用于从来自传感器的非线性周期信号提取系统参数的系统和方法技术方案

用于从来自传感器的非线性周期信号提取系统参数的系统和方法在这里被公开。例如惯性装置的传感器包括第一结构和第二结构，所述第二结构弹性地耦合于第一结构。所述传感器被构造为基于在第一结构和第二结构之间的电流产生输出电压。所述第二结构相对第一结构的单调运动引起电流方向的反向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2015年6月26日提交的第14/751,347号美国专利申请、2015年6月26日提交的第14/751,465号美国专利申请、2015年6月26日提交的第14/751,536号美国专利申请、2015年6月26日提交的第14/751,727号美国专利申请、2015年6月26日提交的第14/751,745号美国专利申请、2014年6月26日提交的第62/017,782号美国临时专利申请、2014年7月10日提交的第62/023,138号美国临时专利申请、2014年7月10日提交的第62/023,107号美国临时专利申请、和2014年8月8日提交的第62/035,237号美国临时专利申请的权利，所述每个申请的全部内容在这里以引用的方式结合。
总体来说，此公开涉及一种用于感测例如加速度和旋转的外部扰动的惯性传感器。所述惯性传感器在从在微尺度的微机电系统(MEMS)，到中尺度传感器，到大尺度传感器的尺度范围。
技术介绍
线性传感器通过产生随外部扰动线性变化的系统输出而测量外部扰动。固定比例因子可以用于在外部扰动与外部输出之间的线性关系。线性传感器的系统输出还可以包括固定偏移。然而，线性传感器的比例因子和偏移均由于许多因素随时间改变。这些因素包括由于温度的机械柔度的变化、长时间的机械蠕变、由于不完美密封或内部脱气(outgassing)的传感器的封装压力的变化、谐振器的质量因素的变化、一个或多个放大器增益阶段的漂移、电容充电效应、施加于传感器的偏置电压上的漂移、在信号路径上需要的内部电压基准上的偏移、输入偏移电压的漂移和任意需要的解调相位和增益的漂移等。在线性传感器中，比例因子和偏移的变化将导致系统输出的变化，即使外部扰动不改变。这导致线性传感器的准确性随时间降低。控制传感系统输出的漂移在许多应用中是重要的，尤其那些要求在低频率下的性能的应用。低频率，或1/f，噪音降低了低频性能。1/f噪音的高水平限制了传感器测量低频信号的能力，所述低频信号可能被所述1/f噪音掩盖。例如，导航系统需要具有低的1/f噪音和低的漂移的好的低频性能。因为许多有用的导航信号出现在频谱的低频端中，这些导航信号必须准确地测量以计算位置。
技术实现思路
因此，用于从来自传感器的非线性信号提取系统参数的系统和方法在这里被描述。惯性装置包括第一结构和第二结构，所述第二结构弹性地耦合于第一结构。所述传感器被构造为基于在第一结构和第二结构之间的电流产生输出电压。所述第二结构相对第一结构的单调运动引起电流方向的反向。在一些例子中，惯性装置包括驱动单元，所述驱动单元被构造为使第二结构相对第一结构振荡。所述第一结构可以包括第一多个等间距的子结构。所述第二结构可以包括第二多个等间距的子结构。所述惯性装置包括输出单元，所述输出单元被构造为基于所述输出电压输出表明作用在惯性装置上的外部扰动的输出信号。在一些例子中，第一多个等间距的子结构的第一子结构越过与第二多个等间距的子结构的第二子结构的对齐位置的运动引起电流方向的反向。所述输出信号可以基本上包含第一值和第二值。所述输出单元可以被构造为输出第一值作为所述输出信号。所述输出单元可以从所述传感器接收所述输出电压。所述输出单元可以将输出电压的值与阈值比较。所述输出单元可以基于所述比较输出第二值作为所述输出信号。所述输出单元可以将输出电压的值与多个阈值比较。所述输出单元可以基于所述比较确定所述输出电压越过多个阈值之一。所述输出单元可以基于所述确定在第一值和第二值之间切换输出信号。在一些例子中，所述输出单元在切换事件中切换输出信号。所述惯性装置进一步包括信号处理单元，所述信号处理单元被构造为接收被切换的输出信号。所述信号处理单元可以确定在所述切换事件和随后的切换事件之间的时间。所述信号处理单元可以基于被确定的时间确定惯性装置的惯性参数。所述信号处理单元可以基于被确定的惯性参数输出惯性信号。在一些例子中，第一多个等间距的子结构沿第一轴布置，使得在第一多个等间距的子结构的相邻的子结构之间沿第一轴的距离相等。第二多个等间距的子结构沿所述第一轴布置，使得在第二多个等间距的子结构的相邻的子结构之间沿第一轴的距离相等。在一些例子中，所述第二周期性结构相对第一周期性结构的运动是沿所述第一轴的。非单调变化可以由于第一多个等间距的子结构和第二多个等间距的子结构的对齐发生。在一些例子中，所述非单调变化可以由于第一多个等间距的子结构和第二多个等间距的子结构的反对齐发生。所述第一结构可以包括第三多个等间距的子结构。每个第一多个等间距的子结构可设置在第三多个等间距的子结构相应的子结构上。所述第二结构可以包括第四多个等间距的子结构。每个第二多个等间距的子结构可设置在第四多个等间距的子结构之一上。在一些例子中，每个第一多个等间距的子结构和每个第二多个等间距的子结构具有长方形轮廓。在其他例子中，每个第一多个等间距的子结构和每个第二多个等间距的子结构具有非长方形轮廓。所述惯性装置包括电压源单元，所述电压源单元被构造为向第一结构和第二结构之一施加恒定的电压。所述惯性装置可以包括驱动单元，所述驱动单元驱动第二结构相对所述第一周期性结构振荡运动。所述第二结构相对第一结构的振荡运动引起所述电流的振荡。在一些例子中，所述惯性装置的运动引起所述电流振荡的第一调制。所述电流振荡的第一调制可以引起所述输出信号的第二调制。所述驱动单元可以被构造为接收所述被调制的输出信号。基于被接收的被调制的输出信号，驱动单元可以调节第二周期性结构关于第一周期性结构的振荡运动。所述惯性装置可以包括电压源单元，所述电压源单元被构造为向第一周期性结构和第二周期性结构之一施加振荡电压。所述振荡电压引起电流振荡。所述惯性装置的运动可以引起所述电流振荡的第一调制。所述电流振荡的第一调制可以引起所述输出信号的第二调制。在一些例子中，非线性周期信号被处理以确定惯性信息。非线性周期输入信号被接收。所述非线性周期输入信号被转换为具有第一值和第二值的二值信号。在第一值和第二值之间的第一过渡时间和第二过渡时间被确定。三角函数被应用于包括第一过渡时间和第二过渡时间的自变量以确定三角法结果。惯性参数被从所述三角法结果提取。在一些例子中，应用三角函数于所述包括第一和二过渡时间的自变量进一步包括确定第一和第二过渡时间之间的第一时间间隔以及应用所述三角函数于包括所述时间间隔的自变量以确定所述所述三角法结果。接收所述非线性周期输入信号可以包括接收第一非线性周期信号和第二非线性周期信号。第一和第二非线性周期信号可以被结合以导致所述非线性周期输入信号。将非线性周期输入信号转换为二值信号可以包括将所述非线性周期信号的值与阈值比较。如果所述非线性周期信号的值大于阈值，可以产生二值信号的第一值以对应于所述非线性周期信号的值。如果所述非线性周期信号的值小于阈值，可以产生二值信号的第二值以对应于所述非线性周期信号的值。确定多个过渡时间可以包括将所述二值信号的被产生的值与二值信号的紧接之前的值比较。如果所述二值信号的被产生的值大于紧接之前的值，可以确定所述第一过渡时间以对应于所述二值信号的上升沿。如果所述二值信号的被产生的值小于紧接之前的值，可以确定所述第一过渡时间以对应于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种惯性装置，包括：第一结构；第二结构，其被构造为相对第一结构移动；传感器，其被构造为基于在第一结构和第二结构之间的电流产生输出电压；并且其中第二结构关于第一结构的单调运动引起电流方向的反向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.26 US 62/017,782;2014.07.10 US 62/023,138;1.一种惯性装置，包括：第一结构；第二结构，其被构造为相对第一结构移动；传感器，其被构造为基于在第一结构和第二结构之间的电流产生输出电压；并且其中第二结构关于第一结构的单调运动引起电流方向的反向。2.如权利要求1所述的惯性装置，其中所述第二结构被弹性地耦合于第一结构。3.如权利要求1所述的惯性装置，进一步包括驱动单元，所述驱动单元被构造为使第二结构相对第一结构振荡。4.如权利要求1所述的惯性装置，其中：所述第一结构包括第一多个等间距的子结构；所述第二结构包括第二多个等间距的子结构；并且所述惯性装置包括输出单元，所述输出单元被构造为基于所述输出电压输出表明作用在惯性装置上的外部扰动的输出信号。5.如权利要求4所述的惯性装置，其中：所述第一多个等间距的子结构的第一子结构越过与所述第二多个等间距的子结构的第二子结构对齐的位置的运动引起电流方向的反向。6.如权利要求4所述的惯性装置，其中：所述输出信号基本上包含第一值和第二值；并且输出单元被构造为：输出第一值作为所述输出信号，从所述传感器接收所述输出电压，将所述输出电压的值与阈值比较，以及基于所述比较输出第二值作为所述输出信号。7.如权利要求6所述的惯性装置，其中所述输出单元进一步被构造为：将所述输出电压的值与多个阈值比较；基于所述比较确定所述输出电压越过多个阈值之一；以及基于所述确定在第一值和第二值之间切换所述输出信号。8.如权利要求7所述的惯性装置，其中：所述输出单元在切换事件中切换输出信号；并且所述惯性装置进一步包括信号处理单元，其被构造为：接收所述被切换的输出信号，确定所述切换事件和随后的切换事件之间的时间，基于所述被确定的时间确定惯性装置的惯性参数，以及基于所述被确定的惯性参数，输出惯性信号。9.如权利要求4所述的惯性装置，其中：第一多个等间距的子结构沿第一轴布置，使得在第一多个等间距的子结构的相邻的子结构之间沿所述第一轴的距离相等；并且第二多个等间距的子结构沿所述第一轴布置，使得在第二多个等间距的子结构的相邻的子结构之间沿第一轴的距离相等。10.如权利要求9所述的惯性装置，其中所述第二周期性结构相对第一周期性结构的运动是沿所述第一轴的。11.如权利要求9所述的惯性装置，其中由于第一和第二多个等间距的子结构的对齐发生非单调的变化。12.如权利要求9所述的惯性装置，其中由于第一和第二多个等间距的子结构的反对齐发生非单调的变化。13.如权利要求4所述的惯性装置，其中：所述第一结构包括第三多个等间距的子结构；所述每个第一多个等间距的子结构被设置在所述第三多个等间距的子结构的相应子结构上；所述第二结构包括第四多个等间距的子结构；并且所述每个第二多个等间距的子结构被设置在所述第四多个等间距的子结构的相应子结构上。14.如权利要求13所述的惯性装置，其中所述第一和第二多个等间距的子结构中的每个具有长方形的轮廓。15.如权利要求13所述的惯性装置，其中所述第一和第二多个等间距的子结构中的每个具有非长方形的轮廓。16.如权利要求4所述的惯性装置，进一步包括：电压源单元，其被构造为向第一和第二结构之一施加恒定的电压；以及驱动单元，其被构造为驱动第二结构相对所述第一周期性结构振荡运动；并且其中，所述第二结构相对第一周期性结构的振荡运动引起所述电流的振荡。17.如权利要求16所述的惯性装置，其中：所述惯性装置的运动导致在所述电流的振荡的第一调制；并且所述电流振荡的第一调制引起所述输出信号的第二调制。18.如权利要求16所述的惯性装置，其中所述驱动单元进一步被构造为：接收所述被调制的输出信号；并且基于所述被接收的被调制的输出信号，调节所述第二周期性结构关于所述第一周期性结构的振荡运动。19.如权利要求4所述的惯性装置，进一步包括：电压源单元，其被构造为向第一和第二周期性结构之一施加振荡电压；并且其中所述振荡电压导致电流振荡。20.如权利要求19所述的惯性装置，其中：所述惯性装置的运动引起所述电流振荡的第一调制；并且所述电流振荡的第一调制引起所述输出信号的第二调制。21.一种形成惯性装置的方法，包括：形成第一结构；形成第二结构，其被构造为相对第一结构移动；形成从第一和第二结构到传感器的电连接，所述传感器被构造为：感测第一和第二结构之间的电流，以及基于所述电流产生输出电压；并且其中所述第二结构相对所述第一结构的单调运动引起电流方向的反向。22.如权利要求21所述的惯性装置，其中所述第二结构被弹性地耦合于第一结构。23.如权利要求21所述的方法，进一步包括形成驱动单元，所述驱动单元被构造为使第二结构相对第一结构振荡。24.如权利要求21所述的方法，其中：在所述第一结构上形成第一多个等间距的子结构；在所述第二结构上形成第二多个等间距的子结构；形成从所述传感器到所述输出单元的电连接，所述输出单元被被构造为基于所述输出电压输出表明作用在惯性装置上的外部扰动的输出信号。25.如权利要求24所述的方法，其中：第一多个等间距的子结构的第一子结构越过与第二多个等间距的子结构的第二子结构对齐的位置的运动引起电流方向的反向。26.如权利要求24所述的方法，其中：所述输出信号基本上包含第一值和第二值；并且所述输出单元被构造为：输出第一值作为所述输出信号，从所述传感器接收所述输出电压，将所述输出电压的值与阈值比较，以及基于所述比较输出第二值作为所述输出信号。27.如权利要求26所述的方法，其中所述输出单元进一步被构造为：将所述输出电压的值与多个阈值比较；基于所述比较确定所述输出电压越过多个阈值之一；以及基于所述确定在第一值和第二值之间切换所述输出信号。28.如权利要求27所述的方法，其中：所述输出单元在切换事件中切换输出信号；并且所述方法进一步包括形成从所述输出单元到信号处理单元的电连接，所述信号处理单元被构造为：接收所述被切换的输出信号，确定所述切换事件和随后的切换事件之间的时间；基于所述被确定的时间确定惯性装置的惯性参数，以及基于所述被确定的惯性参数，输出惯性信号。29.如权利要求24所述的方法，其中：形成所述第一多个等间距的子结构包括沿第一轴形成所述第一多个等间距的子结构，使得在第一多个等间距的子结构的相邻的子结构之间沿所述第一轴的距离相等；并且形成所述第二多个等间距的子结构包括沿所述第一轴形成所述第二多个等间距的子结构，使得在第二多个等间距的子结构的相邻的子结构之间沿第一轴的距离相等。30.如权利要求29所述的方法，其中所述第二周期性结构相对所述第一周期性结构的运动是沿所述第一轴的。31.如权利要求29所述的方法，其中所述非单调变化由于第一多个等间距的子结构和第二多个等间距的子结构的对齐发生。32.如权利要求30所述的方法，其中所述非单调变化由于第一多个等间距的子结构和第二多个等间距的子结构的反对齐发生。33.如权利要求24所述的方法，进一步包括：在所述第一结构上形成第三多个等间距的子结构；在所述第三多个等间距的子结构的相应子结构上形成所述每个第一多个等间距的子结构；在所述第二结构上形成第四多个等间距的子结构；以及在所述第四多个等间距的子结构的相应子结构上形成所述每个第二多个等间距的子结构。34.如权利要求33所述的方法，进一步包括形成所述每个第一和第二多个等间距的子结构以具有长方形的轮廓。35.如权利要求33所述的方法，进一步包括形成所述每个第一和第二多个等间距的子结构以具有非长方形的轮廓。36.如权利要求24所述的方法，进一步包括：形成从所述第一和第二结构到电压源单元的相应的电连接，所述电压源单元被构造为向所述第一和第二结构中的一个施加恒定电压；以及形成到驱动单元的电连接，所述驱动单元被构造为驱动所述第二结构相对所述第一周期性结构振荡运动；并且其中，所述第二结构相对第一周期性结构的振荡运动引起所述电流的振荡。37.如权利要求36所述的方法，其中：所述惯性装置的运动引起所述电流振荡的第一调制；并且所述电流振荡的第一调制引起所述输出信号的第二调制。38.如权利要求36所述的方法，其中所述输出单元进一步被构造为：接收所述被调制的输出信号；并且基于被接收的被调制的输出信号，调节所述第二周期性结构相对所述第一周期性结构的振荡运动。39.如权利要求24所述的方法，进一步包括：形成从第一和第二周期性结构中的一个到电压源单元的电连接，所述电压源单元被构造为向第一和第二周期性结构中的一个施加振荡电压；以及其中所述振荡电压引起电流的振荡。40.如权利要求39所述的方法，其中：所述惯性装置的运动引起所述电流振荡的第一调制；并且所述电流振荡的第一调制引起所述输出信号的第二调制。41.一种处理来自惯性传感器的非线性周期信号以确定所述惯性传感器的惯性参数的方法，所述方法包括：从所述惯性传感器接收非线性周期输入信号；将所述非线性周期输入信号转换为具有第一和第二值的二值信号；确定在第一和第二值之间的第一和第二过渡时间；应用三角函数于包括第一和第二过渡时间的自变量以确定三角法结果；以及从所述三角法结果提取所述惯性传感器的惯性参数。42.如权利要求41所述的方法，其中应用所述三角函数于所述包括第一和二过渡时间的自变量进一步包括：确定第一和第二过渡时间之间的第一时间间隔；以及应用所述三角函数于包括所述时间间隔的自变量以确定所述所述三角法结果。43.如权利要求41所述的方法，其中接收所述非线性周期输入信号包括：接收第一非线性周期信号；接收第二非线性周期信号；以及将所述第一和第二非线性周期信号结合以导致所述非线性周期输入信号。44.如权利要求41所述的方法，其中将所述非线性周期输入信号转换为所述二值信号包括：将所述非线性周期信号的值与阈值比较；如果所述非线性周期信号的值大于所述阈值，产生所述二值信号的所述第一值以对应于所述非线性周期信号的值；以及如果所述非线性周期信号的值小于所述阈值，产生所述二值信号的所述第二值以对应于所述非线性周期信号的值。45.如权利要求44所述的方法，其中确定多个过渡时间包括：将所述二值信号的被产生的值与所述二值信号的紧接之前的值比较；如果所述二值信号的被产生的值大于所述紧接之前的值，确定所述第一过渡时间对应于所述二值信号的上升沿；以及如果所述二值信号的被产生的值小于所述紧接之前的值，确定所述第一过渡时间对应于所述二值信号的下降沿。46.如权利要求42所述的方法，其中应用所述三角函数于所述包括第一时间间隔的自变量进一步包括：接收第二时间间隔；确定所述第一和第二时间间隔的和；确定所述第一和第二时间间隔中的一个与所述和的比；基于所述比确定自变量；以及应...

【专利技术属性】
技术研发人员：RL沃特斯，JD雅各布斯，CH塔利，X黄，Y张，MS弗雷利克，
申请(专利权)人：路梅戴尼科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US