加速度检测装置、检测系统、电子设备和加速度检测方法与流程

1.本技术属于加速度检测技术领域，具体涉及一种加速度检测装置、检测系统、电子设备和加速度检测方法。


背景技术：

2.目前，惯性测量单元(imu，inertial measurement unit)在电子设备中广泛应用，大部分的imu包括用于检测加速度的加速度计。加速度计通常采用电容检测结构，通过金属极板之间的电容变化量来计算加速度，然而当电子设备内部的温度变化时，加速度计的金属极板可能发生形变，这使得金属极板之间的电容变化不仅仅与加速度有关，还与温度有关，从而影响加速度检测的精确度。


技术实现要素：

3.本技术旨在提供一种加速度检测装置、检测系统、电子设备和加速度检测方法，至少解决现有技术中存在的电容式加速度计因温度变化而导致加速度检测精确度较低的问题。
4.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
5.第一方面，本技术实施例提出了一种加速度检测装置，包括：
6.检测臂，包括固定段、形变段和摆动段，所述固定段的第一端通过所述形变段与所述摆动段的第一端连接，所述摆动段通过所述形变段的形变相对所述固定段摆动；
7.质量块，设置于所述摆动段的第二端，所述质量块在惯性作用下相对所述固定段运动，以带动所述摆动段相对所述固定段摆动；
8.形变检测模块，设置于所述形变段，所述形变检测模块随所述形变段的形变而发生形变；
9.温度补偿模块，设置于所述固定段和所述摆动段中的至少一者，所述温度补偿模块随温度变化而发生形变，所述温度补偿模块的温度形变系数与所述形变检测模块的温度形变系数相同，以补偿所述形变检测模块因温度变化所致的形变量。
10.第二方面，本技术实施例提出了一种加速度检测系统，包括x轴加速度计、y轴加速度计和z轴加速度计，所述x轴加速度计、所述y轴加速度计和所述z轴加速度计中的至少一者采用第一方面所述的加速度检测装置。
11.第三方面，本技术实施例提出了一种电子设备，包括第二方面所述的加速度检测系统。
12.在本技术的实施例中，通过设置温度形变系数相同的形变检测模块和温度补偿模块，能够通过温度补偿模块得到形变检测模块因温度变化所致的形变量，从而对形变检测模块检测出的形变量进行温度补偿，这样，能够使加速度检测装置的检测精确度得到提高。
13.第四方面，本技术实施例提出了一种加速度检测方法，应用于电子设备，所述电子设备包括第一方面所述的加速度检测装置，所述方法包括：
14.获取形变检测器件输出的第一模拟信号和温度补偿器件输出的第二模拟信号；
15.根据所述第一模拟信号和所述第二模拟信号，计算所述电子设备的加速度。
16.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
17.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
18.图1是本技术实施例提供的加速度检测装置的结构示意图；
19.图2至图3是图1的加速度检测装置处于加速度场景下的结构示意图；
20.图4是本技术实施例提供的加速度检测逻辑示意图；
21.图5是本技术实施例提供的第一惠斯通电桥的结构示意图；
22.图6是本技术实施例提供的第二惠斯通电桥的结构示意图；
23.图7是本技术实施例提供的加速度检测系统的结构示意图；
24.图8是本技术实施例提供的加速度检测方法的流程示意图。
25.附图标记：
26.10、加速度检测装置；11、检测臂；12、质量块；13、形变检测模块；14、温度补偿模块；15、底座；16、立柱；
27.111、固定段；112、形变段；113、摆动段；131、第一形变电阻；132、第二形变电阻；141、第三形变电阻；142、第四形变电阻；
28.r1、第一子电阻、r2、第二子电阻；r3、第三子电阻；r4、第四子电阻；r5、第五子电阻；r6、第六子电阻；r7、第七子电阻；r8、第八子电阻；h1、第一惠斯通电桥；h2、第二惠斯通电桥；
29.20、加速度检测系统；21、z轴加速度计。
具体实施方式
30.下面将详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
32.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
申请中的具体含义。
33.本技术实施例提供了一种加速度检测装置。
34.随着惯性传感单元的应用越来越广泛，其获得的检测数据可应用于各类应用场景，例如，计步器、惯性导航、姿态调整、拍照防抖功能、游戏交互操作、虚拟现实技术(virtual reality，vr)等应用场景。惯性传感单元内部通常包含加速度计与陀螺仪，其中，加速度计用于检测加速度，陀螺仪用于检测角速度。本技术实施例提供的加速度检测装置可应用于上述任何的应用场景。
35.下面结合图1至图6描述根据本技术实施例的加速度检测装置。
36.如图1至图3所示，本技术实施例提供一种加速度检测装置10，包括：
37.检测臂11，包括固定段111、形变段112和摆动段113，固定段111的第一端通过形变段112与摆动段113的第一端连接，摆动段113通过形变段112的形变相对固定段111摆动；
38.质量块12，设置于摆动段113的第二端，质量块12在惯性作用下相对固定段111运动，以带动摆动段113相对固定段111摆动；
39.形变检测模块13，设置于形变段112，形变检测模块13随形变段112的形变而发生形变；
40.温度补偿模块14，设置于固定段111和摆动段113中的至少一者，温度补偿模块14随温度变化而发生形变，温度补偿模块14的温度形变系数与形变检测模块13的温度形变系数相同，以补偿形变检测模块13因温度变化所致的形变量。
41.固定段111可以理解为位置被固定的部位。形变段112可以理解为在外力作用下发生形变，而在外力解除时恢复形状的部位。摆动段113可以理解为位置未被固定的部位，其可以在质量块12的作用下发生摆动。
42.当加速度检测装置10处于静止场景或匀速运动场景下时，质量块12和摆动段113均相对固定段111静止，形变段112处于初始状态，未发生形变。当加速度检测装置10处于加速度场景下时，质量块12在惯性作用下相对固定段111运动，并带动摆动段113相对固定段111摆动，摆动段113摆动时，形变段112发生形变，此时，形变检测模块13随形变段112的形变而发生形变。
43.本技术实施例的加速度检测装置10可以应用于电子设备，即，可以在电子设备中设置本技术实施例的加速度检测装置10。电子设备内的温度一般不是恒定不变的，因此，温度的变化会对形变检测模块13的形变量带来微小的影响。
44.将温度补偿模块14设置于固定段111和摆动段113中的至少一者，由于固定段111和摆动段113本身不发生形变，因此，温度补偿模块14不因加速度原因而产生形变，仅因温度变化而发生形变，这样，温度补偿模块14的形变可精确地反映温度变化。形变检测模块13除了因加速度原因而产生形变之外，还会因温度变化而产生形变，且温度变化对形变检测模块13的影响可等效于温度变化对温度补偿模块14的影响。因此，可通过温度补偿模块14的形变来补偿形变检测模块13因温度变化所致的形变量，以此来消除温度变化对形变检测模块13检测精确度的影响。
45.在本技术的实施例中，通过设置温度形变系数相同的形变检测模块13和温度补偿模块14，能够通过温度补偿模块14得到形变检测模块13因温度变化所致的形变量，从而对形变检测模块13检测出的形变量进行温度补偿，这样，能够使加速度检测装置10的检测精
确度得到提高。
46.在一些实施例中，形变检测模块13包括第一形变电阻131和第二形变电阻132，温度补偿模块14包括第三形变电阻141和第四形变电阻142，第一形变电阻131与第二形变电阻132设置于不同侧，第三形变电阻141与第一形变电阻131设置于相同侧，第四形变电阻142与第二形变电阻132设置于相同侧；
47.第三形变电阻141和第四形变电阻142用于补偿第一形变电阻131和第二形变电阻132因两侧温差所致的形变量之差。
48.形变电阻又可称为电阻应变片，电阻应变片发生形变时，其电阻也会随之变化，相应的，电阻应变片的电阻发生变化时，其会发生形变，因此，可通过检测电阻的变化来计算形变电阻的形变量。
49.电子设备内部的热量可在检测臂11传导，热量传导至检测臂11的不同部位存在一定的时间差，因此，检测臂11的不同部位存在着温差，例如，检测臂11的靠近热源(例如电子设备的电路板)的一侧温度较高，而远离热源的一侧温度较低，这使得检测臂11的不同侧存在温差，该温差使得位于检测臂11不同侧的形变电阻产生不同的形变。
50.因此，为了消除温差对形变检测模块13检测精确度的影响，可以在检测臂11的不同侧(例如两相对侧)分别设置形变检测模块13和温度补偿模块14。这样，检测臂11的不同侧的温差会导致第三形变电阻141和第四形变电阻142的形变量不同，从而通过第三形变电阻141和第四形变电阻142的形变量之差来补偿第一形变电阻131和第二形变电阻132因温差而导致的形变量之差。
51.示例性的，加速度检测逻辑如图4所示，在电子设备的姿态改变时，质量块12受力摆动，位于检测臂11两侧的第一形变电阻131和第二形变电阻132产生不同的形变，电子设备ic内部的ascii模块采集到相应的第一模拟信号。在检测臂11两侧存在温差时，位于检测臂11两侧的第三形变电阻141和第四形变电阻142的电阻变动，从而使得第三形变电阻141和第四形变电阻142产生不同的形变，电子设备ic内部的ascii模块采集到相应的第二模拟信号。ascii模块根据第一模拟信号和第二模拟信号计算出精确的加速度。在计算得到精确的加速度之后，ascii模块可以将计算结果发送至ap(application processor，应用程序处理机)端，应用层可根据加速度进行相应的处理或反应，例如，应用层可根据加速度进行计步、惯性导航、姿态调整、拍照防抖以及游戏界面中的交互操作等。
52.根据本技术实施例的加速度检测装置10，可以用来检测任何方向上的加速度，例如，可以用来检测x轴的加速度，也可以用来检测y轴或z轴的加速度。以下以z轴加速度检测场景为例，对加速度检测装置10进行更具体的介绍。
53.在一些实施例中，加速度检测装置10还包括底座15和立柱16，立柱16的第一端与底座15连接，立柱16的第二端与固定段111的第二端连接；
54.第一形变电阻131和第三形变电阻141设置于靠近底座15的一侧，第二形变电阻132和第四形变电阻142设置于远离底座15的一侧。
55.在底座15与热源接触的情况下，热量会从底座15传导至立柱16，再沿立柱16传导至检测臂11，并从检测臂11的靠近底座15的一侧传导至检测臂11的远离底座15的一侧，因此，检测臂11的靠近底座15的一侧的温度高于检测臂11的远离底座15的一侧的温度，这两相对侧存在温差。
56.因此，通过将第一形变电阻131和第二形变电阻132分别设置于两相对侧，以及将第三形变电阻141和第四形变电阻142分别设置于两相对侧，能够通过第三形变电阻141和第四形变电阻142的形变量之差来补偿第一形变电阻131和第二形变电阻132因两侧温差而导致的形变量之差，从而能够使加速度检测装置10的检测精确度得到提高。
57.在一些实施例中，如图5至图6所示，第一形变电阻131包括第一子电阻r1和第二子电阻r2，第二形变电阻132包括第三子电阻r3和第四子电阻r4，第一子电阻r1、第二子电阻r2、第三子电阻r3和第四子电阻r4形成第一惠斯通电桥h1；
58.第三形变电阻141包括第五子电阻r5和第六子电阻r6，第四形变电阻142包括第七子电阻r7和第八子电阻r8，第五子电阻r5、第六子电阻r6、第七子电阻r7和第八子电阻r8形成第二惠斯通电桥h2。
59.该实施方式提供一种惠斯通电桥检测方案。
60.对于第一惠斯通电桥h1，如图5所示，当质量块12在惯性作用下运动时带动摆动段113相对固定段111摆动，此时形变段112发生形变，并带动第一形变电阻131和第二形变电阻132发生相应形变，此时第一惠斯通电桥h1输出第一差分信号，通过第一差分信号的正负即可确定加速度方向，通过第一差分信号的值即可计算出初始加速度值。
61.对于第二惠斯通电桥h2中，如图6所示，四个形变电阻两个一组，保证每次发生形变时，一组阻值增大的同时，另一组阻值减小。只要保证第五子电阻r5和第六子电阻r6的阻值同时变小，第七子电阻r7和第八子电阻r8的阻值同时变小，以此输出第二差分信号，进而根据第二差分信号即可计算出温差引起的形变量。
62.随后，可根据第二差分信号计算出的温差引起的形变量对初始加速度值进行补偿，得到精确的加速度值。
63.采用惠斯通电桥的方式进行形变检测，能够高效且简易地解决温度变化引起的加速度检测精确度的问题。
64.需要说明的是，除了采用惠斯通电桥的方式进行形变检测之外，还可以采用电阻值检测的方式进行形变检测。
65.在一些实施例中，第五子电阻r5和第七子电阻r7均设置于固定段111，第六子电阻r6和第八子电阻r8均设置于摆动段113。
66.如此，温度补偿模块14位于形变检测模块13的两侧，进一步的，温度补偿模块14可以以形变检测模块13为中心，对称设置在形变检测模块13的两侧。
67.将温度补偿模块14设置于形变检测模块13的两侧，可以进一步消除在同一平面内可能存在的温度差，从而进一步提高加速度检测装置10的检测精确度。
68.需要说明的是，以上电阻可以均设置于固定段111，或者，均设置于摆动段113，如此，温度补偿模块14位于形变检测模块13的一侧。
69.根据本技术实施例的加速度检测装置10的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
70.本技术实施例还提供一种加速度检测系统，包括x轴加速度计、y轴加速度计和z轴加速度计，x轴加速度计、y轴加速度计和z轴加速度计中的至少一者采用上述实施例中的任一种加速度检测装置。
71.加速度检测系统又可称为mems(micro
‑
electro
‑
mechanical system，微机电系
统)，如图7所示，可在电子设备中设置加速度检测系统20，包括z轴检测区、x轴检测区和y轴检测区，其中，z轴检测区可设置z轴加速度计21，x轴检测区可设置x轴加速度计(未示出)，y轴检测区可设置y轴加速度计(未示出)。
72.在一些实施例中，z轴加速度计采用上述实施例中的任一种加速度检测装置。
73.x轴加速度计和y轴加速度计可在平面内实现加速度检测，平面内的温度分布一般较为均匀，因此，x轴加速度计和y轴加速度计的检测精确度受温差影响极小，可忽略不计，因此，x轴加速度计和y轴加速度计可不设置温度补偿模块，x轴加速度计和y轴加速度计均可采用电容式结构。而z轴加速度计由于存在热量传导的时间差，因此，z轴加速度计21的检测精确度受温差影响较大，因此，z轴加速度计21可设置温度补偿模块，以消除温差对加速度检测精确度的影响。
74.本技术实施例还提供一种电子设备，包括上述实施例中的任一种加速度检测系统。
75.在一些实施例中，加速度检测装置设置于电路板，形变检测模块和温度补偿模块均与电路板电连接。
76.本技术实施例中，电子设备可以是为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra
‑
mobile personal computer，umpc)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，pda)等。
77.根据本技术实施例的电子设备的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
78.如图8所示，本技术实施例还提供一种加速度检测方法，应用于电子设备，所述电子设备包括前述实施例中的任一项加速度检测装置，所述方法包括：
79.步骤301：获取形变检测器件输出的第一模拟信号和温度补偿器件输出的第二模拟信号；
80.步骤302：根据所述第一模拟信号和所述第二模拟信号，计算所述电子设备的加速度。
81.在一些实施例中，所述形变检测器件形成第一惠斯通电桥，所述温度补偿器件形成第二惠斯通电桥；
82.所述获取形变检测器件输出的第一模拟信号和温度补偿器件输出的第二模拟信号，包括：
83.获取所述第一惠斯通电桥输出的第一差分信号和所述第二惠斯通电桥输出的第二差分信号；
84.所述根据所述第一模拟信号和所述第二模拟信号，计算所述电子设备的加速度，包括：
85.根据所述第一差分信号和所述第二差分信号，计算所述电子设备的加速度。
86.在一些实施例中，所述根据所述第一差分信号和所述第二差分信号，计算所述电子设备的加速度，包括：
87.根据所述第一差分信号的正负确定所述电子设备的加速度方向，以及根据所述第一差分信号的绝对值计算第一加速度值；
88.根据所述第二差分信号计算温差形变量；
89.根据所述温差形变量对所述第一加速度值进行补偿，以得到所述电子设备的加速度值。
90.本技术实施例中的加速度检测方法均可参见前述实施例中关于加速度检测方案的相关说明，为避免重复，对此不作赘述。
91.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
92.尽管已经示出和描述了本技术的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。