专利名称：物理量测量装置以及物理量测量方法
技术领域：
本发明涉及一种物理量测量装置以及物理量测量方法。更详细地说，涉及一种用于基于由检测矢量物理量的传感器获取到的矢量物理量数据群、根据状况来迅速或高精确度地估计矢量物理量数据群所包含的偏移(Offset)的物理量测量装置以及物理量测量方法。
背景技术：
已知一种在两个方向或三个方向上配置磁传感器，测量地磁场来计算方位的方位角测量装置(所谓的电子罗盘)。近年来，方位角测量装置的小型化不断发展，出现装载在以手机、PDA (Personal Digital Assistant 个人数字助理)为代表的便携设备上的例子。在磁传感器的周边配置有扬声器等已被磁化的部件的情况下，这种方位角测量装置在检测地磁场的同时也检测从已被磁化的部件漏出的磁场，因此如果不是在从测量信号中减去由地磁场以外的原因引起的信号成分之后求出方位，就会计算出错误的方位。将由地磁场以外的原因引起的稳定的信号成分称为偏移。专利文献1、专利文献2等公开了一种适于便携设备的方位角测量装置的偏移的估计方法。专利文献1、专利文献2所公开的方法是如下一种技术便携设备根据使用者的使用状况而采取各种姿势，利用这一点，不会被使用者意识到而自动估计装载在便携式设备上的方位角测量装置的偏移。
图17是说明在以往的方位角测量装置中估计偏移的方法的概念的图。在地磁场的大小均勻的环境下，在使用者自由移动方位角测量装置1时，方位角测量装置1所获取的地磁场数据分布在以数据中所包含的偏移为中心的球面上。此外，设为方位角测量装置1的各测量轴的灵敏度相同。在本案中，如上述那样将数据中所包含的作为被测量对象的矢量物理量(例如地磁场)以外的成分称为偏移。在估计偏移时，首先，估计地磁场数据群所分布的球面(使用三轴的地磁场传感器检测地磁场的情况)的中心。将球面的中心称为基准点。接着，调查所估计出的基准点的可靠性(是否以系统所能够允许的估计误差进行估计)，采用被判断为具有可靠性的基准点作为系统的偏移。在不进行可靠性判断的情况下，直接采用基准点作为系统的偏移。根据专利文献1，在将由方位角测量装置1反复获取到的三轴测量数据群设为 (Xi, Yi, Zi)时，以使评价式[数1]最小的方式估计基准点(ox，oy, οζ)较为妥当，此时利用 [数2]所示的一次联立方程式的解来求出基准点。艮口，
权利要求
1.一种物理量测量装置，用于测量物理量，其特征在于，具备矢量物理量检测单元，其检测由多个成分构成的矢量物理量；数据获取单元，其通过反复获取所检测到的上述矢量物理量作为矢量物理量数据，来获取矢量物理量数据群；以及偏移估计单元，其根据所获取的上述矢量物理量数据群算出差矢量群，基于使用了所算出的该差矢量群的规定的评价式，利用统计方法估计所获取的上述矢量物理量数据群所包含的偏移，其中，上述偏移估计单元包括差矢量算出部，其利用所获取的上述矢量物理量数据群的各成分的差算出上述差矢量群；数据选择部，其基于规定的测量参数对上述差矢量群进行选择并保存；基准点估计部，其基于使用了所选择出的上述差矢量群的上述评价式，在以所获取的上述矢量物理量数据群的各成分为坐标值的坐标系上利用统计方法估计基准点的坐标；以及可靠性判断部，其基于上述矢量物理量数据群、上述差矢量群、估计出的多个上述基准点这三项中的至少一项并按照用于算出上述基准点的可靠性信息的计算参数来算出上述基准点的可靠性信息，通过将该可靠性信息与判断阈值进行比较来判断上述基准点的可靠度，输出被判断为可靠度高的基准点作为上述数据获取单元所获取的矢量物理量数据中所包含的偏移。
2.根据权利要求1所述的物理量测量装置，其特征在于，上述偏移估计单元还包括偏移估计参数管理部，该偏移估计参数管理部将上述判断阈值、上述测量参数、上述计算参数作为偏移估计参数来进行管理，上述偏移估计参数管理部基于由上述可靠性判断部算出的上述可靠性信息、判断出的上述可靠度、被判断为可靠度高的次数以及使用同一上述偏移估计参数的时间中的至少一项来改变上述偏移估计参数。
3.根据权利要求2所述的物理量测量装置，其特征在于，还具备事件检测单元，该事件检测单元检测物理量测量装置内外环境的变化或者操作者的操作，在发生了这些事件的情况下，上述偏移估计参数管理部判断为所输出的上述偏移的可靠度有可能变差，改变上述偏移估计参数。
4.根据权利要求3所述的物理量测量装置，其特征在于，上述环境的变化是温度变化。
5.根据权利要求3或4所述的物理量测量装置，其特征在于，在由上述数据获取单元获取的数据超过了规定的范围的情况下，上述偏移估计参数管理部视为上述环境发生了变化而改变上述偏移估计参数。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，使用上述差矢量与连接该差矢量的中点和上述基准点的矢量的内积的绝对值的N次方来规定上述评价式。
7.根据权利要求6所述的物理量测量装置，其特征在于，上述N是2或4。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，上述测量参数包括上述矢量物理量检测单元检测上述物理量的时间间隔以及上述数据获取单元获取上述矢量物理量的时间间隔。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 上述测量参数包括数据变化量，上述数据变化量是上述数据获取单元获取到的矢量物理量数据与上述数据选择部选择出的数据之间的差，上述数据选择部选择上述数据变化量为预定值以上的数据。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 上述测量参数包括用于上述偏移估计单元估计基准点的矢量物理量数据的个数。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 上述测量参数包括获取到构成上述差矢量的两个矢量物理量数据的时间差， 上述数据选择部仅选择上述时间差为规定值以下的差矢量。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 上述测量参数包括差矢量的大小，上述数据选择部仅选择该差矢量的大小为规定值以上的差矢量。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 上述测量参数包括两个差矢量所形成的角度，上述数据选择部仅选择新算出的差矢量与已选择的差矢量所形成的角度为规定值以上的差矢量。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的角度信息，该角度信息是根据如下角度算出的信息用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和该估计出的基准点的矢量所形成的角度，在用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和该估计出的基准点的矢量所形成的角度均处于规定的范围内时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息，该距离信息是根据如下距离算出的信息，该距离为从该估计出的基准点向用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量作垂线而得到的垂足与该差矢量的中点之间的距离，在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 在上述矢量物理量检测单元是两个成分的矢量物理量检测单元的情况下， 上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息， 该距离信息是根据该差矢量的各垂直平分线与该估计出的基准点之间的距离算出的fn息，在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。
17.根据权利要求1至16中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 在上述矢量物理量检测单元是三个成分的矢量物理量检测单元的情况下， 上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息， 该距离信息是根据该差矢量的各垂直平分面与该估计出的基准点之间的距离算出的fn息，在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，上述可靠性判断部将该基准点判断为可靠度高。
18.根据权利要求1至17中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 上述可靠性信息包括根据规定个数M的上述基准点的偏差算出的信息， 在上述偏差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。
19.根据权利要求1至18中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，上述可靠性信息包括根据构成用于估计上述基准点的数据群的数据的各轴成分的偏差算出的信息，在上述偏差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。
20.根据权利要求1至19中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，上述可靠性信息包括用于估计上述基准点的数据群的各数据与该基准点之间的距离， 在用于估计上述基准点的数据群的各数据与该基准点之间的距离处于规定的范围内时，将上述基准点判断为可靠度高。
21.根据权利要求1至20中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，上述可靠性信息包括如下的信息在以物理量数据的各成分为坐标成分的坐标轴上确定一个平面以使该平面与用于估计上述基准点的数据群的各数据之间的距离之和最小从而根据该数据群的各数据与该平面之间的距离算出的信息，在与根据用于估计上述基准点的数据群算出的上述平面之间的距离的最大值为规定值以上时，将上述基准点判断为可靠度高。
22.根据权利要求1至21中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于，上述可靠性信息包括根据获取用于估计上述基准点的数据群中最早获取到的数据时的时间与获取最后获取到的数据时的时间差算出的信息，在上述时间差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。
23.根据权利要求1至22中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 上述计算参数包括用于算出上述基准点的偏差的基准点的个数M。
24.根据权利要求2至23中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 将用于估计上述偏移的上述偏移估计参数的状态输出到外部。
25.根据权利要求1至M中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 输出上述可靠性信息和上述可靠度中的至少一个。
26.根据权利要求1至25中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 上述矢量物理量检测单元是检测磁场作为上述物理量的磁传感器。
27.根据权利要求1至沈中的任一项所述的物理量测量装置，其特征在于， 上述矢量物理量检测单元是检测加速度作为上述物理量的加速度传感器。
28.—种物理量测量方法，用于测量物理量，其特征在于，包括以下步骤 矢量物理量检测步骤，检测由多个成分构成的矢量物理量；数据获取步骤，通过反复获取所检测到的上述矢量物理量作为矢量物理量数据，来获取矢量物理量数据群；以及偏移估计步骤，根据所获取的上述矢量物理量数据群算出差矢量群，基于使用了所算出的该差矢量群的规定的评价式，利用统计方法估计所获取的上述矢量物理量数据群所包含的偏移，其中，上述偏移估计步骤包括差矢量算出步骤，利用所获取的上述矢量物理量数据群的各成分的差算出上述差矢量群；数据选择步骤，基于规定的测量参数对上述差矢量群进行选择并保存； 基准点估计步骤，基于使用了所选择出的上述差矢量群的上述评价式，在以所获取的上述矢量物理量数据群的各成分为坐标值的坐标系上利用统计方法估计基准点的坐标；以及可靠性判断步骤，基于上述矢量物理量数据群、上述差矢量群、估计出的多个上述基准点这三项中的至少一项并按照用于算出上述基准点的可靠性信息的计算参数来算出上述基准点的可靠性信息，通过将该可靠性信息与判断阈值进行比较来判断上述基准点的可靠度，输出被判断为可靠度高的基准点作为上述数据获取单元所获取的矢量物理量数据中所包含的偏移。
29.根据权利要求观所述的物理量测量方法，其特征在于，上述偏移估计步骤还包括偏移估计参数管理步骤，在该偏移估计参数管理步骤中将上述判断阈值、上述测量参数、上述计算参数作为偏移估计参数来进行管理，上述偏移估计参数管理步骤基于由上述可靠性判断部算出的上述可靠性信息、判断出的上述可靠度、被判断为可靠度高的次数以及使用同一上述偏移估计参数的时间中的至少一项来改变上述偏移估计参数。
30.根据权利要求四所述的物理量测量方法，其特征在于，还具备事件检测步骤，在该事件检测步骤中检测物理量测量装置内外环境的变化或者操作者的操作，在发生了这些事件的情况下，在上述偏移估计参数管理部中判断为所输出的上述偏移的可靠度有可能变差，改变上述偏移估计参数。
31.根据权利要求30所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述环境的变化是温度变化。
32.根据权利要求30或31所述的物理量测量方法，其特征在于，在由上述数据获取步骤获取的数据超过了规定的范围的情况下，在上述偏移估计参数管理部中视为上述环境发生了变化而改变上述偏移估计参数。
33.根据权利要求观至32中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，使用上述差矢量与连接该差矢量的中点和上述基准点的矢量的内积的绝对值的N次方来规定上述评价式。
34.根据权利要求33所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述N是2或4。
35.根据权利要求28至34中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述测量参数包括上述矢量物理量检测步骤检测上述物理量的时间间隔以及上述数据获取步骤获取上述矢量物理量的时间间隔。
36.根据权利要求观至35中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述测量参数包括数据变化量，上述数据变化量是上述数据获取步骤获取到的矢量物理量数据与上述数据选择步骤选择出的数据之间的差，上述数据选择步骤选择上述数据变化量为预定值以上的数据。
37.根据权利要求观至36中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，上述测量参数包括用于在上述偏移估计单元中估计基准点的矢量物理量数据的个数。
38.根据权利要求观至37中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述测量参数包括获取到构成上述差矢量的两个矢量物理量数据的时间差， 上述数据选择步骤仅选择上述时间差为规定值以下的差矢量。
39.根据权利要求观至38中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述测量参数包括差矢量的大�。鲜鍪菅≡癫街杞鲅≡窀貌钍噶康拇笮∥娑ㄖ狄陨系牟钍噶�。
40.根据权利要求观至39中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述测量参数包括两个差矢量所形成的角度，上述数据选择步骤仅选择新算出的差矢量与已选择的差矢量所形成的角度为规定值以上的差矢量。
41.根据权利要求28至40中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的角度信息，该角度信息是根据如下角度算出的信息用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和该估计出的基准点的矢量所形成的角度，在用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量与连接该差矢量的中点和该估计出的基准点的矢量所形成的角度均处于规定的范围内时，在上述可靠性判断步骤中将该基准点判断为可靠度高。
42.根据权利要求观至41中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息，该距离信息是根据如下距离算出的信息，该距离为从该估计出的基准点向用于估计上述基准点的坐标的差矢量群中的每个差矢量作垂线而得到的垂足与该差矢量的中点之间的距离，在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，在上述可靠性判断步骤中将该基准点判断为可靠度高。
43.根据权利要求观至42中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 在上述矢量物理量检测步骤是两个成分的矢量物理量检测步骤的情况下，上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息， 该距离信息是根据该差矢量的各垂直平分线与该估计出的基准点之间的距离算出的 fn息，在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，在上述可靠性判断步骤中将该基准点判断为可靠度高。
44.根据权利要求观至43中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 在上述矢量物理量检测步骤是三个成分的矢量物理量检测步骤的情况下， 上述可靠性信息包括根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的距离信息， 该距离信息是根据该差矢量的各垂直平分面与该估计出的基准点之间的距离算出的fn息，在根据用于估计上述基准点的坐标的差矢量群算出的上述距离的最大值为规定值以下时，在上述可靠性判断步骤中将该基准点判断为可靠度高。
45.根据权利要求观至44中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述可靠性信息包括根据规定的个数M的上述基准点的偏差算出的信息， 在上述偏差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。
46.根据权利要求观至45中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述可靠性信息包括根据构成用于估计上述基准点的数据群的数据的各轴成分的偏差算出的信息，在上述偏差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。
47.根据权利要求观至46中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，上述可靠性信息包括用于估计上述基准点的数据群的各数据与该基准点之间的距离， 在用于估计上述基准点的数据群的各数据与该基准点之间的距离处于规定的范围内时，将上述基准点判断为可靠度高。
48.根据权利要求观至47中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于，上述可靠性信息包括如下的信息在以物理量数据的各成分为坐标成分的坐标轴上确定一个平面以使该平面与用于估计上述基准点的数据群的各数据之间的距离之和最小从而根据该数据群的各数据与该平面之间的距离算出的信息，在与根据用于估计上述基准点的数据群算出的上述平面之间的距离的最大值为规定值以上时，将上述基准点判断为可靠度高。
49.根据权利要求观至48中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述可靠性信息包括根据获取用于估计上述基准点的数据群中最早获取到的数据时的时间与获取最后获取到的数据时的时间差算出的信息，在上述时间差为规定值以下时，将上述基准点判断为可靠度高。
50.根据权利要求观至49中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述计算参数包括用于算出上述基准点的偏差的基准点的个数M。
51.根据权利要求四至50中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 将用于估计上述偏移的上述偏移估计参数的状态输出到外部。
52.根据权利要求观至51中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 输出上述可靠性信息和上述可靠度中的至少一个。
53.根据权利要求28至52中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述矢量物理量检测步骤是检测磁场作为上述物理量的磁传感器。
54.根据权利要求观至53中的任一项所述的物理量测量方法，其特征在于， 上述矢量物理量检测步骤是检测加速度作为上述物理量的加速度传感器。
全文摘要
即使不是在作为测量对象的矢量物理量的大小均匀的空间内获取到的测量数据群也能够根据状况迅速或高精确度地估计出可靠性较高的偏移，从而进一步提高估计出的偏移的可靠性。基于使用了差矢量群的规定的评价式，利用统计方法估计所获取的矢量物理量数据群所包含的偏移。偏移估计如下基于矢量物理量数据群、差矢量群、估计出的多个基准点这三项中的至少一项并按照用于算出基准点的可靠性信息的计算参数来算出基准点的可靠性信息，通过将该可靠性信息与判断阈值进行比较来判断基准点是否具有可靠性，将被判断为具有可靠性的基准点作为数据获取单元所获取的矢量物理量数据中所包含的偏移而输出。
文档编号G01C17/38GK102224394SQ200980146528
公开日2011年10月19日 申请日期2009年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者北村彻, 御子柴宪彦 申请人:旭化成微电子株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
