加速度信号处理装置 |
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| 申请号 | CN201210521045.4 | 申请日 | 2012-12-07 | 公开(公告)号 | CN103163329A | 公开(公告)日 | 2013-06-19 |
| 申请人 | 精工电子有限公司; | 发明人 | 下田贞之; | ||||
| 摘要 | 在 加速 度 传感器 中，难以实现能够在使系统停止时完全不消耗 电流 、在施加振动时启动传感器主体的 电路 。加速度 开关 的一个 端子 与正电源或负电源连接，加速度开关的另一个端子与微型计算机的中断输入端子连接。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种加速度信号处理装置，具有： |
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| 说明书全文 | 加速度信号处理装置技术领域背景技术[0002] 一直以来，计步器得到利用，所述计步器安装于使用者的腰部等而使用，或者在容纳于便携包而携带的状态下使用，并利用传感器检测使用者的步行，从而测定步数。这种计步器构成为在显示部显示步数。这里，现有的计步器在每次检测到来自加速度传感器的步行信号时更新显示部的显示数据（步数值）（例如，参照专利文献1）。 [0003] 另外，一直以来，计步器中存在安装于臂部或腰部而使用的方式的计步器。例如，在安装于臂部而使用的臂部计步器中，为了提高步数计量精度，可考虑检测臂部摆动而每两步进行计量的方法，或检测身体上下运动而每步进行计量的方法等（参照专利文献2）。 [0004] 另外，通常，由于在步行时不太看计步器的显示，所以提出了如下方案：检测关闭计步器壳体的盖的状态，或者，检测将计步器安装于衣服的状态，停止显示动作而进行省电。然而，由于需要用于检测计步器壳体的盖的开闭的开关、检测已安装于衣服的情况开关等，所以因专用硬件的增加而使成本上升，或难以进行小型化。另外，需要用于开关的状态检测的控制等，结构变复杂。 [0005] 以上的对策均是为了延长用电池驱动的计步器的电池寿命而考虑的。这是因为，在计步器中使用的加速度信号处理装置的消耗电流较大。原因是，需要使微型计算机始终动作，以能够始终检测施加于加速度开关的振动。而且，微型计算机需要始终驱动传感器并且还要进行传感器的输出信号的检测准备。在这样的状况下，不能延长计步器的电池寿命。 发明内容[0007] 然而，在现有技术中，在组合了加速度传感器与微型计算机的计步器的加速度信号处理装置的情况下，需要始终驱动检测振动或加速度的传感器并且供给用于使微型计算机动作的电源。特别是，在装入只能够搭载小容量的电池的设备情况下，需要如下的结构：通过在未探测到振动时将包含加速度信号处理装置的系统设为待机状态，在探测到振动时使系统动作，从而不浪费地使用电池电力。即使在这样构成的系统中，由于待机时的消耗电流，电池寿命为1~2年左右。 [0008] 本发明是考虑这样的状况而做出的，其目的在于，提供能够将计步器的电池寿命延长至5年左右的技术。具体而言，使用图2的加速度开关，在计步器完全没振动或者只施加了比既定值小的振动时，使计步器的加速度信号处理装置内的微型计算机及传感器完全停止。 [0009] 另一方面，提供在对加速度开关施加既定值以上的振动时启动所述微型计算机及传感器的加速度信号处理装置。在上述内容中，在施加既定值以上的振动时，具体而言是指，在启动后计步器安装于身体时的振动。 [0010] 以下，为了解决上述课题，在本发明的方式中提供加速度信号处理装置，所述加速度信号处理装置具有：电源部，具有电源电压；加速度开关，电源电压从电源部的一极供给至其一个电极；微型计算机，与加速度开关的另一个电极连接；以及传感器主体，能与微型计算机双向地交换信号，并且接受来自微型计算机的信号而启动或停止，在启动时向微型计算机输出加速度信息。 [0011] 进一步，本发明的方式的特征在于，还具有负载元件，其一端连接到加速度开关与微型计算机之间，负载元件的另一端连接到电源部的另一极。 [0012] 进一步，本发明的方式的特征在于，负载元件包含电阻、电容器或晶体管的至少一个。 [0014] 进一步，本发明的方式的特征在于，加速度开关是通过质量体与对置电极接触而切换为导通（ON）的开关，质量体与对置电极的间隙，为在对加速度开关附加既定值以上的振动能量的情况下质量体与对置电极接触的间隙。 [0015] 进一步，本发明的方式的特征在于，既定值是人已开始动作时的加速度值。 [0016] 通过采用这样的结构，在加速度开关的加速度信号处理装置中，通过利用加速度开关的导通状态使微型计算机或加速度传感器的至少一个启动，使此前停止功能的微型计算机或加速度传感器启动。由此，实现抑制停止功能时的微型计算机或加速度传感器的消耗电流、且所述加速度开关的加速度信号处理装置也不消耗电流的装置。 [0017] 具体而言，在加速度开关的加速度信号处理装置中，具有这样的单元，其通过在正电源与负电源之间配置由加速度开关与电阻或电容器或两者构成的元件、或由晶体管等构成的有源元件，从而使加速度开关有效地起作用。 [0019] 图1是示出本发明的加速度信号处理装置的实施例的示意图。 [0020] 图2是以往公知的加速度开关的示意性横截面图。 [0021] 图3是以往公知的加速度开关的示意性纵截面图。 [0022] 图4是以往公知的加速度开关的动作的说明图。 [0023] 图5是示出以往公知的加速度开关的实施例的示意性横截面图。 具体实施方式[0024] [实施例1]以下，参照附图对用于实施本发明的最佳的一个方式进行说明。 [0025] 首先，对在日本外观设计文献中的第一加速度开关的结构与动作进行说明。 [0026] 图5是从上表面侧观察的图，其说明在日本外观设计注册1310053号看到的在质量体内部的空间具有对置电极的无指向性加速度开关001的结构。101是加速度开关001的周边部（外框），从102到105是支撑重锤106的梁。107是对置电极。然而，由于梁有4条，多而复杂，所以代替图5，使用图2针对1条梁的情况来进行详细的说明。此外，以下的记述并非把图5所示的4条梁的形状排除于本发明的范围外，而是为了更简单地描述本发明的实施例而进行记载。 [0027] 图2是如上所述地从1条梁的情况下的第二加速度开关002的上表面侧观察的图。但是，实际上其上存在成为盖的层（图3所示的第1基板205），以及其下存在支撑层（图3所示的第3基板206）。图3是在图2所示的A-A’面切出的截面图，还包括在图2中省略的层。另外图2相当于在图3的B－B‘面切出的图。 [0028] 如图2~图3所示，加速度开关002通过从上开始层叠使用玻璃等绝缘材料的第1基板（盖层）205、使用单结晶硅等的第2基板201（也包括202、203、204）以及使用玻璃等绝缘材料的第3基板（支撑层）206而构成。第2基板的单结晶硅为了取得电导通而例如使用低电阻硅。另外，贯通电极207及208通过埋入金等金属而形成，成为使加速度开关与外部连结的接点。另外，第1基板与第3基板利用阳极接合等方法与第2基板接合。 [0029] 以下，参照图2及3对本发明的加速度开关002的实施例1的具体形状进行说明。 [0030] 首先，从图2的外侧向内侧，加速度开关002的第2基板按照基板周边部201、梁202、质量体203以及对置电极204的顺序构成。 [0031] 除后述的与梁202的接合部以外，基板周边部201还具有将图2中的其大致中心挖穿为圆柱状的内周形状（基板里面201a）。而且，基板周边部201利用图3中的第1基板205与第3基板206从图3中的上侧和下侧夹住。夹住基板周边部201的方式虽无特别限定，但在本实施例中，示出遍及图2所示的基板周边部201的斜线部整个范围由第1基板 205与第3基板206夹住的方式。 [0032] 质量体203形成为图2中的具有质量体里面203a和质量体外面203b的环状（圆筒形状），位于基板周边部201的挖穿成圆柱状的基板里面201a的内侧。而且，质量体203不与图3中的第1基板205和第3基板206相接，分别隔着空隙位于第1基板205与第3基板206之间。 [0033] 梁202以如下的方式形成：连接基板周边部201与质量体203，并且具有弹性，绕基板周边部201与质量体203的间隙大致一周。具体而言，梁202的一端在基板里面201a的图面下侧与基板周边部201连接，梁202的另一端在质量体外面203b的图面下侧与质量体203连接。而且，与质量体203同样，梁202不与图3中的第1基板205和第3基板206相接，分别隔着间隙位于第1基板205与第3基板206之间。此外，图3中的梁202的上表面与质量体203的上表面共面，但也能使梁202的上表面与基板周边部201和第一基板205的连接面共面。另外，图3中的梁202的上下幅度形成为比质量体203的上下幅度薄。 [0034] 对置电极204是圆柱形状，位于质量体里面203a的内侧，并且位于加速度开关002的大致中心。另外，对置电极204的中心与基板周边部201及质量体203的中心大体一致。而且，对置电极204利用图3中的第1基板205与第3基板206从图3中的上侧和下侧夹住。 [0035] 在本实施例中，贯通电极207及208具有从图3中的第1基板205的上表面朝深度方向前端变细的形状或圆锥形状。而且，贯通电极207及208互不接触，形成为贯穿第1基板205直到分别与图3中的基板周边部201及对置电极204相接的深度为止。另外，为了可靠地连接贯通电极207及208与基板周边部201及对置电极204，在基板周边部201及对置电极204分别形成凹部201b及204b，使贯通电极207及208的前端进入凹部201b及204b。此外，贯通电极的作用在于分别取得基板周边部201及对向电极204的电导通，所以只要与基板周边部201及对置电极204分别相接，可以是任意的形状。 [0036] 这里，基板周边部201与对置电极204被图3中的第1基板205和第3基板206夹住，但如上所述，第1基板205与第3基板206由绝缘材料形成，因而基板周边部201不与对置电极204电导通。 [0037] 此外，在本实施例中，第1基板205与基板周边部201及对置电极204相接的表面，形成为向基板周边部201侧及对置电极204侧突出。其目的在于容易地在上述的梁202及质量体203与第1基板205之间设置空隙。因此，在第3基板206与基板周边部201及对置电极204相接的表面中，第3基板206也能以向基板周边部201侧及对置电极204侧突出的方式形成。 [0038] 这里，如图4所示沿箭头方向施加加速度时，加速度开关002整体向箭头方向运动而被梁202支撑的质量体203不运动，因而位于质量体内部的空间的对置电极204与质量体203接触。此外，在图4中为了容易理解，省略了质量体203周边的梁202和基板周边部201。由此，电导通从对置电极204开始通过质量体203、梁202、基板周边部201、贯通电极 207与外部接点相连。另外，对置电极204通过另一个贯通电极208与外部接点相连。 [0039] 此外，作为更具体的实施例，规定对置电极204与质量体203的间隙。在本实施方式中，该间隙定为，使得在对质量体203施加既定值以上的振动或重力时对置电极204与质量体203接触，加速度开关002启动。例如定为，使得在将0.8G~1.2G以上的负载附加于加速度开关002的情况下质量体203与对置电极204接触。该既定值是人已开始动作时的加速度值。特别是，最适于在计步器等的电子设备中采用加速度开关那样的模块的情况下，为使该加速度开关启动而附加1G以上的负载的情况的构想。 [0040] 定义为通过例如0.8G~1.2G以上的负载来启动的理由可举出，一般称为振动噪声的微振动，其大半是比0.8G小的振动这一点。而且，可举出这一点，即在安装有计步器的臂部、腰部，在计量步数的情况下附加于计步器的振动能量示出大概0.8G以上的数值。特别是，由于开始步行时附加于腰部的重力有超过1.5G的负载的重量，所以通过规定该间隙，根据计步器的种类，能够设定使加速度开关导通的期望的定时。 [0041] 由此，该加速度开关在振动的强度在某一定值以上时使加速度开关导通（取得贯通电极207与208间的导通的状态），在振动的强度小于一定值时断开（未取得贯通电极207与208间的导通的状态）。将该接点导通、断开状态输入微型计算机和传感器元件的中断（割り込み）输入端子，使微型计算机和传感器元件启动。使用图1详细地进行说明。 [0042] 图1是连接加速度开关与微型计算机的电路图。加速度开关002将2个连接线之中的一个（贯通电极208）连接到正电源VDD（电源部的一极，VDD为电源电压），将另一个（贯通电极207）连接到微型计算机301的中断输入端子302。另外，负载303将不与加速度开关002及微型计算机301连接的线接地（与电源部的另一极、负电源VSS连接），微型计算机301的中断输入端子302经由负载303接地。就是说，连接加速度开关002与负载303的线，在其中途具有与微型计算机301连接的连接点。另外，传感器主体304连接到微型计算机301。该传感器主体304接受来自微型计算机301的信号而启动或停止，在启动时向微型计算机301输出加速度信息。就是说，传感器主体304能够与微型计算机301双向地收发信号。这里，负载303的作用在于，在加速度开关002断开时决定微型计算机301的中断输入端子302的电位电平。因此，由电阻或电容器构成。 [0043] 此外，不使用负载303也能完成该电路。此时，与上述同样，将加速度开关连接到微型计算机301的中断输入端子302，但与上述的结构不同，在该电路的布线上不设置负载303，且仅连接该电路与电源部的一极。 [0044] 另外，负载303也可串联或并联地组合电阻或电容器。而且，使用晶体管等有源元件也能实现同样的功能。为了简化说明，以下将负载303作为电阻303来进行说明。另外，在图1中，为了启动微型计算机301而将加速度开关的开闭信息输入到微型计算机301，但设为直接输入至传感器主体304而使传感器主体304启动的结构也能够达成本发明。 [0045] 接着说明动作。在不产生振动或加速度的状态或者仅施加比既定值小的振动的状态下，微型计算机301的全部功能为停止状态或仅一部分功能为开启状态，几乎不消耗电流。由于是不产生振动或加速度的状态或者仅施加比既定值小的振动的状态，所以加速度开关002的接点开放，不与正电源VDD连接，对中断输入端子302的输入被电阻303下拉，因而为Low（低）（负电源VSS）。 [0046] 接着，在产生某一定值以上的振动或加速度的状态下，加速度开关002的接点闭合，正电源VDD输入至中断输入端子302。此时，电流经由电阻303而流动，但预先使电阻303的电阻值增大而抑制该消耗电流。输入到中断输入端子302的High（高）信号使微型计算机301启动。即，微型计算机301的中断输入端子302为在High电平进行中断的类型的微型计算机。 [0047] 此外，着眼于抑制消耗电流这点，也能采用调换图1所示的加速度开关002与负载303的配置的结构。为了实现期望的电路结构，这些方式也可选择性地构成。 [0048] 启动的微型计算机301将使传感器主体304启动的信号传送至传感器主体304，利用传感器主体304计量实时的振动或加速度。即，加速度开关002能够用于启动传感器主体304。 [0049] 从该目的出发，也可将加速度开关002的一端直接连接到传感器主体304，不经由微型计算机301而启动传感器主体304。利用该方式，能够进一步提高传感器主体304对于振动或加速度的响应性。一般而言，传感器主体304带有低消耗电流模式，但在本发明中，能够完全使传感器主体304停止，使其消耗电流完全变为零。由此，能够实现系统的进一步的低消耗电流化，将计步器的电池寿命延长至5年左右。 [0050] 在振动或加速度的产生停止的状态下，没有来自传感器主体304的信号，因而微型计算机301能够探测到这一情况。在该状态下，由于不需要预先使传感器主体304动作，所以为了低消耗电流化，使传感器主体304的动作停止。其后，微型计算机301进入全部功能停止的状态或仅一部分功能开启的状态，使消耗电流降低。 [0051] 在本实施例中，对中断输入端子302在High电平进行中断的例子进行说明，但根据微型计算机，也有在Low电平进行中断的。在该情况下，通过将全部的连接及状态设为与实施例相反，能够取得同样的效果。在例如图1的说明中，将正电源（VDD）换为负电源（VSS）、下拉换为上拉、上拉换为下拉、High电平换为Low电平即可。 [0052] 此外，在本实施例中说明的图1所示的第二加速度开关中使用的电路，具有在图5所示的第一加速度开关中能够使用的通用性。具体而言，第一加速度开关与第二加速度开关的差异在于梁是1条还是4条这一点，因而，图1所示的电路当然能够不改变贯通电极207及208的结构而使用。 [0053] 而且，在第一加速度开关的方式中虽未详述，但第一基板205及第三基板206在图3所示方式以及实施例中也能够照原样使用上述的结构。 [0054] 另外，在本实施例中，关注使用加速度开关的加速度传感器而进行特别记载，但使用本发明的方式，不限于称为加速度传感器的机械要素，能够全面应用于众所周知的、感测振动或加速度的机械要素。 [0055] 附图标记说明001 第一加速度开关；101 第一加速度开关的基板周边部；102 第一加速度开关的梁；103 第一加速度开关的梁；104 第一加速度开关的梁；105 第一加速度开关的梁；106 第一加速度开关的质量体；107 第一加速度开关的对置电极；002 第二加速度开关；201 第二加速度开关的基板周边部；202 第二加速度开关的梁；203 第二加速度开关的质量体；204 第二加速度开关的对置电极；205 加速度开关的第1基板；206 加速度开关的第3基板；207 加速度开关的贯通电极；208 加速度开关的贯通电极；301 微型计算机；302 中断端子；303 负载（电阻）；304 传感器主体。 |
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