3軸地磁傳感器

地磁傳感器用於測量地球的磁場
，進而推導出航向。曆史上曾用於羅盤的地磁傳感器如今被大批量用於種類廣泛的應用，包括汽車羅盤(在後視鏡中)、手表、雷達探測器、傳動軸和機器人。然而，真正廣泛的采用起始於iPhone3GS，它是美國首款包含羅盤並得到廣泛普及的智能手機。

磁(ci)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)主(zhu)要(yao)問(wen)題(ti)是(shi)它(ta)們(men)測(ce)量(liang)所(suo)有(you)磁(ci)場(chang)，不(bu)僅(jin)是(shi)地(di)球(qiu)磁(ci)場(chang)。例(li)如(ru)，像(xiang)電(dian)池(chi)或(huo)含(han)鐵(tie)元(yuan)件(jian)等(deng)係(xi)統(tong)元(yuan)件(jian)將(jiang)幹(gan)擾(rao)傳(chuan)感(gan)器(qi)附(fu)近(jin)的(de)磁(ci)場(chang)。這(zhe)些(xie)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)係(xi)統(tong)內(nei)的(de)固(gu)定(ding)幹(gan)擾(rao)
，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)校(xiao)準(zhun)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)。

更大的問題是改變局部磁場會臨時性地幹擾航向信息。桌椅上的金屬部件、開過的汽車、附近的其它手機和電腦
、窗框
、建(jian)築(zhu)物(wu)內(nei)的(de)雷(lei)達(da)等(deng)物(wu)件(jian)都(dou)會(hui)幹(gan)擾(rao)讀(du)數(shu)。補(bu)償(chang)這(zhe)些(xie)磁(ci)場(chang)和(he)其(qi)它(ta)瞬(shun)時(shi)地(di)磁(ci)異(yi)常(chang)要(yao)求(qiu)開(kai)發(fa)出(chu)複(fu)雜(za)的(de)算(suan)法(fa)，以(yi)便(bian)有(you)效(xiao)地(di)將(jiang)地(di)球(qiu)的(de)磁(ci)場(chang)與(yu)其(qi)它(ta)臨(lin)時(shi)性(xing)“侵入”磁場區分開來。

詳細了解地磁傳感器

在今天的消費電子產品中使用最廣泛的地磁傳感器是霍爾效應傳感器。這種傳感器主導消費市場的原因是體積小、價(jia)格(ge)低(di)並(bing)且(qie)節(jie)省(sheng)功(gong)耗(hao)。但(dan)這(zhe)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)同(tong)樣(yang)有(you)噪(zao)聲(sheng)，很(hen)容(rong)易(yi)受(shou)其(qi)它(ta)磁(ci)場(chang)幹(gan)擾(rao)，這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)如(ru)果(guo)不(bu)校(xiao)正(zheng)將(jiang)限(xian)製(zhi)其(qi)向(xiang)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)提(ti)供(gong)正(zheng)確(que)航(hang)向(xiang)數(shu)據(ju)的(de)能(neng)力(li)。然(ran)而(er)
，如(ru)果(guo)能(neng)夠(gou)接(jie)受(shou)稍(shao)大(da)尺(chi)寸(cun)的(de)永(yong)磁(ci)感(gan)應(ying)式(shi)地(di)磁(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，就(jiu)可(ke)以(yi)在(zai)不(bu)犧(xi)牲(sheng)成(cheng)本(ben)或(huo)功(gong)耗(hao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)獲(huo)得(de)顯(xian)著(zhe)改(gai)進(jin)的(de)噪(zao)聲(sheng)與(yu)分(fen)辨(bian)率(lv)性(xing)能(neng)。表(biao)1顯示了霍爾效應和永磁感應傳感器的規格。注意，永磁感應傳感器可以提供明顯更低的噪聲和更高的分辨率。

下圖顯示了地磁傳感器在磁場強度為2.4mT數量級的固定位置旋轉時輸出的磁場讀數。在圖1中，傳感器旋轉了整整360°
，而在圖2中
，傳感器從0°旋轉到90°。這兩張圖都繪出了霍爾效應傳感器
、永磁感應傳感器和理想傳感器的試驗數據。

從圖中可以看出
，霍爾效應傳感器的噪聲要比永磁感應傳感器大得多。這與器件參數規格一致，因為霍爾效應傳感器的噪聲指標為500nT，而永磁感應傳感器噪聲指標要低一個數量級

，隻有30nT。如圖2所示，對霍爾效應傳感器來說，可以在多個方向觀察到2mT的磁場讀數，而2mT的讀數可以代表從5°到60°的de任ren何he航hang向xiang。雖sui然ran超chao采cai樣yang可ke以yi減jian少shao這zhe種zhong不bu確que定ding性xing
，但dan這zhe種zhong非fei常chang明ming顯xian的de傳chuan感gan器qi噪zao聲sheng差cha異yi確que實shi會hui導dao致zhi很hen大da的de測ce量liang不bu確que定ding性xing。這zhe種zhong噪zao聲sheng差cha異yi和he相xiang關guan測ce量liang的de不bu確que定ding性xing將jiang顯xian著zhe影ying響xiang9軸傳感器融合算法的性能表現。

[page]
 
在9軸(zhou)傳(chuan)感(gan)器(qi)融(rong)合(he)係(xi)統(tong)中(zhong)，加(jia)速(su)度(du)計(ji)和(he)磁(ci)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)建(jian)立(li)了(le)一(yi)個(ge)長(chang)期(qi)的(de)基(ji)準(zhun)用(yong)於(yu)校(xiao)正(zheng)零(ling)偏(pian)變(bian)化(hua)。但(dan)磁(ci)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)讀(du)數(shu)中(zhong)的(de)噪(zao)聲(sheng)以(yi)及(ji)磁(ci)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)類(lei)型(xing)對(dui)零(ling)偏(pian)校(xiao)正(zheng)的(de)效(xiao)果(guo)有(you)顯(xian)著(zhe)的(de)影(ying)響(xiang)。圖(tu)3再次顯示了隨時間改變的零偏變化

，但這次畫出了未校正的、用霍爾效應傳感器校正的、用永磁感應傳感器校正的和理想輸出的圖形。值得注意的是，所用的傳感器融合算法對兩種傳感器來說是相同的。

從圖3可以明顯看出

，使用永磁感應傳感器的9軸(zhou)傳(chuan)感(gan)器(qi)融(rong)合(he)係(xi)統(tong)在(zai)盡(jin)量(liang)減(jian)小(xiao)零(ling)偏(pian)變(bian)化(hua)方(fang)麵(mian)做(zuo)得(de)比(bi)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)傳(chuan)感(gan)器(qi)要(yao)好(hao)。這(zhe)種(zhong)零(ling)偏(pian)漂(piao)移(yi)方(fang)麵(mian)的(de)改(gai)進(jin)直(zhi)接(jie)得(de)益(yi)於(yu)永(yong)磁(ci)感(gan)應(ying)傳(chuan)感(gan)器(qi)低(di)一(yi)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)的(de)噪(zao)聲(sheng)，因(yin)為(wei)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)傳(chuan)感(gan)器(qi)相(xiang)對(dui)較(jiao)高(gao)的(de)噪(zao)聲(sheng)將(jiang)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)融(rong)合(he)算(suan)法(fa)中(zhong)引(yin)入(ru)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)

，進(jin)而(er)減(jian)弱(ruo)算(suan)法(fa)控(kong)製(zhi)零(ling)偏(pian)的(de)能(neng)力(li)。

永磁感應傳感器可以更好地控製零偏漂移的能力將顯著改善隨時間變化的航向性能，如圖8所示。我們在這裏可以看到，與未校正係統相比
，使用霍爾效應傳感器的傳感器融合係統的長期性能在8分鍾內減少航向誤差的效果高出2倍。但使用永磁感應傳感器的傳感器融合係統與未校正係統相比可以減少航向誤差一個數量級，比基於霍爾效應磁力傳感器的係統好5倍。 結語

隨著使用永磁感應式地磁傳感器代替霍爾效應傳感器的9軸傳感係統的廣泛普及，精確定位移動所需的資源已經就位。首先要理解精度和準確度遠高於目前的“移動接近”係統的運動跟蹤世界可能性，然後才能明白這個世界中的增強現實將更具無限可行性、遊戲玩起來更直觀
、基於位置的應用也將更具魯棒性。

相關閱讀：

名廠專家：新型傳感器如何提升電機性能降低功耗
超實用！加速度傳感器的相關應用，你絕對用得到！
如何為輸液泵選擇觸力傳感器/壓力傳感器？