MS32磁傳感器應(yīng)用VR融合技術(shù)

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】MS32磁傳感器事業(yè)部，張工。

MS32磁阻傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個惠斯通電橋，由四個具有各向異性磁阻效應(yīng)的坡莫合金電阻組成。沿著Y軸平行于芯片表面（X-Y平面）的單向磁場將產(chǎn)生一個輸出信號。磁場開關(guān)點一般設(shè)置為Hs=1.85kA/m（幾乎不受溫度影響）。此外，在較大磁場范圍內(nèi)的特性曲線是線性的。因此，MS32對不同機械環(huán)境和磁場環(huán)境的適應(yīng)性非常強。傳感器采用了流行的TDFN封裝。

下面解讀VR應(yīng)用中的MS32磁傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)：

在虛擬現(xiàn)實中，用戶期望并要求這些設(shè)備始終按照指令運行，并平穩(wěn)、準確地適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。 這需要通過融合從設(shè)備內(nèi)置加速度計、陀螺儀和MS32磁傳感器計收集的數(shù)據(jù)來精確感知俯仰、滾動和航向方向。

通常在現(xiàn)實世界中，事情從來沒有看起來那么簡單，例如，準確地確定航向（觀察）方向是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為磁力計測量會受到多個附近物體的負面影響。 這些干擾磁場效應(yīng)，通常稱為硬鐵和軟鐵失真，可能是由位于設(shè)備本身內(nèi)的各種組件和用戶環(huán)境中的外部磁性物體引起的。 例如，基于標(biāo)準使用期間獲得的陀螺儀信號，利用了磁力計偏移的估計及其對用戶相關(guān)特征（如行人和頭部跟蹤）的影響。

磁干擾挑戰(zhàn)，在實驗室之外，所謂地球恒定磁場的剛性磁線不斷被各種物體改變，例如門框、桌子、椅子和其他金屬物體。 基于它們特定的磁性，這些物體通過一種稱為硬鐵和軟鐵扭曲的現(xiàn)象來改變它們周圍的磁場。

硬磁材料（“硬鐵”）如 NdFeB、AlNiCo 會導(dǎo)致高殘留 B 場或“磁記憶”，而軟磁材料（“軟鐵”）通常是鐵（Fe）、鎳（Ni）、 等及其合金。 當(dāng)在設(shè)備中使用磁力計時，硬鐵失真是由產(chǎn)生磁場的物體引起的，例如揚聲器內(nèi)部的磁鐵，導(dǎo)致傳感器輸出中出現(xiàn)稱為“恒定偏移”的偏差，然后需要 得到補償。 另一方面，軟鐵失真是由“被動”影響或扭曲周圍磁場的物體引起的，G-MRCO-017傳感器本身并不一定會產(chǎn)生磁場，例如存儲卡插槽、電池、無線天線、門窗 框架和其他各種周圍環(huán)境。 標(biāo)準對象。 這種類型的扭曲會改變磁球的實際形狀，并且很大程度上取決于材料相對于傳感器和磁場的定位。 在典型的室內(nèi)區(qū)域，由于一般物體引起的磁場畸變，羅盤方向變化很大，即羅盤的紅色“北”針指向各個方向。

因此，補償硬鐵和軟鐵失真對于獲得有意義的磁力計讀數(shù)至關(guān)重要。 這種補償需要在設(shè)備設(shè)計期間進行復(fù)雜的程序，并在實際使用期間將結(jié)果整合到傳感器的軟件中。 可用于補償影響磁力計讀數(shù)的失真的方法包括：

①在設(shè)計階段使用軟鐵矩陣進行補償：使用軟鐵矩陣進行補償后，KMT36H傳感器的讀數(shù)精度明顯提高，與未補償讀數(shù)相比可達±2°，誤差范圍很容易達到 ±10°。 校準通過 3D 線圈系統(tǒng)（亥姆霍茲線圈）執(zhí)行，該系統(tǒng)由兩個螺線管電磁鐵組成，兩個螺線管電磁鐵以同一軸為中心，抵消了這些干擾外部磁場，以提供“干凈”的磁環(huán)境。帶有慣性傳感器的設(shè)備被放置在這個干凈的環(huán)境中并進行測量以創(chuàng)建磁力計的原始數(shù)據(jù)記錄，然后將其輸入到生成 SIC 矩陣的數(shù)據(jù)驅(qū)動工具中。 然后將此 SIC 矩陣并入軟件驅(qū)動程序，并永久補償影響磁力計數(shù)據(jù)的設(shè)備內(nèi)軟鐵失真。

②通過標(biāo)準的“八字形運動”實時校準軟件這種方法只需在已知的磁性清潔環(huán)境中移動設(shè)備（例如智能手機）即可收集大量有價值的數(shù)據(jù)。 理想的運動是磁測量沿最大定位范圍的運動，從而有助于在所有情況下估計 KMA36 傳感器的磁偏。 因此，該技術(shù)通常使用覆蓋所有三個軸的八字形運動來執(zhí)行。

相當(dāng)多的智能手機設(shè)備和操作系統(tǒng)制造商仍然依賴這種 8 字型校準技術(shù)。 但是，通過在 3D 空間中移動設(shè)備來創(chuàng)建此模式可能需要 10 秒以上的時間，并且當(dāng)用戶在游戲中執(zhí)行更緊急的任務(wù)時暫停游戲可能會非常令人沮喪。

③ 通過“自然使用運動”的智能校準軟件？ 雖然 8 字形運動非常適合智能手機，但它可能在物理上不可行，并且可能難以與其他類型的設(shè)備一起執(zhí)行，例如腕式可穿戴設(shè)備和增強/虛擬現(xiàn)實耳機等。

MS32 傳感器磁力計校準背后的基本思想是通過估計磁球與地球磁場矢量的偏差作為半徑來估計磁力計的偏移。 為了減少校準所需的時間并以更小、更自然的運動校準設(shè)備，可以通過陀螺儀信號輔助磁場 MS32 傳感器的校準。

校正后的陀螺儀信號定義了其相對于最后一個磁場值的旋轉(zhuǎn)。 一旦確定了新的磁場值，就會將其饋入擴展卡爾曼濾波器 (EKF)。 EKF 估計磁力計偏移和磁場矢量的大?。ò霃剑?。 G-MRCO-016傳感器的磁力計干擾檢測是基于卡爾曼濾波器的殘差。

由于這些快速的傳統(tǒng)磁力計校準器利用陀螺儀數(shù)據(jù)，被校準的設(shè)備在重新校準過程中必須是靜止的，即陀螺儀本身在校準過程中不會漂移。 然而，對于較新的“身體佩戴”設(shè)備，這是不可行的，因為這些使用時間和移動時間更長。