为什么手机中的指南针芯片需要经常校准?

电器工程 校准 磁力计 罗盘 漂移
2022-01-07 04:14:57

大多数手机都提供数字罗盘功能,该功能使用 3 轴磁力计芯片来获取数据。手机(有些手机比其他手机更多?)经常需要用户“重新校准”,这涉及以“漩涡状”或其他模式旋转手机,以在表示相对于本地场的各种方向的球体的一部分上填充读数。

这个答案中对磁力计∞形状校准的讨论以及数据的 3D 图很好地概述了数学上正在发生的事情。粗略地说,六个参数——三个轴中的每一个的增益和偏移量——适合于通过数据点云收集的数据集,这些数据点至少覆盖了该球体的一大块。

我自己使用连接到 Arduino 并离线安装的磁力计完成了这项工作。我使用的低成本芯片似乎漂移了很多(小心在户外进行,远离更明显的误差源或梯度,如附近的铁质材料或其他可能的领域)。我注意到,偏移似乎对漂移的贡献与增益一样多,如果不是更多的话。

问题: 仍然需要经常重新校准的新型高端手机中的磁力计传感器究竟发生了什么漂移?仅仅是温度吗?如果是这样,为什么磁力计不能在内部进行温度稳定?在模拟中做太难并且磁力计没有计算偏移量的能力吗?

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上图:在为一部非常漂亮的手机支付了数十亿美元之后,我感觉自己像个白痴(来自support.google.com/maps),同时在繁忙的街角骑着自行车保持平衡,或者在远足时欣赏美丽的景色。我的 iPhone 让我在它开始告诉我任何有用的信息之前完成了一个更长、更愚蠢的类似视频游戏的任务。有时我会携带一个普通的指南针,因为它只是简单地工作。

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上图:这个很好的讨论基于磁力计的罗盘校准背后的原理和数学的 屏幕截图。这是另一个.

2个回答

3 轴磁力计有 3 个通道,所有通道都有偏移和增益。偏移随温度而变化,并且会随时间而变化,并且是未知常数(尤其是每个通道上的增益)。这是由传感器和将信号输入 ADC 的模拟电子设备引起的。您不仅要校准磁力计,还要校准加速度计和/或陀螺仪。这是因为来自传感器的所有数据都被输入到作为统计滤波器的卡尔曼滤波器中。简而言之,它会根据来自传感器的最佳信息更新其状态。如果您有不同的信息,很容易校准。一次校准 2 个轴更容易(但不是必需的),因此大多数手机校准例程让您执行两个轴运动。

有关磁传感器中的漂移和校准的信息,请参阅卡尔曼滤波器很有趣,并且在应用于自由度 (DOF) 传感器时也是如此。其他传感器(不仅仅是磁力计)容易漂移。

好吧,虽然地球的磁场在短期内是相当稳定的,但你正在穿越的环境可能不是。

附近的每一个电流都在其周围产生磁场。这种电磁场产生的大部分是交流电,每秒切换 60 次(或 50 次)。当电力以靠近布线的成对线(例如,在相同的线槽/导管中)传输时,两条线中的场往往会相互抵消。然而,直流电流可以而且确实会流过地球,这会影响局部磁场。(建筑物之间的地电位可能大到足以损坏建筑物之间连接的电子设备,这就是为什么在这些情况下建议使用光隔离的原因。)

附近的每一个铁质物体都可以局部“扭曲”地球的磁场。灯柱、钢架建筑、钣金建筑、钢筋等,都会影响地球磁场的局部测量。

即使是你脚下的铁矿也可以在一定程度上改变地球的磁场。

由于对地球磁场的所有潜在局部干扰,在穿过它时需要重新校准的情况并不少见。而且,如果您在干扰区域重新校准,当您移出该区域时,您需要再次重新校准......