專利名稱：用于檢測至少一個(gè)加速度的裝置和方法、對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序、對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì) ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測至少一個(gè)加速度的裝置和方法，并且涉及對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序 和對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。本發(fā)明還涉及適用于分離靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度的裝置 的用途，并且涉及對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序和對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述用途具體地 包括分析和/或控制運(yùn)動(dòng)。
背景技術(shù)：
動(dòng)態(tài)記錄器被越來越多地使用，無論作為速度里程儀、用于導(dǎo)航、用于控制機(jī)器、 在體育活動(dòng)中用于檢測運(yùn)動(dòng)、甚至用于控制計(jì)算機(jī)游戲。
然而，現(xiàn)有技術(shù)無法解決要被檢測的大多數(shù)運(yùn)動(dòng)是特殊動(dòng)態(tài)的情形，因?yàn)楝F(xiàn)有的 加速度傳感器不能夠從動(dòng)態(tài)加速度中分離所謂的靜態(tài)加速度。
然而，在動(dòng)態(tài)處理的大多數(shù)情況下，兩種形式的加速度疊加在一起。要被檢測的對(duì) 象的位置相對(duì)于水平面的變化還確定動(dòng)態(tài)過程，即，其運(yùn)動(dòng)。
因此，全部現(xiàn)有的傳感器僅僅可在一些限制情況下使用，例如，當(dāng)一種形式的加速 度可忽略時(shí)，當(dāng)加速度曲線已知時(shí)或者當(dāng)其時(shí)間依賴性不同于電子濾波器時(shí)是可能的，例 如，當(dāng)檢測更高頻率的振動(dòng)時(shí)。
全部現(xiàn)有加速度傳感器的共同原理是測量由彈性或者彈性安裝的質(zhì)量塊元件上 的加速度產(chǎn)生的力。就分辨率、范圍、大小、價(jià)格等的各個(gè)實(shí)施方式在商業(yè)上可用于自適用 于不同的應(yīng)用。例如，存在這樣的傳感器，其中，例如，作用于質(zhì)量塊元件上的力被直接測 量，——諸如壓電陶瓷元件——和其它傳感器，其中力被間接測量，經(jīng)由力導(dǎo)致的可伸縮的 質(zhì)量支撐件的變形，例如，電容地、電感地、電阻地或者光電子地。因此，質(zhì)量塊元件的支撐 件可以按照多種方式進(jìn)行?，F(xiàn)有方式包括各種可能的實(shí)現(xiàn)方式，其方向性非常強(qiáng)，以及正交 地定位傳感器，以便檢測來自任意方向的加速度力的空間分量。
然而，全部現(xiàn)有實(shí)施方式的基本原理不允許區(qū)分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加速度。不能確定作 用于質(zhì)量塊元件上的力是否是由運(yùn)動(dòng)感應(yīng)的加速度造成的還是由重力造成的。
甚至簡單的動(dòng)態(tài)事件，諸如對(duì)象在傾斜面上的滑動(dòng)或者手姿勢可能因而不能被檢 測。
僅僅可以通過采用陀螺系統(tǒng)來分離這兩種加速度，因?yàn)橥勇萜矫娲砼c陀螺儀的 支撐件平面和加速度無關(guān)的基準(zhǔn)。
由于實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)要求非常復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，陀螺系統(tǒng)僅適用于有限數(shù)量的應(yīng)用。即 使利用陀螺系統(tǒng)，也不能夠測量傳感器相對(duì)于水平面的角度，因?yàn)橥勇菹到y(tǒng)僅僅檢測角度 的瞬時(shí)變化，即，相對(duì)值而不是絕對(duì)值。
目前，僅僅使用靜止的元件來實(shí)現(xiàn)用于分離靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度的傳感器系 統(tǒng)看起來是不可能的。
通過繞過陀螺儀技術(shù)，當(dāng)前正在檢驗(yàn)基于脈沖光導(dǎo)路徑的處理。然而，要求的光導(dǎo)的長度是在200m到2km之間。這些研究展示了對(duì)陀螺儀技術(shù)的代替方案的極大興趣，但是 還沒有得到實(shí)際方案。
由于這些問題，傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)的可能應(yīng)用被嚴(yán)重限制。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種檢測至少一個(gè)加速度的裝置和方法和對(duì)應(yīng)的計(jì)算 機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)以及這種裝置的用途，它們克服了現(xiàn)有方案的限制，并且具體地允許分析 任意類型的運(yùn)動(dòng)，因而允許從動(dòng)態(tài)加速度分量分離靜態(tài)加速度分量。
由權(quán)利要求1、20、21、27和35到38中的特性通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)該目的。在從屬權(quán) 利要求中引用了本發(fā)明的有利的實(shí)施方式。有利的實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的主題。
根據(jù)本發(fā)明的有利的用途是引用分離靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度的檢測的特殊裝 置的用途，這些將在以下更詳細(xì)地描述。
根據(jù)本發(fā)明，一種裝置被用于確定靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度，所述裝置具有至少 一個(gè)基底平板和至少兩個(gè)傳感器。所述傳感器均包括質(zhì)量塊元件和可伸縮支撐元件并且經(jīng) 由所述可伸縮支撐元件與所述至少一個(gè)基底平板相連接。所述可伸縮支撐元件可以在平面 (傳感器平面)中偏斜。傳感器被排列為使得在加速度的動(dòng)作下可伸縮支撐元件在公共平 面或者平行平面中偏斜。傳感器設(shè)置了用于檢測該偏斜的測量點(diǎn)。偏斜還可以被電容、電 感、電阻、光電子方式測量，或者可以由適當(dāng)傳感器通過任意其它適當(dāng)方式測量。根據(jù)本發(fā) 明，至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件的支撐元件被構(gòu)建為使得針對(duì)作 用在第一方向上的加速度分量具有相同響應(yīng)特性，即特性曲線，而針對(duì)作用在與第一方向 正交的方向上的加速度分量具有不同特性曲線。應(yīng)理解的是加速度方向作用在支撐元件的 公共偏斜平面或者與其平行的平面中。
具體地，第一方向或者第二方向是靜態(tài)加速度諸如重力加速度作用的方向。支撐 元件關(guān)于運(yùn)動(dòng)和重力造成的加速度具有不同的響應(yīng)特性。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，具有質(zhì)量塊元件的至少兩對(duì)被使用，每一個(gè)對(duì)具有第一支撐 元件和第二支撐元件。優(yōu)選地，所述至少兩個(gè)對(duì)被彼此鏡像對(duì)稱地排列。有利地，對(duì)稱軸或 者對(duì)稱線可以垂直于基底平板。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，可以排列三個(gè)這種對(duì)以便檢測加速度，其中，三個(gè)傳感器平面相互垂直。
根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，可以排列至少一組具有質(zhì)量塊元件的支撐元件，其中 該組具有兩個(gè)第一和第二帶有質(zhì)量塊元件的支撐元件，或者第一和兩個(gè)第二具有質(zhì)量塊元 件的支撐元件。一個(gè)組的重復(fù)的具有質(zhì)量塊元件的支撐元件在此鏡像相對(duì)于彼此對(duì)稱地排 列。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，排列了至少兩個(gè)組的具有質(zhì)量塊元件的支撐元件，其 中該組均具有第一和第二具有對(duì)應(yīng)的質(zhì)量塊元件的支撐元件。至少兩個(gè)組的至少一部分被 排列為使得第一組的具有質(zhì)量塊元件的第一和第二支撐元件被相對(duì)于第二組的具有質(zhì)量 塊元件的第一和第二支撐元件鏡像對(duì)稱地排列。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，設(shè)置至少兩個(gè)傳感器，傳感器由基底平板和排列在該基底平 板上的可伸縮支撐件(“支撐件”在以下與“支撐元件”是同義詞)組成，支撐件附接有至少一個(gè)質(zhì)量塊元件，并且在支撐件上設(shè)置有至少一個(gè)測量點(diǎn)，其中，支撐件的偏斜或者從作 用在質(zhì)量塊元件上的加速度力得到的在支撐件上所產(chǎn)生的力在測量點(diǎn)被電子或者機(jī)械地 測量，并且傳感器對(duì)準(zhǔn)垂直于基底平板的平面中的加速度力的相同方向，并且傳感器被構(gòu) 建成針對(duì)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)的加速度和重力加速度具有不同響應(yīng)特性，其中，不同響應(yīng)特性被實(shí)現(xiàn) 為當(dāng)傳感器輸出信號(hào)被歸一化以對(duì)傳感器定向的方向中的平行于基底平板的加速度分量 產(chǎn)生相同反應(yīng)，而傳感器對(duì)重力的響應(yīng)在一個(gè)象限中明顯不同，并且在其它象限中僅僅是 相對(duì)輕微地不同，使得通過傳感器輸出信號(hào)的數(shù)學(xué)組合，相對(duì)于基板針對(duì)傳感器加速度分 量是相同的；并且重力的包絡(luò)允許重力和輸出信號(hào)之間的不含糊的關(guān)聯(lián)性。
利用這個(gè)實(shí)施方式，因而可以提供用于確定具有靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài)加速度分 量的運(yùn)動(dòng)，其中，該裝置包括至少兩個(gè)具有質(zhì)量塊元件的傳感器，傳感器均通過可伸縮支撐 件來排列在至少一個(gè)基底平板上，并且可在一個(gè)平面中或者在平行平面中由于加速度力而 偏斜，其中，平面與至少一個(gè)基底平板包圍90°角，以及其中，支撐件針對(duì)加速度形式中的 一種具有相同動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)響應(yīng)特性并且針對(duì)另一個(gè)加速度形式具有不同響應(yīng)特性，其 中，支撐件的偏斜、或者等同物理量可在測量點(diǎn)被測量并且計(jì)算地處理。
利用所描述的傳感器排列，在一方面，運(yùn)動(dòng)加速度分量被確定
-在平行于基底平板的傳感器的對(duì)準(zhǔn)平面，和
-垂直于基底平板。
在另一方面，由基底平板相對(duì)于傳感器的對(duì)準(zhǔn)平面中的水平面的傾斜造成的靜態(tài) 加速度被確定。
本申請(qǐng)的上下文中的靜態(tài)加速度分量是重力加速度。
本申請(qǐng)的上下文中的水平加速度和豎直加速度是運(yùn)動(dòng)加速度分量以及動(dòng)態(tài)加速度分量。
發(fā)生偏斜的平面和/或質(zhì)量塊元件振動(dòng)的平面被稱為傳感器平面。
象限是傳感器平面的區(qū)段。具體地，第一象限包括從0°到90°的角度值，第二象 限包括90°到180°的角度值，第三象限包括180°到270°的角度值，第四象限包括270° 到360。的角度值。
根據(jù)本發(fā)明的用于確定具有靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài)加速度分量的運(yùn)動(dòng)的裝置由 具有各自的質(zhì)量塊元件的至少兩個(gè)傳感器組成，傳感器排列在至少一個(gè)基底平板上并且分 別設(shè)置有可伸縮支撐件。
在此質(zhì)量塊元件可在一個(gè)平面或者在平行平面(傳感器平面)中被加速度力偏 斜，其中平面可以與至少一個(gè)基底平板包圍90°角，以及其中，支撐件針對(duì)加速度形式中的 一種具有相同動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)響應(yīng)特性并且針對(duì)另一個(gè)加速度形式具有不同響應(yīng)特性，以及 其中，支撐件的偏斜、或者等同物理量可在測量點(diǎn)被測量并且計(jì)算地處理。
當(dāng)引用相同響應(yīng)特性時(shí)，還包括近似的響應(yīng)特性。
質(zhì)量塊元件可以被支撐在公共基底平板上，或者可以對(duì)于微機(jī)械設(shè)計(jì)非常明顯， 被支撐在不同的基底平板上。重要的是質(zhì)量塊元件的偏斜在公共平面或者平行平面中發(fā)生 并且針對(duì)這些平面的測量處理中包括的傳感器的基底平板被相互平行地排列。
術(shù)語基底平板在下文稱為針對(duì)傳感器的傳感器公共基底平板或者相互平行的基 底平板。
由于傳感器的位置的變化造成的水平和基底平板之間的角由(α)指示。如以下說明的，角(α)與在特性曲線中表示的重力相關(guān)聯(lián)。
針對(duì)XY坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)確定該角(α )。針對(duì)XYZ坐標(biāo)系中的三維運(yùn)動(dòng)，在YZ坐標(biāo)系中和/或在XZ坐標(biāo)系中的至少一個(gè)附加傳感器排列因此是必要的。
測量到的與偏斜等同的物理量，例如可以電容、光學(xué)、光電子或者電感方式測量， 還可以是直接測量的力(例如，壓電測量的力)或者形變。
當(dāng)傳感器的支撐件的下部處于相對(duì)于基底平板的角(β)時(shí)，該測量方法是有利的，其中角(β)應(yīng)不等于90°。通過相對(duì)于基底平板的這個(gè)傾斜，傳感器的特性曲線直接的差在一個(gè)象限中非常不同，而在其它象限中僅僅略微不同。這極大地提高角信息(α)的分辨率。
對(duì)于一個(gè)象限中的測量和當(dāng)豎直加速度可忽略時(shí)，針對(duì)加速度形式中的一個(gè)(動(dòng)態(tài)或者靜態(tài))具有相同響應(yīng)特性和對(duì)另一個(gè)加速度形式具有不同響應(yīng)特性的支撐件的兩個(gè)傳感器被排列在基底平板上。
對(duì)于在兩個(gè)象限中的通常加速度測量，四個(gè)具有質(zhì)量塊元件的傳感器均排列在一個(gè)平面中或者在平行平面(傳感器平面)中的支撐件上，每一個(gè)對(duì)的支撐件針對(duì)加速度形式中的一個(gè)(動(dòng)態(tài)或者靜態(tài))具有相同的響應(yīng)特性并且針對(duì)另一個(gè)加速度形式具有不同的響應(yīng)特性。
該對(duì)優(yōu)選地被彼此鏡像對(duì)稱地排列在基底平板上。
在有利的進(jìn)一步發(fā)展中，可以使用三個(gè)傳感器而不是具有質(zhì)量塊元件的四個(gè)傳感器。通過與另一個(gè)傳感器形成對(duì)以便對(duì)測量進(jìn)行評(píng)估，在本實(shí)施方式中一個(gè)傳感器起到雙重功能。
用于在一個(gè)和/或更多個(gè)象限中的測量的傳感器優(yōu)選地以傳感器組排列。
通過數(shù)學(xué)處理同時(shí)測量到的傳感器的偏斜消除加速度分量，在下文稱為數(shù)學(xué)消除 (mathematical elimination),來處理用于確定加速度分量而測量到的參數(shù)。在最簡單的情況下這可以通過減法進(jìn)行，但是不限于此。
當(dāng)傳感器的測量的量示出例如角(β)的偏斜時(shí)，可以必須放大或者其它方式處理測量到的值，使得當(dāng)形成各個(gè)差時(shí)，要被消除的加速度分量實(shí)際上消除。
為了執(zhí)行本發(fā)明的方法，使用了根據(jù)本發(fā)明的裝置，S卩，一種用于測量至少一個(gè)加速度的裝置，所述裝置包括至少一個(gè)基底平板和至少兩個(gè)質(zhì)量塊元件，其中，每一個(gè)質(zhì)量塊元件通過可伸縮支撐元件與所述至少一個(gè)基底平板相連接，以及其中，所述支撐元件可在公共平面或者平行平面中偏斜，以及其中，所述至少兩個(gè)質(zhì)量塊元件和/或支撐元件具有至少一個(gè)測量點(diǎn)，以及其中，至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件的所述支撐元件被構(gòu)建為使得所述至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件的支撐元件和所述至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件的支撐元件在所述測量點(diǎn)針對(duì)在第一方向上作用在公共平面中或者在平行平面中的加速度的第一分量具有相同的響應(yīng)特性，并且針對(duì)垂直于第一分量作用的第二加速度分量相互不同的響應(yīng)特性。根據(jù)本發(fā)明，為了確定加速度，特別是動(dòng)態(tài)加速度和靜態(tài)加速度，至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件和/或支撐元件的偏斜被測量。 這是具體地 通過測量描述該偏斜的數(shù)據(jù)，諸如電容、電感、電阻、光電子值等來實(shí)現(xiàn)的。具體地，針對(duì)至少一個(gè)測量點(diǎn)測量該偏斜。根據(jù)本發(fā)明，來自至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件和/或支撐元件的描述該偏斜的數(shù)據(jù)被分析以消除在第一方向上作用 的分量。因?yàn)橹卧粯?gòu)建為針對(duì)作用在第一方向上的加速度分量呈現(xiàn)相同響應(yīng)特性， 所以這是可行的。當(dāng)作用在第二方向上的加速度分量可忽略時(shí)，評(píng)估的結(jié)果，即，針對(duì)作用 在第一方向上的加速度分量調(diào)整的結(jié)果，被用于恢復(fù)作用在第一方向上的加速度分量。針 對(duì)作用在第一方向上的加速度分量調(diào)整的結(jié)果被測量作為靜態(tài)加速度，并且作用在第一方 向上的分量被測量作為動(dòng)態(tài)加速度。
根據(jù)本發(fā)明，數(shù)據(jù)可以被同時(shí)檢測。優(yōu)選地，評(píng)估在線進(jìn)行。
在一般情形下，即，當(dāng)作用在第二方向分量上的分量不可忽略時(shí)，上述裝置被使 用，其補(bǔ)充了至少一個(gè)具有質(zhì)量塊元件的第一支撐元件，因而具有至少三個(gè)具有質(zhì)量塊元 件的支撐元件。在本實(shí)施方式中，所述至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元 件的所述支撐元件被構(gòu)建為使得所述至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件的支撐元件和所述至少一 個(gè)第二質(zhì)量塊元件的支撐元件在所述測量點(diǎn)針對(duì)在第一方向上作用在公共平面中或者在 平行平面中的加速度的第一分量具有相同的響應(yīng)特性，并且針對(duì)垂直于第一分量作用的加 速度的第二分量相互不同的響應(yīng)特性。數(shù)據(jù)接著總是被檢測，其描述所述至少三個(gè)支撐元 件的偏斜，其中，在第一評(píng)估中，與第一支撐元件和第二支撐元件中的第一個(gè)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù) 被評(píng)估，以及在第二評(píng)估中，與第二支撐元件和第二支撐元件中的第一個(gè)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)被 評(píng)估。在第一評(píng)估和第二評(píng)估中，作用在第一方向上的各個(gè)加速度分量被消除。針對(duì)作用 在第一方向上的加速度分量調(diào)整的第一評(píng)估和第二評(píng)估的結(jié)果，接著再次被評(píng)估以消除作 用在第二方向上的加速度分量。隨后，針對(duì)作用在第一方向和第二方向上的加速度分量調(diào) 整的結(jié)果被用于恢復(fù)作用在第一和第二方向上的加速度分量。針對(duì)作用在第一方向和第二 方向上的加速度分量調(diào)整的結(jié)果被測量作為靜態(tài)加速度，并且作用在第一方向和第二方向 上的加速度分量被測量作為動(dòng)態(tài)加速度。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，至少兩個(gè)第二支撐元件可以設(shè)置有質(zhì)量塊元件，其中，至少 兩個(gè)第二支撐元件中的至少一些被相對(duì)于彼此鏡像對(duì)稱地排列。
在該方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，可以提供以便確定具有靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài)加速 度分量的運(yùn)動(dòng)的具有質(zhì)量塊元件的至少兩個(gè)傳感器，這些傳感器均被通過可伸縮支撐件而 排列在至少一個(gè)基底平板上，并且可在垂直于該基底平板定向的一個(gè)平面中或者平行平面 中被加速度力偏斜，其中，支撐件針對(duì)加速度形式中的一種具有相同動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)響應(yīng)特 性并且針對(duì)另一個(gè)加速度形式具有不同響應(yīng)特性，以及其中，支撐元件的偏斜或者等同物 理量被在測量點(diǎn)同時(shí)檢測，并且首先通過兩個(gè)傳感器的成對(duì)的數(shù)學(xué)組合消除縱向方向中的 的加速度力，之后通過數(shù)學(xué)組合從這些加速度對(duì)獲得的值消除豎直加速度，這些測量值中 包含的加速度分量被數(shù)學(xué)消除，使得重力加速度保留作為被隔離的量，從該量可以恢復(fù)豎 直加速度接著恢復(fù)縱向加速度。
在用于確定具有靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài)加速度分量的運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)優(yōu)選方法中， 提供四個(gè)具有質(zhì)量塊元件的傳感器，這些傳感器均利用對(duì)應(yīng)的可伸縮支撐件排列在至少一 個(gè)基底平板上并且可在一個(gè)平面中或者在平行于基底平面定向的平行平面中被加速度力 偏斜，其中，支撐件針對(duì)加速度形式中的一種具有相同動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)響應(yīng)特性并且針對(duì)另 一個(gè)加速度形式具有不同響應(yīng)特性，其中，在每一種情況下，兩個(gè)支撐件相同但是鏡像對(duì)稱 排列，以及其中，支撐件的偏斜、或者等同物理量可在測量點(diǎn)被測量并且通過以下方法步驟計(jì)算地處理
-各個(gè)傳感器的至少一個(gè)測量點(diǎn)的偏斜，或者其它物理量在加速度條件下被同時(shí)測量，并且測量到的值經(jīng)過加速度分量的數(shù)學(xué)消除，該消除至少包括
-通過數(shù)學(xué)組合作為對(duì)的傳感器的測量到的偏斜值或者等同的物理量、與作為另一對(duì)的鏡像對(duì)稱排列的傳感器的測量到的偏斜值或者等同的物理量之間的差，消除平行于基底平板定向的動(dòng)態(tài)加速度分量，
-通過數(shù)學(xué)組合針對(duì)平行于基底平板定向的動(dòng)態(tài)加速度分量調(diào)整的傳感器對(duì)的值，消除豎直地作用在基底基板上的加速度分量，
并且所確定的基底平板相對(duì)于水平的角(α )被用于確定相對(duì)于基底平板的平行加速度(PB)和相對(duì)于基底平板的豎直加速度(VB)。
用于確定 具有靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài)加速度分量的運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)優(yōu)選方法采用具有質(zhì)量塊元件的兩個(gè)傳感器，這些傳感器被排列在基底平板上并且均具有可伸縮支撐件，并且可在垂直于基底平板的一個(gè)平面中或者在平行平面中被加速度力偏斜，其中，支撐件針對(duì)加速度形式中的一種具有相同動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)響應(yīng)特性并且針對(duì)另一個(gè)加速度形式具有不同響應(yīng)特性，通過以下方法步驟
-傳感器的至少一個(gè)測量點(diǎn)的偏斜，或者其它物理量在豎直加速度可被忽略的加速度條件下被同時(shí)測量，并且測量到的值經(jīng)過加速度分量的數(shù)學(xué)消除，該消除至少包括
通過測量到的傳感器的偏斜值或者等同物理量的數(shù)學(xué)組合，補(bǔ)償平行于基底平板定向的動(dòng)態(tài)加速度分量，
-并且所確定的基底平板相對(duì)于水平的角(α)被用于確定相對(duì)于基底平板的平行加速度(PB)。
在用于利用至少三個(gè)傳感器(對(duì)于可忽略的豎直加速度，也利用至少兩個(gè)傳感器)確定具有靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài)加速度分量的一般運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)優(yōu)選方法中，這些傳感器排列在至少一個(gè)基底平板上并且均具有彈性支撐件并且在垂直于基底平板的平面或者多個(gè)平面可被加速度力偏斜，其中，支撐件針對(duì)加速度形式中的一種具有相同動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)響應(yīng)特性并且針對(duì)另一個(gè)加速度形式具有不同響應(yīng)特性，支撐元件的偏斜或者等同物理量被在測量點(diǎn)同時(shí)檢測，并且首先通過兩個(gè)傳感器的成對(duì)的數(shù)學(xué)組合消除縱向方向中的的加速度力，之后通過組合從這些加速度對(duì)獲得的值消除豎直加速度，來進(jìn)行這些測量值中包含的加速度分量的數(shù)學(xué)消除，使得重力加速度保留作為被隔離的量，從該量可以恢復(fù)豎直加速度接著恢復(fù)縱向加速度。
當(dāng)豎直加速度可忽略時(shí)第二消除被省略。
當(dāng)加速度平行定向并且垂直于基底平板時(shí)，豎直和縱向加速度的恢復(fù)必須針對(duì)全部傳感器產(chǎn)生相同結(jié)果。當(dāng)不是這樣時(shí)，可使用測試算法進(jìn)行迭代方式(自校準(zhǔn))。換句話說，系統(tǒng)具有用于校正傳感器的排列并且歸一化它們對(duì)加速度的類型(優(yōu)選地縱向加速度)的響應(yīng)的自校正機(jī)制。
適用于將靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度的檢測分離的這種裝置可在本發(fā)明中使用以確定至少裝置的一部分在空間中的至少一個(gè)位置參數(shù)。這些位置參數(shù)可以是在兩個(gè)或者三個(gè)維度中的位置和/或定向值。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，為了確定至少一個(gè)位置參數(shù)，靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度可以被分離，并且特別是在全部象限上重力加速度和運(yùn)動(dòng)加速度可以被分離。
在根據(jù)本發(fā)明的用途的優(yōu)選實(shí)施方式中，確定位置包括確定由于重力引起的加速 度的分量。重力加速度因而被從裝置測量到的總加速度分離。因?yàn)檠b置相對(duì)于基準(zhǔn)坐標(biāo)系 的運(yùn)動(dòng)特別是相對(duì)于水平或者豎直的運(yùn)動(dòng)可被檢測，所以這被證明特別有利。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述用途包括處理的控制。這對(duì)于諸如計(jì)算機(jī)游戲這樣的基 于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用特別有利，優(yōu)選地，所述用途包括在身體的一般運(yùn)動(dòng)的分析中。在優(yōu)選實(shí) 施方式中，依賴于分析的結(jié)果，特定功能與運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)和/或技術(shù)裝置可以被控制以利用 該技術(shù)裝置進(jìn)行期望的運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，利用控制環(huán)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
裝置用于檢測和分析體育活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的用途是特別有利的。該裝置可以被集成到 體育設(shè)備和/或運(yùn)動(dòng)裝中。另一個(gè)有利的用途是針對(duì)訓(xùn)練目的而分析運(yùn)動(dòng)。
裝置的另一個(gè)有利的用途是人員監(jiān)控領(lǐng)域。在這個(gè)特別用途中，關(guān)于他們的基本 狀態(tài)，諸如活動(dòng)、休息/活動(dòng)階段、在基本狀態(tài)下層的運(yùn)動(dòng)等的人的日常包絡(luò)可以被創(chuàng)建。
在優(yōu)選用途中，參照對(duì)象的位置和/或定向的變化，對(duì)象的位置的變化可以被檢 測。這被證實(shí)對(duì)于運(yùn)輸對(duì)象相對(duì)于運(yùn)輸裝置的運(yùn)動(dòng)的檢測特別有利。具體地，運(yùn)輸對(duì)象相 對(duì)于運(yùn)輸裝置的移位或者傾斜可被檢測。
另一個(gè)優(yōu)選用途涉及檢測對(duì)象的傾斜。當(dāng)監(jiān)測被動(dòng)態(tài)支撐的對(duì)象時(shí)特別有利。這 種被動(dòng)態(tài)支撐的對(duì)象例如可以是陸地、空中或者水上交通工具，其中它們的運(yùn)動(dòng)疊加了空 氣或者水運(yùn)動(dòng)，使得除了運(yùn)動(dòng)加速度還發(fā)生傾斜的變化。
根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選用途，對(duì)象的位置(位置和/或定向)可被穩(wěn)定。特別對(duì)于飛機(jī) 的穩(wěn)定特別有利。
在另一個(gè)優(yōu)選用途中，書寫運(yùn)動(dòng)可以被分析。
一般地，該裝置還可以用于記錄和/或記載運(yùn)動(dòng)的單獨(dú)的靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài) 加速度分量以及重構(gòu)運(yùn)動(dòng)。具體地，重構(gòu)僅僅與靜態(tài)加速度分量或者僅僅與動(dòng)態(tài)加速度分 量相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)可以是有利的。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，一種計(jì)算機(jī)程序在該計(jì)算機(jī)程序被加載到數(shù)據(jù)處理裝 置的存儲(chǔ)器裝置之后使得數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行用于檢測至少一個(gè)加速度的方法，其中使用包 括至少一個(gè)基底平板和至少兩個(gè)質(zhì)量塊元件的裝置，其中，每一個(gè)質(zhì)量塊元件經(jīng)由可伸縮 支撐元件與所述至少一個(gè)基底平板相連接，其中，所述支撐元件可在公共平面中或者在平 行平面中偏斜，并且其中所述至少兩個(gè)質(zhì)量塊元件和/或支撐元件均具有至少一個(gè)測量 點(diǎn)，以及其中，至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件的所述支撐元件被構(gòu) 建為使得所述至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件的支撐元件和所述至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件的支 撐元件在所述測量點(diǎn)針對(duì)作用在公共平面中或者在平行平面中的加速度的作用在第一方 向的第一分量具有相同的響應(yīng)特性和針對(duì)垂直于第一分量作用的加速度的第二分量相互 不同的響應(yīng)特性，以及其中在至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件和/或 支撐元件獲得描述所述測量點(diǎn)的偏斜的數(shù)據(jù)，其中，通過評(píng)估檢測到的數(shù)據(jù)來消除作用在 第一方向上的所述加速度的分量，以及其中，當(dāng)作用在第二方向上的分量可忽略時(shí)，針對(duì)作 用在第一方向上的分量調(diào)整的結(jié)果被用于恢復(fù)作用在第一方向上的分量，并且針對(duì)作用在 第一方向上的分量調(diào)整的結(jié)果被測量作為靜態(tài)加速度并且作用在第一方向上的分量被測 量作為動(dòng)態(tài)加速度。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面的計(jì)算機(jī)程序在該計(jì)算機(jī)程序被加載到數(shù)據(jù)處理裝置 的存儲(chǔ)器裝置之后使得數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行用于檢測至少一個(gè)加速度的方法，其中使用包括 至少一個(gè)基底平板和至少三個(gè)質(zhì)量塊元件的裝置，其中，每一個(gè)質(zhì)量塊元件經(jīng)由可伸縮支 撐元件與所述至少一個(gè)基底平板相連接，以及其中，所述支撐元件可在公共平面或者相互 平行平面中偏斜，以及其中，所述至少三個(gè)質(zhì)量塊元件和/或支撐元件具有至少一個(gè)測量 點(diǎn)，以及其中，至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件的所述支撐元件被構(gòu) 建為使得所述至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件的支撐元件和所述至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件的支 撐元件在所述測量點(diǎn)針對(duì)作用在公共平面中或者在平行平面中的加速度的作用在第一方 向的第一分量具有相同的響應(yīng)特性和針對(duì)垂直于第一分量作用的加速度的第二分量相互 不同的響應(yīng)特性，以及其中在至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件和/或 支撐元件獲得描述所述測量點(diǎn)的偏斜的數(shù)據(jù)，其中，通過評(píng)估從至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件/ 支撐元件的第一個(gè)的質(zhì)量塊元件和第二質(zhì)量塊元件和/或支撐元件收集的數(shù)據(jù)，以及通過 評(píng)估從所述至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件/支撐元件的第二個(gè)的質(zhì)量塊元件和所述第二質(zhì)量 塊元件和/或支撐元件收集的數(shù)據(jù)，作用在第一方向上的所述加速度的分量均被消除，以 及其中，通過評(píng)估針對(duì)作用在第一方向上的分量調(diào)整的兩個(gè)結(jié)果，作用在第二方向上的所 述分量被消除，以及其中，針對(duì)作用在第二方向上的分量調(diào)整的結(jié)果被用于恢復(fù)作用在第 一和第二方向上的分量，以及其中，針對(duì)作用在第一方向和第二方向上的分量調(diào)整的結(jié)果 被測量作為靜態(tài)加速度，并且作用在第一方向和第二方向上的加速度分量被測量作為動(dòng)態(tài) 加速度。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面的計(jì)算機(jī)程序配置一種適用于將靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速 度的檢測分離的裝置，在計(jì)算機(jī)程序被加載到該裝置的存儲(chǔ)器裝置之后，使得裝置可應(yīng)用 于分析運(yùn)動(dòng)，其中在空間中確定所述裝置的至少一部分的至少一個(gè)位置參數(shù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序可以具有模塊構(gòu)造，其 中各個(gè)模塊安裝在數(shù)據(jù)處理裝置的不同部分上。
優(yōu)選實(shí)施方式還考慮了計(jì)算機(jī)程序，通過該計(jì)算機(jī)程序可執(zhí)行附加的方法步驟或 者處理流程。
這種計(jì)算機(jī)程序可以例如在數(shù)據(jù)或者通信網(wǎng)絡(luò)中下載(收費(fèi)或者免費(fèi)，自由存取 或者憑密碼存取)。所提供的計(jì)算機(jī)程序還可以用于處理，其中根據(jù)權(quán)利要求35和37的計(jì) 算機(jī)程序被從電子數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)下載，例如從因特網(wǎng)下載到連接到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
為了執(zhí)行本發(fā)明的方法，可以使用存儲(chǔ)了程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該程序使 得在程序被加載到數(shù)據(jù)處理裝置的存儲(chǔ)裝置之后該數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行用于測量至少一個(gè) 加速度的方法，其中使用包括至少一個(gè)基底平板和至少兩個(gè)質(zhì)量塊元件的裝置，其中，每一 個(gè)質(zhì)量塊元件經(jīng)由可伸縮支撐元件與所述至少一個(gè)基底平板相連接，以及其中，所述支撐 元件可在公共平面或者平行平面中偏斜，以及其中，所述至少兩個(gè)質(zhì)量塊元件和/或支撐 元件具有至少一個(gè)測量點(diǎn)，以及其中，至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元 件的所述支撐元件被構(gòu)建為使得所述至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件的支撐元件和所述至少一 個(gè)第二質(zhì)量塊元件的支撐元件在所述測量點(diǎn)針對(duì)作用在公共平面中或者在平行平面中的 加速度的作用在第一方向的第一分量具有相同的響應(yīng)特性和針對(duì)垂直于第一分量作用的 加速度的第二分量相互不同的響應(yīng)特性，以及其中在至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件和/或支撐元件獲得描述所述測量點(diǎn)的偏斜的數(shù)據(jù)，其中，通過評(píng)估檢測 到的數(shù)據(jù)來消除作用在第一方向上的所述加速度的分量，以及其中，當(dāng)作用在第二方向上 的分量可忽略時(shí)，針對(duì)作用在第一方向上的分量調(diào)整的結(jié)果被用于恢復(fù)作用在第一方向上 的分量，并且針對(duì)作用在第一方向上的分量調(diào)整的結(jié)果被測量作為靜態(tài)加速度并且作用在 第一方向上的分量被測量作為動(dòng)態(tài)加速度。
為了執(zhí)行本發(fā)明的方法的替代變形，可以采用存儲(chǔ)了程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介 質(zhì)，該程序使得在程序被加載到數(shù)據(jù)處理裝置的存儲(chǔ)裝置之后該數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行用于測 量至少一個(gè)加速度的方法，其中使用包括至少一個(gè)基底平板和至少三個(gè)質(zhì)量塊元件的裝 置，其中，每一個(gè)質(zhì)量塊元件經(jīng)由可伸縮支撐元件與所述至少一個(gè)基底平板相連接，其中， 所述支撐元件可在公共平面中或者在平行平面中偏斜，并且其中所述至少三個(gè)質(zhì)量塊元件 和/或支撐元件均具有至少一個(gè)測量點(diǎn)，以及其中，至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件和至少一個(gè) 第二質(zhì)量塊元件的所述支撐元件被構(gòu)建為使得所述至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件的支撐元件 和所述至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件的支撐元件在所述測量點(diǎn)針對(duì)作用在公共平面中或者在 平行平面中的加速度的作用在第一方向的第一分量具有相同的響應(yīng)特性和針對(duì)垂直于第 一分量作用的加速度的第二分量相互不同的響應(yīng)特性，以及其中在至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元 件和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件和/或支撐元件獲得描述所述測量點(diǎn)的偏斜的數(shù)據(jù)，其中， 通過評(píng)估從至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件/支撐元件的第一個(gè)的質(zhì)量塊元件和第二質(zhì)量塊元 件和/或支撐元件收集的數(shù)據(jù)，以及通過評(píng)估從所述至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件/支撐元件 的第二個(gè)的質(zhì)量塊元件和所述第二質(zhì)量塊元件和/或支撐元件收集的數(shù)據(jù)，作用在第一方 向上的所述加速度的分量均被消除，以及通過評(píng)估針對(duì)作用在第一方向上的分量調(diào)整的兩 個(gè)結(jié)果，作用在第二方向上的分量被消除，以及其中，針對(duì)作用在第二方向上的分量調(diào)整的 結(jié)果被用于恢復(fù)作用在第一和第二方向上的分量，以及其中針對(duì)作用在第一和第二方向上 的分量調(diào)整的結(jié)果被測量作為靜態(tài)加速度并且作用在第一和第二方向上的分量被測量作 為動(dòng)態(tài)加速度。
為了允許本發(fā)明的用途，可以采用存儲(chǔ)了程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該程序配 置了一種適用于將靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度的檢測分離的裝置，在計(jì)算機(jī)程序被加載到該 裝置的存儲(chǔ)器裝置之后，使得裝置可應(yīng)用于分析運(yùn)動(dòng)，其中在空間中確定所述裝置的至少 一部分的至少一個(gè)位置參數(shù)。
將參照各個(gè)示例性實(shí)施方式更詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的用途。涉及根據(jù)本發(fā)明的用 途的實(shí)施方式之前是用于分離靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度的檢測的示例性裝置和對(duì)應(yīng)的方 法的描述。


圖1是傳感器平面中的4個(gè)傳感器的傳感器組；
圖2是針對(duì)加速度的特性曲線；
圖3是利用四個(gè)傳感器在數(shù)學(xué)上消除加速度分量；
圖4是三個(gè)傳感器的傳感器組；
圖5是針對(duì)加速度的特性曲線；
圖6是利用三個(gè)傳感器在數(shù)學(xué)上消除加速度分量；以及
圖7是(用)硅(實(shí)現(xiàn))的實(shí)施方式。
附圖標(biāo)記列表
1傳感器2傳感器3傳感器4傳感器5質(zhì)量塊元件6質(zhì)量塊元件7基底平板8支撐件
8.1柱體支撐件
9支撐件
9.1支撐件9的區(qū)段
9.2支撐件9的區(qū)段
10測量點(diǎn)
11 水平
12傳感器
13傳感器
14傳感器
G 重力
Aff輸出信號(hào)
PB平行于基底平板定向的加速度
VB垂直于基底平板定向的加速度
MBK彎曲力矩分量
SBK剪切彎曲分量具體實(shí)施方式
圖1示出在相對(duì)于水平11傾斜了角(α)并且具有四個(gè)傳感器1-4的基底平板7 上的用于確定具有靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài)加速度分量的運(yùn)動(dòng)的裝置的機(jī)械實(shí)施方式。
可利用傳感器組的傳感器1-4來確定以下的加速度量
-角(α)表示傳感器單元的傾角，或者更具體地，基底7相對(duì)于水平11的傾角，
-相對(duì)于基底7的平行加速度(PB)，還稱為縱向加速度，以及
-相對(duì)于基底平板7的豎直加速度(VB)。
四個(gè)傳感器1-4中的每一個(gè)均具有質(zhì)量塊兀件5或者6,每一個(gè)質(zhì)量塊兀件通過各個(gè)彈性支撐件8、9排列在基底平板7上并且可通過在朝向與基底平板7垂直的平面(即傳感器平面)中的加速度力而偏斜。每兩個(gè)支撐件是相同的，但是鏡像對(duì)稱排列。
質(zhì)量塊元件5、6的支撐件8、9對(duì)于所提出的裝置的全局操作起到重要作用。各自 形成對(duì)的傳感器1、2和3、4的這些支撐件8、9必須滿足以下條件針對(duì)加速度形式中的一 種具有相同的動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)響應(yīng)特性而針對(duì)另一種加速度形式具有不同的響應(yīng)特性。
例示的傳感器對(duì)1、2和3、4的實(shí)施方式滿足這個(gè)條件，因?yàn)橹渭?是柱體8.1 或者條帶8. 1，其中，例如，條帶8.1可在條帶的平面中可伸縮地形變。支撐件9由具有區(qū)段9.1、9. 2的成角度或者彎曲的柱體或者條帶形成。
由于評(píng)估方法是基于數(shù)學(xué)消除加速度分量，例如，通過形成同時(shí)測量的由于加速 度造成的測量點(diǎn)10的偏斜或者另一個(gè)等同物理量的值之間的差，優(yōu)選的是只要可能，就提 供結(jié)構(gòu)等同物和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
在有利的實(shí)施方式中，支撐件9的柱體或者條帶的區(qū)段9.1的形狀和形變能力因 此從基底平板7看去，在初始區(qū)域?qū)?yīng)于各個(gè)柱體或者條帶8.1的形狀和形變能力。
這還意味著彎折區(qū)段9. 2與區(qū)段9.1包圍90°角。有利地，這兩個(gè)區(qū)段9. 1、9. 2 可以具有不同長度；優(yōu)選地，區(qū)段9. 2比區(qū)段9.1更長。
下面將參照?qǐng)D2和圖3描述根據(jù)本發(fā)明的方法的原理。
圖2示出了具有傳感器I和2的響應(yīng)特性的特性曲線的傳感器組的一半，其中，傳 感器3和4的特性曲線鏡像對(duì)稱地構(gòu)成，這樣就不必單獨(dú)解釋了。
在上面的圖中示出了傳感器I和2，并且在下面的圖中示出了各自的輸出信號(hào) (Aff)由重力加速度導(dǎo)致的特征曲線，該輸出信號(hào)(AW)在測量點(diǎn)10被測量出、并且之后經(jīng)過 了數(shù)學(xué)消除加速度分量的處理。
分別形成對(duì)應(yīng)對(duì)的傳感器1、2和3、4的支撐件8、9必須滿足以下條件針對(duì)加速 度形式中的一種呈現(xiàn)相同的動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)響應(yīng)特性、而針對(duì)另一種加速度形式呈現(xiàn)不同的 響應(yīng)特性。
這是通過傳感器對(duì)實(shí)現(xiàn)的，其中支撐件8由柱體8.1形成并且支撐件9由具有區(qū) 段9. 1,9. 2的彎折的柱體形成。
傳感器具有以下特性曲線包絡(luò)
利用垂直于柱體平面的重力變化來分別定義傳感器I和4的靜態(tài)加速度的特性曲 線，即，針對(duì)傳感器組相對(duì)于水平面的不同角位置。結(jié)果是圖2的左側(cè)示出的特性曲線。對(duì) 于彎折的傳感器2和3，另一個(gè)分量分別被疊加在傳感器I和4的特性曲線上，其來自用作 杠桿的彎折區(qū)段9.2。這通過圖2的右側(cè)所示的特性曲線示出了。在以下圖5和圖6的討 論中給出更詳細(xì)的說明。
在使用具有質(zhì)量塊元件5、6的四個(gè)傳感器1-4的裝置來確定具有靜態(tài)加速度分量 和動(dòng)態(tài)加速度分量的運(yùn)動(dòng)的方法中，每一個(gè)質(zhì)量塊元件通過各個(gè)支撐件8、9來排列在至少 一個(gè)基底平板7上并且可通過在垂直于基底平板7定向的一個(gè)平面或者多個(gè)平面中的加速 度力而偏斜，其中，上述一個(gè)平面或者多個(gè)平面和基底平板7圍成了 90°角，以及其中，支 撐件8、9針對(duì)加速度形式中的一種具有相同的動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)響應(yīng)特性、而針對(duì)另一種加速 度形式具有不同的響應(yīng)特性，其中，兩個(gè)對(duì)應(yīng)的支撐件是相同的但是被鏡像對(duì)稱地排列，并 且其中，可在測量點(diǎn)10測量支撐件的偏斜或者等同的物理量并進(jìn)行計(jì)算處理，各個(gè)傳感器 1-4的至少一個(gè)測量點(diǎn)10的偏斜或者其它物理量在加速度條件下被同時(shí)測量，并且測量到 的值經(jīng)過數(shù)學(xué)消除，-在此為形成差(difference formation),其至少包括
1、形成差
通過形成所測量出的作為對(duì)的傳感器I和2的偏斜值或者等同的物理量、與所測量出的作為另一對(duì)的鏡像對(duì)稱排列的傳感器3和4的偏斜值或者等同的物理量之間的差， 對(duì)朝向與基底平板7平行的動(dòng)態(tài)加速度分量(縱向加速度)進(jìn)行補(bǔ)償。
這里的前提是傳感器I到4均被歸一化以對(duì)縱向加速度具有相同的響應(yīng)。用于獲得有意義的計(jì)算結(jié)果的前提進(jìn)一步是傳感器I到4的重力特性曲線在兩個(gè)象限中具有不同的特性曲線包絡(luò)。偏差越大，在位移等的測量中由制造公差、測量誤差造成的影響越小。
圖2所示的第一傳感器對(duì)的傳感器I和2滿足這些條件。所選擇的角β是約30° 并且臂9. 2的長度對(duì)應(yīng)于臂9.1和柱體支撐件8.1的長度的大約三倍。
盡管縱向加速度僅僅以剪切彎曲的形式作用在傳感器I上，但是剪切彎曲和彎曲力矩在傳感器2上交疊。
響應(yīng)于針對(duì)傳感器2的縱向加速度，為了在針對(duì)傳感器I的傳感器輸出信號(hào)中獲得相同的反應(yīng)，即偏斜，輸出信號(hào)必須被按照預(yù)定因數(shù)放大。
將此考慮在內(nèi)，圖2示出了重力特性曲線，左側(cè)針對(duì)傳感器I，右側(cè)針對(duì)傳感器2。 由于假定了響應(yīng)于測量點(diǎn)10處的縱向加速度兩個(gè)傳感器I和2的反應(yīng)相同，所以當(dāng)形成這些特性曲線之間的第一差時(shí)，縱向加速度被消除。
圖3a和圖3b示出在形成第一差之后傳感器的重力曲線的過程。
上部曲線(圖3a)對(duì)應(yīng)于傳感器I和2之間形成的差，并且中心曲線(圖3b)對(duì)應(yīng)于傳感器3、4之間形成的差。
2、形成差
通過形成針對(duì)朝向平行于基底平板7的動(dòng)態(tài)加速度分量調(diào)整的傳感器對(duì)1、2和3、 4的值之間的差，在最簡單的情況下還在形成差之前通過減法或者通過調(diào)整測量到的值的電平，補(bǔ)償豎直地作用于基底平板7的動(dòng)態(tài)加速度分量，以消除測量到的值中的豎直動(dòng)態(tài)加速度的分量。
利用所采用的相同但是鏡像對(duì)稱排列的傳感器對(duì)3、4，當(dāng)形成第一差時(shí)其輸出信號(hào)被按照與傳感器對(duì)1、2相同的方式處理，可通過減法確定豎直加速度分量，因?yàn)橄嗤铀俣攘ψ饔糜诿恳粋€(gè)傳感器上，因而在形成第一差之后在不同曲線中產(chǎn)生相同的豎直加速度分量。
通過形成對(duì)1、2和3、4之間的差，如圖3a和圖3b所示，相對(duì)于基底平板7的豎直動(dòng)態(tài)加速度彼此抵消。
上述形成差還包括作為未知量的靜態(tài)加速度的分量(該分量作為各個(gè)傳感器1-4 的測量值的一部分)。在上述消除之后，該分量為剩余的差值，其可與特定角(α)相關(guān)聯(lián)。 圖3c示出了差值的完整特性曲線包絡(luò)。
該減法處理產(chǎn)生以下結(jié)果由于在兩個(gè)象限中重力特性曲線的非對(duì)稱性，在一個(gè)象限中重力值(α)為負(fù)而在另一個(gè)象限中為正，即，在兩個(gè)象限中傳感器輸出信號(hào)和角度值之間存在明確的關(guān)聯(lián)。
這樣確定出的基底平板7相對(duì) 于水平11的角(α )被用于確定相對(duì)于基底平板7 的平行加速度(PB)和相對(duì)于基底平板7的豎直加速度(VB)。
當(dāng)要確定具有靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài)加速度分量的運(yùn)動(dòng)時(shí)，其中，豎直加速度可忽略并且僅僅關(guān)注一個(gè)象限，僅僅需要兩個(gè)傳感器1、2，其中，傳感器1、2被按照先前描述排列并且支撐件8、9針對(duì)加速度形式中的一種具有相同的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性、而針對(duì)另一種加速度形式具有不同的響應(yīng)特性。
在豎直加速度可被忽略的加速度條件下，同時(shí)測量傳感器1、2的至少一個(gè)測量點(diǎn) 10的偏斜或者其它物理量，并且測量到的值經(jīng)受差形成，差形成至少包括
通過形成差補(bǔ)償朝向平行于基底平板7的動(dòng)態(tài)加速度分量，最簡單的情況下為減去所測量到的傳感器I和2的偏斜值或者等同物理量。
因?yàn)樵撨\(yùn)動(dòng)的前提是豎直加速度可被忽略，這就使得不必形成差來消除豎直加速度。
尚為未知量的靜態(tài)加速度的分量在此也被包括在上述形成差中，作為各個(gè)傳感器 1-2的測量值的一部分。在上述消除之后，該值剩余為差值，其可與特定角(α)相關(guān)聯(lián)。
這樣確定出的基底平板7相對(duì)于水平11的角(α )用于確定相對(duì)于基底平板7的平行加速度(PB)，這是通過計(jì)算進(jìn)行的。
圖4示出作為以上具有四個(gè)傳感器1-4的方案的優(yōu)選實(shí)施方式的、具有三個(gè)傳感器12-14的傳感器組。
假定在此裝置中傳感器12具有雙重功能。在一方面，它是傳感器對(duì)12、13的一部分；在另一方面，它是傳感器對(duì)12、14的一部分。
為了能夠執(zhí)行分步消除作為測量值的一部分的加速度分量的上述原理，在優(yōu)選實(shí)施方式中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了支撐件8、9的特殊排列。
然而，應(yīng)特別注意的是該特殊設(shè)計(jì)不限制該系統(tǒng)。相反，其它長度比例和角度也是可行的。
針對(duì)傳感器13的支撐件8.1和基底平板7之間的角度β 2，選擇25。的值。傳感器14的支撐件8.1被鏡像對(duì)稱排列并且相對(duì)于基底平板7傾斜角β 3 = -25°。傳感器 12的支撐件9.1的傾斜具有對(duì)基底平板7的傾角β 1，在此為60°。
傳感器13和14的柱體支撐件8.1的長度與傳感器12的區(qū)段9. 2的長度相同，并且傳感器12的長度9. 2對(duì)應(yīng)于區(qū)段9.1的長度的三倍。
為了在針對(duì)傳感器13和14的傳感器輸出信號(hào)中分別獲得與針對(duì)傳感器12相同的對(duì)縱向加速度的響應(yīng)，即相同偏斜，必須按照預(yù)定縮放因數(shù)對(duì)輸出信號(hào)放大。
在所例示的實(shí)施方式中，對(duì)于傳感器12考慮到剪切彎曲和彎曲力矩，針對(duì)縱向加速度，該縮放因數(shù)被計(jì)算為例如5. 6，而縱向加速度僅僅以剪切彎曲的形式作用在傳感器 13和14上、而且是相同的。
圖5示出針對(duì)具有圖4例示的傳感器12到14的傳感器組的示例性的重力特性曲線。
如圖5a和圖5b中 例示的，彈性支撐的質(zhì)量塊(mass)的重力特性曲線具有正弦包絡(luò)。
在特定初始角度位置處，在此，針對(duì)相對(duì)于基底平板具有傾斜角β I和β 2的傳感器13和14，特性曲線上的操作點(diǎn)相對(duì)于β =90°的基準(zhǔn)坐標(biāo)分別移位了對(duì)應(yīng)的角 90° -β1(在此為65° )以及_(90° -β2)(在此為-65° )。傳感器13和14的工作空間由S13和S14指示。這同樣適用于具有工作空間S12的傳感器12。
在圖5a中示出了在重力影響下的得到的傳感器12的特性曲線。
該特性曲線由彎曲力矩分量(MBK)和剪切彎曲分量(SBK)的特性曲線包絡(luò)組成。
在圖5b中示出了在重力影響下的傳感器13和14的非歸一化特性曲線包絡(luò)。
圖6示出了逐步地?cái)?shù)學(xué)消除單獨(dú)的加速度分量。
為了在針對(duì)傳感器13和14的傳感器輸出信號(hào)中分別獲得相同的響應(yīng)，即與針對(duì)傳感器12響應(yīng)于縱向加速度的偏斜相同的偏斜，必須利用上述縮放因數(shù)放大輸出信號(hào)。僅僅此時(shí)通過所測量出的偏斜值(輸出信號(hào)AW)之間的第一差形成消除了縱向加速度分量。
圖6a示出通過與縮放因數(shù)相乘形成的傳感器12的重力特性曲線和傳感器14的歸一化的特性曲線的相同工作空間。
圖6b示出通過與縮放因數(shù)相乘形成的傳感器12的重力特性曲線和傳感器13的歸一化的特性曲線的相同工作空間。
附圖還揭示了用于獲得有意義的計(jì)算結(jié)果的前提被滿足，即這些傳感器的重力特性曲線在兩個(gè)象限中具有相互不同的特性曲線包絡(luò)。
當(dāng)如該方法提供的在第一差形成中圖6a和圖6b中的各個(gè)特性曲線被彼此相減時(shí)，獲得圖6c和圖6d所示的得到的中間特性曲線，其對(duì)應(yīng)于各個(gè)陰影區(qū)域的內(nèi)容。圖6c 示出從傳感器14和傳感器12的差形成得到的特性曲線，以及圖6d示出從傳感器13和傳感器12的差形成得到的特性曲線。圖6d中的圖在此已經(jīng)歸一化到與圖6c中的特性曲線相同的豎直加速度，使得在第二差形成中豎直加速度可實(shí)際被消除。
由于利用豎直加速度，傳感器14和傳感器12的偏斜在相同方向上發(fā)生，所以與偏斜在不同方向上的傳感器13和傳感器12的絕對(duì)差相比，它們的絕對(duì)差更小，使得來自傳感器14和12的差信號(hào)必須增大或者來自傳感器13和傳感器12的差信號(hào)必須減小，以達(dá)到相同水平。
通過這個(gè)歸一化，差分特性曲線的水平也得以匹配。由于針對(duì)相同縱向加速度的歸一化因數(shù)的原因，傳感器14和傳感器13與傳感器12相比對(duì)豎直加速度具有更大的響應(yīng)，所以差形成的數(shù)學(xué)符號(hào)由這些傳感器定義。傳感器14和傳感器12之間的差因而是負(fù)的，傳感器13和傳感器12之間的差是正的，意味著必須在第二差形成中添加值以便消除豎直加速度。
圖6e示出第二差形成的結(jié)果，使得特定角(α)與測量到的傳感器輸出信號(hào)相關(guān)聯(lián)。
這樣確定出的基底平板7相對(duì)于水平11的角(α )用于確定相對(duì)于基底平板7的豎直加速度(VB)和平行加速度(PB)，這是通過計(jì)算進(jìn)行的。
在圖4示出的傳感器排列中，也可以這樣通過數(shù)學(xué)組合獲得期望的重力特性曲線，其中用于消除縱向和豎直加速度的微小的水平調(diào)整不會(huì)影響重力特性曲線。
圖7示出具有2個(gè)傳感器的微機(jī)械組件的第一示例性實(shí)施方式。利用質(zhì)量塊元件5、6和可伸縮支撐件8、9，傳感器1、2的布置在襯底中形成為三維微結(jié)構(gòu)，其中，該襯底優(yōu)選地是單晶娃(Si)或者石英或者玻璃,或者漆膜(varnis h)。
在微機(jī)械實(shí)施方式中，質(zhì)量5的支撐件8類似地是柱體8.1或者條帶8. 1，其中條帶8.1在條帶平面中可彈性地形變。質(zhì)量6的支撐件9由具有區(qū)段9.1和9. 2的彎折或者彎曲的柱體或者條帶形成。
這些類似地應(yīng)用于具有三個(gè)或者四個(gè)傳感器的排列。因此以下僅僅討論多個(gè)傳感器。
在有利的實(shí)施方式中，傳感器的三維微結(jié)構(gòu)在襯底的阱中形成，其中阱壁形成基 底平板7。
類似地，傳感器的三維微結(jié)構(gòu)可被布置在襯底的公共框架中，或者針對(duì)每一個(gè)傳 感器或者多個(gè)傳感器布置在單獨(dú)的框架中，其中框架的一個(gè)或者兩個(gè)平行側(cè)邊在每一種情 況下形成基底平板7。
此外，傳感器的三維微結(jié)構(gòu)可以被封裝，優(yōu)選地，被配置為真空的。這有利地消除 由于氣體造成的會(huì)使測量結(jié)果失真的摩擦。
在進(jìn)一步有利的實(shí)施方式中，除了傳感器，用于評(píng)估測量結(jié)果的電子裝置可以被 集成在襯底中。
三維微結(jié)構(gòu)可通過現(xiàn)有處理來產(chǎn)生，這些現(xiàn)有處理諸如體微加工、LIGA技術(shù)、凹凸 印或者電子腐蝕，但是本發(fā)明不限于這些處理。
優(yōu)選的是，基準(zhǔn)點(diǎn)的光學(xué)檢測、電容評(píng)估(例如通過測量支撐件和固定點(diǎn)之間的 距離)以及使用壓電技術(shù)或者應(yīng)力計(jì)的電阻評(píng)估技術(shù)被用于測量。
利用所提出的傳感器技術(shù)，具有非常通常類型的靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài)加速度分 量的運(yùn)動(dòng)可被分析而不忽略單獨(dú)的加速度分量。由于成本效益高的微機(jī)械傳感器技術(shù)，其 用途不限制。這將造成新質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不僅僅在工業(yè)中而且作為大規(guī)模生產(chǎn)的消費(fèi)者產(chǎn)品。
可以看出傳感器或者傳感器組可以有利地特別應(yīng)用在以下方面
-在身體的一般運(yùn)動(dòng)的分析中。這些具體地包括轉(zhuǎn)速圖表功能、例如游泳、投擲、推 打這樣的體育的分析等。在滑雪中，滑雪運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)員的分析；在拳擊中，擊打的分析，以及 身體狀況的一般評(píng)估；
-在用于將特定功能與運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)而進(jìn)行的對(duì)運(yùn)動(dòng)的分析中。例如，連接和斷開處 理可以被初始化，以及其它更復(fù)雜的人工功能序列和/或其它身體運(yùn)動(dòng)。它包括當(dāng)書寫時(shí) 讀取符號(hào)語言和手寫識(shí)別；
-在用于在控制環(huán)路中通過技術(shù)方式進(jìn)行精細(xì)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的對(duì)運(yùn)動(dòng)的分析中，具 體地，機(jī)器和車輛控制在此非常重要，但是用于維持身體功能的義肢運(yùn)動(dòng)和控制電路也重要。
在適用于分離靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度的檢測的裝置(在下文還稱為加速度記 錄器)的示例性的用途中，該裝置可以被用作轉(zhuǎn)速圖表或者事故數(shù)據(jù)記錄器。特別有利的 是用于陸地、水上和空中交通工具的用途。這些交通工具的運(yùn)動(dòng)明顯被動(dòng)態(tài)處理影響。除 了運(yùn)動(dòng)加速度，由于斜度、空氣或者水運(yùn)動(dòng)，在這些交通工具中還發(fā)生傾斜的變化。為了記 錄和重構(gòu)運(yùn)動(dòng)，要求分離加速度形式。例如，通過動(dòng)態(tài)值的記錄可重構(gòu)事故。
該裝置的用途的其它領(lǐng)域涉及檢測物品在運(yùn)輸中的運(yùn)動(dòng)。在此要求靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加 速度的分離，以檢測傾斜位置、載荷的滑動(dòng)和其它位置變化，以如果必要?jiǎng)t初始化信號(hào)。
另一個(gè)示例性的用途考慮測量機(jī)器和/或建筑交通工具的運(yùn)動(dòng)。加速度形式的分 離對(duì)于控制和操作起重機(jī)、挖掘機(jī)和其它建筑設(shè)備很重要，因?yàn)槔缪b置和載荷的位置的 變化可以來自地面和來自風(fēng)和土壤影響。
動(dòng)態(tài)記錄器的另一個(gè)示例性用途是導(dǎo)航，具體地，用于測量和穩(wěn)定交通工具的位置。加速度形式的分離是用于測量和穩(wěn)定任意類型的飛機(jī)的位置的前提，飛機(jī)包括從大型 飛機(jī)到無人駕駛飛機(jī)到模型飛機(jī)。
另一個(gè)示例性的用途涉及分離涉及水平面的位置角的測量和機(jī)器人臂的運(yùn)動(dòng)的 測量，這對(duì)于任何種類的機(jī)器人活動(dòng)都很重要。
在另一個(gè)重要實(shí)施方式中，動(dòng)態(tài)記錄器可以在體育活動(dòng)中使用。體育中幾乎全部 的運(yùn)動(dòng)包括靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài)加速度分量。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，至少一個(gè)動(dòng)態(tài) 記錄器可以被包括在運(yùn)動(dòng)服、體育設(shè)備中或者與其組合以便測量和檢測這些加速度分量。 例如，例如動(dòng)態(tài)記錄器可以被集成在運(yùn)動(dòng)鞋、網(wǎng)球拍、高爾夫球桿和/或冰球棒中、在滑雪 板中、在拳擊手套中等。所獲得的記錄可以用于訓(xùn)練、用于報(bào)告、用于測試和用于記載個(gè)人 性能。
適用于分離靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度的檢測的裝置的用途的另一個(gè)示例是人的 運(yùn)動(dòng)的檢測。與體育領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)類似，發(fā)生兩種加速度形式，例如，當(dāng)移動(dòng)手腕時(shí)。從對(duì)這些 運(yùn)動(dòng)的分析，可導(dǎo)出關(guān)于運(yùn)動(dòng)的原因的結(jié)論，從該結(jié)論可利用人的基本狀態(tài)(躺下、坐者、 站著、行走、跑步、體育活動(dòng))產(chǎn)生日常包絡(luò)的類型，對(duì)于活動(dòng)和下層運(yùn)動(dòng)(諸如駕駛車輛) 潛在地具有更大的特定性。為此，例如動(dòng)態(tài)記錄器可以被集成在手表中。
動(dòng)態(tài)記錄器的用途的另一個(gè)示例是分析書寫運(yùn)動(dòng)。例如，書寫可以通過書寫運(yùn)動(dòng) 的分析而被轉(zhuǎn)換為塊字母。由于書寫運(yùn)動(dòng)包括靜態(tài)加速度分量和動(dòng)態(tài)加速度分量，即使針 對(duì)這種類型的應(yīng)用，僅僅可使用能夠分離兩個(gè)有效量的加速度傳感器。例如動(dòng)態(tài)記錄器可 以被集成在圓珠筆的前部區(qū)域。
在另一個(gè)重要實(shí)施方式中，在計(jì)算機(jī)游戲領(lǐng)域考慮動(dòng)態(tài)記錄器的用途。即使對(duì)于 其中人的運(yùn)動(dòng)大致決定游戲的計(jì)算機(jī)游戲，通過分離游戲者的運(yùn)動(dòng)的靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加 速度，游戲者運(yùn)動(dòng)可被真實(shí)地包括在游戲中，因而使得能夠進(jìn)行全新的游戲。
權(quán)利要求
1.一種用于測量至少一個(gè)加速度的裝置，所述裝置包括-至少一個(gè)基底平板(7)，和-至少兩個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6)，其中，每一個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6)經(jīng)由彈性支撐元件(8、9)與所述至少一個(gè)基底平板(7) 相連接，以及其中，所述支撐元件(8、9)在公共平面中或者在平行平面中偏斜并且所述至少兩個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6)和/或支撐元件(8、9)均具有至少一個(gè)測量點(diǎn)(10)，以及其中， 至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件(5)和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件￠)的所述支撐元件(8、9) 被構(gòu)建為使得所述至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件(5)的支撐元件(8)和所述至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件￠)的支撐元件(9)在所述測量點(diǎn)(10)處針對(duì)于作用在公共平面中或者在平行平面中的加速度的第一分量具有相同的響應(yīng)特性，該第一分量作用在第一方向，和針對(duì)加速度的作用在垂直于第一分量的方向的第二分量具有相互不同的響應(yīng)特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括具有質(zhì)量塊元件(5)的至少兩個(gè)第一支撐元件(8)和具有質(zhì)量塊元件(6)的至少一個(gè)第二支撐元件(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括具有質(zhì)量塊元件(5、6)的至少兩個(gè)第一、第二支撐元件(8、9)。
4.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述支撐元件(8、9)和所述質(zhì)量塊元件(5、6)的布置被構(gòu)建成為襯底中的三維微結(jié)構(gòu)，其中所述襯底優(yōu)選地是單晶娃(Si)或者石英,或者玻璃,或者漆膜。
5.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，當(dāng)采用了多個(gè)基底平板(7)時(shí)，在測量中包括的具有質(zhì)量塊元件(5、6)的所述支撐元件(8、9)的基底平板(7)均彼此平行排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，為了在象限中測量以及當(dāng)加速度的作用在第二方向上的分量可忽略時(shí)，采用具有質(zhì)量塊元件(5、6)的兩個(gè)支撐元件(8、9)，這兩個(gè)支撐元件被排列在所述至少一個(gè)基底平板(7) 上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，為了在一個(gè)平面中或者在平行平面中的兩個(gè)象限中測量一般加速度，具有質(zhì)量塊元件 (5、6)的四個(gè)支撐元件(8、9)被排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，兩個(gè)支撐元件(8、9)具有相同設(shè)計(jì)，但是鏡像對(duì)稱地排列在所述至少一個(gè)基底平板(7)上。
9.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述第一支撐元件(8)以機(jī)械或者微機(jī)械的具體化形態(tài)實(shí)現(xiàn)為柱體(8.1)或者實(shí)現(xiàn)為條帶(8.1)，其中條帶(8.1)能夠在條帶平面中彈性形變并且第二支撐元件(9)以具有區(qū)段 (9. 1、9. 2)的成角度或者彎曲柱體或者條帶的形式實(shí)現(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，正如從基底平板(7)看去的那樣，初始區(qū)域中所述第二支撐元件(9)的所述柱體或者條帶的所述區(qū)段(9.1)的形狀和形變能力對(duì)應(yīng)于第一支撐元件(8)的所述柱體和所述或者條帶(8.1)的形狀和形變能力。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或者10所述的裝置，其特征在于，所述第一支撐元件(8)和所述區(qū)段(9.1)在所述第二支撐元件(9)的初始區(qū)域中與基底平板(7) —起圍成角(β)，其中所述角β <90°。
12.根據(jù)權(quán)利要求9到11中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，彎折區(qū)段(9.2)與所述第二支撐元件(9)的初始區(qū)域中的區(qū)段(9.1) 一起圍成角 90°。
13.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，通過在至少一個(gè)基底平板(7)上排列的至少三個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6)和/或支撐元件 (8、9)，第一支撐元件(8.1)和基底平板(7)之間的角度β 2被正向定向，而第二支撐元件 (8.1)相對(duì)于基底基板(7)負(fù)向傾斜了角β 3，因而指向與第一支撐元件(8.1)不同的方向。
14.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，在所述第二支撐元件(9)的初始區(qū)域中的區(qū)段(9.1)比彎折區(qū)段(9.2)更短。
15.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述三維微結(jié)構(gòu)在襯底的阱中形成，其中阱壁形成基底平板(X)。
16.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述三維微結(jié)構(gòu)布置在所述襯底的公共框架中或者針對(duì)具有質(zhì)量塊元件(5、6)的所述一個(gè)或者更多個(gè)支撐元件(8、9)中的每一個(gè)設(shè)置單獨(dú)的框架，其中平行框架的側(cè)邊形成基底平板⑵。
17.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述三維微結(jié)構(gòu)被構(gòu)建為密封的，優(yōu)選為真空的。
18.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，除了具有所述質(zhì)量塊元件(5、6)的所述支撐元件(8、9)，用于評(píng)估測量結(jié)果的電子裝置被集成在所述襯底中。
19.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，具有所述質(zhì)量塊元件(5、6)的所述支撐元件(8、9)被布置在用于在一個(gè)或者多個(gè)象限中測量的所述傳感器組(11)中。
20.一種用于測量至少一個(gè)加速度的方法，其中，使用了裝置，所述裝置包括-至少一個(gè)基底平板(7)，和-至少兩個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6)，其中，每一個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6)經(jīng)由彈性支撐元件(8、9)與所述至少一個(gè)基底平板(7) 相連接，其中，所述支撐元件(8、9)在公共平面中或者在平行平面中偏斜，并且其中所述至少兩個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6)和/或支撐元件(8、9)均具有至少一個(gè)測量點(diǎn)(10)，以及其中，至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件(5)和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件￠)的所述支撐元件(8、9) 被構(gòu)建為使得所述至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件(5)的支撐元件(8)和所述至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件￠)的支撐元件(9)在所述測量點(diǎn)(10)處針對(duì)于作用在公共平面中或者在平行平面中的加速度的第一分量具有相同的響應(yīng)特性，該第一分量作用在第一方向，和針對(duì)加速度的作用在豎直于第一分量的方向的第二分量具有相互不同的響應(yīng)特性，以及其中在至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件(5、8)和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件(6)和/或支撐元件(9)獲得描述所述測量點(diǎn)(10)的偏斜的數(shù)據(jù)，其中，通過評(píng)估檢測到的數(shù)據(jù)來消除所述加速度的作用在第一方向上的分量，以及其中，當(dāng)作用在第二方向上的分量可忽略時(shí)，對(duì)作用在第一方向上的分量進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果用于恢復(fù)作用在第一方向上的分量，并且測量對(duì)作用在第一方向上的分量進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果作為靜態(tài)加速度并且測量作用在第一方向上的分量作為動(dòng)態(tài)加速度。
21.一種用于測量至少一個(gè)加速度的方法，其中，使用了裝置，所述裝置包括-至少一個(gè)基底平板(7)，和-至少三個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6),其中，每一個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6)經(jīng)由彈性支撐元件(8、9)與所述至少一個(gè)基底平板(7) 相連接，其中，所述支撐元件(8、9)在公共平面中或者在平行平面中偏斜，并且其中所述至少三個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6)和/或支撐元件(8、9)均具有至少一個(gè)測量點(diǎn)(10)，以及其中， 至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件(5)和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件￠)的所述支撐元件(8、9) 被構(gòu)建為使得所述至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件(5)的支撐元件(8)和所述至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件￠)的支撐元件(9)在所述測量點(diǎn)(10)處針對(duì)于作用在公共平面中或者在平行平面中的加速度的第一分量具有相同的響應(yīng)特性，該第一分量作用在第一方向，和針對(duì)加速度的作用在豎直于第一分量的方向的第二分量具有相互不同的響應(yīng)特性，以及其中在至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件(5、8)和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件(6)和/或支撐元件(9)獲得描述所述測量點(diǎn)(10)的偏斜的數(shù)據(jù)，其中，通過評(píng)估從至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件/支撐元件(5、8)的第一個(gè)的質(zhì)量塊元件(5)和第二質(zhì)量塊元件(6)和/或支撐元件(9)收集的數(shù)據(jù)，以及通過評(píng)估從所述至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件/支撐元件(5、8)的第二個(gè)的質(zhì)量塊元件(5)和所述第二質(zhì)量塊元件(6) 和/或支撐元件(9)收集的數(shù)據(jù)，所述加速度的作用在第一方向上的分量均被消除，以及通過評(píng)估對(duì)作用在第一方向上的分量進(jìn)行調(diào)整的兩個(gè)結(jié)果，作用在第二方向上的所述分量被消除，以及其中，對(duì)作用在第二方向上的分量進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果被用于恢復(fù)作用在第一和第二方向上的分量，以及其中測量對(duì)作用在第一和第二方向上的分量進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果作為靜態(tài)加速度并且測量作用在第一和第二方向上的分量作為動(dòng)態(tài)加速度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，提供至少兩個(gè)第一和第二質(zhì)量塊元件(5、6)和支撐元件(8、9)，以及通過評(píng)估從至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件/支撐元件(5、8)的第一個(gè)的質(zhì)量塊元件(5)和至少兩個(gè)第二質(zhì)量塊元件出)的第一個(gè)質(zhì)量塊元件和/或支撐元件(9)收集的數(shù)據(jù)，以及通過評(píng)估從所述至少兩個(gè)第一質(zhì)量塊元件/支撐元件(5、8)的第二個(gè)的質(zhì)量塊元件(5)和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件￠)的第二個(gè)質(zhì)量塊元件和/或支撐元件(9)收集的數(shù)據(jù)，所述加速度的作用在第一方向上的分量能夠被消除，以及通過評(píng)估對(duì)作用在第一方向上的分量進(jìn)行調(diào)整的兩個(gè)結(jié)果，作用在第二方向上的所述分量被消除，以及對(duì)作用在第二方向上的分量進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果被用于恢復(fù)作用在第一和第二方向上的分量，以及測量對(duì)作用在第一和第二方向上的分量進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果作為靜態(tài)加速度并且測量作用在第一和第二方向上的分量作為動(dòng)態(tài)加速度。
23.根據(jù)權(quán)利要求20到22中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，相對(duì)于所述靜態(tài)加速度確定至少一個(gè)基底平板(7)的角度。
24.根據(jù)權(quán)利要求20到23中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)行水平調(diào)整，使得重力特性曲線的特性特征不受影響，其中，然而加速度分量被消除。
25.根據(jù)權(quán)利要求20到24中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)針對(duì)豎直和縱向加速度的背后計(jì)算值與傳感器不符合時(shí)，為了校準(zhǔn)，使用測試算法進(jìn)行迭代逼近。
26.根據(jù)權(quán)利要求20到25中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用至少兩個(gè)傳感器單元來確定XYZ坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)，其中傳感器平面彼此包圍一個(gè)角度，優(yōu)選地，90°角。
27.根據(jù)權(quán)利要求1到19中任意一項(xiàng)所述的裝置的用途，其中，在空間中確定所述裝置的至少部分的至少一個(gè)位置參數(shù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的用途，其特征在于，所述位置確定包括確定由重力造成的加速度分量。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的用途，其特征在于，所述用途包括過程的控制。
30.根據(jù)權(quán)利要求27到29中任何一項(xiàng)所述的用途，其特征在于，所述用途包括以下操作中的至少一個(gè)-分析主體的一般運(yùn)動(dòng)，以及-分析運(yùn)動(dòng)，用于將該運(yùn)動(dòng)與特定功能相關(guān)聯(lián)和/或用于在控制環(huán)路中通過技術(shù)方式進(jìn)行精細(xì)運(yùn)動(dòng)。
31.根據(jù)權(quán)利要求27到30中任何一項(xiàng)所述的用途，其特征在于，所述用途包括檢測對(duì)象的位置的變化。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的用途，其特征在于，所述用途包括檢測所述對(duì)象的傾斜位置。
33.根據(jù)權(quán)利要求27到32中任何一項(xiàng)所述的用途，其特征在于，所述用途包括穩(wěn)定所述對(duì)象的位置。
34.根據(jù)權(quán)利要求27到33中任何一項(xiàng)所述的用途，其特征在于，所述用途包括對(duì)書寫運(yùn)動(dòng)的分析。
35.一種計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序使得在所述計(jì)算機(jī)程序被加載到數(shù)據(jù)處理裝置的存儲(chǔ)器裝置中之后所述數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行根據(jù)權(quán)利要求20到26中的任意一項(xiàng)所述的用于測量至少一個(gè)加速度的方法。
36.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)了程序，所述計(jì)算機(jī)程序允許在所述程序被加載到數(shù)據(jù)處理裝置的存儲(chǔ)器裝置中之后所述數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行根據(jù)權(quán)利要求20到26中的任意一項(xiàng)所述的用于測量至少一個(gè)加速度的方法。
37.一種計(jì)算機(jī)程序，在所述計(jì)算機(jī)程序被加載到所述裝置的存儲(chǔ)器裝置中之后，所述計(jì)算機(jī)程序配置了用于單獨(dú)測量靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度的裝置，使得所述裝置可根據(jù)權(quán)利要求27到34中任意一項(xiàng)所述用途。
38.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)了程序，在所述程序被加載到所述裝置的存儲(chǔ)器裝置中之后，所述計(jì)算機(jī)程序配置了用于單獨(dú)測量靜態(tài)加速度和動(dòng)態(tài)加速度的裝置，使得所述裝置可根據(jù)權(quán)利要求27到34中任意一項(xiàng)所述用途。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于檢測至少一個(gè)加速度的裝置、方法、計(jì)算機(jī)程序和計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述裝置包括至少一個(gè)基底平板(7)和至少兩個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6)，以及其中，每一個(gè)質(zhì)量塊元件(5、6)通過彈性支撐元件(8、9)連接到所述至少一個(gè)基底平板(7)，并且支撐元件(8、9)分別具有至少一個(gè)測量點(diǎn)(10)。至少一個(gè)第一質(zhì)量塊元件(5)和至少一個(gè)第二質(zhì)量塊元件(6)的所述支撐元件(8、9)在所述測量點(diǎn)(10)處針對(duì)于加速度的作用在第一方向的第一分量具有相同的響應(yīng)特性和針對(duì)加速度的作用在相對(duì)于第一分量的垂直方向的第二分量具有不同的反應(yīng)特性。第一支撐元件(5、8)和第二支撐元件(9)的測量點(diǎn)(10)的偏斜被測量和評(píng)估。作用在第一方向和第二方向上的分量被逐步消除，和對(duì)作用在第一和第二方向上的分量進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果被用于恢復(fù)這兩個(gè)分量。測量對(duì)作用在第一和第二方向上的分量進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果作為靜態(tài)加速度并且測量作用在第一和第二方向上的分量作為動(dòng)態(tài)加速度。
文檔編號(hào)G01P15/08GK103069278SQ201180036847
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者嚴(yán)斯·漢森 申請(qǐng)人:第一傳感器股份有限公司