KR100823862B1

KR100823862B1 - 낙하 검지 장치

Info

Publication number: KR100823862B1
Application number: KR1020060072953A
Authority: KR
Inventors: 마사루 노다; 야스노리 아베
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-04-21
Also published as: KR20070016996A

Abstract

간이(簡易)한 연산으로 가속도 판정을 실행할 수 있고, 또한, 가속도 벡터의 방향에 관하여 가속도 판정 실효 문턱값의 일 양성(樣性)이 개선된 가속도 판정 수단을 구비한 낙하 검지 장치를 제공한다. 낙하 검지 장치는, 3축 가속도 센서가 측정한 각 축마다의 가속도 성분의 절대값의 각각이 제 1 문턱값보다 작고, 또한 각 축의 가속도 성분의 절대값의 합이 제 1 문턱값의 1.5배 이상 2배 이하인 제 2 문턱값 미만일 때에 낙하 검지 신호를 발생한다.

낙하 검지 장치, 낙하 검지 신호, 3축 가속도 센서, 가속도 판정 수단, 계속 시간 판정 수단

Description

낙하 검지 장치{Fall detection device}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 낙하 검지 장치를 도시하는 블록도.

도 2a는 가속도의 각 축 성분이 제 1 문턱값 Th보다도 작은 영역을 설명하는 도면이고, 도 2b는 가속도의 각 축 성분의 절대값의 합이，제 1 문턱값 Th의

배인 제 2 문턱값보다도 작은 영역을 설명하는 도면이고, 도 2c는 본 발명의 가속도 판정 영역을 설명하는 도면.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 낙하 검지 장치를 도시하는 블록도.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 낙하 검지 장치를 도시하는 블록도.

도 5a는 가속도의 각 축 성분이 문턱값 Th보다도 작은 영역을 설명하는 도면이고, 도 5b는 가속도의 크기가 문턱값보다도 작은 영역을 설명하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 3축 가속도 센서 2: 가속도 판정 수단

3: 계속시간 판정 수단 21, 22, 23 :제 1 비교수단

24: 제 2 비교수단(24) 25: 논리곱 논리회로

201, 202, 203: 절대값 회로 204 : 가산회로

205 :비교기

206, 207, 208, 209: 데이터 래치 회로

본 발명은, 자기 디스크 드라이브를 탑재한 휴대형 전자기기 등의 낙하 보호에 이용할 수 있는 낙하 검지 장치에 관한 것이다.

휴대형 전자기기 등은 그 성격상, 잘못하여 낙하될 위험성이 높다. 노트 퍼스널 컴퓨터나 일부의 디지털 음악 플레이어와 같이 자기 디스크 드라이브를 내장하는 것은, 특히 충격에 대하여 예민하여, 낙하에 대비한 보호책이 필요하다. 그 기기들이 지상에 보유되어 있으면 중력 가속도가 인가되고 있다. 자유 낙하 동안은 이상적으로는 중력 가속도가 인가되지 않기 때문에, 그 기기에 장착되어 있는 가속도 센서에서 검출하는 가속도가 제로 또는 극히 작아진다. 그래서, 검출한 가속도가 어떤 문턱값보다도 작은지의 여부를 판단하여 자유 낙하를 검지하고, 그 검지 결과에 기초하여 보호책을 취하는 것이 일반적으로 행하여지고 있다. 그 낙하 판단이 일본 공개특허공보 2000-241442 및 미국 특허 제5982573호에 기재되어 있다. 일본 특허문헌에는, 3축 가속도 센서를 구비하고, 가속도 신호의 각 축 성분이 모두 대략 영인 작은 가속도로 되고, 그것이 어떤 시간 계속되었을 때에 자유 낙하 중이라고 판단하여, 자기헤드를 퇴피 영역으로 이동시키고, 낙하 충돌시의 충격에 의한 자기 디스크의 파괴를 방지하고 있다. 미국 특허문헌에는, 3축 가속도의 합성 벡터의 크기가 90밀리초 이상에 걸쳐서 어떤 문턱값보다도 작을 때에 낙하를 검지하고, 자기 헤드를 퇴피영역으로 이동시켜 낙하 충돌시의 충격에 의한 자기 디스크의 파괴를 방지하고 있다.

일본 특허문헌에 언급되어 있는 낙하 검지에서는, 3축 가속도 센서에 의해서 측정된 각 축 방향의 가속도 성분의 절대값 각각을 어떤 값(문턱값 Th라고 부른다)와 비교하여, 가속도 성분의 절대값 각각이 문턱값 Th보다도 작을 때에 낙하라고 판정한다. 즉, x축 방향의 가속도 성분 Ax의 절대값, y축 방향의 가속도 성분 Ay의 절대값 및 z축 방향의 가속도 성분 Az의 절대값 각각을 문턱값 Th와 비교하여, 어느 것이라도 문턱값 Th보다도 작을 때를 낙하라고 판정하기 때문에, 도 5a에 도시하는 직교 좌표에서, 그 좌표 원점 O에 측정된 가속도 A(Ax, Ay, Az)가 있는 것으로 하고, x축, y축 및 z축 각각의 방향의 변의 길이가 Th인 입방체 중에 가속도 A가 포함되어 있는지의 여부를 판정하고 있다. 가속도 A가 x축 성분, y축 성분 또는 z축 성분의 어느 한 성분만으로 이루어지는 경우는, 가속도의 크기가 문턱값 Th보다도 클 때에는 낙하라고 판정되지 않는다. 그러나, 도 5a에 도시하는 1변의 길이가 Th인 입방체이며, 원점 O로부터 입방체의 전방에 있는 꼭지점까지의 대각선 방향 거리는

·Th이다. 이 때문에, 측정한 가속도 A가 대각선 방향인 경우, 가속도 A가 낙하라고 판정되지 않기 위해서는, 가속도 A의 크기가

·Th 이상일 필요가 있다. 이와 같이, 문턱값 Th보다도 큰 가속도가 검출되고 있음에도 불구하고, 낙하라고 판정되는 경우가 있었다.

미국 특허문헌에 언급된 낙하검지에서는, 3축 가속도 센서에 의해서 측정된 각 축 방향의 가속도 성분의 합성 벡터의 크기를 어떤 값(문턱값 Th)과 비교하여, 그 합성벡터의 크기가 문턱값보다도 작을 때에 낙하라고 판정한다. 도 5b에 도시 하는 직교 좌표에서, 그 좌표 원점 O에 측정된 가속도 A(Ax, Ay, Az)가 있고, 원점 O에 중심을 갖고 반경 Th의 구(球)에 가속도 A가 포함되어 있는지의 여부를 판정하고 있다. 가속도 A가 그 구면상의 어떠한 방향을 향하고 있더라도, 가속도 A의 크기를 문턱값 Th와 비교하게 된다. 그러나, 가속도 A의 크기를 문턱값과 비교하기 위해서는, 3축 가속도 센서에 의해서 측정한 가속도의 각 축 방향 성분을 2승하여 그들의 합계의 평방근을 구할 필요가 있다. 2승합 연산은 일반적으로 규모가 비교적 큰 연산회로를 필요로 하고, 연산회로용 IC의 소형화를 진행시키는 데에 있어서 장해가 된다.

본 발명은, 가속도 벡터의 방향에 관하여 가속도 판정 실효 문턱값의 일 양성(一樣性)이 개선된, 가속도 판정을 간이(簡易)한 연산으로 실행할 수 있는 낙하 검지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 낙하 검지 장치는,

인가한 가속도의 각 축 성분을 측정하여 측정한 각 축마다의 가속도 성분을 출력하는 3축 가속도 센서,

측정한 각 축마다의 가속도 성분의 절대값을 제 1 문턱값과 비교하여 각 축마다의 가속도 성분의 절대값이 제 1 문턱값보다도 작을 때에 제 1 출력을 내는 제 1 비교수단,

측정한 각 축마다의 가속도 성분의 절대값의 합을 제 2 문턱값과 비교하여 그 합이 제 2 문턱값보다도 작을 때에 제 2 출력을 내는 제 2 비교수단, 및

제 1 비교수단이 제 1 출력을 내고 제 2 비교수단이 제 2 출력을 냈을 때에 낙하 검지 신호를 내는 낙하 검지 수단을 갖는다.

본 발명의 낙하 검지 장치에서는, 측정한 각 축마다의 가속도 성분의 절대값을 제 1 문턱값과 비교하는 동시에, 측정한 각 축의 가속도 성분의 합을 제 2 문턱값과 비교하고 있다. 측정한 각 축마다의 가속도 성분의 절대값이 제 1 문턱값과 동일할 때에, 그 절대값의 합이 최대로 되어 제 1 문턱값의

배가 된다. 제 2 문턱값을 적절한 값으로 함으로써, 제 2 비교수단에 있어서의 낙하 상태에 없을 때의 판정을 부(否)로 하여, 낙하 검지 신호를 내지 않도록 할 수 있다.

예를 들면, 제 2 문턱값을 제 1 문턱값의

배로 한다. 측정한 각 축마다의 가속도 성분의 절대값이 같아지는 인가 가속도로서, 측정한 각 축의 가속도 성분의 절대값의 합이 제 2 문턱값으로 되는 것은, 가속도 벡터의 크기가 제 1 문턱값과 동일한 경우이다. 그래서, 측정한 가속도의 각 축 성분의 절대값의 합을 제 2 문턱값과 비교하는 것은, 가속도 벡터의 크기를 제 1 문턱값과 비교하여, 제 1 문턱값보다도 작을 때에 낙하라고 판정을 하는 것과 동일하다.

그래서, 제 2 문턱값을 제 1 문턱값의 1.5 내지 2배로 하는 것이 적합하다. 제 2 문턱값을 제 1 문턱값의 1.5배 미만으로 하면, 인가 가속도가 작고 낙하 상태이더라도 비낙하라고 판정될 우려가 있다. 또한, 제 2 문턱값을 제 1 문턱값의 2배 초과로 하면, 인가 가속도가 크고 비낙하 상태이더라도 낙하라고 판정될 우려가 있다. 또한, 가속도가 인가되고 있을 때라도, 가속도 센서는 어떤 크기의 오프셋 출력이 있다. 오프셋 출력에 의한 오판정을 피하기 위해서도, 제 2 문턱값을 제 1 문턱값의 1.5 내지 2배로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 상기 낙하 검지 장치에서, 낙하 검지 수단은, 제 1 비교수단의 출력과 제 2 비교수단의 출력이 소정 시간 계속되었을 때에 낙하 검지 신호를 내는 것이 바람직하다. 낙하가 시작된 후에 단시간에 낙하 검지 출력이 없어지는 경우가 있다. 예를 들면, 진동이 가해지거나, 또는 낙하를 방지하는 대응이 이루어지는 경우가 있다. 그러한 경우에 낙하라고 판정되지 않도록 하기 위해서, 제 1 비교수단의 출력과 제 2 비교수단의 출력이 어떤 시간 계속되었는지의 여부를 판정하고, 그 시간 이상 계속되었을 때만 낙하 검지 신호를 내도록 하는 것이 바람직하다.

발명의 효과

본 발명에 의한 낙하 검지 장치는, 2승합 연산을 사용하지 않는 간이한 연산으로 가속도 판정을 실행할 수 있고, 또한 가속도 벡터의 방향에 관한 가속도 검출의 실효 문턱값의 일 양성을 개선할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

실시예 1

본 발명의 제 1 실시예에 따른 낙하 검지 장치를 도 1의 블록도에 도시한다. 도 1에 도시하는 낙하 검지 장치는, 3축 가속도 센서(1), 가속도 판정 수단(2) 및 계속시간 판정 수단(3)으로 이루어져 있다. 가속도 판정 수단(2)은, 측정한 가속도의 각 축 성분 Ax, Ay, Az의 절대값이 제 1 문턱값 Th보다 작은 것의 진위를 판정하는 각 축의 제 1 비교수단(21, 22, 23)과, 측정한 가속도의 각 축 성분 Ax, Ay, Az의 절대값의 합이 제 1 문턱값의

배인 제 2 문턱값보다 작은 것의 진위를 판정하는 제 2 비교수단(24)을 구비하고, 제 1 비교수단(21, 22, 23)에 있어서의 판정 결과를 논리곱 논리회로(25)에 입력하고, 제 1 비교수단(21, 22, 23) 모든 판정 결과가 참(Yes)일 때에 논리곱 논리회로(25)의 출력이 참으로 된다. 논리곱 논리회로(25)의 출력과 제 2 비교수단(24)에서의 판정 결과를 논리곱 논리회로(26)에 입력하고, 논리곱 논리회로(25)의 출력이 참이며, 제 2 비교수단(24)에서의 판정 결과가 참(Yes)일 때에, 논리곱 논리회로(26)로부터 가속도 판정 출력을 발생한다. 여기에서, 가속도 판정은, 측정한 가속도가 어떤 값보다도 작은 것을 판정하는 것이며, 가속도 판정 출력이란 그 판정 결과로서 「낙하 상태에 있다」는 판정 출력을 의미한다. 가속도 판정 출력은 그대로 낙하 검지 신호로 할 수 있다. 또는, 더욱 계속시간 판정 수단(3)에 의해서 소가속도 상태(낙하 상태)가 소정 시간 이상 계속되었는지의 여부를 판정한 결과를, 낙하 검지 신호로서 사용한다.

본 발명에 의한 가속도 판정영역을 도 2에 도시한다. 가속도의 절대값을 취급할 때는, XYZ축의 정(正)의 영역에 관하여 생각하는 것만으로 좋고, 도 2에서는 3축의 정 영역만을 도시하고 있다. 나머지의 영역은 축 또는 원점에 대하여 대칭이라고 생각하면 된다. 도 2a는, 제 1 비교수단(21, 22, 23)의 판정 결과가 모두 참(Yes)으로 되는 영역을 한 변의 길이가 Th인 입방체로 나타낸다. 측정한 가속도의 각 축 성분이 문턱값 Th일 때, 가속도 벡터는 입방체의 대각선 방향을 향하고 있고, 그 크기는

·Th이다. 도 2b는, 제 2 비교수단(24)의 판정 결과가 참(Yes)으로 되는 영역을 나타낸다. 각 축상에서

·Th의 3점을 지나는 평면이 사선으로 나타낸 삼각형으로 나타나고, 이 평면의 안쪽(원점측)이 제 2 비교수단(24)의 판정 결과가 참(Yes)으로 되는 영역이다. 각 축 방향의 가속도 성분 Ax, Ay, Az의 절대값｜Ax｜, ｜Ay｜, ｜Az｜를 각각 X, Y, Z로 두었을 때에, 이 평면을 나타내는 식은,

X+Y+Z=

·Th …(식 1)

이고, 그 안쪽을 나타내는 식은,

X+Y+Z＜

·Th …(식 2)

이다. 원점 O로부터 이 평면에 내린 수직선은 상기 입방체의 대각선 방향과 일치하고, 수직선의 길이는 Th와 같다.

도 2c는, 도 2a와 도 2b의 공통영역이다. 제 1 비교수단(21, 22, 23)의 판정 결과가 모두 참(Yes)이고, 또한, 제 2 비교수단(24)의 판정 결과가 참(Yes)인 영역을 나타낸다. 도 2a의 입방체의 전방에 있는 꼭지점 주위가 도 2b의 평면에 의해서 절단된 형을 나타낸다. 이로써, 입방체 대각선 방향에 대한 문턱값은

·Th로부터 Th로 압축된다. 실효 문턱값이 최대로 되는 것은, 도 2c에 도시된 변형 육각형의 꼭지점에 있어서이고, 그 값은 약 1.24Th이다. 이와 같이, 실효 문턱값의 최대치와 최소치의 비율은, 제 1 비교수단만에서는 1.73이던 것이 본 발명에서 제 2 비교수단을 제 1 비교수단에 조합하는 것에 의해 1.24로 압축되어, 실효 문턱값의 일 양성이 향상된다. 여기에서, 제 2 문턱값을 제 1 문턱값의

배를 중심으로 하여 전후로 나누면, 이 균형이 무너지지만, 대략 1.5배 이상 2배 이하의 사이라면, 균형은 양호하다.

실시예 2

본 발명의 제 2 실시예에 따른 낙하 검지 장치를 도 3에 블록도로 도시한다. 도 3에는, 가속도 판정 수단의 구체적인 구성예를 기재하고 있다. 절대값 회로(201, 202, 203)는, 3축 가속도 센서(도시하지 않음)의 검출 출력인 각 축 성분의 아날로그 전압 Ax, Ay, Az를 받아들이고, 가속도 제로에 대응하는 기준전압 Vref보다 낮은지 높은지에 의해서, 반전과 비반전을 전환함으로써 절대값으로 변환하여 출력한다. 비교기(205)는 절대값 회로의 출력을 순차로 문턱값 전압 Vth와 비교하여, 문턱값 전압 Vth보다도 낮을 때에 논리 1을 출력한다. 또한, 문턱값 전압 Vth는 상기 가속도 제로에 대응하는 기준전압 Vref의 분만 오프셋되어 있지만, 여기에서는 오프셋을 생략하고 표기한다. 절대값 회로(201, 202, 203) 각각과 비교기(205)를 조합한 것이, 각 축 성분의 제 1 비교수단에 대응한다. 가산회로(204)는 절대값 회로의 출력을 저항가산에 의해 1/3씩의 비율로 가산하고, 또한 그것을 1.73배로 증폭한다. 1.73배는

배에 상당하고, 1/3씩의 가산비율과

배의 곱에 의해, 실효적으로 측정한 가속도의 각 축 성분의 아날로그 전압 Ax, Ay, Az의 절대값의 합에 대하여 1/

배의 계수가 곱해진 것과 같다.

가산회로(204)의 출력을 비교기(205)에서 문턱값 전압 Vth와 비교하면, 실효적으로는 Ax, Ay, Az의 각 절대값의 합을

·Vth와 비교하는 것과 등가이고, 상술(식 2)에 상당하는 판정을 하는 것과 같다. 즉, 본 발명의 제 2 비교수단에 상당한다. 비교기(205)는, 이와 같이 Ax, Ay, Az의 각 절대값 및 그 합에 대하여 문턱값과의 비교를 순차 행한다. 데이터 래치 회로(206, 207, 208, 209)는, 비교기의 입력 전환과 동기한 래치 펄스 Tx, Ty, Tz, Tsum의 타이밍으로 비교기의 논리출력을 데이터 래치한다. 데이터 래치회로는 래치한 데이터를 다음의 데이터 래치 타이밍까지 유지하기 때문에, 전체 데이터 래치회로의 래치 데이터의 논리곱을 취하는 것에 의해, 가속도 판정 출력을 얻을 수 있다. 본 실시예에 의하면, 문턱값과의 비교를 순차 행하기 때문에, 1개의 비교기로 모든 비교를 할 수 있다는 이점이 있다.

실시예 3

본 발명의 제 3 실시예에 따른 낙하 검지 장치를 도 4의 블록도에 도시한다. 도 4는, 가속도 판정 수단의 디지털 신호 처리에 의한 구성예를 기재하고 있다. 제 3 실시예에 따른 가속도 판정 수단은, 멀티플렉서(211), A/D 변환기(212), 절대값 회로(213), 뺄셈 회로(214, 217, 218, 219), 제 1 문턱값의 격납 레지스터(215), 제 2 문턱값의 격납 레지스터(216), 데이터 래치회로(220)로 구성하고 있다. 3축 가속도 센서(1)의 아날로그 출력전압은 멀티플렉서(211)에 의해 시분할되고, A/D 변환기(212)에 전해져 디지털 데이터로 된다. 디지털 데이터는 2의 보수형식으로 하고, 통상은 양음(正負) 부호 비트를 포함하는 복수 비트의 패러렐 데이터이지만, 도 4에서는 1개의 선으로 간편하게 표시하고 있다. 부호 비트가 음수를 나타내는 1일 때에, 부호 비트를 포함하는 전비트를 반전한 후에 1을 더함으로써 절대값이 얻어진다. 뺄셈회로(214)는 제 1 문턱값 Th로부터 가속도값의 절대값을 뺄셈한다. 가속도값의 절대값이 제 1 문턱값 Th보다도 작을 때에 뺄셈 결과는 양(正)이 되고, 부호 비트는 제로가 된다. 마찬가지로 뺄셈회로(217)는 제 2 문턱값

·Th로부터 X축 가속도값의 절대값을 뺄셈하고, 계속해서, 뺄셈 회로(218, 219)에 있어서 Y축, Z축의 가속도 절대값을 뺀다. 각 축의 가속도 절대값의 합이 제 2 문턱값보다도 작을 때에 최종 뺄셈 회로(219)의 뺄셈 결과는 양이 되고, 부호비트가 제로가 된다. 이들의 부호비트를 이것을 래치회로(220)에서 순차 래치하고, 래치회로의 반전 출력 QB의 논리곱을 취함으로써 가속도 판정 출력을 얻을 수 있다. 또, A/D 변환 이후의 디지털 신호 처리는, 마이크로프로세서 상에서 동작하는 소프트웨어에 의해서도 달성되는 것은 자명하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의해 2승합 연산을 사용하지 않는 간이한 연산으로 가속도 판정을 실행할 수 있고, 또한, 가속도 벡터의 방향에 관하여 가속도 판정의 실효 문턱값의 일 양성을 개선한 낙하 검지 장치를 실현할 수 있었다. 본 발명의 낙하 검지 장치는 휴대형 전자기기 등에 탑재하고, 그 낙하를 검지하여 낙하에 구비한 보호책을 취할 수 있다.

Claims

낙하 검지 장치에 있어서,

인가한 가속도의 각 축 성분을 측정하여 측정한 각 축마다의 가속도 성분을 출력하는 3축 가속도 센서,

측정한 각 축마다의 가속도 성분의 절대값을 제 1 문턱값과 비교하여 각 축마다의 가속도 성분의 절대값이 제 1 문턱값보다도 작을 때에 제 1 출력을 내는 제 1 비교수단,

상기 측정한 각 축마다의 가속도 성분의 절대값의 합을 제 2 문턱값과 비교하여 그 합이 상기 제 2 문턱값보다도 작을 때에 제 2 출력을 내는 제 2 비교수단, 및

상기 제 1 비교수단이 상기 제 1 출력을 내고 상기 제 2 비교수단이 상기 제 2 출력을 내었을 때에 낙하 검지 신호를 내는 낙하 검지 수단을 갖는, 낙하 검지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 비교수단의 상기 제 1 출력과 상기 제 2 비교수단의 상기 제 2 출력이 소정 시간 계속되었을 때에 상기 낙하 검지 수단이 상기 낙하 검지 신호를 내는, 낙하 검지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 문턱값이 상기 제 1 문턱값의 1.5 내지 2배인, 낙하 검지 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 2 문턱값이 상기 제 1 문턱값의 1.5 내지 2배인, 낙하 검지 장치.