KR100764526B1 - 교정 기능을 갖는 가속도 검출 장치 - Google Patents

교정 기능을 갖는 가속도 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감도와 함께 무가속도 상태에서의 영점도 교정할 수 있는 가속도 검출 장치를 개시하고 있다. 가속도 검출 장치는 직교하는 적어도 2축 방향 각각의, 가속도의 성분을 검출하고, 검출한 각각에 기초하여 출력을 하는 가속도 센서와, 가속도 센서를 중력 가속도의 방향에 관해서 서로 다른 각도를 이룬 적어도 2개의 다른 위치에 유지하는 유지 수단과, 연산 처리 회로를 갖는다. 그 연산 처리 회로는 상기 각 위치에 가속도 센서가 유지되어 있을 때에 있어서의 중력 가속도에 의한 가속도 센서의 상기 적어도 2축 각각의 방향 성분에 의한 출력에 기초하여 교정 파라미터를 구해 두고, 검출한 상기 가속도 센서 출력을 그 교정 파라미터를 사용하여 교정하고, 교정 출력을 낸다.
가속도, 교정 파라미터, 벡터, 영점 출력, 좌표축

Description

교정 기능을 갖는 가속도 검출 장치{Acceleration measuring apparatus with calibration function}
도 1은 본 발명의 가속도 검출 장치를 설명하기 위한 사시도.
도 2는 도 1에 도시하는 본 발명의 가속도 검출 장치의 처리 회로의 블록도.
도 3은 본 발명의 가속도 검출 장치에 사용하고 있는 반도체 피에조 저항형 3축 가속도 센서의 일 예를 도시하고, 도 3a는 그 사시도이며, 도 3b는 그 평면도.
도 4는 가속도 센서의 직교 좌표축과 가속도 벡터의 위치를 설명하기 위한 도면.
도 5a는 가속도 센서와 중력 가속도의 위치 관계 θ= 0°를 도시하는 설명도이고, 도 5b는 가속도 센서와 중력 가속도의 위치 관계 θ= 30°, φ= 45°를 도시하는 설명도.
도 6a는 본 발명의 가속도 측정 장치에 사용하고 있는 가속도 센서의 감도의 온도의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 6b는 가속도 센서의 영점 출력의 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 가속도 검출 장치 3: 증폭기
4: A/D 컨버터 5: 마이크로프로세서
6: 온도 센서 10: 가속도 센서
(발명의 분야)
본 발명은 자동차, 항공기, 산업 기기, 카메라, 휴대 단말 기기, 의료 기기, 시계, 완구, 게임 기기 등에 사용되는 진동, 기울기, 이동 거리, 이동 방향을 검출하는 가속도 검출 장치에 관한 것이다.
(관련 기술의 설명)
진동, 기울기, 이동 거리, 이동 방향을 검출하는 방법으로서 가속도 센서가 널리 사용되고 있다. 가속도 센서는 가속도에 의해서 생기는 힘을 전압 등의 전기적인 값으로 변환하여 검출하고 있다. 그러나, 감수부(感受部)는 제조 불균일함 등에 의해서 변화된 특성을 갖기 때문에, 그대로로서는 사용할 수 없다. 그래서, 센서를 기지(旣知)의 가속도 상태에 두고, 가속도에 비례한 출력이 얻어지도록 교정할 필요가 있다.
직교 좌표의 3축 즉 x, y, z 각각의 축 방향의 가속도를 검출하기 위해서 가속도 센서는 x축 방향 센서, y축 방향 센서, z축 방향 센서를 가지고 있다. 가속도 센서의 감도를 교정할 때, 그 x축, y축, z축 각각이 중력 가속도 방향에 맞는 위치, 각 축 방향의 센서를 교정할 필요가 있다. 가속도 센서를 그와 같은 3개의 위치에 맞추어서 각 축 방향의 센서를 교정하는 번거로움을 개선하는 교정 방법이 일본 특허 3,111,017에 개시되어 있다. 일본 특허에 개시된 교정 방법은 x축 방향 센서, y축 방향 센서, z축 방향 센서에 가해지는 중력 가속도의 각 성분의 크기가 같아지는 지그(jig)의 위에 가속도 센서를 설치하여, x축 방향 센서, y축 방향 센서, z축 방향 센서의 각 감도를 동시에 교정할 수 있다. 그 방법으로는 감도 즉 1G의 가속도가 걸렸을 때의 출력을 동시에 교정할 수 있지만, 무중력 상태 즉 영점의 교정을 할 수 없다.
최근, 마이크로머신 제조 기술이 진전함에 따라서, 1G 이하의 가속도를 검출 할 수 있는 정전 용량형과 반도체 피에조 저항형의 고감도품이 보급되고 있다. 고감도품은 진동 검출 뿐만 아니라 기울기 등의 기울기 검출이나 이동 거리, 이동 방향의 검출에 사용되는 경우가 많아, 영점 출력 레벨의 교정이 필수로 되어 있다.
더욱이, 가속도 센서의 출력은 작기 때문에 그 출력을 증폭기를 통해 증폭하고 있다. 증폭 후의 출력의 감도 및 영점의 교정도 필요하다. 또한, 교정 파라미터, 교정의 계산식을 기억함과 동시에, 그 파라미터 및 교정 계산식을 사용하여 데이터 처리를 하는 처리 장치도 가속도 검출 장치에 장착할 수 있다. 그래서 센서 단독의 출력 뿐만 아니라, 증폭 후의 출력, 더욱이 처리 장치의 출력도 교정할 필요가 있다.
(발명의 요약)
그래서 본 발명의 목적은 감도와 동시에 무가속도 상태에서의 영점도 교정할 수 있는 가속도 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가속도 센서와 센서 출력을 처리하기 위한 데이터 처리 장치를 갖고 있고, 데이터 처리 장치의 출력을 교정할 수 있는 가속도 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 환경 온도에 의한 출력의 변화도 포함시켜 교정 계산을 할 수 있는 가속도 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 가속도 검출 장치 뿐만 아니라, 가속도의 교정 방법도 목적으로 하고 있는 것은 이하의 발명의 설명으로부터 분명하게 될 것이다.
본 발명에 따른 가속도 검출 장치는 직교하는 적어도 2축 방향 각각의, 가속도의 성분을 검출하고, 검출한 각각에 기초하여 출력을 하는 가속도 센서와, 상기 가속도 센서를 중력 가속도의 방향에 관해서 서로 다른 각도를 이룬 적어도 2개의 다른 위치에 유지하는 유지 수단과, 연산 처리 회로를 갖는다. 그 연산 처리 회로는 상기 각 위치에 상기 가속도 센서가 유지되어 있을 때에 있어서의 중력 가속도에 의한 상기 가속도 센서의 상기 적어도 2축 각각의 방향 성분의 출력에 기초하여 교정 파라미터를 구해 두고, 상기 적어도 2축 방향 각각의 검출한 가속도 성분마다의 상기 가속도 센서 출력을 그 교정 파라미터를 사용하여 교정하고, 교정 출력을 낸다.
그 가속도 검출 장치는 상기 가속도 센서는 직교하는 각 축 방향 각각의 가속도의 성분을 검출하고, 검출한 성분 각각에 기초하여 출력하고, 상기 유지 수단은 상기 가속도 센서를 중력 가속도의 방향에 관해서 서로 다른 각도를 이룬 2개의 위치에 유지하는 것이 바람직하다.
상기 교정 파라미터는 상기 3축 각각의 방향에서의 단위 가속도당의 가속도 센서 출력(이하 「감도」라고 한다)과 영가속도에 있어서의 가속도 센서 출력(「영점 출력」이라고 한다)인 것이 바람직하다.
상기 가속도 검출 장치에 있어서, 상기 연산 처리 회로는 상기 교정 파라미터를 격납하는 메모리를 더 갖고 있고, 구한 교정 파라미터를 그 메모리에 격납해두고, 상기 3축 각각의 가속도 성분마다에 의한 상기 가속도 센서 출력을 상기 격납되어 있는 교정 파라미터를 사용하여 교정하고, 교정 출력을 내는 것이 바람직하다.
상기 유지 수단이 상기 가속도 센서를 유지하는 2개의 다른 위치 중 1개의 위치는 상기 가속도 센서의 상기 직교하는 3축 중의 1축이 중력 가속도의 방향에 합치한 것인 동시에, 다른 위치는 상기 가속도 센서가 중력 가속도의 방향에 관해서 어떤 각도를 가지고 있는 것이 바람직하다.
상기 연산 처리 회로는 상기 교정 파라미터의 상기 3축 방향 각각의 감도와 영점 출력을 사용하고, 다음 계산식에 의해서 상기 3축 방향 각각의 검출한 가속도 성분마다의 상기 가속도 센서 출력의 교정 출력을 구하는 것이 바람직하다.
교정 출력=(검출한 가속도 성분마다의 출력-영점 출력)/감도
상기 가속도 검출 장치는 또한 환경 온도를 측정하는 수단을 가질 수 있고, 상기 연산 처리 회로는 상기 각 방향에 상기 가속도 센서가 유지되어 있는 상태에 있어서의 중력 가속도에 의한 상기 가속도 센서의 상기 3축 각각의 방향의 출력 성분에 기초하여 교정 파라미터의 온도 함수를 구해 두고, 상기 가속도 센서 출력을, 상기 교정 파라미터의 온도 함수로부터 구한 환경 온도에 있어서의 교정 파라미터를 사용하여 교정하여, 교정 출력을 낼 수 있다.
상기 교정 파라미터의 온도 함수는 상기 3축 각각의 방향에서의 단위 가속도당의 가속도 센서 출력의 온도 함수(이하 「감도의 온도 함수」라고 한다)와 영가속도에 있어서의 가속도 센서 출력의 온도 함수(이하 「영점 출력의 온도 함수」라고 한다)인 것이 바람직하다.
상기 가속도 검출 장치에 있어서, 연산 처리 회로는 상기 교정 파라미터의 온도 함수를 격납하는 메모리를 더 갖고 있고, 구한 교정 파라미터의 온도 함수를 그 메모리에 격납하고 있고, 상기 3축 각각의 측정한 가속도 성분의 상기 가속도 센서 출력을, 상기 메모리에 격납되어 있는 상기 교정 파라미터의 온도 함수로부터 구한 그 환경 온도에 있어서의 교정 파라미터를 사용하여, 교정하고, 교정 출력을 내는 것이 바람직하다.
상기 유지 수단이 상기 가속도 센서를 유지하는 2개의 다른 위치 중 1개의 위치는 상기 가속도 센서의 상기 직교하는 3축 중의 1축이 중력 가속도의 방향에 합치한 것인 동시에, 다른 위치는 상기 가속도 센서가 중력 가속도의 방향에 관해서 어떤 각도를 가지고 있는 것이 바람직하다.
상기 연산 처리 회로는 상기 교정 파라미터의 상기 3축 방향 각각의 감도의 온도 함수와 영점 출력의 온도 함수로부터 각각 구한 그 환경 온도에 있어서의 감도와 영점 출력을 사용하여, 다음의 계산식에 의해서 상기 3축 방향 각각의 검출한 가속도 성분마다의 상기 가속도 센서 출력의 교정 출력을 구하는 것이 바람직하다.
교정 출력=(검출한 가속도 성분마다의 출력-영점 출력)/감도
(실시예들의 상세한 설명)
실시예 1
도면을 사용하여 본 발명의 가속도 검출 장치를 이하에 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 가속도 검출 장치(1)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 가속도 검출 장치(1)의 처리 회로의 블록도를 도시한다. 가속도 검출 장치(1)는 프린트 배선 기판(20)상에, 가속도 센서(10)와 그 출력을 증폭하는 증폭기(3), 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 A/D 컨버터(4), 교정 파라미터를 보존해 둔 메모리 및 교정 연산 처리를 하는 마이크로프로세서(5) 및 환경 온도를 측정하는 온도 센서(6)로 구성하였다. 도 2에서 마이크로프로세서(5)는 그 내부에 메모리(5a)를 가지고 있다. 알기 쉽게 하기 위해서, 동일한 부품, 부위에는 동일한 부호를 사용하고 있다.
가속도 센서(10)는 세라믹 패키지에 밀봉된 반도체 피에조 저항형 3축 가속도 센서를 사용하였다. 도 3에 패키지 내에 실장되어 있는 반도체 피에조 저항형 3축 가속도 센서(10)의 모식도를 도시한다. 도 3a는 센서의 사시도이고, 도 3b는 피에조 저항 소자의 배치를 도시하는 가속도 센서(10)의 평면도(배선 패턴, 단자 등은 도시하지 않음)이다. 센서(10)는 실리콘을 모재로서, 그 중앙에 추(錘; 11), 와 그 추를 둘러싸고 형성되어 있는 프레임(12)과, 추(11)와 프레임(12)을 4방향으로 브리지하고 있는 빔(beam; 16, 17, 18, 19)으로 구성되어 있다.
추(11)가 외력에 따라서 이동함으로써 빔(16, 17, 18, 19)이 변형되어 응력이 발생하는 구조로 되어 있다. 직교 좌표의 x축을 따라 빔(16)과 빔(17)이 연장되어 있고, y축을 따라 빔(18)과 빔(19)이 연장되어 있으며, 센서의 상면에 수직으로 z축이 설치되어 있는 직교 좌표를 가정한다. 빔(16)상에 x축 방향의 가속도를 검출하기 위한 피에조 저항 소자(31, 32)가, 그리고 빔(17)상에 x축 방향의 가속도를 검출하기 위한 피에조 저항 소자(33, 34)가 설치되어 있다. 빔(18)상에 y축 방향의 가속도를 검출하기 위한 피에조 저항 소자(41, 42)가, 그리고 빔(19)상에 y축 방향의 가속도를 검출하기 위한 피에조 저항 소자(43, 44)가 설치되어 있다. 또한, 빔(16)상에 z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 피에조 저항 소자(51, 52)가, 그리고 빔(17)상에 z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 피에조 저항 소자(53, 54)가 설치되어 있다. 각 축 방향의 가속도를 검출하는 4개의 피에조 저항 소자로 브리지 회로를 구성하고 있다. 예를 들면 x축 방향의 가속도가 추(11)에 걸리면 피에조 저항 소자(31, 33)에는 압축 응력이 걸리고, 피에조 저항 소자(32, 34)에는 신장의 응력이 걸린다. 브리지 회로에 일정한 전압 예를 들면 DC5V의 전압을 인가해 두면 , 가속도가 추에 걸리면 브리지 회로에서 출력이 얻어진다.
가속도 센서(10)의 출력 감도 및 영점 출력을 측정하면, 표 1에 나타내는 바와 같은 값이었다. 센서 출력은 표 1의 감도로부터 알 수 있는 바와 같이 작은 값이기 때문에, 증폭기를 사용하여 약 100배로 증폭하여 측정한다. 증폭 후의 감도, 영점 출력 모두 약 100배가 된다. 그래서, 본 발명에서는 이하의 설명에 있는 바와 같이, 증폭 후의 출력 즉 가속도 검출 장치(1)의 출력을 교정한다.
x축 센서 y축 센서 z축 센서
감도(mV/G) 3.5 3.6 4.0
영점 출력(mV) 1.2 -1.0 2.5
도 4에 가속도 센서(10)의 직교 좌표와, 가속도 센서(10)에 작용하는 가속도 벡터(a)를 도시하고 있다. 직교 좌표의 z축과 가속도 벡터(a)의 사이의 각도를 θ′, z축과 가속도 벡터(a)를 갖는 평면이 x축과 이루는 각도를 φ로 한다. 가속도 벡터(a)를 하향으로 잡는 것은 중력의 가속도를 생각할 때에 편리하기 때문이다. 가속도 벡터(a)의 +z축 방향으로의 연장이 z축과 이루는 각도를 θ라고 하면, θ= 180° -θ′가 된다. 그래서 가속도 벡터(a)의 크기를 a라고 쓰면, 가속도 벡터(a)의 직교 좌표의 각 축 방향 성분은 다음과 같아진다.
ax= a·sinθ′·cosφ= a·sinθ·cosφ······(1)
ay= a·sinθ′·sinφ= a·sinθ·sinφ······(2)
az= a·cosθ′= -a·cosθ ············(3)
한편, 가속도 센서(10)를 구비하고 있는 가속도 검출 장치(1)의 출력은 다음식으로 나타낼 수 있다.
출력=작용한 가속도×가속도 검출 장치의 감도+ 영가속도 출력···(4)
여기서, 가속도 검출 장치의 감도란 단위 크기의 가속도가 작용하였을 때의 출력의 크기이다. 영가속도 출력이란 가속도가 가속도 센서(10)에 작용하지 않는 상태에서의 가속도 검출 장치(1)의 출력이다.
가속도 벡터(a)가 가속도 센서(10)에 작용하였을 때의 가속도 검출 장치(1)의 출력 전압(V)을 직교 좌표의 각 축 방향 성분(Vx, Vy, Vz)으로 나타내면 식 4로부터 그 각 성분은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Vx= Vxs·ax+Vx0=Vxs·a·sinθ·cosφ+ Vx0········(5)
Vy= Vys·ay+ Vy0= Vys·a·sinθ·sinφ+ Vy0·······(6)
Vz= Vzs·az+ Vz0=-Vzs·a·cosθ+ Vz0 ··········(7)
또 여기서 Vxs, Vys 및 Vzs는 감도의 각 축 방향 성분이고, Vx0, Vy0 및 Vz0은 영점 가속도 출력 전압으로 한다.
본 발명의 가속도 검출 장치(1)는 가속도 센서(10)를 중력 가속도 방향에 관해서 2개의 다른 위치에 유지하는 수단을 가지고 있다. 2개의 다른 위치를 이 실시예에서는 도 5a 및 도 5b에 도시하는 위치로 한다. 도 5a에 도시하는 위치에서는 중력 가속도의 방향이 직교 좌표의 -z축 방향, 즉 식 5 내지 식 7에서 θ= 0°로 하면, 각 식은 다음과 같게 된다. 또 가속도 검출 장치(1)의 출력 전압(Vx, Vy, Vz)을, 제 1 위치에 있을 때, 즉 도 5a의 위치에 있을 때에는 (Vx1, Vy1, Vz1)로 나타낸다.
Vx1= Vx0········(8)
Vy1= Vy0········(9)
Vz1=-Vzs·a+ Vz0 ···(10)
중력의 가속도의 크기(a)를 1G로 하고, 식 10으로부터 다음 식이 생긴다.
Vz1=-Vzs+Vz0······(10′)
도 5b에 도시하는 위치에서는 중력 가속도의 방향이 θ= 30°, φ= 45°이기 때문에, 식 5 내지 식 7은 각각 다음과 같아진다. 또 가속도 검출 장치(1)의 출력전압(Vx, Vy, Vz)을 제 2 위치에 있을 때, 즉 도 5b의 위치에 있을 때에는 (Vx2, Vy2, Vz2)로 나타낸다.
Figure 112005062708664-pat00013
·····(11)
Figure 112005062708664-pat00014
·····(12)
Figure 112005062708664-pat00015
·····(13)
가속도 검출 장치의 출력 전압(Vx1, Vy1, Vz1)과 (Vx2, Vy2, Vz2)가 측정되기 때문에, 식 8과 식 11로부터 영점 출력(Vx0)과 감도(Vxs)가 식 9와 식 12로부터 Vy0과 감도(Vys)가, 식 10′와 식 13으로부터 영점 출력(Vz0)과 감도(Vzs)가 얻어진다.
도 5a에 도시하는 위치에서의 가속도 검출 장치(1)의 출력 전압(Vx1, Vy1, Vz1)을 측정하면 각각 123mV, -101mV, -151mV 이었다. 또한 도 5b에 도시하는 위치에서의 가속도 검출 장치(1)의 출력 전압(Vx2, Vy2, Vz2)을 측정하면 각각 247mV, 26mV, -97mV이었다. 이들의 측정치로부터 교정 파라미터로서 감도(Vxs, Vys, Vzs)와 영점 출력(Vx0, Vy0, Vz0)을 구하면 표 2에 나타내는 값이 되었다.
x축 센서 y축 센서 z축 센서
감도(mV/G) 351 359 403
영점 출력(mV) 123 -101 252
표 2에 나타내는 교정 파라미터를 메모리(5a)에 격납해둔다. 작용한 가속도를 측정할 때, 가속도 검출 장치(1)를 사용하여 그 출력 전압을 기초로, 식 4를 변형한 다음식 14에 메모리(5a)에 격납되어 있는 교정 파라미터를 넣고, 마이크로프로세서(5)로 교정 계산을 하여, 작용한 가속도를 구할 수 있다.
가속도(교정 출력)=(검출한 출력-영점 출력)/감도······(14)
얻어진 교정 출력은 이론적으로는 가속도 0G일 때에는 0이, 1G가 작용하였을 때에는 1이, 2G가 인가되었을 때에는 2가 출력된다. 실제로 기지의 가속도를 작용시키고 확인한 바 검출 오차는 1% 이내이었다.
실시예 2
실시예 1에서 설명한 가속도 검출 장치(1)의 가속도 센서(10)의 직교 좌표 에 관해서 중력 가속도 방향이 θ=10°, φ=20°가 되는 위치와, θ= 20°, φ= 45°가 되는 위치의 2개의 다른 위치가 되도록 유지하는 수단을 사용하여 가속도 센서(10)를 유지하였다. 그리고, 각각의 위치에서 가속도 검출 장치(1)의 출력 전압(Vx1, Vy1, Vz1)과 (Vx2, Vy2, Vz2)를 측정하였다. θ= 10°, φ= 20° 일 때의 측정치(Vx1, Vy1, Vz1)와, θ= 20°, φ= 45°일 때의 측정치(Vx2, Vy2, Vz2)를 식 5 내지 식 7에 넣고, 교정 파라미터 즉 감도(Vxs, Vys, Vzs)와 영점 출력(Vx0, Vy0, Vz0)을 산출하였다. 산출한 교정 파라미터의 감도, 영점 출력을 메모리(5a)에 격납해두고, 가속도 검출 장치(1)를 사용하여 얻은 작용한 가속도에 의한 출력전압의 측정치를 기초로 식 14에 의해서, 메모리(5a)에 격납되어 있는 교정 파라미터를 사용하여 교정 계산을 마이크로프로세서(5)로 행하고, 작용한 가속도를 구할 수 있다. 기지의 가속도를 가속도 센서(10)에 작용시키었을 때에 가속도 검출 장치로 가속도 성분마다의 출력 전압을 측정하고, 그 측정치로부터 식 14를 사용하여 작용한 가속도의 크기를 구하였다. 구한 가속도의 크기는 기지의 가속도와의 오차는 1% 이내이었다.
실시예 3
가속도 센서(10)의 감도 및 영점 출력의 환경 온도에 의한 변화를 각각 도 6a와 도 6b에 도시한다. 가속도 검출 장치는 환경 온도를 측정하기 위해서 온도 센서(6)를 갖고 있다.
환경 온도 -20℃, 25℃, 50℃에 있어서의 가속도 검출 장치의 감도와 영점 출력을 표 3에 나타낸다.
감도(mV/G) 영점 출력(mV)
온도T℃ Vxs(T) Vys(T) Vzs(T) Vx0(T) Vy0(T) Vz0(T)
-20℃ 367 378 404 122 -96 204
25℃ 350 360 400 120 -100 250
50℃ 344 354 403 119 -102 266
감도의 온도 함수와 영점 출력의 온도 함수를 구하기 위해서, 표 3에 나타내는 감도와 영점 출력을 사용하여, 2차 함수 근사를 하여, 감도의 온도 함수와 영점 출력의 온도 함수를 구한 결과, 아래와 같은 식이 되었다.
X축 감도의 온도 함수 ; 0.0020T2-0.388T+358.5
Y축 감도의 온도 함수 ; 0.0023T2-0.411T+368.9
Z축 감도의 온도 함수 ; 0.0030T2-0.104T+400.7
X축 영G 출력의 온도 함수 ; 0.00006T2-0.045T+121.1
Y축 영G 출력의 온도 함수 ; 0.0001T2-0.090T-97.8
Z축 영G 출력의 온도 함수 ; -0.0055T2+1.050T+227.2
이들의 온도 함수를 메모리(5a)에 격납하여 온도 센서(6)로 측정한 환경 온도를 사용하여, 그 온도에 따른 감도(T)와 영점 출력(T)을 구하고, 측정한 출력을 사용하여 마이크로프로세서(5)로 다음식의 교정 계산을 하여 가속도를 구하였다.
가속도 교정 출력=(검출한 가속도 성분마다의 출력-영점 출력(T))/감도(T)
-40℃로부터 85℃의 범위에서 환경 온도를 바꾸면서 기지의 가속도를 가하여 측정한 바, 검출 오차는 3% 이내이었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 가속도 검출 장치는 직교 좌표축의 어느 한 축에 대한 중력 가속도의 각도를 작은 경사각이 되는 2개의 다른 위치에 가속도 센서를 세트함으로써, 감도(1G 출력)와 영점 출력의 교정이 가능하고, 출력을 그 교정치로 보정함으로써 센서 및 측정 회로의 제조에 기인한 특성 불균일함이 있더라도 센서에 가해지는 가속도에 비례한 출력을 얻을 수 있다. 또한, 온도에 의존한 감도와 영점 출력의 교정치를 얻는 것으로 센서의 온도 드리프트도 보정할 수 있다.
더욱이 저각도 경사, 2단계에서 교정할 수 있기 때문에 교정용 장치가 간략화되어 염가로 고정밀도의 가속도 검출 장치의 제공이 가능해진다.

Claims (11)

  1. 가속도 검출 장치에 있어서,
    직교하는 적어도 2축 방향 각각의, 가속도의 성분을 검출하고, 검출한 각각에 기초하여 출력을 하는 가속도 센서와,
    상기 가속도 센서를 중력 가속도의 방향에 관해서 서로 다른 각도를 이룬 적어도 2개의 다른 위치에 유지하는 유지 수단과,
    상기 각 위치에 상기 가속도 센서가 유지되어 있을 때에 있어서의 중력 가속도에 의한 상기 가속도 센서의 상기 적어도 2축 각각의 방향 성분의 출력에 기초하여, 상기 각 축 각각의 방향에서 단위 가속도당의 가속도 센서 출력(이하, 「감도」라고 한다)과 영가속도에서의 가속도 센서 출력(이하,「영점 출력」이라고 한다)으로 이루어지는 교정 파라미터를 구해 두고, 상기 적어도 2축 방향 각각의 검출한 가속도 성분마다의 상기 가속도 센서 출력을, 그 교정 파라미터를 사용하여 교정하고, 교정 출력을 내는 연산 처리 회로를 포함하는, 가속도 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속도 센서는 직교하는 3축 방향 각각의 가속도의 성분을 검출하고, 검출한 성분 각각에 기초하여 출력하고,
    상기 유지 수단은 상기 가속도 센서를 중력 가속도의 방향에 관해서 서로 다른 각도를 이룬 2개의 위치에 유지하는, 가속도 검출 장치.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 연산 처리 회로는, 상기 교정 파라미터를 격납하는 메모리를 더 포함하고, 구한 교정 파라미터를 그 메모리에 격납해 두고, 상기 3축 각각의 가속도 성분마다의 상기 가속도 센서 출력을 상기 격납되어 있는 교정 파라미터를 이용하여 교정하고, 교정 출력을 내는, 가속도 검출 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 유지 수단이 상기 가속도 센서를 유지하는 2개의 다른 위치 중 1개의 위치는, 상기 가속도 센서의 상기 직교하는 3축 중의 1축이 중력 가속도의 방향에 합치한 것인 동시에, 다른 위치는 상기 가속도 센서가 중력 가속도의 방향에 대해서 어떤 각도를 갖는, 가속도 검출 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 연산 처리 회로는, 상기 교정 파라미터의 상기 3축 방향 각각의 감도와 영점 출력을 이용하여, 다음 계산식,
    교정 출력 = (검출한 가속도 성분마다의 출력-영점 출력)/감도
    에 의해서 상기 3축 방향 각각의 검출한 가속도 성분마다의 상기 가속도 센서 출력의 교정 출력을 구하는, 가속도 검출 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 가속도 검출 장치는 또한 환경 온도를 측정하는 수단을 포함하고,
    상기 연산 처리 회로는 상기 각 방향에 상기 가속도 센서가 유지되어 있는 상태에서의 중력 가속도에 의한 상기 가속도 센서의 상기 3축 각각의 방향의 출력 성분에 기초하여, 상기 각 축 각각의 방향에서 단위 가속도당의 가속도 센서 출력의 온도 함수(이하, 「감도의 온도 함수」라고 한다)과 영가속도에서의 가속도 센서 출력의 온도 함수(이하,「영점 출력의 온도 함수」라고 한다)으로 이루어지는 교정 파라미터의 온도 함수를 구해 두고, 상기 가속도 센서 출력을, 상기 교정 파라미터의 온도 함수로부터 구한 환경 온도에 있어서의 교정 파라미터를 이용하여 교정하고, 교정 출력을 내는, 가속도 검출 장치.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 연산 처리 회로는, 상기 교정 파라미터의 온도 함수를 격납하는 메모리를 더 포함하고, 구한 교정 파라미터의 온도 함수를 그 메모리에 격납하고 있으며, 상기 3축 각각의 측정한 가속도 성분의 상기 가속도 센서 출력을, 상기 메모리에 격납되어 있는 상기 교정 파라미터의 온도 함수로부터 구한 그 환경 온도에서의 교정 파라미터를 이용하여, 교정하고, 교정 출력을 내는, 가속도 검출 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 유지 수단이 상기 가속도 센서를 유지하는 2개의 다른 위치 중 1개의 위치는, 상기 가속도 센서의 상기 직교하는 3축 중의 1축이 중력 가속도의 방향에 합치한 것인 동시에, 다른 위치는 상기 가속도 센서가 중력 가속도의 방향에 대해서 어떤 각도를 갖는, 가속도 검출 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 연산 처리 회로는 상기 교정 파라미터의 상기 3축 방향 각각의 감도의 온도 함수와 영점 출력의 온도 함수로부터 각각 구한 그 환경 온도에서의 감도와 영점 출력을 이용하여, 다음의 계산식,
    교정 출력 = (검출한 가속도 성분마다의 출력-영점 출력)/감도
    에 의해서 상기 3축 방향 각각의 검출한 가속도 성분마다의 상기 가속도 센서 출력의 교정 출력을 구하는, 가속도 검출 장치.
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