加速度信號處理裝置的製作方法
2023-05-29 19:43:36 2
專利名稱：加速度信號處理裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及加速度信號處理裝置。
背景技術：
一直以來，計步器得到利用，所述計步器安裝於使用者的腰部等而使用，或者在容納於便攜包而攜帶的狀態下使用，並利用傳感器檢測使用者的步行，從而測定步數。這種計步器構成為在顯示部顯示步數。這裡，現有的計步器在每次檢測到來自加速度傳感器的步行信號時更新顯示部的顯示數據(步數值)(例如，參照專利文獻I)。另外，一直以來，計步器中存在安裝於臂部或腰部而使用的方式的計步器。例如，在安裝於臂部而使用的臂部計步器中，為了提高步數計量精度，可考慮檢測臂部擺動而每兩步進行計量的方法，或檢測身體上下運動而每步進行計量的方法等(參照專利文獻2)。另外，通常，由於在步行時不太看計步器的顯示，所以提出了如下方案:檢測關閉計步器殼體的蓋的狀態，或者，檢測將計步器安裝於衣服的狀態，停止顯示動作而進行省電。然而，由於需要用於檢測計步器殼體的蓋的開閉的開關、檢測已安裝於衣服的情況開關等，所以因專用硬體的增加而使成本上升，或難以進行小型化。另外，需要用於開關的狀態檢測的控制等，結構變複雜。以上的對策均是為了延長用電池驅動的計步器的電池壽命而考慮的。這是因為，在計步器中使用的加速度信號處理裝置的消耗電流較大。原因是，需要使微型計算機始終動作，以能夠始終檢測施加於加速度開關的振動。而且，微型計算機需要始終驅動傳感器並且還要進行傳感器的輸出信號的檢測準備。在這樣的狀況下，不能延長計步器的電池壽命。[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻I]日本特開昭57 - 48176號公報；
[專利文獻2]日本特開2007 - 307218號公報。
發明內容
然而，在現有技術中，在組合了加速度傳感器與微型計算機的計步器的加速度信號處理裝置的情況下，需要始終驅動檢測振動或加速度的傳感器並且供給用於使微型計算機動作的電源。特別是，在裝入只能夠搭載小容量的電池的設備情況下，需要如下的結構:通過在未探測到振動時將包含加速度信號處理裝置的系統設為待機狀態，在探測到振動時使系統動作，從而不浪費地使用電池電力。即使在這樣構成的系統中，由於待機時的消耗電流，電池壽命為廣2年左右。本發明是考慮這樣的狀況而做出的，其目的在於，提供能夠將計步器的電池壽命延長至5年左右的技術。具體而言，使用圖2的加速度開關，在計步器完全沒振動或者只施加了比既定值小的振動時，使計步器的加速度信號處理裝置內的微型計算機及傳感器完全停止。
另一方面，提供在對加速度開關施加既定值以上的振動時啟動所述微型計算機及傳感器的加速度信號處理裝置。在上述內容中，在施加既定值以上的振動時，具體而言是指，在啟動後計步器安裝於身體時的振動。以下，為了解決上述課題，在本發明的方式中提供加速度信號處理裝置，所述加速度信號處理裝置具有:電源部，具有電源電壓；加速度開關，電源電壓從電源部的一極供給至其一個電極；微型計算機，與加速度開關的另一個電極連接；以及傳感器主體，能與微型計算機雙向地交換信號，並且接受來自微型計算機的信號而啟動或停止，在啟動時向微型計算機輸出加速度信息。進一步，本發明的方式的特徵在於，還具有負載元件，其一端連接到加速度開關與微型計算機之間，負載元件的另一端連接到電源部的另一極。進一步，本發明的方式的特徵在於，負載元件包含電阻、電容器或電晶體的至少一個。進一步，本發明的方式的特徵在於，加速度開關具有:在內側帶有空間的質量體；支撐質量體的梁；以及位於空間的對置電極。進一步，本發明的方式的特徵在於，加速度開關是通過質量體與對置電極接觸而切換為導通(ON)的開關，質量體與對置電極的間隙，為在對加速度開關附加既定值以上的振動能量的情況下質量體與對置電極接觸的間隙。進一步，本發明的方式的特徵在於，既定值是人已開始動作時的加速度值。通過採用這樣的結構，在加速度開關的加速度信號處理裝置中，通過利用加速度開關的導通狀態使微型計算機或加速度傳感器的至少一個啟動，使此前停止功能的微型計算機或加速度傳感器啟動。由此，實現抑制停止功能時的微型計算機或加速度傳感器的消耗電流、且所述加速度開關的加速度信號處理裝置也不消耗電流的裝置。具體而言，在加速度開關的加速度信號處理裝置中，具有這樣的單元，其通過在正電源與負電源之間配置由加速度開關與電阻或電容器或兩者構成的元件、或由電晶體等構成的有源元件，從而使加速度開關有效地起作用。[發明的效果]
依據本發明的加速度信號處理裝置，能夠構建在施加於加速度開關的振動比既定值小時大幅地降低加速度信號處理裝置的驅動電流的系統。
圖1是示出本發明的加速度信號處理裝置的實施例的示意圖。圖2是以往公知的加速度開關的示意性橫截面圖。圖3是以往公知的加速度開關的示意性縱截面圖。圖4是以往公知的加速度開關的動作的說明圖。圖5是示出以往公知的加速度開關的實施例的示意性橫截面圖。
具體實施例方式[實施例1]
以下，參照附圖對用於實施本發明的最佳的一個方式進行說明。
首先，對在日本外觀設計文獻中的第一加速度開關的結構與動作進行說明。圖5是從上表面側觀察的圖，其說明在日本外觀設計註冊1310053號看到的在質量體內部的空間具有對置電極的無指向性加速度開關001的結構。101是加速度開關001的周邊部(外框)，從102到105是支撐重錘106的梁。107是對置電極。然而，由於梁有4條，多而複雜，所以代替圖5，使用圖2針對I條梁的情況來進行詳細的說明。此外，以下的記述並非把圖5所示的4條梁的形狀排除於本發明的範圍外，而是為了更簡單地描述本發明的實施例而進行記載。圖2是如上所述地從I條梁的情況下的第二加速度開關002的上表面側觀察的圖。但是，實際上其上存在成為蓋的層(圖3所示的第I基板205)，以及其下存在支撐層(圖3所示的第3基板206)。圖3是在圖2所示的A-A』面切出的截面圖，還包括在圖2中省略的層。另外圖2相當於在圖3的B— B 『面切出的圖。如圖2 圖3所示，加速度開關002通過從上開始層疊使用玻璃等絕緣材料的第I基板(蓋層)205、使用單結晶矽等的第2基板201 (也包括202、203、204)以及使用玻璃等絕緣材料的第3基板(支撐層)206而構成。第2基板的單結晶矽為了取得電導通而例如使用低電阻矽。另外，貫通電極207及208通過埋入金等金屬而形成，成為使加速度開關與外部連結的接點。另外，第I基板與第3基板利用陽極接合等方法與第2基板接合。以下，參照圖2及3對本發明的加速度開關002的實施例1的具體形狀進行說明。首先，從圖2的外側向內側，加速度開關002的第2基板按照基板周邊部201、梁202、質量體203以及對置電極204的順序構成。除後述的與梁202的接合部以外，基板周邊部201還具有將圖2中的其大致中心挖穿為圓柱狀的內周形狀(基板裡面201a)。而且，基板周邊部201利用圖3中的第I基板205與第3基板206從圖3中的上側和下側夾住。夾住基板周邊部201的方式雖無特別限定，但在本實施例中，示出遍及圖2所示的基板周邊部201的斜線部整個範圍由第I基板205與第3基板206夾住的方式。質量體203形成為圖2中的具有質量體裡面203a和質量體外面203b的環狀(圓筒形狀)，位於基板周邊部201的挖穿成圓柱狀的基板裡面201a的內側。而且，質量體203不與圖3中的第I基板205和第3基板206相接，分別隔著空隙位於第I基板205與第3基板206之間。梁202以如下的方式形成:連接基板周邊部201與質量體203，並且具有彈性，繞基板周邊部201與質量體203的間隙大致一周。具體而言，梁202的一端在基板裡面201a的圖面下側與基板周邊部201連接，梁202的另一端在質量體外面203b的圖面下側與質量體203連接。而且，與質量體203同樣，梁202不與圖3中的第I基板205和第3基板206相接，分別隔著間隙位於第I基板205與第3基板206之間。此外，圖3中的梁202的上表面與質量體203的上表面共面，但也能使梁202的上表面與基板周邊部201和第一基板205的連接面共面。另外，圖3中的梁202的上下幅度形成為比質量體203的上下幅度薄。對置電極204是圓柱形狀，位於質量體裡面203a的內側，並且位於加速度開關002的大致中心。另外,對置電極204的中心與基板周邊部201及質量體203的中心大體一致。而且，對置電極204利用圖3中的第I基板205與第3基板206從圖3中的上側和下側夾住。
在本實施例中，貫通電極207及208具有從圖3中的第I基板205的上表面朝深度方向前端變細的形狀或圓錐形狀。而且，貫通電極207及208互不接觸,形成為貫穿第I基板205直到分別與圖3中的基板周邊部201及對置電極204相接的深度為止。另外，為了可靠地連接貫通電極207及208與基板周邊部201及對置電極204，在基板周邊部201及對置電極204分別形成凹部201b及204b，使貫通電極207及208的前端進入凹部201b及204b。此外，貫通電極的作用在於分別取得基板周邊部201及對向電極204的電導通，所以只要與基板周邊部201及對置電極204分別相接，可以是任意的形狀。這裡，基板周邊部201與對置電極204被圖3中的第I基板205和第3基板206夾住，但如上所述，第I基板205與第3基板206由絕緣材料形成，因而基板周邊部201不與對置電極204電導通。此外，在本實施例中，第I基板205與基板周邊部201及對置電極204相接的表面，形成為向基板周邊部201側及對置電極204側突出。其目的在於容易地在上述的梁202及質量體203與第I基板205之間設置空隙。因此，在第3基板206與基板周邊部201及對置電極204相接的表面中，第3基板206也能以向基板周邊部201側及對置電極204側突出的方式形成。這裡，如圖4所示沿箭頭方向施加加速度時，加速度開關002整體向箭頭方向運動而被梁202支撐的質量體203不運動，因而位於質量體內部的空間的對置電極204與質量體203接觸。此外，在圖4中為了容易理解，省略了質量體203周邊的梁202和基板周邊部201。由此，電導通從對置電極204開始通過質量體203、梁202、基板周邊部201、貫通電極207與外部接點相連。另外，對置電極204通過另一個貫通電極208與外部接點相連。此外，作為更具體的實施例，規定對置電極204與質量體203的間隙。在本實施方式中，該間隙定為，使得在對質量體203施加既定值以上的振動或重力時對置電極204與質量體203接觸，加速度開關002啟動。例如定為，使得在將0.8G^1.2G以上的負載附加於加速度開關002的情況下質量體203與對置電極204接觸。該既定值是人已開始動作時的加速度值。特別是，最適於在計 步器等的電子設備中採用加速度開關那樣的模塊的情況下，為使該加速度開關啟動而附加IG以上的負載的情況的構想。定義為通過例如0.8G^1.2G以上的負載來啟動的理由可舉出，一般稱為振動噪聲的微振動，其大半是比0.SG小的振動這一點。而且，可舉出這一點，即在安裝有計步器的臂部、腰部，在計量步數的情況下附加於計步器的振動能量示出大概0.SG以上的數值。特別是，由於開始步行時附加於腰部的重力有超過1.5G的負載的重量，所以通過規定該間隙，根據計步器的種類，能夠設定使加速度開關導通的期望的定時。由此，該加速度開關在振動的強度在某一定值以上時使加速度開關導通(取得貫通電極207與208間的導通的狀態)，在振動的強度小於一定值時斷開(未取得貫通電極207與208間的導通的狀態)。將該接點導通、斷開狀態輸入微型計算機和傳感器元件的中斷(割 9込 )輸入端子，使微型計算機和傳感器元件啟動。使用圖1詳細地進行說明。圖1是連接加速度開關與微型計算機的電路圖。加速度開關002將2個連接線之中的一個(貫通電極208)連接到正電源VDD (電源部的一極，VDD為電源電壓)，將另一個(貫通電極207)連接到微型計算機301的中斷輸入端子302。另外，負載303將不與加速度開關002及微型計算機301連接的線接地(與電源部的另一極、負電源VSS連接)，微型計算機301的中斷輸入端子302經由負載303接地。就是說，連接加速度開關002與負載303的線，在其中途具有與微型計算機301連接的連接點。另外，傳感器主體304連接到微型計算機301。該傳感器主體304接受來自微型計算機301的信號而啟動或停止，在啟動時向微型計算機301輸出加速度信息。就是說，傳感器主體304能夠與微型計算機301雙向地收發信號。這裡，負載303的作用在於，在加速度開關002斷開時決定微型計算機301的中斷輸入端子302的電位電平。因此，由電阻或電容器構成。此外，不使用負載303也能完成該電路。此時，與上述同樣，將加速度開關連接到微型計算機301的中斷輸入端子302，但與上述的結構不同，在該電路的布線上不設置負載303，且僅連接該電路與電源部的一極。另外，負載303也可串聯或並聯地組合電阻或電容器。而且，使用電晶體等有源元件也能實現同樣的功能。為了簡化說明，以下將負載303作為電阻303來進行說明。另外，在圖1中，為了啟動微型計算機301而將加速度開關的開閉信息輸入到微型計算機301，但設為直接輸入至傳感器主體304而使傳感器主體304啟動的結構也能夠達成本發明。接著說明動作。在不產生振動或加速度的狀態或者僅施加比既定值小的振動的狀態下，微型計算機301的全部功能為停止狀態或僅一部分功能為開啟狀態，幾乎不消耗電流。由於是不產生振動或加速度的狀態或者僅施加比既定值小的振動的狀態，所以加速度開關002的接點開放，不與正電源VDD連接，對中斷輸入端子302的輸入被電阻303下拉，因而為Low (低)(負電源VSS)。接著，在產生某一定值以上的振動或加速度的狀態下，加速度開關002的接點閉合，正電源VDD輸入至中斷輸入端子302。此時，電流經由電阻303而流動，但預先使電阻303的電阻值增大而抑制該消耗電流。輸入到中斷輸入端子302的High (高)信號使微型計算機301啟動。S卩，微型計算機301的中斷輸入端子302為在High電平進行中斷的類型的微型計算機。此外，著眼於抑制消耗電流這點，也能採用調換圖1所示的加速度開關002與負載303的配置的結構。為了實現期望的電路結構，這些方式也可選擇性地構成。啟動的微型計算機301將使傳感器主體304啟動的信號傳送至傳感器主體304，利用傳感器主體304計量實時的振動或加速度。即，加速度開關002能夠用於啟動傳感器主體 304。從該目的出發，也可將加速度開關002的一端直接連接到傳感器主體304，不經由微型計算機301而啟動傳感器主體304。利用該方式，能夠進一步提高傳感器主體304對于振動或加速度的響應性。一般而言，傳感器主體304帶有低消耗電流模式，但在本發明中，能夠完全使傳感器主體304停止，使其消耗電流完全變為零。由此，能夠實現系統的進一步的低消耗電流化，將計步器的電池壽命延長至5年左右。在振動或加速度的產生停止的狀態下，沒有來自傳感器主體304的信號，因而微型計算機301能夠探測到這一情況。在該狀態下，由於不需要預先使傳感器主體304動作，所以為了低消耗電流化，使傳感器主體304的動作停止。其後，微型計算機301進入全部功能停止的狀態或僅一部分功能開啟的狀態，使消耗電流降低。在本實施例中，對中斷輸入端子302在High電平進行中斷的例子進行說明，但根據微型計算機，也有在Low電平進行中斷的。在該情況下，通過將全部的連接及狀態設為與實施例相反，能夠取得同樣的效果。在例如圖1的說明中，將正電源(VDD)換為負電源(VSS)、下拉換為上拉、上拉換為下拉、High電平換為Low電平即可。此外，在本實施例中說明的圖1所示的第二加速度開關中使用的電路，具有在圖5所示的第一加速度開關中能夠使用的通用性。具體而言，第一加速度開關與第二加速度開關的差異在於梁是I條還是4條這一點，因而，圖1所示的電路當然能夠不改變貫通電極207及208的結構而使用。而且,在第一加速度開關的方式中雖未詳述,但第一基板205及第三基板206在圖3所示方式以及實施例中也能夠照原樣使用上述的結構。另外，在本實施例中，關注使用加速度開關的加速度傳感器而進行特別記載，但使用本發明的方式，不限於稱為加速度傳感器的機械要素，能夠全面應用於眾所周知的、感測振動或加速度的機械要素。附圖標記說明
001 第一加速度開關；101第一加速度開關的基板周邊部；102 第一加速度開關的梁；103 第一加速度開關的梁；104 第一加速度開關的梁；105 第一加速度開關的梁；106第一加速度開關的質量體；107第一加速度開關的對置電極；002第二加速度開關；201第二加速度開關的基板周邊部；202第二加速度開關的梁；203第二加速度開關的質量體；204第二加速度開關的對置電極；205加速度開關的第I基板；206加速度開關的第3基板；207 加速度開關的貫通電極；208 加速度開關的貫通電極；301微型計算機；302中斷端子；303負載(電阻)；304傳感器主體。
權利要求
1.一種加速度信號處理裝置，具有: 電源部，具有電源電壓； 加速度開關，所述電源電壓從所述電源部的一極供給至其一個電極； 微型計算機，與所述加速度開關的另一個電極連接；以及 傳感器主體，能與所述微型計算機雙向地交換信號，並且接受來自所述微型計算機的信號而啟動或停止，在啟動時向所述微型計算機輸出加速度信息。
2.如權利要求1所述的加速度信號處理裝置，其特徵在於，還具有一端連接到所述加速度開關與所述微型計算機之間的負載元件，所述負載元件的另一端與所述電源部的另一極連接。
3.如權利要求2所述的加速度信號處理裝置，其特徵在於，所述負載元件包含電阻、電容器或電晶體的至少I個。
4.如權利要求f3的任一項所述的加速度信號處理裝置，其特徵在於，所述加速度開關具有:在內側帶有空間的質量體；支撐所述質量體的梁；以及位於所述空間的對置電極。
5.如權利要求4所述的加速度信號處理裝置，其特徵在於，所述加速度開關是通過所述質量體與所述對置電極接觸而切換為導通的開關，所述質量體與所述對置電極的間隙，為在對所述加速度開關附加既定值以上的振動能量的情況下所述質量體與所述對置電極接觸的間隙。
6.如權利要求5所述的加速度信號處理裝置，其特徵在於，所述既定值是人已開始動作時的加速度值。
全文摘要
在加速度傳感器中，難以實現能夠在使系統停止時完全不消耗電流、在施加振動時啟動傳感器主體的電路。加速度開關的一個端子與正電源或負電源連接，加速度開關的另一個端子與微型計算機的中斷輸入端子連接。
文檔編號G01P15/135GK103163329SQ20121052104
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月7日 優先權日2011年12月9日
發明者下田貞之 申請人:精工電子有限公司