MS32磁传感器应用VR融合技术

大家好，我是【广州工控传感★科技】MS32磁传感器事业部，张工。

MS32磁阻传感器的内部结构为一个惠斯通电桥，由四个具有各向异性磁阻效应的坡莫合金电阻组成。沿着Y轴平行于芯片表面（X-Y平面）的单向磁场将产生一个输出信号。磁场开关点一般设置为Hs=1.85kA/m（几乎不受温度影响）。此外，在较大磁场范围内的特性曲线是线性的。因此，MS32对不同机械环境和磁场环境的适应性非常强。传感器采用了流行的TDFN封装。

 

 

下面解读VR应用中的MS32磁传感器数据融合技术：

在虚拟现实中，用户期望并要求这些设备始终按照指令运行，并平稳、准确地适应不断变化的环境。 这需要通过融合从设备内置加速度计、陀螺仪和MS32磁传感器计收集的数据来精确感知俯仰、滚动和航向方向。

通常在现实世界中，事情从来没有看起来那么简单，例如，准确地确定航向（观察）方向是一个巨大的挑战，因为磁力计测量会受到多个附近物体的负面影响。 这些干扰磁场效应，通常称为硬铁和软铁失真，可能是由位于设备本身内的各种组件和用户环境中的外部磁性物体引起的。 例如，基于标准使用期间获得的陀螺仪信号，利用了磁力计偏移的估计及其对用户相关特征（如行人和头部跟踪）的影响。

磁干扰挑战，在实验室之外，所谓地球恒定磁场的刚性磁线不断被各种物体改变，例如门框、桌子、椅子和其他金属物体。 基于它们特定的磁性，这些物体通过一种称为硬铁和软铁扭曲的现象来改变它们周围的磁场。

 

硬磁材料（“硬铁”）如 NdFeB、AlNiCo 会导致高残留 B 场或“磁记忆”，而软磁材料（“软铁”）通常是铁（Fe）、镍（Ni）、 等及其合金。 当在设备中使用磁力计时，硬铁失真是由产生磁场的物体引起的，例如扬声器内部的磁铁，导致传感器输出中出现称为“恒定偏移”的偏差，然后需要 得到补偿。 另一方面，软铁失真是由“被动”影响或扭曲周围磁场的物体引起的，G-MRCO-017传感器本身并不一定会产生磁场，例如存储卡插槽、电池、无线天线、门窗 框架和其他各种周围环境。 标准对象。 这种类型的扭曲会改变磁球的实际形状，并且很大程度上取决于材料相对于传感器和磁场的定位。 在典型的室内区域，由于一般物体引起的磁场畸变，罗盘方向变化很大，即罗盘的红色“北”针指向各个方向。

 

因此，补偿硬铁和软铁失真对于获得有意义的磁力计读数至关重要。 这种补偿需要在设备设计期间进行复杂的程序，并在实际使用期间将结果整合到传感器的软件中。 可用于补偿影响磁力计读数的失真的方法包括：

①在设计阶段使用软铁矩阵进行补偿：使用软铁矩阵进行补偿后，KMT36H传感器的读数精度明显提高，与未补偿读数相比可达±2°，误差范围很容易达到 ±10°。 校准通过 3D 线圈系统（亥姆霍兹线圈）执行，该系统由两个螺线管电磁铁组成，两个螺线管电磁铁以同一轴为中心，抵消了这些干扰外部磁场，以提供“干净”的磁环境。带有惯性传感器的设备被放置在这个干净的环境中并进行测量以创建磁力计的原始数据记录，然后将其输入到生成 SIC 矩阵的数据驱动工具中。 然后将此 SIC 矩阵并入软件驱动程序，并永久补偿影响磁力计数据的设备内软铁失真。

②通过标准的“八字形运动”实时校准软件这种方法只需在已知的磁性清洁环境中移动设备（例如智能手机）即可收集大量有价值的数据。 理想的运动是磁测量沿最大定位范围的运动，从而有助于在所有情况下估计 KMA36 传感器的磁偏。 因此，该技术通常使用覆盖所有三个轴的八字形运动来执行。

 

相当多的智能手机设备和操作系统制造商仍然依赖这种 8 字型校准技术。 但是，通过在 3D 空间中移动设备来创建此模式可能需要 10 秒以上的时间，并且当用户在游戏中执行更紧急的任务时暂停游戏可能会非常令人沮丧。

③ 通过“自然使用运动”的智能校准软件？ 虽然 8 字形运动非常适合智能手机，但它可能在物理上不可行，并且可能难以与其他类型的设备一起执行，例如腕式可穿戴设备和增强/虚拟现实耳机等。

MS32 传感器磁力计校准背后的基本思想是通过估计磁球与地球磁场矢量的偏差作为半径来估计磁力计的偏移。 为了减少校准所需的时间并以更小、更自然的运动校准设备，可以通过陀螺仪信号辅助磁场 MS32 传感器的校准。

校正后的陀螺仪信号定义了其相对于最后一个磁场值的旋转。 一旦确定了新的磁场值，就会将其馈入扩展卡尔曼滤波器 (EKF)。 EKF 估计磁力计偏移和磁场矢量的大小（半径）。 G-MRCO-016传感器的磁力计干扰检测是基于卡尔曼滤波器的残差。

由于这些快速的传统磁力计校准器利用陀螺仪数据，被校准的设备在重新校准过程中必须是静止的，即陀螺仪本身在校准过程中不会漂移。 然而，对于较新的“身体佩戴”设备，这是不可行的，因为这些使用时间和移动时间更长。