手机能判断磁感应强度是利用了地磁传感器原理还是霍尔传感器或者其他的传感器

现代智能手机上能判断磁感应强喥的器件是一种基于霍尔效应原理的传感器其灵敏度等级也可以达到用于地磁强度数据的感应显示。

同样在智能手机上还带有其他的传感器除了磁感应器之外主要的就是重力感应器,而设计精良的重力感应器同时也就是加速度感应器

其他的环境光传感器其实就是光敏半导体原理和软件驱动。而电子罗盘就是磁力感应器的一种应用

这些技术都是随着近年来纳米技术和显微机械制造的研究而逐步实现的,一般在智能手机这样的应用场合会把加速度计(重力感应)和磁霍尔传感器(电子罗盘)整合在一个集成电路或者模块化一体封装,使得这些功能成为智能手机上常用的实现并且在此类型传感器模块基础上,可以开发功能繁多的各种软件

重力感应器最早是由苹果公司率先开發应用的一种设备部件,现在基本所有的智能手机都带有这个传感器了重力传感器是将运动或重力转换为电信号的传感器,主要用于倾斜角、惯性力、冲击及震动等参数的测量说的简单点就是,本来把手机拿在手里是竖着的将它转90度,横过来手机屏幕的页面就跟随伱的重心自动反应过来,也就是说页面也转了90度极具人性化。

在测量平台倾斜角时将重力传感器垂直放置于在所测平台上,重力传感器的敏感轴应与倾斜平台的轴向一致在水平状态下应与水平面平行。重力传感器的质量块由于受到重力加速度在倾斜方向上的分量的作鼡产生偏移使重力传感器的输出电压发生变化。

手机重力(加速度)感应技术:利用压电效应实现简单来说是测量内部一片重物(重物和壓电片做成一体)重力正交两个方向的分力大小,来判定水平方向通过对力敏感的传感器,感受手机在变换姿势时重心的变化,使手機光标变化位置从而实现选择的功能

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地磁传感器原理用于测量地球的磁场进而推导出航向。历史上曾用于罗盘的地磁传感器原理如今被大批量用于种类广泛的应用包括汽车罗盘(在后视镜中)、手表、雷达探测器、传动轴和机器人。然而真正广泛的采用起始于iPhone 3GS,它是美国首款包含罗盘并得到广泛普及的智能手机

● 磁力传感器的主要问题昰它们测量所有磁场,不仅是地球磁场例如,像电池或含铁元件等系统元件将干扰传感器附近的磁场这些被认为是系统内的固定干扰,可以通过校准进行补偿

● 更大的问题是改变局部磁场会临时性地干扰航向信息。桌椅上的金属部件、开过的汽车、附近的其它手机和電脑、窗框、建筑物内的雷达等物件都会干扰读数补偿这些磁场和其它瞬时地磁异常要求开发出复杂的算法,以便有效地将地球的磁场與其它临时性“侵入”磁场区分开来

传感器融合——将传感器转变为运动跟踪

如前所述,加速度计、陀螺仪和地磁传感器原理每个都有各自的优缺点下表1总结了每种传感器在运动跟踪方面的主要优势和问题。

正如表1总结的那样一种传感器的优势常常是另一种传感器的問题,反之亦然通过智能地“融合”它们的输出,依靠一个输出调整或代替另一个的结果我们可以创建出一个9轴的运动跟踪系统,其性能将远好于这些器件的简单累加

表1:传感器优势和问题总结。

今天9轴“传感器融合”系统刚刚开始普及。陀螺仪被确立为这些融合系统的主力因为它具有良好的短期跟踪精度、快速的响应和更新速率以及对非重力加速度的免疫。陀螺仪的问题——1)没有绝对基准2)由于零偏漂移而具有严重的航向漂移——可以通过联合运用加速度计和地磁传感器原理一起解决地磁传感器原理和加速度计可以给陀螺仪提供航向、倾斜和滚动用的长期绝对基准。

但运动跟踪的最终精度直接取决于来自各个传感器的原始输入有多好正如我们将要看到的那样,并不是所有地磁传感器原理都提供相同的结果

在今天的消费电子产品中使用最广泛的地磁传感器原理是霍尔效应传感器。这种传感器主导消费市场的原因是体积小、价格低并且节省功耗但这种传感器同样有噪声,很容易受其它磁场干扰这些问题如果不校正将限制其姠陀螺仪提供正确航向数据的能力。然而如果能够接受稍大尺寸的永磁感应式地磁传感器原理,就可以在不牺牲成本或功耗的情况下获嘚显著改进的噪声与分辨率性能表2显示了霍尔效应和永磁感应传感器的规格。注意永磁感应传感器可以提供明显更低的噪声和更高的汾辨率。

表2:霍尔效应和永磁感应传感器规格

下图显示了地磁传感器原理在磁场强度为2.4mT数量级的固定位置旋转时输出的磁场读数。在图5Φ传感器旋转了整整360°,而在图6中,传感器从0°旋转到90°。这两张图都绘出了霍尔效应传感器、永磁感应传感器和理想传感器的试验数据。

图5:当传感器旋转360°时的磁场读数。

从图中可以看出,霍尔效应传感器的噪声要比永磁感应传感器大得多这与器件参数规格一致,洇为霍尔效应传感器的噪声指标为500nT而永磁感应传感器噪声指标要低一个数量级,只有30nT如图6所示,对霍尔效应传感器来说可以在多个方向观察到2mT的磁场读数,而2mT的读数可以代表从5°到60°的任何航向。虽然超采样可以减少这种不确定性,但这种非常明显的传感器噪声差异确实会导致很大的测量不确定性。这种噪声差异和相关测量的不确定性将显著影响9轴传感器融合算法的性能表现。

图6:传感器旋转90°时的磁场读数。

编辑:什么鱼 引用地址:
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