleunigung entsprechende dynamische Komponente (Wechselstromkomponente) ist.
Unterdessen, wie in 4 dargestellt, enthält die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 eine Vielzahl (vier in diesem Beispiel) von zweiten Detektionselementen 12x1, 12x2, 12y1 und 12y2.
Die Detektionselemente 12x1 und 12x2 sind auf der axialen Mitte der jeweiligen Oberfläche der zwei Brückenabschnitte 131 und 133 angeordnet, die einander in der X-Achsen-Richtung zugewandt sind. Ein Detektionselement 12x1 ist in dem zweiten Balkenabschnitt 130b des Brückenabschnitts 131 angeordnet, und das andere Detektionselement 12x2 ist in dem zweiten Balkenabschnitt 130b des Brückenabschnitts 133 angeordnet. Im Gegensatz dazu sind die Detektionselemente 12y1 und 12y2 auf der axialen Mitte der jeweiligen Oberfläche der zwei Brückenabschnitte 132 und 134 angeordnet, die einander in der Y-Achsen-Richtung zugewandt sind. Ein Detektionselement 12y1 ist in dem zweiten Balkenabschnitt 130b des Brückenabschnitts 132 angeordnet, und das andere Detektionselement 12y2 ist in dem zweiten Balkenabschnitt 130b des Brückenabschnitts 134 angeordnet.
Die zweiten Detektionselemente 12x1 bis 12y2 haben jeweils eine identische Konfiguration und bestehen in dieser Ausführungsform jeweils aus einem piezoresistiven Detektionselement, das eine Längsseite in der axialen Richtung des zweiten Balkenabschnitts 130b aufweist. Die zweiten Detektionselemente 12x1 bis 12y2 enthalten jeweils eine resistive Schicht und ein Paar von Anschlussabschnitten, die mit beiden Enden der resistiven Schicht in der axialen Richtung verbunden sind.
Die resistive Schicht ist eine Leiterschicht, die zum Beispiel durch Dotierung eines Verunreinigungselements in der Oberfläche (Siliziumschicht) des zweiten Balkenabschnitts 130b gebildet wird und eine Widerstandsänderung verursacht, die dem Betrag der Biegeverformung (Spannung) des zweiten Balkenabschnitts 130b in der Z-Achsen-Richtung zwischen dem Paar von Anschlussabschnitten (piezoresistiver Effekt) entspricht. Das Paar von Anschlussabschnitten ist mit jedem der auf der Oberfläche des Basisabschnitts 115 angeordneten Relaisanschlüsse 140 über eine Verdrahtungsschicht (nicht in der Figur dargestellt), die auf den Brückenabschnitten 131 bis 134 ausgebildet ist, elektrisch verbunden.
Da die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12, die wie oben beschrieben ausgelegt ist, einen Widerstandswert aufweist, der wegen der piezoresistiven Eigenschaften durch einen absoluten Spannungswert bestimmt wird, erkennt die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 nicht nur die dynamische Beschleunigung (Bewegungsbeschleunigung), die auf die bewegliche Platte 120 wirkt, sondern auch die statische Beschleunigung (Gravitationsbeschleunigung), die auf die bewegliche Platte 120 wirkt. Daher hat die Ausgabe der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 (zweites Detektionssignal) eine Ausgangswellenform, in der eine der Bewegungsbeschleunigung entsprechende dynamische Komponente (Wechselstromkomponente) auf eine Gravitationsbeschleunigung oder eine statische Komponente (Gleichstromkomponente) überlagert wird, die der Gravitationsbeschleunigung entspricht.
Es ist anzumerken, dass die zweiten Detektionselemente 12x1 bis 12y2 nicht auf das Beispiel beschränkt sind, in dem die zweiten Detektionselemente 12x1 bis 12y2 jeweils aus dem piezoresistiven Detektionselement bestehen, und können jeweils aus einem anderen nicht piezoelektrischen Detektionselement bestehen, das in der Lage ist, die Beschleunigung der Gleichstromkomponente zu erkennen, zum Beispiel wie ein elektrostatischer Typ. In einem Fall des elektrostatischen Typs sind ein beweglicher Elektrodenabschnitt und ein fester Elektrodenabschnitt, die ein Elektrodenpaar darstellen, so angeordnet, dass sie einander in der axialen Richtung des zweiten Balkenabschnitts 130b zugewandt und so ausgelegt sind, dass sich ein Gegenüberstellungsabstand zwischen den Elektrodenabschnitten abhängig von dem Betrag der Biegeverformung des zweiten Balkenabschnitts 130b ändert.
Die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 gibt jedes der Beschleunigungs-Detektionssignale in der jeweiligen X-Achsen-Richtung, Y-Achsen-Richtung und Z-Achsen-Richtung (Acc-AC-x, Acc-AC-y, Acc-AC-z) auf der Basis der Ausgaben der ersten Detektionselemente 11x1 bis 11y2 (siehe 1) an den Controller 20 aus.
Das Beschleunigungs-Detektionssignal in der X-Achsen-Richtung (Acc-AC-x) entspricht einem Differenzsignal (ax1-ax2) zwischen der Ausgabe des Detektionselements 11x1 (ax1) und der Ausgabe des Detektionselements 11x2 (ax2). Das Beschleunigungs-Detektionssignal in der Y-Achsen-Richtung (Acc-ACy) entspricht einem Differenzsignal (ay1-ay2) zwischen der Ausgabe des Detektionselements 11y1 (ay1) und der Ausgabe des Detektionselements 11y2 (ay2). Zusätzlich entspricht das Beschleunigungs-Detektionssignal in der Z-Achsen-Richtung (Acc-AC-z) der Summe der Ausgaben der Detektionselemente 11x1 bis 11y2 (ax1+ax2+ay1+ay2).
Ebenso gibt die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 jedes der Beschleunigungs-Detektionssignale in der jeweiligen X-Achsen-Richtung, Y-Achsen-Richtung und Z-Achsen-Richtung (Acc-DC-x, Acc-DC-y, Acc-DC-z) auf der Basis der Ausgaben der zweiten Detektionselemente 12x1 bis 12y2 (siehe 1) an den Controller 20 aus.
Das Beschleunigungs-Detektionssignal in der X-Achsen-Richtung (Acc-DC-x) entspricht einem Differenzsignal (bx1-bx2) zwischen der Ausgabe des Detektionselements 12x1 (bx1) und der Ausgabe des Detektionselements 12x2 (bx2). Das Beschleunigungs-Detektionssignal in der Y-Achsen-Richtung (Acc-DCy) entspricht einem Differenzsignal (by1-by2) zwischen der Ausgabe des Detektionselements 12y1 (by1) und der Ausgabe des Detektionselements 12y2 (by2). Zusätzlich entspricht das Beschleunigungs-Detektionssignal in der Z-Achsen-Richtung (Acc-DC-z) der Summe der Ausgaben der Detektionselemente 12x1 bis 12y2 (bx1+bx2+by1+by2).
Die arithmetische Verarbeitung der Beschleunigungs-Detektionssignale in den oben beschriebenen jeweiligen axialen Richtungen kann in einer vorherigen Phase des Controllers 20 ausgeführt werden, oder kann im Controller 20 ausgeführt werden.
Im Folgenden wird ein Ausgabebeispiel des Sensorelements 10 beschrieben.
(Fall 1)
Zum Beispiel zeigt 6B ein Beispiel einer Ausgangswellenform in der Z-Richtungs-Detektionsachse des Sensorelements 10 (erste und zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 und 12), die, wie in 6A dargestellt, an der Umfangsfläche eines Rotors R1 angebracht ist, der sich mit einer konstanten Drehzahl dreht. Es ist anzumerken, dass der Radius der Drehung des Rotors R1 als klein eingestellt ist, so dass die Zentrifugalkraft des Sensorelements 10 eine ignorierbare Größe hat (das Gleiche gilt auch für die 7A, 8A und 9A). Ferner repräsentieren in 6A die X-, Y- und Z-Achse Richtungen von drei orthogonalen Achsen (die Z-Achse ist eine vertikale Richtung) in einem realen Raum (das Gleiche gilt auch für 7A, 8A und 9A), und in 6B repräsentiert die horizontale Achse die Phase oder Zeit, und die vertikale Achse repräsentiert die Größe der Beschleunigung in der Z-Achsen-Richtung (das Gleiche gilt auch für 7B, 8B, 9B, 10A und 10B).
Der Rotor R1 enthält eine Drehwelle R1a, die parallel zu der horizontalen Richtung liegt. Das Sensorelement 10 ist an der Umfangsfläche des Rotors R1 angebracht, so dass die Z-Richtungs-Detektionsachse davon auf eine radiale Richtung des Rotors R1 gerichtet ist. Hier ist die Aufwärtsrichtung in der Figur als Schwerkraftrichtung festgelegt (siehe 6A). 6B zeigt jeweils eine zeitliche Änderung eines von der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 ausgegebenen Detektionssignals S11 und eine zeitliche Änderung eines von der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 ausgegebenen Detektionssignals S12, wenn der Rotor R1 mit einer konstanten Drehzahl in der Uhrzeigerrichtung der Figur gedreht wird.
Zusammen mit der Drehung des Rotors R1 ändert sich die Größe der Gravitationsbeschleunigung, die auf die Z-Achse des Sensorelements 10 wirkt, periodisch. Ferner, da sich das Sensorelement 10 mit einer konstanten Drehzahl um die X-Achse dreht, wird keine zeitliche Änderung der Bewegungsbeschleunigung (dynamische Beschleunigung), die dem Sensorelement 10 hinzuzufügen ist, verursacht. Daher, da die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11, welche die piezoelektrischen Detektionselemente enthält, kaum durch den Einfluss der Schwerkraft ungeachtet einer Drehposition betroffen ist, wird das Detektionssignal S11 (Acc-AC-z) flach (konstant). Es ist anzumerken, dass Detektionssignale in der X-Richtungs-Detektionsachse und der Y-Richtungs-Detektionsachse (Acc-AC-x, Acc-AC-y) ebenfalls Null sind, obwohl dies nicht in der Figur dargestellt ist.
Im Gegensatz dazu schwankt die Größe der Ausgabe in der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12, welche die piezoresistiven Detektionselemente enthält, abhängig von der Drehposition des Sensorelements 10 (Positionen P1 bis P4 in 6A). Die Ausgabe wird an einer Drehposition (P1, P3), an der die Z-Richtungs-Detektionsachse parallel zu der Z-Achse liegt, maximal, und die Ausgabe wird an einer Drehposition (P2, P4) an der die Z-Richtungs-Detektionsachse senkrecht zu der Z-Achse liegt, Null. Somit wird in dem Detektionssignal S12 (Acc-DC-z) eine statische Beschleunigung mit einer Breite von 2 G (-1 G bis +1 G) hinsichtlich der Drehbewegung erkannt. Es ist anzumerken, dass die Ausgaben der Detektionssignale in der X-Richtungs-Detektionsachse und der Y-Richtungs-Detektionsachse (Acc-DC-x, Acc-DC-y) eine Beziehung orthogonal zu der Schwerkraftrichtung haben, weshalb die Ausgaben im Prinzip Null sind, obwohl dies nicht in der Figur dargestellt ist.
(Fall 2)
7B zeigt ein Beispiel einer Ausgangswellenform in der Z-Richtungs-Detektionsachse des Sensorelements 10, wenn die Drehwelle des Rotors R1 schräg (z. B. 45°) zur horizontalen Achse geneigt ist, wie in 7A dargestellt. Das Detektionssignal S11 (Acc-AC-z) der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 wird Null, wie in Fall 1. Unterdessen, für das Detektionssignal S12 (Acc-DC-z) der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12, da die Z-Richtungs-Detektionsachse des Sensorelements 10 in Bezug auf die vertikale Richtung (Z-Achsen-Richtung) um 45° geneigt ist, ist der Maximalwert der Ausgabe kleiner als der des Falls 1, und eine statische Beschleunigung mit einer Breite von √2 G (-V2G/2 bis +√2G/2) in Bezug auf die Drehbewegung wird erkannt. In diesem Fall wird in der X-Richtungs-Detektionsachse oder der Y-Richtungs-Detektionsachse eine Gravitationsbeschleunigung erkannt, die der Drehposition entspricht.
(Fall 3)
Wenn die Drehwelle des Rotors R1 parallel zu der vertikalen Achse angeordnet ist, wie in 8A dargestellt, werden die Detektionssignale in der Z-Richtungs-Detektionsachse (Acc-AC-z, Acc-DC-z) des Sensorelements 10 jeweils Null, wie in 8B dargestellt. Außerdem wird in diesem Fall in der X-Richtungs-Detektionsachse oder der Y-Richtungs-Detektionsachse eine Gravitationsbeschleunigung erkannt, die der Drehposition entspricht.
(Fall 4)
Als Nächstes zeigt 9B ein Beispiel einer Ausgangswellenform in der Z-Richtungs-Detektionsachse des Sensorelements 10 (erste und zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 und 12), die, wie in 9A dargestellt, an einem Schwingtisch R2 angebracht ist, der eine Vibratoreinheit R2a enthält, die sich in der X-Achsen-Richtung ausdehnt und zusammenzieht.
Das Sensorelement 10 ist an der Oberseite des Schwingungskörpers R2 angebracht, der parallel zu der XY-Ebene liegt, so dass die Z-Richtungs-Detektionsachse nach oben gerichtet wird. Hier ist die Aufwärtsrichtung in der Figur als Schwerkraftrichtung festgelegt (siehe 9A). 9B zeigt jeweils eine zeitliche Änderung eines von der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 ausgegebenen Detektionssignals S11 und eine zeitliche Änderung eines von der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 ausgegebenen Detektionssignals S12, wenn der Schwingtisch R2 in Aufwärts- und Abwärtsrichtung vibriert wird. Es ist anzumerken, dass die Schwingungsfrequenz des Schwingtisches R2 auf eine geeignete Frequenz (z. B. 1 Hz) festgelegt ist, bei der die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 bei dem piezoelektrischen Verfahren eine Beschleunigung erkennen kann.
Zusammen mit der Schwingung des Schwingtisches R2 ändert sich die Größe der Gewichtsbeschleunigung, die auf die Z-Achse des Sensorelements 10 wirkt, periodisch. In der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 schwankt die Größe der Ausgabe beim piezoelektrischen Verfahren abhängig von einer Schwingungsposition des Schwingtisches (Positionen V1 bis V4 in 9A), und die Ausgabe erreicht am unteren Totpunkt (V2) und am oberen Totpunkt (V4) des Schwingtisches R2 das Maximum. In dem Detektionssignal S11 (Acc-AC-z) wird in dem in der Figur gezeigten Beispiel eine dynamische Beschleunigung mit einer Breite von 1 G (-0,5 G bis 0,5 G) erkannt. Mit anderen Worten, die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 gibt ein Detektionssignal S11 aus, das eine der Schwingungsbeschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform hat.
Unterdessen schwankt die Größe der Ausgabe auch in der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12, welche die piezoresistiven Detektionselemente enthält, ebenso abhängig von einer Schwingungsposition des Schwingtisches, und die Ausgabe erreicht am unteren Totpunkt (V2) und am oberen Totpunkt (V4) des Schwingtisches R2 das Maximum. Da aber die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 gleichzeitig auch eine Gravitationsbeschleunigung erkennt, welche die statische Beschleunigungskomponente ist, wird in dem Detektionssignal S12 (Acc-DC-z) eine dynamische Beschleunigung mit einer Breite von 1 G (-1,5 G bis -0,5 G) erkannt, in der eine Basislinie bei -1 G liegt (siehe die 6B und 9B). Mit anderen Worten, die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 gibt das Detektionssignal S12 aus, das eine Ausgangswellenform hat, in der eine der Schwingungsbeschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente (-1 G in diesem Beispiel) überlagert wird.
(Fall 5)
Als Nächstes zeigen die 10A und 10B jeweils eine Ausgangswellenform des Sensorelements 10, wenn die Schwingungsfrequenz des Schwingtisches R2 kleiner als die des Falls 4 gemacht wird. 10A zeigt ein Beispiel, wenn die Schwingungsfrequenz 0,05 Hz beträgt, und 10B zeigt ein Beispiel, wenn die Schwingungsfrequenz 0,01 Hz beträgt.
Wie in 10A und 10B dargestellt, wird die Ausgabe des Detektionssignals S11 (Acc-AC-z) der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 kleiner, je niedriger die Schwingungsfrequenz wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das piezoelektrische Element, das die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 bildet, als Hochpassfilter fungiert, das eine Grenzfrequenz in der Nähe einer vorbestimmten Frequenz hat (hier z. B. 0,5 Hz), wie später beschrieben werden wird. Die Detektionsempfindlichkeit einer Beschleunigung in einem Frequenzbereich unter der Grenzfrequenz tendiert dazu, verglichen mit der Detektionsempfindlichkeit einer Beschleunigung in dem Frequenzbereich über der Grenzfrequenz abgesenkt zu werden. Verglichen mit dem Ausgabebeispiel von 9B zeigt 10A einen Fall, in dem die Empfindlichkeit ca. 70 % beträgt, und 10B zeigt einen Fall, in dem die Empfindlichkeit ca. 10 % beträgt.
Im Gegensatz dazu gibt es hinsichtlich des Detektionssignals S12 (Acc-DC-z) der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 keine Abnahme der Ausgabe selbst in einem Fall, in dem die Schwingungsfrequenz abgesenkt wird, und stabile Ausgangsempfindlichkeit wird gewährleistet. Daher kann eine relativ langsame Bewegung, Lageänderung oder dergleichen des Detektionsziels auch relativ hoch durch die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 erkannt werden. Es ist anzumerken, dass, wie später beschrieben werden wird, die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12, die das piezoresistive Element enthält, den folgenden Aspekt hat: sie hat einen Dynamikbereich, der schmäler als derjenige der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 ist, die das piezoelektrische Element enthält, und ist daher für eine äußerst genaue Erkennung einer relativ großen Bewegung des Detektionsziels untauglich.
Wie oben beschrieben, kann die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 des piezoelektrischen Typs eine Netto-Bewegungsbeschleunigung (Wechselstromkomponente) ohne den Einfluss der statischen Beschleunigungskomponente (Gleichstromkomponente), wie z. B. eine Gravitationsbeschleunigung, erkennen, besitzt aber die Eigenschaft, in der die Empfindlichkeit in einem vorbestimmten Niederfrequenzbereich reduziert wird.
Andererseits hat die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 des piezoresistiven Typs eine Ausgangswellenform, in der die Bewegungsbeschleunigung des Detektionsziels auf die Schwerkraftkomponente überlagert wird, und besitzt somit die Eigenschaft, in der die Trennung von der Gravitationsbeschleunigung schwierig durchzuführen ist, doch eine konstante Ausgangsempfindlichkeit kann auch im Niederfrequenzbereich erhalten werden.
Der Trägheitssensor 1 dieser Ausführungsform enthält den Controller 20, der in der Lage ist, die dynamischen Beschleunigungskomponenten und die statischen Beschleunigungskomponenten von den auf das Sensorelement 10 wirkenden Beschleunigungen zu extrahieren, auf der Basis dieser zwei Detektionssignale S11 und S12. Im Folgenden werden Details des Controllers 20 beschrieben.
(Controller)
Der Controller 20 ist elektrisch mit dem Sensorelement 10 verbunden. Der Controller 20 kann zusammen mit dem Sensorelement 10 im Inneren einer Vorrichtung oder in einer externen Vorrichtung montiert werden, die sich von der oben genannten Vorrichtung unterscheidet. Im ersteren Fall kann der Controller 20 zum Beispiel auf einer Leiterplatte montiert sein, auf der das Sensorelement 10 zu montieren ist, oder er kann über ein Verdrahtungskabel oder dergleichen auf einem Substrat montiert sein, das sich von der oben genannten Leiterplatte unterscheidet. Im letzteren Fall ist der Controller 20 zum Beispiel dazu ausgelegt, drahtlos oder drahtgebunden mit dem Sensorelement 10 kommunizierbar zu sein.
Wie in 1 dargestellt, schließt der Controller 20 die Beschleunigungs-Recheneinheit 200, eine serielle Schnittstelle 201, eine parallele Schnittstelle 202 und eine analoge Schnittstelle 203 ein. Der Controller 20 ist elektrisch mit den Controllereinheiten verschiedener Vorrichtungen verbunden, welche die Ausgabe des Trägheitssensors 1 empfangen.
Die Beschleunigungs-Recheneinheit 200 extrahiert jeweils die dynamischen Beschleunigungskomponenten (Acc-x, Acc-y, Acc-z) und die statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y, Gr-z) auf der Basis der Beschleunigungs-Detektionssignale in den jeweiligen axialen Richtungen, die von der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 und der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 ausgegeben werden.
Es ist anzumerken, dass die Beschleunigungs-Recheneinheit 200 dadurch erzielt wird, dass ein in einem ROM aufgezeichnetes Programm als ein Beispiel eines nichtflüchtigen computerlesbaren Aufzeichnungsmediums in ein RAM oder dergleichen geladen und das Programm durch die CPU ausgeführt wird.
Die serielle Schnittstelle 201 ist dazu ausgelegt, fähig zu sein, die dynamischen und statischen Beschleunigungskomponenten in den jeweiligen Achsen, die in der Beschleunigungs-Recheneinheit 200 erzeugt werden, nacheinander an die oben beschriebenen Controllereinheiten auszugeben. Die parallele Schnittstelle 202 ist dazu ausgelegt, fähig zu sein, die dynamischen und statischen Beschleunigungskomponenten in den jeweiligen Achsen, die in der Beschleunigungs-Recheneinheit 200 erzeugt werden, parallel an die oben beschriebenen Controllereinheiten auszugeben. Der Controller 20 kann mindestens eine der seriellen Schnittstelle 201 oder der parallelen Schnittstelle 202 enthalten, oder er kann die Schnittstelle abhängig von Befehlen von den oben beschriebenen Controllereinheiten gezielt umschalten. Die analoge Schnittstelle 203 ist dazu ausgelegt, fähig zu sein, die Ausgaben der ersten und zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheiten 11 und 12 ohne Änderung an die oben beschriebenen Controllereinheiten auszugeben, doch dies kann bei Bedarf ausgelassen werden. Es ist anzumerken, dass 1 Wandler 201 darstellt, welche die Beschleunigungs-Detektionssignale in den jeweiligen Achsen analog-digital (AD) umwandeln, und die mit der Bezugsnummer 204 bezeichnet sind.
11 ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel der Beschleunigungs-Recheneinheit 200 darstellt.
Die Beschleunigungs-Recheneinheit 200 enthält eine Verstärkungs-Anpassungsschaltung 21, eine Vorzeichen-Umkehrschaltung 22, eine Addiererschaltung 23 und eine Korrekturschaltung 24. Diese Schaltungen 21 bis 24 haben eine gemeinsame Konfiguration für jede der X-, Y- und Z-Achsen. Die arithmetische Verarbeitung gemeinsam mit den jeweiligen Achsen wird durchgeführt, und die dynamischen Beschleunigungskomponenten (Bewegungsbeschleunigungen) und die statischen Beschleunigungskomponenten (Gravitationsbeschleunigungen) in den jeweiligen Achsen werden somit extrahiert.
Im Folgenden wird eine Verarbeitungsschaltung des Beschleunigungs-Detektionssignals in der X-Achsen-Richtung repräsentativ als ein Beispiel beschrieben. 12 zeigt einen Verarbeitungsblock, der die statische Beschleunigungskomponente in der X-Achsen-Richtung von dem Beschleunigungs-Detektionssignal extrahiert.
Die Verstärkungs-Anpassungsschaltung 21 stellt die Verstärkung jedes Signals so ein, dass ein erstes Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-AC-x) bezüglich der X-Achsen-Richtung, das von der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 (11x1, 11x2) ausgegeben wird, und ein zweites Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-DC-x) bezüglich der X-Achsen-Richtung, das von der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 (12x1, 12x2) ausgegeben wird, einen miteinander identischen Pegel haben. Die Verstärkungs-Anpassungsschaltung 21 enthält einen Verstärker, der die Ausgabe der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 (Acc-AC-x) und die Ausgabe der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 (Acc-DC-x) verstärkt.
Im Allgemeinen sind die Ausgangsempfindlichkeit und der Dynamikbereich eines Beschleunigungssensors abhängig von einem Detektionsverfahren unterschiedlich. Zum Beispiel, wie in 13 dargestellt, hat ein Beschleunigungssensor in einem piezoelektrischen Verfahren eine höhere Ausgangsempfindlichkeit und einen breiteren (größeren) Dynamikbereich als diejenigen von Beschleunigungssensoren in einem nicht piezoelektrischen Verfahren (piezoresistives Verfahren, elektrostatisches Verfahren). In dieser Ausführungsform entspricht die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 einem Beschleunigungssensor in einem piezoelektrischen Verfahren, und die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 entspricht einem Beschleunigungssensor in einem piezoresistiven Verfahren.
In dieser Hinsicht verstärkt die Verstärkungs-Anpassungsschaltung 21 die Ausgaben der Beschleunigungs-Detektoreinheiten 11 und 12 (erstes und zweites Beschleunigungs-Detektionssignal) jeweils um N Male und M Male, so dass die Ausgaben dieser Beschleunigungs-Detektoreinheiten 11 und 12 einen identischen Pegel haben. Die Verstärkungsfaktoren N und M sind positive Zahlen und erfüllen eine Beziehung, in der N<M. Die Werte der Verstärkungsfaktoren N und M sind nicht besonders beschränkt und können als Koeffizienten festgelegt werden, die abhängig von einer Benutzungsumgebung (Betriebstemperatur) des Trägheitssensors 1 auch der Temperaturkompensation der jeweiligen Beschleunigungs-Detektoreinheiten 11 und 12 dienen.
14 zeigt ein Beispiel der Ausgangskennlinien des ersten Beschleunigungs-Detektionssignals und des zweiten Beschleunigungs-Detektionssignals im Vergleich zwischen den Ausgangskennlinien vor der Verstärkungsanpassung und den Ausgangskennlinien nach der Verstärkungsanpassung. In der Figur repräsentiert die horizontale Achse die Frequenz der auf den Trägheitssensor 1 wirkenden Beschleunigung, und die vertikale Achse repräsentiert die Ausgabe (Empfindlichkeit) (das Gleiche gilt auch für die 15 bis 19).
Wie in der Figur dargestellt, ist im ersten Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-AC-x) beim piezoelektrischen Verfahren die Ausgangsempfindlichkeit der Beschleunigungskomponenten im Niederfrequenzbereich, die gleich oder kleiner als 0,5 Hz ist, niedriger als die Ausgangsempfindlichkeit der Beschleunigungskomponenten in dem Frequenzbereich, der höher als der erstere Bereich ist, und insbesondere die Ausgangsempfindlichkeit in einem statischen Zustand (Bewegungsbeschleunigung ist Null) ist im Wesentlichen Null. Im Gegensatz dazu hat das zweite Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-DC-x) im piezoresistiven Verfahren eine konstante Ausgangsempfindlichkeit über den gesamten Frequenzbereich, und somit kann die Beschleunigungskomponente im statischen Zustand (d. h. die statische Beschleunigungskomponente) auch bei konstanter Ausgangsempfindlichkeit erkannt werden. Daher, wenn das erste Beschleunigungs-Detektionssignal und das zweite Beschleunigungs-Detektionssignal um jeweils vorbestimmte Multiplikationsfaktoren in der Verstärkungs-Anpassungsschaltung 21 verstärkt werden, um einen miteinander identischen Pegel zu haben, kann die statische Beschleunigungskomponente in einer Differenz-Rechenschaltung, die später beschrieben wird, extrahiert werden.
Die Vorzeichen-Umkehrschaltung 22 und die Addiererschaltung 23 bilden die Differenz-Rechenschaltung, welche die statische Beschleunigungskomponente (Gleichstromkomponente) von der Beschleunigung in jeder axialen Richtung auf der Basis eines Differenzsignals zwischen dem ersten Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-AC-x) und dem zweiten Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-DC-x) extrahiert.
Die Vorzeichen-Umkehrschaltung 22 enthält einen Umkehrverstärker (Verstärkungsfaktor: -1), der das Vorzeichen des ersten Beschleunigungs-Detektionssignals (Acc-AC-x) nach der Verstärkungsanpassung umkehrt. 15 zeigt ein Beispiel der Ausgangskennlinien des ersten Beschleunigungs-Detektionssignals (Acc-AC-x) nach der Vorzeicheninversion. Hier wird ein Fall, in dem das Sensorelement 10 eine 1G-Beschleunigung in der X-Achsen-Richtung erkennt, als ein Beispiel gezeigt.
Es ist anzumerken, dass das zweite Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-DC-x) als eine nachfolgende Phase an die Addiererschaltung 23 ausgegeben wird, ohne deren Vorzeichen umzukehren. Die Vorzeichen-Umkehrschaltung 22 kann gemeinsam mit der Verstärkungs-Anpassungsschaltung 21 bei der vorherigen Phase davon konfiguriert werden.
Die Addiererschaltung 23 addiert das erste Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-AC-x) und das zweite Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-DC-x), die von der Vorzeichen-Umkehrschaltung 22 ausgegeben werden, und gibt eine statische Beschleunigungskomponente aus. 16 zeigt ein Beispiel der Ausgangskennlinien der Addiererschaltung 23. Da das erste und zweite Beschleunigungs-Detektionssignal (Ausgaben) so angepasst sind, dass sie einen identischen Pegel in der Verstärkungs-Anpassungsschaltung 21 haben, wenn ein Differenzsignal zwischen diesen Signalen erhalten wird, wird eine statische Netto-Beschleunigungskomponente (Gr-x) extrahiert. Die statische Beschleunigungskomponente entspricht in der Regel einer Gravitationsbeschleunigungskomponente oder einer Beschleunigungskomponente, die eine Gravitationsbeschleunigung enthält.
In einem Fall, in dem die von der Addiererschaltung 23 ausgegebene statische Beschleunigungskomponente nur die Gravitationsbeschleunigung ist, erscheint die Ausgabe einer signifikanten Beschleunigungskomponente theoretisch nur in der Nähe von 0 Hz, wie in 17 dargestellt. In Wirklichkeit aber, wegen der niedrigen Detektionsempfindlichkeit in der Nähe von niedrigen Frequenzen der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 des piezoelektrischen Detektionstyps, der unvermeidlichen Überlagerung von Beschleunigungskomponenten in axialen Richtungen (hier Y-Achsen-Richtung und Z-Achsen-Richtung) außer der Zielachse aufgrund des Auftretens der Empfindlichkeit in den anderen Achsen oder dergleichen, sickert die dynamische Beschleunigungskomponente in dem in 16 schraffiert dargestellten Frequenzbereich als eine Fehlerkomponente in die Ausgabe der Addiererschaltung 23 ein. In dieser Hinsicht enthält diese Ausführungsform die Korrekturschaltung 24 zum Aufheben des Fehlers auf der Basis der Ausgabe der Addiererschaltung 23.
Die Korrekturschaltung 24 enthält eine Triaxial-Zusammensetzungswert-Recheneinheit 241 und eine Niederfrequenz-Empfindlichkeitskorrektureinheit 242. Die Korrekturschaltung 24 berechnet einen Korrekturkoeffizienten β auf der Basis der Ausgabe der Addiererschaltung 23 (Differenzsignal zwischen dem ersten und zweiten Beschleunigungs-Detektionssignal) und korrigiert das erste Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-AC-x) unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten β.
Die Triaxial-Zusammensetzungswert-Recheneinheit 241 ist gemeinsam für die Verarbeitungsblöcke vorgesehen, welche die statischen Beschleunigungskomponenten in allen X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-AchsenRichtungen extrahieren, und berechnet den Korrekturkoeffizienten β unter Verwendung des zusammengesetzten Wertes der Ausgaben (Differenzsignale zwischen dem ersten und zweiten Beschleunigungs-Detektionssignal) der Addiererschaltungen 23 in den jeweiligen Achsen.
Insbesondere berechnet die Triaxial-Zusammensetzungswert-Recheneinheit 241 einen zusammengesetzten Wert (√((Gr-x)²+(Gr-y)²+(Gr-z)²)) der statischen Beschleunigungskomponenten in den Dreiachsen-Richtungen (Gr-x, Gr-y, Gr-z), und während ein Teil, der 1 in dem zusammengesetzten Wert überschreitet, als ein Niederfrequenz-Empfindlichkeitsfehler (in 16 schraffiert dargestellter Bereich) betrachtet wird, berechnet sie den Korrekturkoeffizienten β, welcher dem Kehrwert des oben beschriebenen zusammengesetzten Wertes entspricht. $β = 1 / (\sqrt ({(Gr - x)}^{2} + {(Gr - y)}^{2} + {(Gr - z)}^{2}))$
Es ist anzumerken, dass die Werte der statischen Beschleunigungskomponenten in den jeweiligen Dreiachsen-Richtungen (Gr-x, Gr-y, Gr-z) abhängig von der Lage des Sensorelements 10 abweichen und gemäß einer Lageänderung des Sensorelements 10 von Stunde zu Stunde weiter variieren. Zum Beispiel, in einem Fall, in dem die Z-Achsen-Richtung des Sensorelements 10 mit der Schwerkraftrichtung (vertikale Richtung) zusammenfällt, hat die statische Beschleunigungskomponente (Gr-z) in der Z-Achsen-Richtung einen großen Wert verglichen mit den statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y) in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung. Auf diese Weise kann die Schwerkraftrichtung des Sensorelements 10 zu diesem Zeitpunkt anhand der Werte der statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y, Gr-z) in den jeweiligen Dreiachsen-Richtungen geschätzt werden.
Die Niederfrequenz-Empfindlichkeitskorrektureinheit 242 enthält einen Multiplikator, der das erste Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-AC-x) mit umgekehrtem Vorzeichen mit dem Korrekturkoeffizienten β multipliziert. Bei dieser Konfiguration wird das erste Beschleunigungs-Detektionssignal in die Addiererschaltung 23 eingegeben, und zwar in einem Zustand, in dem ein Niederfrequenz-Empfindlichkeitsfehler reduziert wird, und somit wird ein Beschleunigungssignal, das die in 17 gezeigten Frequenzkennlinien aufweist, von der Addiererschaltung 23 ausgegeben. Auf diese Weise wird nur die der Gravitationsbeschleunigung entsprechende statische Beschleunigungskomponente ausgegeben, mit dem Ergebnis, dass die Extraktionsgenauigkeit der Gravitationsbeschleunigungskomponente verbessert wird.
In dieser Ausführungsform ist die Korrekturschaltung 24 dazu ausgelegt, eine Verarbeitung des Multiplizierens des ersten Beschleunigungs-Detektionssignals mit dem Korrekturkoeffizienten β auszuführen, wenn die statische Beschleunigungskomponente berechnet wird, doch die vorliegende Technologie ist nicht darauf beschränkt. Die Korrekturschaltung 24 kann dazu ausgelegt sein, eine Verarbeitung des Multiplizierens des zweiten Beschleunigungs-Detektionssignals (Acc-DC-x) mit dem Korrekturkoeffizienten β auszuführen, oder kann dazu ausgelegt sein, ein zu korrigierendes Beschleunigungs-Detektionssignal zwischen dem ersten Beschleunigungs-Detektionssignal und dem zweiten Beschleunigungs-Detektionssignal gemäß der Größe einer Beschleunigungsänderung umzuschalten.
In einem Fall, in dem entweder das erste Beschleunigungs-Detektionssignal oder das zweite Beschleunigungs-Detektionssignal eine vorbestimmte oder größere Beschleunigungsänderung hat, ist die Korrekturschaltung 24 dazu ausgelegt, das erste Beschleunigungs-Detektionssignal durch Verwenden des Korrekturkoeffizienten β zu korrigieren. Während die Beschleunigungsänderung größer wird (da eine anzuwendende Frequenz höher wird), nimmt ein Anteil, mit dem die Fehlerkomponente in das erste Beschleunigungs-Detektionssignal einsickert, zu, und somit kann die Fehlerkomponente effektiv reduziert werden. Diese Konfiguration ist besonders effektiv in einem Fall, in dem die Bewegungsbeschleunigung relativ groß ist, wie zum Beispiel in einer Bewegungsanalyseanwendung.
Unterdessen ist in einem Fall, in dem entweder das erste Beschleunigungs-Detektionssignal oder das zweite Beschleunigungs-Detektionssignal eine vorbestimmte oder kleinere Beschleunigungsänderung hat, die Korrekturschaltung 24 dazu ausgelegt, das zweite Beschleunigungs-Detektionssignal durch Verwenden des Korrekturkoeffizienten β zu korrigieren. Während die Beschleunigungsänderung kleiner wird (da eine anzuwendende Frequenz niedriger wird), nimmt ein Anteil, mit dem die Fehlerkomponente in das zweite Beschleunigungs-Detektionssignal einsickert, zu, und somit kann die Fehlerkomponente effektiv reduziert werden. Diese Konfiguration ist besonders effektiv in einem Fall, in dem die Bewegungsbeschleunigung relativ klein ist, wie zum Beispiel in einem Nivelliervorgang einer Digitalkamera.
Während die statischen Beschleunigungskomponenten in den jeweiligen axialen Richtungen wie oben beschrieben extrahiert werden, wird, um die dynamischen Beschleunigungskomponenten in den jeweiligen axialen Richtungen (Acc-x, Acc-y, Acc-z) zu extrahieren, auf die ersten Beschleunigungs-Detektionssignale (Acc-ACx, Acc-AC-y, Acc-AC-z), bei denen jeweils die Verstärkung in der Verstärkungs-Anpassungsschaltung 21 angepasst wird, Bezug genommen, wie in 11 dargestellt.
Hier kann das erste Beschleunigungs-Detektionssignal verwendet werden, um die dynamische Beschleunigungskomponente unverändert zu extrahieren. Da es jedoch einen Fall gibt, in dem ein Teil der dynamischen Beschleunigungskomponente in die statische Beschleunigungskomponente einsickert, wie oben beschrieben, geht die dynamische Beschleunigungskomponente verloren, und es ist schwierig, eine Erkennung mit hoher Genauigkeit durchzuführen. In dieser Hinsicht wird das erste Beschleunigungs-Detektionssignal durch Verwenden des in der Korrekturschaltung 24 berechneten Korrekturkoeffizienten β korrigiert, so dass die Erkennungsgenauigkeit der dynamischen Beschleunigungskomponente erreicht werden kann.
Insbesondere, wie in 11 dargestellt, enthält die Korrekturschaltung 24 (Niederfrequenz-Empfindlichkeitskorrektureinheit 242) einen Multiplikator, der die ersten Beschleunigungssignale (Acc-AC-x, Acc-AC-y, Acc-AC-z) mit dem Kehrwert (1/β) des Korrekturkoeffizienten β multipliziert, der durch die Triaxial-Zusammensetzungswert-Recheneinheit 241 erworben wird. Mit dieser Konfiguration werden Niederfrequenz-Empfindlichkeitskomponenten der ersten Beschleunigungssignale kompensiert, und somit wird die Extraktionsgenauigkeit der dynamischen Beschleunigungskomponenten (Acc-x, Acc-y, Acc-z) verbessert. 18 zeigt die Ausgangskennlinien der dynamischen Beschleunigungskomponenten schematisch.
In dieser Ausführungsform ist die Korrekturschaltung 24 dazu ausgelegt, eine Verarbeitung des Multiplizierens des ersten Beschleunigungs-Detektionssignals mit dem Kehrwert (1/β) des Korrekturkoeffizienten auszuführen, wenn die dynamische Beschleunigungskomponente berechnet wird, doch die vorliegende Technologie ist nicht darauf beschränkt. Die Korrekturschaltung 24 kann dazu ausgelegt sein, die Verarbeitung des Multiplizierens der zweiten Beschleunigungs-Detektionssignale (Acc-DC-x, Acc-DC-y, Acc-DC-z) mit dem Kehrwert (1/β) des Korrekturkoeffizienten auszuführen. Alternativ dazu kann die Korrekturschaltung 24 dazu ausgelegt sein, ein zu korrigierendes Beschleunigungs-Detektionssignal zwischen dem ersten Beschleunigungs-Detektionssignal und dem zweiten Beschleunigungs-Detektionssignal gemäß der Größe einer Beschleunigungsänderung umzuschalten, wie im Falle der oben genannten Berechnungstechnik für die statischen Beschleunigungskomponenten.
Die Verarbeitung des Korrigierens der dynamischen Beschleunigungskomponente und der statischen Beschleunigungskomponente durch die Niederfrequenz-Empfindlichkeitskorrektureinheit 242 ist in der Regel in einem Fall effektiv, in dem ein in der Triaxial-Zusammensetzungswert-Recheneinheit 241 berechneter zusammengesetzter Wert ein anderer als 1 G (G: Gravitationsbeschleunigung) ist. Es ist anzumerken, dass Beispiele des Falls, in dem der oben beschriebene zusammengesetzte Wert kleiner als 1 G ist, einen Fall einschließen, in dem sich das Sensorelement 10 in freiem Fall befindet.
Es ist anzumerken, dass das durch das piezoelektrische Verfahren erkannte erste Beschleunigungs-Detektionssignal Ausgangskennlinien wie ein Hochpassfilter (HPF) hat, und dass die Ausgabe, die niedriger als eine Grenzfrequenz davon ist, als eine Fehlerkomponente der Niederfrequenzempfindlichkeit in der Ausgabe der Addiererschaltung 23 verbleibt (siehe 16). In dieser Ausführungsform wird die oben beschriebene Fehlerkomponente durch eine arithmetische Technik unter Verwendung der Korrekturschaltung 24 reduziert, doch die oben beschriebene niedrigere Grenzfrequenz ist wünschenswerter, um die Genauigkeit der Aufhebung der Fehlerkomponente zu steigern.
In dieser Hinsicht kann zum Beispiel ein piezoelektrischer Körper, der eine(n) relativ große(n) Kapazität und internen Widerstand hat, als piezoelektrischer Film jedes der Detektionselemente (11x1, 11x2, 11y1, 11y2), welche die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 bilden, verwendet werden. Bei dieser Konfiguration kann die Grenzfrequenz der Niederfrequenzempfindlichkeit zum Beispiel, wie durch eine Kettenlinie in 19 angezeigt, so weit wie möglich auf die Nähe von 0 Hz reduziert werden, so dass die Fehlerkomponente der Niederfrequenzempfindlichkeit so klein wie möglich gemacht werden kann.
[Beschleunigungsmessverfahren]
Es folgt eine Beschreibung des Verfahrens der Verarbeitung des Beschleunigungssignals in der Beschleunigungs-Recheneinheit 200, das wie oben beschrieben ausgelegt ist.
Wenn eine Beschleunigung auf das Sensorelement 10 wirkt, bewegt sich die bewegliche Platte 120 gemäß der Richtung der Beschleunigung in Bezug auf den Basisabschnitt 115 in den in den 5A bis 5C gezeigten Zuständen. Die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 (Detektionselemente 11x1, 11x2, 11y1, 11y2) und die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 (Detektionselemente 12x1, 12x2, 12y1, 12y2) geben Detektionssignale aus, die den Beträgen der mechanischen Verformung der Brückenabschnitte 131 bis 134 des Controllers 20 entsprechen.
20 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Verarbeitungsverfahrens des Beschleunigungs-Detektionssignals in dem Controller 20 (Beschleunigungs-Recheneinheit 200) zeigt.
Der Controller 20 erfasst die ersten Beschleunigungs-Detektionssignale in den jeweiligen Achsen (Acc-AC-x, Acc-AC-y, Acc-AC-z) von der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 und empfängt (erfasst) die zweiten Beschleunigungs-Detektionssignale in den jeweiligen Achsen (Acc-DC-x, Acc-DC-y, Acc-DC-z) von der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 in vorbestimmten Abtastintervallen (Schritte 101 und 102). Diese Detektionssignale können gleichzeitig (parallel) oder nacheinander (seriell) erfasst werden.
Der Controller 20 passt die Verstärkung jedes Detektionssignals nacheinander durch die Verstärkungs-Anpassungsschaltung 21 an, so dass die ersten und zweiten Beschleunigungs-Detektionssignale einen identischen Pegel für jede Achse haben (14, Schritte 103 und 104). Ferner wird nach Bedarf eine Korrektur zum Zweck der Temperaturkompensation oder dergleichen der ersten und zweiten Beschleunigungs-Detektionssignale für jede Achse durchgeführt (Schritte 105 und 106).
Als Nächstes zweigt der Controller 20 die ersten Beschleunigungs-Detektionssignale in den jeweiligen Achsen (Acc-AC-x, Acc-AC-y, Acc-AC-z) zu einem dynamischen Beschleunigungs-Berechnungssystem (Bewegungs-Beschleunigungssystem) und einem statischen Beschleunigungs-Berechnungssystem (Gravitations-Beschleunigungssystem) ab (Schritte 107 und 108). Das zu dem statischen Beschleunigungs-Berechnungssystem abgezweigte erste Beschleunigungs-Detektionssignal wird in die Addiererschaltung 23 eingegeben, nachdem dessen Vorzeichen durch die Vorzeichen-Umkehrschaltung 22 umgekehrt worden ist (15, Schritt 109).
Der Controller 20 addiert die ersten Beschleunigungs-Detektionssignale (Acc-ACx, Acc-AC-y, Acc-AC-z), deren Vorzeichen umgekehrt sind, und die zweiten Beschleunigungs-Detektionssignale (Acc-DC-x, Acc-DC-y, Acc-DC-z) und berechnet die statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y, Gr-z) für die jeweiligen Achsen in der Addiererschaltung 23 (16, Schritt 110). Darüber hinaus berechnet der Controller 20 einen triaxialen zusammengesetzten Wert jener statischen Beschleunigungskomponenten in der Triaxial-Zusammensetzungswert-Recheneinheit 241 (Schritt 111) und führt in einem Fall, in dem dieser Wert ein anderer als 1 G ist, in der Niederfrequenz-Empfindlichkeitskorrektureinheit 242 die Verarbeitung des Multiplizierens der oben genannten ersten Beschleunigungs-Detektionssignale (Acc-AC-x, Acc-AC-y, Acc-AC-z), deren Vorzeichen umgekehrt sind, mit dem Korrekturkoeffizienten β aus, welcher der Kehrwert des oben beschriebenen zusammengesetzten Wertes ist (Schritte 112 und 113). Wenn der oben beschriebene zusammengesetzte Wert 1 G ist, gibt der Controller 20 die berechneten Gravitationsbeschleunigungskomponenten (statische Beschleunigungskomponenten) in den Außenbereich aus (Schritt 114). Es ist anzumerken, dass die vorliegende Technologie nicht auf das Obige beschränkt ist, und dass jedes Mal, wenn der oben beschriebene zusammengesetzte Wert berechnet wird, die berechneten Gravitationsbeschleunigungskomponenten (statischen Beschleunigungskomponenten) in den Außenbereich ausgegeben werden können.
Unterdessen, wenn der oben beschriebene zusammengesetzte Wert ein anderer als 1 G ist, führt der Controller 20 die Verarbeitung des Multiplizierens der ersten Beschleunigungs-Detektionssignale (Acc-AC-x, Acc-AC-y, Acc-AC-z), die zu dem Bewegungs-Beschleunigungssystem abgezweigt werden, mit dem Kehrwert (1/β) des berechneten Korrekturkoeffizienten β durch (Schritte 112 und 115). Wenn der oben beschriebene zusammengesetzte Wert 1 G ist, gibt der Controller 20 die berechneten Bewegungsbeschleunigungskomponenten (dynamische Beschleunigungskomponenten) in den Außenbereich aus (Schritt 116). Es ist anzumerken, dass die vorliegende Technologie nicht auf das Obige beschränkt ist, und dass jedes Mal, wenn der oben beschriebene zusammengesetzte Wert berechnet wird, die berechneten Beschleunigungskomponenten (dynamischen Beschleunigungskomponenten) in den Außenbereich ausgegeben werden können.
Wie oben beschrieben, ist der Trägheitssensor 1 in dieser Ausführungsform dazu ausgelegt, die Differenz in den Detektionsverfahren für die erste und zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 und 12 zu verwenden, um die dynamischen Beschleunigungskomponenten und die statischen Beschleunigungskomponenten von jenen Ausgaben zu extrahieren. Bei dieser Konfiguration kann die auf ein Objekt (Detektionsziel einer elektronischen Vorrichtung oder dergleichen) wirkende Bewegungsbeschleunigung genau gemessen werden.
Da ferner die Gravitationsbeschleunigungskomponenten gemäß dieser Ausführungsform genau von der Ausgabe des Trägheitssensors 1 extrahiert werden können, kann die Lage des Detektionsziels in Bezug auf die Schwerkraftrichtung äußerst genau erkannt werden. Bei dieser Konfiguration kann zum Beispiel die horizontale Lage eines Detektionsziels, wie etwa eines Fluggerätes, stabil aufrechterhalten werden.
Darüber hinaus kann gemäß dieser Ausführungsform, da ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor als erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 verwendet wird, und ein nicht piezoelektrischer (piezoresistiver oder elektrostatischer) Beschleunigungssensor als zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 verwendet wird, ein Trägheitssensor mit einem breiten Dynamikbereich und einer hohen Empfindlichkeit in einem Niederfrequenzbereich erhalten werden.
<Zweite Ausführungsform>
21 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Trägheitssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. Im Folgenden wird hauptsächlich eine Konfiguration, die sich von derjenigen der ersten Ausführungsform unterscheidet, beschrieben, und eine Konfiguration ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform wird durch ein ähnliches Referenzsymbol gekennzeichnet, und deren Beschreibung wird ausgelassen oder einfach beschrieben.
Ein Trägheitssensor 2 dieser Ausführungsform enthält erste und zweite Beschleunigungs-Detektoreinheiten 11 und 12, eine Winkelgeschwindigkeits-Detektoreinheit 30 und einen Controller 220. Die Winkelgeschwindigkeits-Detektoreinheit 30 gibt Drei-Achsen-Winkelgeschwindigkeits-Detektionssignale (dritte Detektionssignale) aus, die auf die Winkelgeschwindigkeiten um die drei Achsen, d. h. die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse, bezogene Informationen enthalten. Der Controller 220 unterscheidet sich dadurch von demjenigen der ersten Ausführungsform, dass er zusätzlich zu der Beschleunigungs-Recheneinheit 200 eine Winkelgeschwindigkeits-Recheneinheit 300 enthält, die Winkelgeschwindigkeiten um die drei Achsen auf der Basis der Dreiachsen-Winkelgeschwindigkeits-Detektionssignale berechnet.
Die Winkelgeschwindigkeits-Detektoreinheit 30 kann aus einem einzelnen triaxialintegrierten Sensorelement bestehen, das in der Lage ist, die Winkelgeschwindigkeiten um die drei Achsen zu erkennen, oder sie kann aus einer Vielzahl von uniaxialen oder biaxial-integrierten Sensorelementen in Kombination bestehen. Die Winkelgeschwindigkeits-Recheneinheit 300 berechnet Winkelgeschwindigkeitssignale um die drei Achsen (ω-x, ω-y, ω-z) auf der Basis der Winkelgeschwindigkeits-Detektionssignale jeweils um die drei Achsen (Gyro-x, Gyro-y, Gyro-z) und gibt diese Signale über die serielle Schnittstelle 201, die parallele Schnittstelle 202 oder die analoge Schnittstelle 203 in den Außenbereich aus. Die Winkelgeschwindigkeits-Recheneinheit 300 kann von der Beschleunigungs-Recheneinheit 200 getrennt ausgebildet sein, oder sie kann von der Recheneinheit 230 gemeinsam mit der Beschleunigungs-Recheneinheit 200 ausgebildet sein.
Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, nicht nur die Beschleunigungen in den Dreiachsen-Richtungen, sondern auch die Winkelgeschwindigkeiten um die drei Achsen zu erkennen. Bei dieser Konfiguration ist es möglich, gleichzeitig auf die Beschleunigungsinformationen und die Winkelgeschwindigkeitsinformationen Bezug zu nehmen und eine weitere Verbesserung der Erkennungsgenauigkeit einer Bewegung, einer Lage, einer Position oder dergleichen des Detektionsziels zu erzielen.
Zum Beispiel ist es durch Kombinieren der in der Beschleunigungs-Recheneinheit 200 berechneten Bewegungs-Beschleunigungsinformationen 200 und der in der Winkelgeschwindigkeits-Recheneinheit 300 berechneten Winkelgeschwindigkeitsinformationen möglich, den Radius der Drehung oder das Drehzentrum des Detektionsziels zu berechnen (siehe Japanisches Patent Nr. 5407863 ).
<Dritte Ausführungsform>
Anschließend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschrieben. 22 ist ein Schaltplan eines Konfigurationsbeispiels einer Beschleunigungs-Recheneinheit 210 gemäß dieser Ausführungsform. Hier wird der Verarbeitungsblock für die X-Achsen-Richtung gezeigt, doch die Verarbeitungsblöcke für die Y-Achsen-Richtung und die Z-Achsen-Richtung sind ebenfalls aus ähnlichen Schaltungen ausgebildet, obwohl dies nicht in der Figur dargestellt ist.
Die Beschleunigungs-Recheneinheit 210 dieser Ausführungsform enthält eine Verstärkungs-Anpassungsschaltung 21, einen Tiefpassfilter 25, einen ersten Subtrahierer 26, einen zweiten Subtrahierer 27 und einen Addierer 28. Die Beschleunigungs-Recheneinheit 210 ist dazu ausgelegt, eine Fehlerkomponente der Niederfrequenzempfindlichkeit für jede der Achsen aufzuheben.
Wie in der ersten Ausführungsform, passt die Verstärkungs-Anpassungsschaltung 21 die Verstärkung jedes Signals an, so dass das erste Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-AC-x) und das zweite Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-DC-x) einen identischen Pegel haben (siehe 14).
Das Tiefpassfilter 25 ist auf eine Grenzfrequenz eingestellt, die fähig ist, eine Beschleunigungskomponente von zum Beispiel 0,1 Hz oder kleiner zu veranlassen, dort hindurch zu passieren. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 25 ist in der Regel auf eine Grenzfrequenz des piezoelektrischen Elements eingestellt, das die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 bildet, oder eine Frequenz, die niedriger als die Grenzfrequenz ist. Das Tiefpassfilter 25 gibt von dem verstärkungsangepassten zweiten Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-DC-x) eine Niederfrequenzkomponente aus, die eine Gleichstromkomponente, wie z. B. eine Gravitationsbeschleunigung, enthält. 23 zeigt schematisch ein Beispiel eines Ausgangssignals des Tiefpassfilters 25.
Der erste Subtrahierer 26 berechnet eine Differenz zwischen dem verstärkungsangepassten ersten Detektionssignal (Acc-AC-x) und dem Ausgangssignal des Tiefpassfilters 25. In diesem Beispiel ist die Polarität des ersten Detektionssignals umgekehrt, und das resultierende erste Detektionssignal wird zu der Ausgabe des Tiefpassfilters 25 addiert. Bei dieser Konfiguration wird ein Beschleunigungssignal erhalten, das die in 24 schematisch dargestellten Ausgangskennlinien hat. Der erste Subtrahierer 26 wandelt das Beschleunigungssignal, das durch die Berechnung der Differenz erhalten wird, in ein Signal um, dessen Polarität entfernt ist, wie in 25 dargestellt, und gibt dann das resultierende Signal als eine statische Beschleunigungskomponente (Gr-x) aus. Dieses Signal entspricht einer Netto-Gravitationsbeschleunigungskomponente, die in der X-Richtungs-Detektionsachse des Sensorelements erkannt wird.
Unterdessen berechnet der zweite Subtrahierer 27 eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Tiefpassfilters 25 und dem Ausgangssignal des ersten Subtrahierers 26. Bei dieser Konfiguration, wie in 26 schematisch dargestellt, werden die Ausgangskennlinien, von denen die Netto-Gravitationsbeschleunigungskomponente entfernt ist, von dem zweiten Beschleunigungs-Detektionssignal (Acc-DC-x) erhalten, das durch das Tiefpassfilter 25 passiert.
Der Addierer 28 addiert das verstärkungsangepasste erste Detektionssignal (Acc-AC-x) und das Ausgangssignal des zweiten Subtrahierers 27. Bei dieser Konfiguration wird ein Beschleunigungssignal erhalten, das die in 27 schematisch dargestellten Ausgangskennlinien hat. Mit anderen Worten, der Addierer 28 gibt ein Signal als dynamische Beschleunigungskomponente (Acc x) aus, in dem der Niederfrequenzbereich des ersten Beschleunigungs-Detektionssignals (Acc-AC-x) durch die Ausgabe des zweiten Subtrahierers 27 korrigiert ist. Dieses Signal entspricht einer Netto-Bewegungsbeschleunigungskomponente, die in der X-Richtungs-Detektionsachse des Sensorelements erkannt wird.
Wie oben beschrieben, können Aktion und Effekt ähnlich denjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform auch in dieser Ausführungsform erhalten werden. Insbesondere kann gemäß dieser Ausführungsform die Niederfrequenzempfindlichkeit der dynamischen Beschleunigungskomponenten und der statischen Beschleunigungskomponenten für jede der Achsen korrigiert werden, und somit ist es möglich, eine Vereinfachung der Schaltungskonfiguration oder eine Verringerung der Berechnungslast zu erzielen.
[Modifiziertes Beispiel]
In den obigen Ausführungsformen wird das in den 2 bis 4 dargestellte Sensorelement 10 als ein Sensorelement verwendet, doch die Konfiguration ist nicht besonders beschränkt, solange das Sensorelement die Beschleunigungen in den Dreiachsen-Richtungen erkennen kann.
Ferner ist in den obigen Ausführungsformen das Beispiel von 6 als eine Rechenschaltung beschrieben worden, welche die dynamischen Beschleunigungskomponenten und die statischen Beschleunigungskomponenten von den Beschleunigungen in den Dreiachsen-Richtungen extrahiert, doch das Berechnungsverfahren ist nicht darauf beschränkt und kann entsprechend geändert werden.
Darüber hinaus werden in den obigen Ausführungsformen die dynamischen Beschleunigungskomponenten und die statischen Beschleunigungskomponenten unter Verwendung sowohl der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit 11 des piezoelektrischen Typs als auch der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit 12 des nicht piezoelektrischen Typs extrahiert, doch die beiden Beschleunigungs-Detektoreinheiten 11 und 12 können unterschiedlich verwendet werden, um die dynamischen Beschleunigungskomponenten oder die statischen Beschleunigungskomponenten abhängig von dem Zustand einer Bewegung des Detektionsziels zu erfassen. Zum Beispiel können in einem Fall, in dem die Bewegung des Detektionsziels relativ klein ist, die statischen Beschleunigungskomponenten auf der Basis eines Detektionssignals der zweiten Beschleunigungs-Detektoreinheit des nicht piezoelektrischen Typs berechnet werden, und die dynamischen Beschleunigungskomponenten können auf der Basis eines Detektionssignals der ersten Beschleunigungs-Detektoreinheit des piezoelektrischen Typs berechnet werden.
Es ist anzumerken, dass die vorliegende Technologie auch die folgenden Konfigurationen haben kann.

(1) Eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die Folgendes enthält:
- eine Beschleunigungs-Recheneinheit, die auf der Basis eines ersten Detektionssignals und eines zweiten Detektionssignals wobei das erste Detektionssignal auf eine Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung bezogene Informationen enthält und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist und das zweite Detektionssignal die auf die Beschleunigung bezogenen Informationen enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird, eine dynamische Beschleunigungskomponente und eine statische Beschleunigungskomponente von der Beschleunigung extrahiert.
(2) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß (1), in der
- das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal jeweils auf Beschleunigungen in multiaxialen Richtungen, einschließlich der uniaxialen Richtung, bezogene Informationen enthalten, und
- die Beschleunigungs-Recheneinheit die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente für jede der multiaxialen Richtungen extrahiert.
(3) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß (1) oder (2), in der
- die Beschleunigungs-Recheneinheit in der Regel eine Rechenschaltung enthalten kann, welche die statische Beschleunigungskomponente auf der Basis eines Differenzsignals zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal von der Beschleunigung extrahiert.
(4) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß (3), in der
- die Beschleunigungs-Recheneinheit ferner eine Verstärkungs-Anpassungsschaltung enthalten kann, welche die Verstärkung jedes Signals anpasst, so dass das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal einen identischen Pegel haben.
(5) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß (3) oder (4), in der
- die Beschleunigungs-Recheneinheit ferner eine Korrekturschaltung enthält, die
  - einen Korrekturkoeffizienten auf der Basis des Differenzsignals berechnet, und
  - entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal durch Verwenden des Korrekturkoeffizienten korrigiert.
(6) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß (5), in der
- die Korrekturschaltung das erste Detektionssignal in einem Fall, in dem entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal eine vorbestimmte oder größere Beschleunigungsänderung aufweist, durch Verwenden des Korrekturkoeffizienten korrigiert.
(7) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß (5) oder (6), in der
- die Korrekturschaltung das zweite Detektionssignal in einem Fall, in dem entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal eine vorbestimmte oder kleinere Beschleunigungsänderung aufweist, durch Verwenden des Korrekturkoeffizienten korrigiert.
(8) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem der Punkte (2) bis (7), in dem
- die Beschleunigungs-Recheneinheit ferner eine Niederfrequenz-Empfindlichkeitskorrektureinheit enthält, welche die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente durch Verwenden eines zusammengesetzten Wertes der für die jeweiligen multiaxialen Richtungen berechneten Differenzsignale korrigiert.
(9) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß (3) oder (4), in der
- die Rechenschaltung Folgendes enthält:
  - ein Tiefpassfilter, das eine Niederfrequenzkomponente, welche die Gleichstromkomponente enthält, veranlasst, vom zweiten Detektionssignal dort hindurch zu passieren, und
  - einen ersten Subtrahierer 26, der eine Differenz zwischen dem ersten Detektionssignal und einem Ausgangssignal des Tiefpassfilters berechnet.
(10) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß (9), in der
- die Rechenschaltung ferner Folgendes enthält:
  - einen zweiten Subtrahierer, der eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Tiefpassfilters und dem Ausgangssignal des ersten Subtrahierers berechnet, und
  - einen Addierer, der das erste Detektionssignal und ein Ausgangssignal des zweiten Subtrahierers addiert.
(11) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem der Punkte (1) bis (10), in dem
- die Beschleunigungs-Recheneinheit die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente parallel ausgibt.
(12) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem der Punkte (1) bis (10), in dem
- die Beschleunigungs-Recheneinheit die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente nacheinander ausgibt.
(13) Die Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem der Punkte (1) bis (10), die ferner Folgendes enthält:
- eine Winkelgeschwindigkeits-Recheneinheit, die auf der Basis eines dritten Detektionssignals, das auf Winkelgeschwindigkeiten um mehrere Achsen, einschließlich der uniaxialen Richtung, bezogene Informationen enthält, jede der Winkelgeschwindigkeiten um die mehreren Achsen berechnet.
(14) Ein Trägheitssensor, der Folgendes enthält:
- ein Sensorelement, das Folgendes enthält:
  - einen Element-Hauptkörper, der einen beweglichen Abschnitt enthält, der durch Empfang einer Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung beweglich ist,
  - eine erste Beschleunigungs-Detektoreinheit, die ein erstes Detektionssignal ausgibt, wobei das erste Detektionssignal Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält, die auf den beweglichen Abschnitt wirkt, und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist, und
  - eine zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit, die ein zweites Detektionssignal ausgibt, wobei das zweite Detektionssignal Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird, und
- einen Controller, der Folgendes enthält:
  - eine Beschleunigungs-Recheneinheit, die eine dynamische Beschleunigungskomponente und eine statische Beschleunigungskomponente auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals von der Beschleunigung extrahiert.
(15) Der Trägheitssensor gemäß (14), in dem
- die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit ein piezoelektrisches Beschleunigungs-Detektionselement enthält, das am beweglichen Abschnitt angeordnet ist.
(16) Der Trägheitssensor gemäß (14) oder (15), in dem
- die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit ein piezoresistives Beschleunigungs-Detektionselement enthält, das am beweglichen Abschnitt angeordnet ist.
(17) Der Trägheitssensor gemäß (14) oder (15), in dem
- die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit ein elektrostatisches Beschleunigungs-Detektionselement enthält, das am beweglichen Abschnitt angeordnet ist.
(18) Ein Beschleunigungsmessverfahren, das Folgendes beinhaltet:
- Akquirieren eines ersten Detektionssignals, das Informationen bezüglich einer Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung enthält und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist;
- Akquirieren eines zweiten Detektionssignals, das Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird, und
- Extrahieren einer dynamischen Beschleunigungskomponente und einer statischen Beschleunigungskomponente auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals von der Beschleunigung.
(19) Eine elektronische Vorrichtung, die Folgendes enthält:
- einen Trägheitssensor, der Folgendes enthält:
  - ein Sensorelement, das Folgendes enthält:
    - einen Element-Hauptkörper, der einen beweglichen Abschnitt enthält, der durch Empfang einer Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung beweglich ist,
    - eine erste Beschleunigungs-Detektoreinheit, die ein erstes Detektionssignal ausgibt, wobei das erste Detektionssignal Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält, die auf den beweglichen Abschnitt wirkt, und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist, und
    - eine zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit, die ein zweites Detektionssignal ausgibt, wobei das zweite Detektionssignal Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird, und
  - einen Controller, der Folgendes enthält:
    - eine Beschleunigungs-Recheneinheit, die eine dynamische Beschleunigungskomponente und eine statische Beschleunigungskomponente auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals von der Beschleunigung extrahiert.
(20) Ein Programm, das eine Signalverarbeitungsvorrichtung veranlasst, Folgendes auszuführen:
- Akquirieren eines ersten Detektionssignals, das Informationen bezüglich einer Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung enthält und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist;
- Akquirieren eines zweiten Detektionssignals, das Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird, und
- Extrahieren einer dynamischen Beschleunigungskomponente und einer statischen Beschleunigungskomponente auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals von der Beschleunigung.

Bezugszeichenliste

1,2: Trägheitssensor
10: Sensorelement
11 (11x1, 11x2, 11y1, 11y2): erste Beschleunigungs-Detektoreinheit
12 (12x1, 12x2, 12y1, 12y2): zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit
20,220: Controller
21: Verstärkungs-Anpassungsschaltung
24: Korrekturschaltung
110: Element-Hauptkörper
120: bewegliche Platte
200: Beschleunigungs-Recheneinheit
300: Winkelgeschwindigkeits-Recheneinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5407863 [0152]

Claims

Signalverarbeitungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Beschleunigungs-Recheneinheit, die auf der Basis eines ersten Detektionssignals und eines zweiten Detektionssignals, wobei das erste Detektionssignal auf eine Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung bezogene Informationen enthält und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist und das zweite Detektionssignal die auf die Beschleunigung bezogenen Informationen enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird, eine dynamische Beschleunigungskomponente und eine statische Beschleunigungskomponente von der Beschleunigung extrahiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal ferner jeweils auf Beschleunigungen in multiaxialen Richtungen, einschließlich der uniaxialen Richtung, bezogene Informationen enthalten, und die Beschleunigungs-Recheneinheit die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente für jede der multiaxialen Richtungen extrahiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Beschleunigungs-Recheneinheit eine Rechenschaltung enthält, welche die statische Beschleunigungskomponente auf der Basis eines Differenzsignals zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal von der Beschleunigung extrahiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Beschleunigungs-Recheneinheit ferner eine Verstärkungs-Anpassungsschaltung enthält, welche die Verstärkung jedes Signals anpasst, so dass das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal einen identischen Pegel haben.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Beschleunigungs-Recheneinheit ferner eine Korrekturschaltung enthält, die einen Korrekturkoeffizienten auf der Basis des Differenzsignals berechnet, und entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal durch Verwenden des Korrekturkoeffizienten korrigiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Korrekturschaltung das erste Detektionssignal in einem Fall, in dem entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal eine vorbestimmte oder größere Beschleunigungsänderung aufweist, durch Verwenden des Korrekturkoeffizienten korrigiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Korrekturschaltung das zweite Detektionssignal in einem Fall, in dem entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal eine vorbestimmte oder kleinere Beschleunigungsänderung aufweist, durch Verwenden des Korrekturkoeffizienten korrigiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Beschleunigungs-Recheneinheit ferner eine Niederfrequenz-Empfindlichkeitskorrektureinheit enthält, welche die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente durch Verwenden eines zusammengesetzten Wertes der für die jeweiligen multiaxialen Richtungen berechneten Differenzsignale korrigiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Rechenschaltung Folgendes enthält: ein Tiefpassfilter, das eine Niederfrequenzkomponente, welche die Gleichstromkomponente enthält, veranlasst, vom zweiten Detektionssignal dort hindurch zu passieren, und einen ersten Subtrahierer, der eine Differenz zwischen dem ersten Detektionssignal und einem Ausgangssignal des Tiefpassfilters berechnet.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Rechenschaltung ferner Folgendes enthält: einen zweiten Subtrahierer, der eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Tiefpassfilters und einem Ausgangssignal des ersten Subtrahierers berechnet, und einen Addierer, der das erste Detektionssignal und ein Ausgangssignal des zweiten Subtrahierers addiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Beschleunigungs-Recheneinheit die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente parallel ausgibt.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Beschleunigungs-Recheneinheit die dynamische Beschleunigungskomponente und die statische Beschleunigungskomponente nacheinander ausgibt.
Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: eine Winkelgeschwindigkeits-Recheneinheit, die auf der Basis eines dritten Detektionssignals, das auf Winkelgeschwindigkeiten um mehrere Achsen, einschließlich der uniaxialen Richtung, bezogene Informationen enthält, jede der Winkelgeschwindigkeiten um die mehreren Achsen berechnet.
Trägheitssensor, der Folgendes umfasst: ein Sensorelement, das Folgendes enthält: einen Element-Hauptkörper, der einen beweglichen Abschnitt enthält, der durch Empfang einer Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung beweglich ist, eine erste Beschleunigungs-Detektoreinheit, die ein erstes Detektionssignal ausgibt, wobei das erste Detektionssignal Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält, die auf den beweglichen Abschnitt wirkt, und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist, und eine zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit, die ein zweites Detektionssignal ausgibt, wobei das zweite Detektionssignal die Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird, und einen Controller, der Folgendes enthält: eine Beschleunigungs-Recheneinheit, die eine dynamische Beschleunigungskomponente und eine statische Beschleunigungskomponente auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals von der Beschleunigung extrahiert.
Trägheitssensor gemäß Anspruch 14, wobei die erste Beschleunigungs-Detektoreinheit ein piezoelektrisches Beschleunigungs-Detektionselement enthält, das am beweglichen Abschnitt angeordnet ist.
Trägheitssensor gemäß Anspruch 14, wobei die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit ein piezoresistives Beschleunigungs-Detektionselement enthält, das am beweglichen Abschnitt angeordnet ist.
Trägheitssensor gemäß Anspruch 14, wobei die zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit ein elektrostatisches Beschleunigungs-Detektionselement enthält, das am beweglichen Abschnitt angeordnet ist.
Beschleunigungsmessverfahren, das Folgendes umfasst: Akquirieren eines ersten Detektionssignals, das Informationen bezüglich einer Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung enthält und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist; Akquirieren eines zweiten Detektionssignals, das die Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird, und Extrahieren einer dynamischen Beschleunigungskomponente und einer statischen Beschleunigungskomponente auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals von der Beschleunigung.
Elektronische Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Trägheitssensor, der Folgendes enthält: ein Sensorelement, das Folgendes enthält: einen Element-Hauptkörper, der einen beweglichen Abschnitt enthält, der durch Empfang einer Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung beweglich ist, eine erste Beschleunigungs-Detektoreinheit, die ein erstes Detektionssignal ausgibt, wobei das erste Detektionssignal Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält, die auf den beweglichen Abschnitt wirkt, und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist, und eine zweite Beschleunigungs-Detektoreinheit, die ein zweites Detektionssignal ausgibt, wobei das zweite Detektionssignal die Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird, und einen Controller, der Folgendes enthält: eine Beschleunigungs-Recheneinheit, die eine dynamische Beschleunigungskomponente und eine statische Beschleunigungskomponente auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals von der Beschleunigung extrahiert.
Programm, das eine Signalverarbeitungsvorrichtung veranlasst, Folgendes auszuführen: Akquirieren eines ersten Detektionssignals, das Informationen bezüglich einer Beschleunigung entlang zumindest einer uniaxialen Richtung enthält und eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist, Akquirieren eines zweiten Detektionssignals, das die Informationen bezüglich der Beschleunigung enthält und eine Ausgangswellenform aufweist, in der eine der Beschleunigung entsprechende Wechselstromkomponente auf eine Gleichstromkomponente überlagert wird, und Extrahieren einer dynamischen Beschleunigungskomponente und einer statischen Beschleunigungskomponente auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals von der Beschleunigung.