CN109521501A - 重力传感器的校准方法 - Google Patents

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Abstract

一种重力传感器的校准方法。所述方法包括下列步骤。取得重力传感器所提供的初始重力坐标，其中初始重力坐标为装载重力传感器的电子装置平放于测试平台时所测得。基于Z轴旋转初始重力坐标第一角度，使初始重力坐标于X轴及Y轴的其中之一的分量为0，以取得平面坐标。基于分量为0的X轴或Y轴旋转平面坐标第二角度，以使平面坐标于X轴及Y轴的其中另一的分量为0。存储第一角度以及第二角度，以供重力传感器感测重力坐标时，依据第一角度及第二角度进行校准，以取得校准后重力坐标。

Description

重力传感器的校准方法
技术领域
本发明涉及一种校准方法，且特别涉及一种重力传感器的校准方法。
背景技术
随着信息科技的发达，电子装置的功能不断的增加，而电子装置内所需要的感测元件也不断增加。由于重力传感器可以判断电子装置的移动及转动，在众多应用中，重力传感器已是不可或缺的感测元件。然而，重力传感器安装于电子装置时，重力传感器的Z轴与电子装置的Z轴可能会有误差，造成感测结果不正确。因此，如何消除重力传感器的Z轴与电子装置的Z轴之间的误差则是设计电子装置的一个重要课题。
发明内容
本发明提供一种重力传感器的校准方法，可使校准后的重力坐标确实表示电子装置的转动状态及/或位移状态。
本发明的重力传感器的校准方法，包括下列步骤。取得重力传感器所提供的初始重力坐标，其中初始重力坐标为装载重力传感器的电子装置平放于测试平台时所测得。基于Z轴旋转初始重力坐标第一角度，使初始重力坐标于X轴及Y轴的其中之一的分量为0，以取得平面坐标。基于分量为0的X轴或Y轴旋转平面坐标第二角度，以使平面坐标于X轴及Y轴的其中另一的分量为0。存储第一角度以及第二角度，以供重力传感器感测重力坐标时，依据第一角度及第二角度进行校准，以取得校准后重力坐标。
基于上述，本发明实施例的重力传感器的校准方法，会先算出重力传感器的坐标轴与电子装置的坐标轴之间的角度差，并且通过上述角度差旋转重力传感器的重力坐标，以取得校准后的重力坐标。由此，校准后的重力坐标可确实表示电子装置的转动状态及/或位移状态。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为依据本发明一实施例的电子装置的***示意图；
图2A为依据本发明一实施例的初始重力坐标的校准示意图；
图2B为依据本发明一实施例重力坐标的校准示意图；
图3A为依据本发明另一实施例的初始重力坐标的校准示意图；
图3B为依据本发明另一实施例重力坐标的校准示意图；
图4为依据本发明一实施例的重力传感器的校准方法的流程图。
具体实施方式
图1为依据本发明一实施例的电子装置的***示意图。请参照图1，在本实施例中，电子装置100包括重力传感器110、驱动电路120、存储器130及承载平台140，其中承载平台140可以是背板、电路板或电子装置100的壳体，但本发明实施例不以此为限。
重力传感器110安装于承载平台140，以提供重力坐标Gxyz，其中重力坐标Gxyz可用来计算电子装置100的转动状态及/或位移状态。在理想状态下，重力传感器110在水平且静止的平面上所感测的重力坐标Gxyz仅会具有Z轴分量(即，地心引力)。然而，重力传感器110与承载平台140可能无法完美结合，重力传感器110的坐标轴与电子装置100的坐标轴之间会有误差，而产生除了Z轴外的分量。此时，驱动电路120会接收重力坐标Gxyz，并且在初始化期间，驱动电路120会计算重力传感器110的坐标轴与电子装置100的坐标轴之间的角度差。
接着，驱动电路120将重力传感器110的坐标轴与电子装置100的坐标轴之间的角度差存储于存储器130，接着依据重力传感器110的坐标轴与电子装置100的坐标轴之间的角度差校准重力坐标Gxyz，以提供校准后的重力坐标AGxyz。
依据上述，校准后的重力坐标AGxyz已消除重力传感器110的坐标轴与电子装置100的坐标轴之间的误差，因此校准后的重力坐标AGxyz可确实表示电子装置100的转动状态及/或位移状态。也就是说，当重力传感器110置于水平且静止的平面上，校准后的重力坐标AGxyz仅剩下Z轴的分量，X轴以及Y轴的分量为零。
图2A为依据本发明一实施例的初始重力坐标的校准示意图。请参照图1及图2A，在本实施例中，在初始化期间，驱动电路120会取得重力传感器110提供的一组初始重力坐标OGxyz，其中初始重力坐标OGxyz为装置重力传感器110的电子装置100平放于测试平台(未示出)所测得。优选地，测试平台为水平且静止的一平面。接着，在取得一组的重力坐标OGxyz之后，驱动电路120会基于Z轴旋转初始重力坐标OGxyz第一角度θ11至YZ平面，以取得平面坐标MGyz，亦即X轴的分量为0。
进一步来说，基于Z轴旋转初始重力坐标OGxyz的第一旋转矩阵满足下列方程式
其中，θ11为第一角度，Gx、Gy及Gz分别为初始重力坐标OGxyz在X轴、Y轴以及Z轴上的三个分量，Gy'及Gz'分别为平面坐标MGyz的两个分量。并且，基于为第一角度θ11来运行的第一旋转矩阵(1)会存储于存储器130中。
然后，驱动电路120会基于X轴将平面坐标MGyz旋转第二角度θ12至Z轴，而取得Z轴的分量为1(亦即1G)而X轴及Y轴的分量为0的校准后初始重力坐标AOGxyz。进一步来说，基于X轴旋转平面坐标MGyz的第二旋转矩阵满足下列方程式
其中，θ12为第二角度，Gz”为Z轴上的分量且值为1G。并且，基于为第二角度θ12来运行的第二旋转矩阵(2)会存储于存储器130中。
图2B为依据本发明一实施例一操作期间重力坐标的校准示意图。其中，操作期间指的是电子装置100处于一使用或一操作状态。请参照图1、图2A及图2B，在本实施例中，在操作期间，重力传感器110会感测重力坐标PG1xyz，并且驱动电路120会按序利用第一旋转矩阵(1)及第二旋转矩阵(2)校准重力坐标PG1xyz。进一步来说，在取得重力坐标PG1xyz后，会先利用第一角度θ11进行旋转，以取得中间重力坐标MG1xyz。接着，再利用第二角度θ12进行旋转，以取得校准后重力坐标APG1xyz。也就是说，校准后重力坐标APG1xyz可由旋转重力坐标PG1xyz与第一旋转矩阵(1)及第二旋转矩阵(2)进行矩阵相乘所得出，其运算方法可参照下列方程式
其中，PG1x、PG1y及PG1z分别为重力坐标PG1xyz在X轴、Y轴以及Z轴上的三个分量，AG1x、AG1y及PG1z分别为校准后重力坐标APG1xyz在X轴、Y轴以及Z轴上的三个分量。
依据上述，在电子装置100平放于水平且静止的平面时，重力传感器110的重力坐标Gxyz上仅有Z轴存有为1G的分量Gz，因此在初始化期间驱动电路120可依据初始重力坐标OGxyz计算出重力传感器110的坐标轴与电子装置100的坐标轴之间的第一角度θ11及第二角度θ12，进而导入第一旋转矩阵(1)及第二旋转矩阵(2)。接着，同样利用第一旋转矩阵(1)及第二旋转矩阵(2)对重力坐标PG1xyz进行矩阵相乘而取得校准后重力坐标APG1xyz。因此，存在于重力传感器110的坐标轴与电子装置100的坐标轴之间的误差，可通过第一旋转矩阵(1)及第二旋转矩阵(2)来消除。
图3A为依据本发明另一实施例的初始重力坐标的校准示意图。请参照图1及图3A，在本实施例中，在初始化期间，驱动电路120会取得重力传感器110提供的一组初始重力坐标OGxyz，其中装置重力传感器110的电子装置100平放于测试平台(未示出，为水平且静止的平面)。接着，在测得一组的重力坐标OGxyz之后，驱动电路120会基于Z轴旋转初始重力坐标OGxyz第一角度θ21至XZ平面，以取得平面坐标MGxz，亦即Y轴的分量为0。
进一步来说，基于Z轴旋转初始重力坐标OGxyz的第一旋转矩阵满足下列方程式
其中，θ21为第一角度，Gx、Gy及Gz分别为初始重力坐标OGxyz在X轴、Y轴以及Z轴上的三个分量，Gx'及Gz'分别为平面坐标MGxz的两个分量。并且，基于为第一角度θ21来运行的第一旋转矩阵(3)会存储于存储器130中。
然后，驱动电路120会基于Y轴将平面坐标MGxz旋转第二角度θ22至Z轴，而取得Z轴的分量为1(亦即1G)而X轴及Y轴的分量为0的校准后初始重力坐标AOGxyz。进一步来说，基于Y轴旋转平面坐标MGyz的第二旋转矩阵满足下列方程式
其中，θ22为第二角度，Gz”为Z轴上的分量且值为1G。并且，基于为第二角度θ22来运行的第二旋转矩阵(4)会存储于存储器130中。
图3B为依据本发明另一实施例一操作期间重力坐标的校准示意图。其中，操作期间指的是电子装置100处于一使用或一操作状态。请参照图1、图3A及图3B，在本实施例中，在操作期间，重力传感器110会感测重力坐标PG2xyz，并且驱动电路120会按序利用第一角度θ21及第二角度θ22校准重力坐标PG2xyz。进一步来说，在取得重力坐标PG2xyz后，会先利用第一角度θ21进行旋转，以取得中间重力坐标MG2xyz。接着，再利用第二角度θ22进行旋转，以取得校准后重力坐标APG2xyz，其运算方法可参照下列方程式
其中，PG2x、PG2y及PG2z分别为重力坐标PG2xyz在X轴、Y轴以及Z轴上的三个分量，AG2x、AG2y及PG2z分别为校准后重力坐标APG2xyz在X轴、Y轴以及Z轴上的三个分量。
依据上述，在电子装置100平放于水平且静止的平面时，重力传感器110的重力坐标Gxyz上仅有Z轴存有为1G的分量Gz，因此在初始化期间驱动电路120可依据初始重力坐标OGxyz计算出重力传感器110的坐标轴与电子装置100的坐标轴之间的第一角度θ21及第二角度θ22，进而导入第一旋转矩阵(3)及第二旋转矩阵(4)。接着，同样利用第一旋转矩阵(3)及第二旋转矩阵(4)对重力坐标PG2xyz进行矩阵相乘而取得校准后重力坐标APG2xyz。因此，存在于重力传感器110的坐标轴与电子装置100的坐标轴之间的误差，可通过坐标的旋转来消除。
图4为依据本发明一实施例的重力传感器的校准方法的流程图。请参照图4，在本实施例中，重力传感器的校准方法包括下列步骤。在步骤S410中，在初始化期间，取得重力传感器提供的初始重力坐标，其中初始重力坐标为装载重力传感器的电子装置平放于测试平台所测得。在步骤S420中，基于Z轴旋转初始重力坐标第一角度，使初始重力坐标于X轴及Y轴的其中之一的分量为0，以取得平面坐标。在步骤S430中，存储第一角度。在步骤S440中，基于分量为0的X轴或Y轴旋转平面坐标第二角度，以使平面坐标于X轴及Y轴的其中另一的分量为0。在步骤S450中，存储第二角度。在步骤S460中，以供重力传感器感测重力坐标时依据第一角度及第二角度进行校准，以取得校准后重力坐标。其中，步骤S410、S420、S430、S440、S450及S460的顺序为用以说明，本发明实施例不以此为限。并且，步骤S410、S420、S430、S440、S450及S460的细节可参照图1、图2A、图2B、图3A及图3B所示实施例，在此则不再赘述。
综上所述，本发明实施例的重力传感器的校准方法，会先算出重力传感器的坐标轴与电子装置的坐标轴之间的角度差，并且通过上述角度差旋转重力传感器的重力坐标，以取得校准到后的重力坐标。因此，校准后的重力坐标可确实表示电子装置的转动状态及/或位移状态。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种重力传感器的校准方法，其特征在于，包括：
取得重力传感器所提供的初始重力坐标，其中所述初始重力坐标为装载所述重力传感器的电子装置平放于测试平台时所测得；
基于Z轴旋转所述初始重力坐标第一角度，使所述初始重力作标于X轴及Y轴的其中之一的分量为零，以取得平面坐标；
基于分量为零的所述X轴或所述Y轴旋转所述平面坐标第二角度，以使所述平面坐标于所述X轴及所述Y轴的其中另一的分量为零；以及
存储所述第一角度以及所述第二角度，以供所述重力传感器感测重力坐标时，依据所述第一角度及所述第二角度进行校准，以取得校准后重力坐标。
2.根据权利要求1所述的重力传感器的校准方法，其特征在于，所述初始重力坐标基于所述Z轴旋转至YZ平面，以使所述初始重力坐标于所述X轴的分量为零。
3.根据权利要求2所述的重力传感器的校准方法，其特征在于，基于所述Z轴旋转所述初始重力坐标的第一旋转矩阵满足
其中，θ11为所述第一角度，Gx、Gy及Gz分别为所述初始重力坐标在所述X轴、所述Y轴以及所述Z轴上的分量，Gy'及Gz'分别为所述平面坐标在所述Y轴以及所述Z轴上的分量。
4.根据权利要求3所述的重力传感器的校准方法，其特征在于，所述平面坐标基于所述X轴旋转至所述Z轴，以使所述Y轴的分量为0。
5.根据权利要求4所述的重力传感器的校准方法，其特征在于，基于所述X轴旋转所述平面坐标的第二旋转矩阵满足
其中，θ12为所述第二角度，Gz”为所述Z轴的分量。
6.根据权利要求5所述的重力传感器的校准方法，其特征在于，所述校准后重力坐标为所述重力坐标与所述第一旋转矩阵以及所述第二旋转矩阵进行矩阵相乘所得出。
7.根据权利要求1所述的重力传感器的校准方法，其特征在于，所述初始重力坐标基于所述Z轴旋转至XZ平面，以使所述Y轴的分量为零。
8.根据权利要求7所述的重力传感器的校准方法，其特征在于，基于所述Z轴旋转所述初始重力坐标的第一旋转矩阵满足
其中，θ21为所述第一角度，Gx、Gy及Gz分别为所述初始重力坐标在所述X轴、所述Y轴以及所述Z轴上的分量，Gx'及Gz'分别为所述平面坐标在所述X轴以及所述Y轴的分量。
9.根据权利要求8所述的重力传感器的校准方法，其特征在于，所述平面坐标基于所述Y轴旋转至所述Z轴，以使所述X轴的分量为零。
10.根据权利要求9所述的重力传感器的校准方法，其特征在于，基于所述Y轴旋转所述平面坐标的第二旋转矩阵满足
其中，θ22为所述第二角度，Gx'及Gz'构成所述平面坐标，Gz”为所述Z轴的分量。
11.根据权利要求10所述的重力传感器的校准方法，其特征在于，所述校准后重力坐标为所述重力坐标与所述第一旋转矩阵以及所述第二旋转矩阵进行矩阵相乘所得出。
12.根据权利要求1所述的重力传感器的校准方法，其特征在于，所述测试平台为水平且静止的平面。
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