專利名稱：用于檢測自由下落的機(jī)構(gòu)和方法以及硬盤保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于區(qū)分不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的檢測元件。
背景技術(shù)：
這樣的用于區(qū)分不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的檢測元件是公知的。例如，由文獻(xiàn)US5，227，929 公開了一種用于檢測自由下落以保護(hù)便攜式計(jì)算機(jī)中的硬盤的裝置，所述裝置具有3軸加速度傳感器和計(jì)算單元。所述3軸加速度傳感器連續(xù)地測量χ軸、y軸和ζ軸上的加速度， 其中，計(jì)算單元連續(xù)地分析加速度傳感器的數(shù)據(jù)并且在自由下落的情況下向便攜式計(jì)算機(jī)的中央計(jì)算單元發(fā)送警報(bào)。中央計(jì)算單元隨后給出用于停放硬盤的寫/讀頭的信號(hào)。對(duì)自由下落的檢測以不存在強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為前提，因?yàn)樵谛D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)加速度使對(duì)自由下落的明確識(shí)別變得困難。此外，由文獻(xiàn)US 2006/0236761 Al公開了一種用于檢測具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自由下落的裝置，其中，所述裝置具有加速度測量元件和角速度測量元件。借助于加速度信號(hào)和角速度信號(hào)，由計(jì)算單元計(jì)算出需保護(hù)的裝置的質(zhì)量重心，其中，然而通過所述方法不能可靠地檢測具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自由下落并且這樣的裝置的結(jié)構(gòu)還非常復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)并列權(quán)利要求的根據(jù)本發(fā)明的檢測元件、根據(jù)本發(fā)明的裝置和根據(jù)本發(fā)明的檢測方法具有如下優(yōu)點(diǎn)檢測元件具有加速度傳感器和磁場傳感器，由此可以通過簡單的手段更可靠地檢測所述檢測元件的自由下落并且由此也更可靠地檢測與所述檢測元件相連接的裝置或系統(tǒng)的自由下落，尤其是有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自由下落。本發(fā)明的有利的構(gòu)型和進(jìn)一步構(gòu)型可以從從屬權(quán)利要求以及參照附圖的說明中得出。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的進(jìn)一步構(gòu)型提出，加速度傳感器在三個(gè)空間方向上是敏感的和/ 或磁場傳感器在三個(gè)空間方向上是敏感的，其中，實(shí)現(xiàn)非常高的測量準(zhǔn)確性和對(duì)自由下落的非?？煽康臋z測。也可以或者在三軸磁場傳感器情況下使用兩軸加速度傳感器或者在三軸加速度傳感器情況下使用兩軸磁場傳感器。通過這些組合可以在更低耗費(fèi)下仍實(shí)現(xiàn)非常準(zhǔn)確的測量結(jié)果和對(duì)自由下落的可靠檢測。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的進(jìn)一步構(gòu)型提出，檢測元件具有分析單元。例如在此可行的是， 加速度傳感器、磁場傳感器和分析單元可以被單片集成地構(gòu)造。這節(jié)省了結(jié)構(gòu)空間和能量并且成本也非常有利。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的進(jìn)一步構(gòu)型提出，檢測元件安裝在裝置或系統(tǒng)中并且所述裝置具有控制設(shè)備。其優(yōu)點(diǎn)在于，可以通過以下方式來保護(hù)所述裝置一旦識(shí)別出自由下落，則通過所述控制設(shè)備采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。特別地提出，所述控制設(shè)備被用于控制硬盤的寫 /讀頭，其中，所述寫/讀頭可被定位在正常的位置中或者停放位置中。如果檢測到自由下
3落，則寫/讀頭被駛到停放位置中，其中，寫/讀頭不在硬盤的磁盤上方。其優(yōu)點(diǎn)在于，在硬盤碰撞時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，因?yàn)閷?讀頭可靠地位于其停放位置中。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的進(jìn)一步構(gòu)型提出，加速度傳感器微機(jī)械地構(gòu)造和/或磁場傳感器微機(jī)械地構(gòu)造，其中，加速度傳感器和/或磁場傳感器優(yōu)選連同分析單元一起被單片集成地構(gòu)造。其優(yōu)點(diǎn)在于，可以非常小和輕地實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件并且此外通過使用微機(jī)械和/或微電子的部件可以實(shí)現(xiàn)快速并且低成本的生產(chǎn)。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的進(jìn)一步構(gòu)型提出，所述裝置是硬盤，其中，可運(yùn)動(dòng)元件是寫/讀頭，其中，工作位置是寫/讀頭的寫/讀位置，其中，保護(hù)位置是寫/讀頭的停放位置，其中， 對(duì)于檢測到自由下落的情形寫/讀頭被駛到停放位置中。其優(yōu)點(diǎn)在于，可以在碰撞情形中可靠地保護(hù)硬盤的寫/讀頭和磁盤免受損壞。本發(fā)明的另一主題是用于借助于加速度傳感器和磁場傳感器來檢測自由下落的方法。在此，根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的進(jìn)一步構(gòu)型提出，加速度傳感器的信號(hào)具有三個(gè)第一空間方向分量和/或磁場傳感器的信號(hào)具有三個(gè)第二空間方向分量，這具有如下優(yōu)點(diǎn)可以確定所述裝置的準(zhǔn)確位置和它的運(yùn)動(dòng)。這些信息也可以用于其他應(yīng)用，例如移動(dòng)電話中顯示器上的圖形顯示。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的進(jìn)一步構(gòu)型提出，將第一空間方向分量的數(shù)值的總和與第一閾值進(jìn)行比較，其中，如果所述第一閾值在預(yù)先給定的時(shí)間上被低于，則識(shí)別出無旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自由下落，其中，如果經(jīng)高通濾波的第二空間方向分量的數(shù)值的總和在確定的時(shí)間上超過第二閾值，則識(shí)別出有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自由下落，或者根據(jù)一種替換實(shí)施方式，在將經(jīng)高通濾波的第二空間方向分量的數(shù)值分別與第二閾值進(jìn)行比較時(shí)，如果所述第二閾值對(duì)于至少一個(gè)空間方向分量在另一確定的時(shí)間上被超過，則識(shí)別出自由下落。所述進(jìn)一步構(gòu)型的優(yōu)點(diǎn)在于，可以使有或者無旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自由下落與在裝置的正常使用過程中產(chǎn)生的并且通常不造成損害的其他運(yùn)動(dòng)相區(qū)分。由此得出不需要將寫/讀頭駛到其停放位置中，這實(shí)現(xiàn)了例如硬盤的無干擾的工作方式。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的進(jìn)一步構(gòu)型提出，硬盤的寫/讀頭可以位于工作位置和保護(hù)位置中，其中，一旦已經(jīng)識(shí)別出自由下落則將所述寫/讀頭駛到保護(hù)位置中。在此有利的是， 寫/讀頭在其位于保護(hù)位置中期間不在硬盤的磁盤上方，由此在碰撞時(shí)不損壞磁盤和寫/ 讀頭。


在附圖中示出并且在以下描述中詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例。附圖示出圖1 本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)的框圖，圖2 根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的對(duì)加速度信號(hào)和磁場信號(hào)進(jìn)行分析的框圖，圖3 根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的對(duì)加速度信號(hào)和磁場信號(hào)進(jìn)行分析的框圖，圖4 本發(fā)明的相關(guān)的軸的示意圖，圖fe 在無旋轉(zhuǎn)的自由下落的情況下加速度傳感器的示例性測量數(shù)據(jù)的示意圖，圖恥在無旋轉(zhuǎn)的自由下落的情況下磁場傳感器的示例性測量數(shù)據(jù)的示意圖，圖6a 在有旋轉(zhuǎn)的自由下落的情況下加速度傳感器的示例性測量數(shù)據(jù)的示意圖，圖6b 在有旋轉(zhuǎn)的自由下落的情況下磁場傳感器的示例性測量數(shù)據(jù)的示意圖。
具體實(shí)施例方式在不同的附圖中，相同的部分始終設(shè)有相同的附圖標(biāo)記并且因此通常僅僅命名或者說明一次。在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置8的結(jié)構(gòu)的框圖，其中，裝置8具有控制設(shè)備4 和檢測元件9，其中，檢測元件9具有加速度傳感器2、磁場傳感器1和分析單元3。加速度傳感器2尤其是連續(xù)地優(yōu)選在三個(gè)空間方向上測量出現(xiàn)的加速力(Beschleunigungskraft)， 其中，識(shí)別出裝置8的自由下落或者運(yùn)動(dòng)。磁場傳感器1尤其是連續(xù)地優(yōu)選在三個(gè)空間方向上測量周圍的磁場并且對(duì)地磁場敏感，其中，可以簡單地識(shí)別出所述裝置的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。分析單元3將測量到的數(shù)據(jù)聚集在一起、對(duì)它們進(jìn)行處理并且對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，其中，可以推斷出裝置8的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明應(yīng)當(dāng)檢測自由下落。以下，自由下落也稱為第二運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。第一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是無自由下落的運(yùn)動(dòng)并且理解為正常情形，或者對(duì)應(yīng)于裝置8的正常使用情況。第二運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是有或者無旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自由下落。通過加速度傳感器2和磁場傳感器1的組合，自由下落可被特別準(zhǔn)確地識(shí)別并且與諸如使用者運(yùn)動(dòng)或撞擊的干擾相區(qū)分。 在通過分析單元3識(shí)別第二運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，例如通過控制設(shè)備4來激活保護(hù)機(jī)構(gòu)，其中，例如硬盤的寫/讀頭被置于停放位置中，在所述停放位置中寫/讀頭不在硬盤的磁盤上。因此， 所述根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)裝置8、尤其是硬盤中可靠的并且對(duì)干擾不敏感的保護(hù)。在圖2中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的對(duì)加速度信號(hào)和磁場信號(hào)進(jìn)行分析的框圖，其中，加速度傳感器2產(chǎn)生第一信號(hào)52并且磁場傳感器1產(chǎn)生第二信號(hào)51。例如，在三個(gè)空間方向上敏感的加速度傳感器2中，第一信號(hào)52具有三個(gè)方向分量， 所述三個(gè)方向分量以下稱為第一方向分量41、42、43。例如，在三個(gè)空間方向上敏感的磁場傳感器1中，第一信號(hào)51具有三個(gè)方向分量，所述三個(gè)方向分量以下稱為第二方向分量44、 45、46。首先并行地處理和分析第一信號(hào)52和第二信號(hào)51。在此之后借助“或”元件30將結(jié)果邏輯連接。如果或者出現(xiàn)尤其是由磁場傳感器1檢測到的有旋轉(zhuǎn)的自由下落或者出現(xiàn)尤其是由加速度傳感器2檢測到的無旋轉(zhuǎn)的自由下落，則生成觸發(fā)進(jìn)一步措施的信號(hào)，其中，例如激活保護(hù)機(jī)構(gòu)。在用22表示的方法步驟中形成第一方向分量41、42、43的數(shù)值的總和并且隨后在用21表示的方法步驟中將所述總和與第一閾值進(jìn)行比較，其中，如果在第一預(yù)先給定的時(shí)間間隔M上低于第一閾值，則識(shí)別出無旋轉(zhuǎn)的自由下落。這例如借助于計(jì)數(shù)器23實(shí)現(xiàn)，其中，在第一時(shí)間間隔期間必須滿足用21表示的方法步驟的比較條件。例如，一旦低于第一閾值則啟動(dòng)計(jì)數(shù)器23。計(jì)數(shù)器23僅僅在低于第一閾值時(shí)計(jì)數(shù)，其中，一旦計(jì)數(shù)器讀數(shù)大于第一預(yù)先給定的時(shí)間間隔M則例如檢測到自由下落。第一閾值非常取決于傳感器特性，其中，必須特別考慮偏移、靈敏度漂移以及溫度相關(guān)性。就第二方向分量44、45、46而言，分別進(jìn)行分別用附圖標(biāo)記12表示的高通濾波。 在用11表示的方法步驟中形成第二方向分量的經(jīng)高通濾波的數(shù)值的總和并且隨后在用13 表示的方法步驟中將所述總和與第二閾值進(jìn)行比較，其中，如果在第二預(yù)先給定的時(shí)間間隔15上超過第二閾值，則識(shí)別出有旋轉(zhuǎn)的自由下落。這例如借助于計(jì)數(shù)器14實(shí)現(xiàn)，其中， 在第二時(shí)間間隔期間必須滿足用13表示的方法步驟的比較條件。例如，一旦超過第二閾值則啟動(dòng)計(jì)數(shù)器14。計(jì)數(shù)器14僅僅在超過第二閾值時(shí)計(jì)數(shù)，其中，一旦計(jì)數(shù)器讀數(shù)大于第二預(yù)先給定的時(shí)間間隔則例如檢測到自由下落。因此，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的所述根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了自由下落的可靠檢測。在圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的對(duì)加速度信號(hào)和磁場信號(hào)進(jìn)行分析的框圖。如根據(jù)第一實(shí)施方式(圖幻已經(jīng)描述的那樣對(duì)第一信號(hào)52進(jìn)行分析。如在第一實(shí)施方式中那樣在用12表示的方法步驟中形成第二方向分量的經(jīng)高通濾波的數(shù)值。在用16表示的方法步驟中將這些經(jīng)高通濾波的數(shù)值分別與第三閾值進(jìn)行比較并且借助“或” 元件17將結(jié)果邏輯連接，其中，如果對(duì)于至少一個(gè)方向分量在第二預(yù)先給定的時(shí)間間隔15 上超過第三閾值，則識(shí)別出自由下落。這例如借助于計(jì)數(shù)器14實(shí)現(xiàn)，其中，在第二時(shí)間間隔期間必須滿足用13表示的方法步驟的比較條件。例如，一旦對(duì)于至少一個(gè)方向分量超過第三閾值則啟動(dòng)計(jì)數(shù)器14。計(jì)數(shù)器14僅僅在超過第二閾值時(shí)計(jì)數(shù)，其中，一旦計(jì)數(shù)器讀數(shù)大于第二預(yù)先給定的時(shí)間間隔則例如檢測到自由下落。因此，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的所述根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了自由下落的可靠檢測。在圖4中參照作為根據(jù)本發(fā)明的裝置8的示例的便攜式計(jì)算機(jī)借助于坐標(biāo)系示意性地示出磁場傳感器1的敏感軸，其中，兩個(gè)軸x、y位于裝置8的主延伸平面中。另一軸ζ 與軸χ、y垂直地延伸，其中，在自由下落時(shí)主要兩個(gè)軸是相關(guān)的。在圖fe中示意性地示出一個(gè)示圖，在所述示圖中根據(jù)時(shí)間27繪出了具有例如三個(gè)第一方向分量41、42、43的第一信號(hào)52，用于無旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自由下落的第一示例性測量。 在用40表示的時(shí)間段中發(fā)生自由下落，其中可以識(shí)別出第一方向分量中的至少一個(gè)的顯著變化，通過所述變化可明確地檢測到自由下落。圖恥中示意性地示出了一個(gè)示圖，在所述示圖中根據(jù)時(shí)間27繪出了具有例如三個(gè)第二方向分量44、45、46的第二信號(hào)51，用于第一示例性測量。在用40表示的時(shí)間段中發(fā)生自由下落，其中識(shí)別不出第二方向分量的顯著的、大的相對(duì)變化。對(duì)于這樣的情形，僅僅基于第一信號(hào)52檢測自由下落。圖6a中示意性地示出了一個(gè)示圖，在所述示圖中根據(jù)時(shí)間27繪出了具有例如三個(gè)第一方向分量41、42、43第一信號(hào)52，用于有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自由下落的第二示例性測量。在用40'表示的時(shí)間段中發(fā)生自由下落，其中不可以由第一方向分量推導(dǎo)出明確的結(jié)果，因?yàn)閿?shù)值的總和由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而不小于預(yù)先給定的閾值。在此情形中，為了明確地檢測自由下落，必須考慮由磁場傳感器1測量的第二信號(hào)51。圖6b中示意性地示出了一個(gè)示圖，在所述示圖中根據(jù)時(shí)間27繪出了具有例如三個(gè)第二方向分量44、45、46的第二信號(hào)51，用于第二示例性測量。在用40'表示的時(shí)間段中發(fā)生自由下落，其中在此可以識(shí)別出第二方向分量的顯著變化，由此明確地檢測旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 并且因此還檢測自由下落。
權(quán)利要求
1.用于檢測自由下落的檢測元件(9)，其中，所述檢測元件(9)具有一生成一第一信號(hào) (52)的加速度傳感器O)，其特征在于，所述檢測元件(9)為了檢測地磁場而具有一生成一第二信號(hào)(51)的磁場傳感器(1)，其中，所述檢測元件(9)被配置用于根據(jù)所述第一信號(hào) (52)和所述第二信號(hào)(51)來檢測所述自由下落。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測元件(9)，其特征在于，所述加速度傳感器( 在三個(gè)空間方向上是敏感的和/或所述磁場傳感器(1)在三個(gè)空間方向上是敏感的。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的檢測元件(9)，其特征在于，所述檢測元件(9)具有所述加速度傳感器O)、所述磁場傳感器(1)和一分析單元(3)。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的檢測元件(9)，其特征在于，所述加速度傳感器 (2)微機(jī)械地構(gòu)造和/或所述磁場傳感器(1)微機(jī)械地構(gòu)造，其中，優(yōu)選地，所述加速度傳感器( 和/或所述磁場傳感器(1)連同所述分析單元C3) —起被單片集成地構(gòu)造。
5.具有根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的檢測元件(9)的裝置(8)，其特征在于，所述裝置(8)具有一控制設(shè)備G)，其中，所述控制設(shè)備(4)為了控制一可運(yùn)動(dòng)元件到或者一工作位置或者一保護(hù)位置中的調(diào)整而被如此配置，使得所述控制設(shè)備(4)被配置用于對(duì)于通過所述檢測元件(9)檢測到所述自由下落的情形將所述可運(yùn)動(dòng)元件調(diào)整到所述保護(hù)位置中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置(8)，其特征在于，所述裝置(8)是一硬盤，其中，所述可運(yùn)動(dòng)元件是一寫/讀頭，其中，所述工作位置是所述寫/讀頭的寫/讀位置，其中，所述保護(hù)位置是所述寫/讀頭的停放位置，其中，所述裝置(8)被配置用于對(duì)于檢測到所述自由下落的情形將所述寫/讀頭調(diào)整到所述停放位置中。
7.用于檢測自由下落的方法，其中，由一檢測元件(9)的一加速度傳感器O)生成一第一信號(hào)(52)，其特征在于，由所述檢測元件(9)的一磁場傳感器(1)生成一根據(jù)地磁場存在的第二信號(hào)(51)，其中，根據(jù)所述第一信號(hào)(5 和所述第二信號(hào)(51)來檢測所述自由下落。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，由所述加速度傳感器(2)在三個(gè)空間方向上確定出現(xiàn)的加速度，其中，所述第一信號(hào)(5 具有三個(gè)第一方向分量(41、42、43)，和/ 或由所述磁場傳感器(1)在三個(gè)空間方向上確定周圍的磁場，其中，所述第二信號(hào)(51)具有三個(gè)第二方向分量04、45、46)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，將所述第一方向分量的數(shù)值的總和 (22)與一第一閾值進(jìn)行比較(21)，其中，如果所述第一閾值在一第一預(yù)先給定的時(shí)間間隔 (24)上被低于，則識(shí)別出所述自由下落，其特征在于，將所述經(jīng)高通濾波(12)的第二方向分量的數(shù)值的總和(U)與一第二閾值進(jìn)行比較(13)，其中，如果所述第二閾值在一第二預(yù)先給定的時(shí)間間隔(15)上被超過，則也替代地識(shí)別出所述自由下落。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述第一方向分量的數(shù)值的總和0 與一第一閾值進(jìn)行比較(21)，其中，如果所述第一閾值在一第一預(yù)先給定的時(shí)間間隔04)上被低于，則識(shí)別出所述自由下落，其特征在于，將所述經(jīng)高通濾波(12)的第二方向分量的數(shù)值分別與一第二閾值進(jìn)行比較(16)，其中，如果對(duì)于至少一個(gè)方向分量所述第二閾值在一第二預(yù)先給定的時(shí)間間隔(15)被超過，則也替代地識(shí)別出所述自由下落。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測自由下落的機(jī)構(gòu)和方法，其中，所述檢測元件具有生成第一信號(hào)的加速度傳感器，其特征在于，所述檢測元件為了檢測地磁場而具有生成第二信號(hào)的磁場傳感器，其中，所述檢測元件被配置用于根據(jù)所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)來檢測所述自由下落。本發(fā)明還涉及一種硬盤保護(hù)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G11B19/04GK102194494SQ20111002542
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者J·巴托洛麥奇克, S·沙伊爾曼 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司