CN112596015A - 三轴磁传感器的测试方法及系统 - Google Patents

三轴磁传感器的测试方法及系统 Download PDF

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CN112596015A CN202011585970.4A CN202011585970A CN112596015A CN 112596015 A CN112596015 A CN 112596015A CN 202011585970 A CN202011585970 A CN 202011585970A CN 112596015 A CN112596015 A CN 112596015A
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Abstract

本发明揭示了一种三轴磁传感器的测试方法及系统,所述测试方法包括:将被测三轴磁传感器置入三轴亥姆霍兹线圈中;单独施加X轴、Y轴、Z轴恒定的磁场,并记录在每个轴磁场下X轴、Y轴、Z轴三个轴的输出;通过迭代计算得到设定参数的值;对计算结果进行判断,达到或小于设定的精度时,停止计算,否则继续迭代;利用计算的结果,对三轴传感器进行角度补偿,输出不同磁场下的扫描曲线,得到测试结果。本发明提出的三轴磁传感器的测试方法及系统,可获取芯片的自身灵敏度以及跨轴灵敏度,提高三轴磁传感器的检测精度及检测灵敏度。

Description

三轴磁传感器的测试方法及系统
技术领域
本发明属于磁传感器测试技术领域,涉及一种测试系统,尤其涉及一种三轴磁传感器的测试方法及系统。
背景技术
三轴磁传感器应用非常广泛,其主要应用是手机中的电子罗盘,精度要求达到1度以内。但三轴磁传感器本身的校准以及标定是影响其精度的一个重要原因,且随着芯片尺寸越来越小,芯片放进槽(socket)中很容易与外部磁场方向产生角度误差。
上述角度误差随着芯片尺寸的减小越来越大,这个角度误差对磁传感器的关联(correlation)验证影响很大,不能正确的得到芯片的自身灵敏度以及跨轴灵敏度。
有鉴于此,如今迫切需要设计一种三轴磁传感器测试方式,以便克服现有三轴磁传感器存在的上述至少部分缺陷。
发明内容
本发明提供一种三轴磁传感器的测试方法及系统,可获取芯片的自身灵敏度以及跨轴灵敏度,提高三轴磁传感器的检测精度及检测灵敏度。
为解决上述技术问题,根据本发明的一个方面,采用如下技术方案:
一种三轴磁传感器的测试方法,所述测试方法包括:
将被测三轴磁传感器置入三轴线圈中;
单独施加X轴、Y轴、Z轴恒定的磁场,并记录在每个轴磁场下X轴、Y轴、Z轴三个轴的输出;
通过迭代计算得到设定参数的值;对计算结果进行判断,达到或小于设定的精度时,停止计算,否则继续迭代;
利用计算的结果,对三轴传感器进行角度补偿,输出不同磁场下的扫描曲线,得到测试结果。
作为本发明的一种实施方式,利用三轴传感器和测量系统的输入和输出建立多元非线性方程,通过牛顿迭代法以及芯片实际特征,进行精确求解,得到测试结果。
作为本发明的一种实施方式,所述三轴线圈为三轴亥姆霍兹线圈;将被测三轴磁传感器置入三轴亥姆霍兹线圈中,两者的坐标一致,由于放置误差,传感器的三个轴与线圈的三个轴成设定的角度。
作为本发明的一种实施方式,计算各参数值步骤中,通过迭代计算得出的参数包括XYZ三个轴的灵敏度,重要的跨轴系数,XYZ三个轴分别与线圈三个轴的夹角。
作为本发明的一种实施方式,假设三轴线圈的磁场发生器经过校准,本身轴与轴误差可忽略,磁场精准,恒定磁场为Mx,My,Mz,为已知量;
假设三轴磁传感器的灵敏度为Gx,Gy,Gz;三轴磁传感器关键跨轴系数,Kx,Ky为未知量;忽略其他跨轴系数;
三轴线圈的坐标系M,三轴磁传感器坐标系H,假设两个坐标系夹角,XY平面内,三轴磁传感器芯片的X轴与磁场Mx的夹角为Rzx,芯片的Y轴与磁场My的夹角为Rzy;XZ或者YZ平面内,芯片的Z轴与磁场Mz,绕X轴转动的夹角为Rx,绕Y轴转动的夹角为Ry,四个角度未知量;
假设恒定的XYZ磁场下三个轴的输出分别为XiXo,XiYo,XiZo,YiXo,YiYo,YiZo,ZiXo,ZiYo,ZiZo,9个已知量;
根据坐标系转换原则有以下公式,其中未知参数9个,依次为Gx,Gy,Gz,Kx,Ky,Rzx,Rzy,Rx,Ry,其余皆为已知量:
Figure BDA0002865988700000021
作为本发明的一种实施方式,经过以上矩阵运算,有如下9个方程:
Figure BDA0002865988700000022
Figure BDA0002865988700000023
Figure BDA0002865988700000024
迭代的计算方法包括如下步骤:
(1)给定初始值Rx0,Ry0,Rzx0,Rzy0,Kx0,Ky0,Gx0,Gy0,Gz0作为误差判断的基础值;
(2)迭代计算方法,假设一共i次迭代;
第一次迭代,假设Rx,Ry,Rzx,Rzy,Kx,Ky为0,依据上述方程11,方程22,方程33依次计算Gx,Gy,Gz
Figure BDA0002865988700000031
第二次迭代,根据已知的参数Mx,My,Mz以及第一次迭代计算的Gx,Gy,Gz,依据方程31计算Ry,依据方程21计算Rzx;依据方程32计算Rx,依据方程12计算Rzy,这里重点采用asin来计算,提高计算精度
Figure BDA0002865988700000032
继续第i次迭代,根据i-1次迭代已知的所有参数以及公式继续进行迭代计算。
(3)判断经过i次迭代,所得计算结果是否达到要求精度,在每一步迭代后,都增加d的计算
Figure BDA0002865988700000033
这里,d越接近于0,计算结果精度越高,由此可得到三轴磁传感器器件本身的灵敏度Gx,Gy,Gz,跨轴灵敏度Kx,Ky以及芯片放置时与线圈之前的夹角Rx,Ry,Rzx,Rzy;
(4)对三轴磁传感器的输出进行补偿修正,修正后的Xout,Yout,Zout公式如下:
Figure BDA0002865988700000041
即为器件本身灵敏度在单一X/Y/Z磁场分别作用下的输出,此数据为量产测试提供正确的交叉验证结果,从而提高量产整体校准精度。
根据本发明的另一个方面,采用如下技术方案:一种三轴磁传感器的测试系统,所述测试系统包括:
磁场施加模块,用以在被测三轴磁传感器置入三轴线圈中时,单独施加X轴、Y轴、Z轴恒定的磁场,并记录在每个轴磁场下X轴、Y轴、Z轴三个轴的输出;
参数值计算模块,用以通过迭代计算得到设定参数的值;对计算结果进行判断,达到或小于设定的精度时,停止计算,否则继续迭代;
角度补偿模块,用以利用所述参数值计算模块计算的结果,对三轴传感器进行角度补偿,输出不同磁场下的扫描曲线,得到测试结果。
作为本发明的一种实施方式,所述三轴线圈为三轴亥姆霍兹线圈;所述磁场施加模块用以将被测三轴磁传感器置入三轴亥姆霍兹线圈中,两者的坐标一致,由于放置误差,传感器的三个轴与线圈的三个轴成设定的角度。
作为本发明的一种实施方式,所述参数值计算模块通过迭代计算得出的参数包括XYZ三个轴的灵敏度,重要的跨轴系数,XYZ三个轴分别与线圈三个轴的夹角。
作为本发明的一种实施方式,所述参数值计算模块的迭代过程包括:
假设三轴线圈的磁场发生器经过校准,本身轴与轴误差可忽略,磁场精准,恒定磁场为Mx,My,Mz,为已知量;
假设三轴磁传感器的灵敏度为Gx,Gy,Gz;三轴磁传感器关键跨轴系数,Kx,Ky为未知量;忽略其他跨轴系数;
三轴线圈的坐标系M,三轴磁传感器坐标系H,假设两个坐标系夹角,XY平面内,三轴磁传感器芯片的X轴与磁场Mx的夹角为Rzx,芯片的Y轴与磁场My的夹角为Rzy;XZ或者YZ平面内,芯片的Z轴与磁场Mz,绕X轴转动的夹角为Rx,绕Y轴转动的夹角为Ry,四个角度未知量;
假设恒定的XYZ磁场下三个轴的输出分别为XiXo,XiYo,XiZo,YiXo,YiYo,YiZo,ZiXo,ZiYo,ZiZo,9个已知量;
根据坐标系转换原则有以下公式,其中未知参数9个,依次为Gx,Gy,Gz,Kx,Ky,Rzx,Rzy,Rx,Ry,其余皆为已知量:
Figure BDA0002865988700000051
经过以上矩阵运算,有如下9个方程:
Figure BDA0002865988700000052
Figure BDA0002865988700000053
Figure BDA0002865988700000054
迭代的计算方法包括如下步骤:
(1)给定初始值Rx0,Ry0,Rzx0,Rzy0,Kx0,Ky0,Gx0,Gy0,Gz0作为误差判断的基础值;
(2)迭代计算方法,假设一共i次迭代;
第一次迭代,假设Rx,Ry,Rzx,Rzy,Kx,Ky为0,依据上述方程11,方程22,方程33依次计算Gx,Gy,Gz;
Figure BDA0002865988700000055
第二次迭代,根据已知的参数Mx,My,Mz以及第一次迭代计算的Gx,Gy,Gz,依据方程31计算Ry,依据方程21计算Rzx;依据方程32计算Rx,依据方程12计算Rzy,这里重点采用asin来计算,提高计算精度;
Figure BDA0002865988700000061
继续第i次迭代,根据i-1次迭代已知的所有参数以及公式继续进行迭代计算。
(3)判断经过i次迭代,所得计算结果是否达到要求精度,在每一步迭代后,都增加d的计算
Figure BDA0002865988700000062
这里,d越接近于0,计算结果精度越高,由此可得到三轴磁传感器器件本身的灵敏度Gx,Gy,Gz,跨轴灵敏度Kx,Ky以及芯片放置时与线圈之前的夹角Rx,Ry,Rzx,Rzy;
(4)对三轴磁传感器的输出进行补偿修正,修正后的Xout,Yout,Zout公式如下:
Figure BDA0002865988700000063
即为器件本身灵敏度在单一X/Y/Z磁场分别作用下的输出,此数据为量产测试提供正确的交叉验证结果,从而提高量产整体校准精度。
本发明的有益效果在于:本发明提出的三轴磁传感器的测试方法及系统,可获取芯片的自身灵敏度以及跨轴灵敏度,提高三轴磁传感器的检测精度及检测灵敏度。
附图说明
图1为本发明一实施例中三轴磁传感器的测试方法的流程图。
图2为本发明一实施例中三轴磁传感器的测试系统的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例,本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明,本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。说明书中的“连接”既包含直接连接,也包含间接连接。
本发明揭示了一种三轴磁传感器的测试方法,图1为本发明一实施例中三轴磁传感器的测试方法的流程图;请参阅图1,所述测试方法包括:
【步骤S1】将被测三轴磁传感器置入三轴线圈中;在一实施例中,所述三轴线圈为三轴亥姆霍兹线圈(Helmholtz coil)。三轴亥姆霍兹线圈是一种用来制造小范围区域均匀磁场的器件,具有开敞性质,很容易将芯片置入或移出;也可以选用其他类似功能的三轴线圈。
【步骤S2】单独施加X轴、Y轴、Z轴恒定的磁场,并记录在每个轴磁场下X轴、Y轴、Z轴三个轴的输出;
【步骤S3】通过迭代计算得到设定参数的值;对计算结果进行判断,达到或小于设定的精度时,停止计算,否则继续迭代;
【步骤S4】利用计算的结果,对三轴传感器进行角度补偿,输出不同磁场下的扫描曲线,得到测试结果。
在一实施例中,利用三轴传感器和测量系统的输入和输出建立多元非线性方程,通过牛顿迭代法以及芯片实际特征,进行精确求解,得到测试结果,提高测量精确度。迭代的目的是需要收敛,因此利用牛顿迭代法并结合实际芯片的特征,进行求解可快速收敛,通过较少的迭代次数得到精确的结果。
在本发明的一实施例中,将被测三轴磁传感器置入三轴亥姆霍兹线圈中,两者的坐标一致,由于放置误差,传感器的三个轴与线圈的三个轴成设定的角度。
在本发明的一实施例中,计算各参数值步骤中,通过迭代计算得出的参数包括XYZ三个轴的灵敏度,重要的跨轴系数,XYZ三个轴分别与线圈三个轴的夹角。
在本发明的一实施例中,假设三轴线圈的磁场发生器经过校准,本身轴与轴误差可忽略,磁场精准,恒定磁场为Mx,My,Mz,为已知量;
假设三轴磁传感器的灵敏度为Gx,Gy,Gz;三轴磁传感器关键跨轴系数,Kx,Ky为未知量;忽略其他跨轴系数;
三轴线圈的坐标系M,三轴磁传感器坐标系H,假设两个坐标系夹角,XY平面内,三轴磁传感器芯片的X轴与磁场Mx的夹角为Rzx,芯片的Y轴与磁场My的夹角为Rzy;XZ或者YZ平面内,芯片的Z轴与磁场Mz,绕X轴转动的夹角为Rx,绕Y轴转动的夹角为Ry,四个角度未知量;
假设恒定的XYZ磁场下三个轴的输出分别为XiXo,XiYo,XiZo,YiXo,YiYo,YiZo,ZiXo,ZiYo,ZiZo,9个已知量;
根据坐标系转换原则有以下公式,其中未知参数9个,依次为Gx,Gy,Gz,Kx,Ky,Rzx,Rzy,Rx,Ry,其余皆为已知量:
Figure BDA0002865988700000081
在一实施例中,经过以上矩阵运算,有如下9个方程:
Figure BDA0002865988700000082
Figure BDA0002865988700000083
Figure BDA0002865988700000084
迭代的计算方法包括如下步骤:
(1)给定初始值Rx0,Ry0,Rzx0,Rzy0,Kx0,Ky0,Gx0,Gy0,Gz0作为误差判断的基础值;
(2)迭代计算方法,假设一共i次迭代;
第一次迭代,假设Rx,Ry,Rzx,Rzy,Kx,Ky为0,依据上述方程11,方程22,方程33依次计算Gx,Gy,Gz
Figure BDA0002865988700000091
第二次迭代,根据已知的参数Mx,My,Mz以及第一次迭代计算的Gx,Gy,Gz,依据方程31计算Ry,依据方程21计算Rzx;依据方程32计算Rx,依据方程12计算Rzy,这里重点采用asin来计算,提高计算精度;
Figure BDA0002865988700000092
继续第i次迭代,根据i-1次迭代已知的所有参数以及公式继续进行迭代计算。
(3)判断经过i次迭代,所得计算结果是否达到要求精度,在每一步迭代后,都增加d的计算
Figure BDA0002865988700000093
这里,d越接近于0,计算结果精度越高,由此可得到三轴磁传感器器件本身的灵敏度Gx,Gy,Gz,跨轴灵敏度Kx,Ky以及芯片放置时与线圈之前的夹角Rx,Ry,Rzx,Rzy;
(4)对三轴磁传感器的输出进行补偿修正,修正后的Xout,Yout,Zout公式如下:
Figure BDA0002865988700000094
即为器件本身灵敏度在单一X/Y/Z磁场分别作用下的输出,此数据为量产测试提供正确的交叉验证结果,从而提高量产整体校准精度。
本发明还揭示一种三轴磁传感器的测试系统,图2为本发明一实施例中三轴磁传感器的测试系统的组成示意图;请参阅图2,所述测试系统包括:磁场施加模块1、参数值计算模块2及角度补偿模块3。磁场施加模块1用以在被测三轴磁传感器置入三轴线圈(如可以为三轴亥姆霍兹线圈,三轴亥姆霍兹线圈是一种用来制造小范围区域均匀磁场的器件,具有开敞性质,很容易将芯片置入或移出;也可以选用其他类似功能的三轴线圈)中时,单独施加X轴、Y轴、Z轴恒定的磁场,并记录在每个轴磁场下X轴、Y轴、Z轴三个轴的输出。参数值计算模块2用以通过迭代计算得到设定参数的值;对计算结果进行判断,达到或小于设定的精度时,停止计算,否则继续迭代。角度补偿模块3用以利用所述参数值计算模块计算的结果,对三轴传感器进行角度补偿,输出不同磁场下的扫描曲线,得到测试结果。
在本发明的一实施例中,所述磁场施加模块用以将被测三轴磁传感器置入三轴亥姆霍兹线圈中,两者的坐标一致,由于放置误差,传感器的三个轴与线圈的三个轴成设定的角度。在一实施例中,所述参数值计算模块通过迭代计算得出的参数包括XYZ三个轴的灵敏度,重要的跨轴系数,XYZ三个轴分别与线圈三个轴的夹角。
在本发明的一实施例中,所述参数值计算模块的迭代过程包括:
假设三轴线圈的磁场发生器经过校准,本身轴与轴误差可忽略,磁场精准,恒定磁场为Mx,My,Mz,为已知量;
假设三轴磁传感器的灵敏度为Gx,Gy,Gz;三轴磁传感器关键跨轴系数,Kx,Ky为未知量;忽略其他跨轴系数;
三轴线圈的坐标系M,三轴磁传感器坐标系H,假设两个坐标系夹角,XY平面内,三轴磁传感器芯片的X轴与磁场Mx的夹角为Rzx,芯片的Y轴与磁场My的夹角为Rzy;XZ或者YZ平面内,芯片的Z轴与磁场Mz,绕X轴转动的夹角为Rx,绕Y轴转动的夹角为Ry,四个角度未知量;
假设恒定的XYZ磁场下三个轴的输出分别为XiXo,XiYo,XiZo,YiXo,YiYo,YiZo,ZiXo,ZiYo,ZiZo,9个已知量;
根据坐标系转换原则有以下公式,其中未知参数9个,依次为Gx,Gy,Gz,Kx,Ky,Rzx,Rzy,Rx,Ry,其余皆为已知量:
Figure BDA0002865988700000101
经过以上矩阵运算,有如下9个方程:
Figure BDA0002865988700000111
Figure BDA0002865988700000112
Figure BDA0002865988700000113
迭代的计算方法包括如下步骤:
(1)给定初始值Rx0,Ry0,Rzx0,Rzy0,Kx0,Ky0,Gx0,Gy0,Gz0作为误差判断的基础值;
(2)迭代计算方法,假设一共i次迭代;
第一次迭代,假设Rx,Ry,Rzx,Rzy,Kx,Ky为0,依据上述方程11,方程22,方程33依次计算Gx,Gy,Gz
Figure BDA0002865988700000114
第二次迭代,根据已知的参数Mx,My,Mz以及第一次迭代计算的Gx,Gy,Gz,依据方程31计算Ry,依据方程21计算Rzx;依据方程32计算Rx,依据方程12计算Rzy,这里重点采用asin来计算,提高计算精度;
Figure BDA0002865988700000115
继续第i次迭代,根据i-1次迭代已知的所有参数以及公式继续进行迭代计算。
(3)判断经过i次迭代,所得计算结果是否达到要求精度,在每一步迭代后,都增加d的计算
Figure BDA0002865988700000121
这里,d越接近于0,计算结果精度越高,由此可得到三轴磁传感器器件本身的灵敏度Gx,Gy,Gz,跨轴灵敏度Kx,Ky以及芯片放置时与线圈之前的夹角Rx,Ry,Rzx,Rzy;
(4)对三轴磁传感器的输出进行补偿修正,修正后的Xout,Yout,Zout公式如下:
Figure BDA0002865988700000122
即为器件本身灵敏度在单一X/Y/Z磁场分别作用下的输出,此数据为量产测试提供正确的交叉验证结果,从而提高量产整体校准精度。
综上所述,本发明提出的三轴磁传感器的测试方法及系统,可获取芯片的自身灵敏度以及跨轴灵敏度,提高三轴磁传感器的检测精度及检测灵敏度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
这里本发明的描述和应用是说明性的,并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现,对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的,对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是,在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下,本发明可以以其它形式、结构、布置、比例,以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下,可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种三轴磁传感器的测试方法,其特征在于,所述测试方法包括:
将被测三轴磁传感器置入三轴线圈中;
分别以X轴方向、Y轴方向、Z轴方向作为磁场的轴线单独施加恒定的磁场,并记录在每个磁场下X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三个方向的输出;
通过迭代计算得到设定参数的值;对计算结果进行判断,达到或小于设定的精度时,停止计算,否则继续迭代;
利用计算的结果,对三轴传感器进行角度补偿,输出不同磁场下的扫描曲线,得到测试结果。
2.根据权利要求1所述的三轴磁传感器的测试方法,其特征在于:
利用三轴传感器和测量系统的输入和输出建立多元非线性方程或方程组,通过牛顿迭代法以及芯片实际特征,进行精确求解,得到测试结果;利用牛顿迭代法并结合实际芯片的特征,进行求解可快速收敛。
3.根据权利要求1所述的三轴磁传感器的测试方法,其特征在于:
所述三轴线圈为三轴亥姆霍兹线圈;将被测三轴磁传感器置入三轴亥姆霍兹线圈中,由于放置误差,三轴磁传感器的三个轴与三轴亥姆霍兹线圈的三个轴具有一定的角度。
4.根据权利要求1所述的三轴磁传感器的测试方法,其特征在于:
计算各参数值步骤中,通过迭代计算得出的参数包括XYZ三个轴的灵敏度,重要的跨轴系数,XYZ三个轴与线圈三个轴分别形成的夹角。
5.根据权利要求1所述的三轴磁传感器的测试方法,其特征在于:
三轴亥姆霍兹线圈的磁场发生器经过校准,本身轴与轴误差可忽略,磁场精准,恒定磁场为Mx,My,Mz,为已知量;
三轴磁传感器的灵敏度分别设定为Gx,Gy,Gz;三轴磁传感器关键跨轴系数Kx,Ky为未知量;忽略其他跨轴系数;
三轴线圈的坐标系M,三轴磁传感器坐标系H,假设两个坐标系夹角,XY平面内,三轴磁传感器芯片的X轴与磁场Mx的夹角为Rzx,芯片的Y轴与磁场My的夹角为Rzy;XZ或者YZ平面内,芯片的Z轴与磁场Mz,绕X轴转动的夹角为Rx,绕Y轴转动的夹角为Ry,四个角度未知量;
假设恒定的XYZ磁场下三个轴的输出分别为XiXo,XiYo,XiZo,YiXo,YiYo,YiZo,ZiXo,ZiYo,ZiZo,9个已知量;
根据坐标系转换原则有以下公式,其中未知参数9个,依次为Gx,Gy,Gz,Kx,Ky,Rzx,Rzy,Rx,Ry,其余皆为已知量:
Figure FDA0002865988690000021
6.根据权利要求5所述的三轴磁传感器的测试方法,其特征在于:
经过以上矩阵运算,有如下9个方程:
Figure FDA0002865988690000022
迭代的计算方法包括如下步骤:
(1)给定初始值Rx0,Ry0,Rzx0,Rzy0,Kx0,Ky0,Gx0,Gy0,Gz0作为误差判断的基础值;
(2)迭代计算方法,假设一共i次迭代;
第一次迭代,假设Rx,Ry,Rzx,Rzy,Kx,Ky为0,依据上述方程11,方程22,方程33依次计算Gx,Gy,Gz;
Figure FDA0002865988690000023
第二次迭代,根据已知的参数Mx,My,Mz以及第一次迭代计算的Gx,Gy,Gz,依据方程31计算Ry,依据方程21计算Rzx;依据方程32计算Rx,依据方程12计算Rzy,这里重点采用asin来计算,提高计算精度;
Figure FDA0002865988690000031
继续第i次迭代,根据i-1次迭代已知的所有参数以及公式继续进行迭代计算;
(3)判断经过i次迭代,所得计算结果是否达到要求精度,在每一步迭代后,都增加d的计算
Figure FDA0002865988690000032
这里,d越接近于0,计算结果精度越高,由此可得到三轴磁传感器器件本身的灵敏度Gx,Gy,Gz,跨轴系数Kx,Ky以及芯片放置时与线圈之前的夹角Rx,Ry,Rzx,Rzy;
(4)对三轴磁传感器的输出进行补偿修正,修正后的Xout,Yout,Zout公式如下:
Figure FDA0002865988690000033
即为器件本身灵敏度在单一X/Y/Z磁场分别作用下的输出,此数据为量产测试提供正确的交叉验证结果,从而提高量产整体校准精度。
7.一种三轴磁传感器的测试系统,其特征在于,所述测试系统包括:
磁场施加模块,用以在被测三轴磁传感器置入三轴线圈中时,单独施加X轴、Y轴、Z轴恒定的磁场,并记录在每个轴磁场下X轴、Y轴、Z轴三个轴的输出;
参数值计算模块,用以通过迭代计算得到设定参数的值;对计算结果进行判断,达到或小于设定的精度时,停止计算,否则继续迭代;
角度补偿模块,用以利用所述参数值计算模块计算的结果,对三轴传感器进行角度补偿,输出不同磁场下的扫描曲线,得到测试结果。
8.根据权利要求7所述的三轴磁传感器的测试系统,其特征在于:
所述三轴线圈为三轴亥姆霍兹线圈;所述磁场施加模块用以将被测三轴磁传感器置入三轴亥姆霍兹线圈中,两者的坐标一致,由于放置误差,传感器的三个轴与线圈的三个轴具有一定的夹角。
9.根据权利要求7所述的三轴磁传感器的测试系统,其特征在于:
所述参数值计算模块通过迭代计算得出的参数包括XYZ三个轴的灵敏度,重要的跨轴系数,XYZ三个轴分别与线圈三个轴的夹角。
10.根据权利要求7所述的三轴磁传感器的测试系统,其特征在于:
所述参数值计算模块的迭代过程包括:
假设三轴线圈的磁场发生器经过校准,本身轴与轴误差可忽略,磁场精准,恒定磁场为Mx,My,Mz,为已知量;
假设三轴磁传感器的灵敏度为Gx,Gy,Gz;三轴磁传感器关键跨轴系数Kx,Ky为未知量;忽略其他跨轴系数;
三轴线圈的坐标系M,三轴磁传感器坐标系H,假设两个坐标系夹角,XY平面内,三轴磁传感器芯片的X轴与磁场Mx的夹角为Rzx,芯片的Y轴与磁场My的夹角为Rzy;XZ或者YZ平面内,芯片的Z轴与磁场Mz,绕X轴转动的夹角为Rx,绕Y轴转动的夹角为Ry,四个角度未知量;
假设恒定的XYZ磁场下三个轴的输出分别为XiXo,XiYo,XiZo,YiXo,YiYo,YiZo,ZiXo,ZiYo,ZiZo,9个已知量;
根据坐标系转换原则有以下公式,其中未知参数9个,依次为Gx,Gy,Gz,Kx,Ky,Rzx,Rzy,Rx,Ry,其余皆为已知量:
Figure FDA0002865988690000041
经过以上矩阵运算,有如下9个方程:
Figure FDA0002865988690000051
迭代的计算方法包括如下步骤:
(1)给定初始值Rx0,Ry0,Rzx0,Rzy0,Kx0,Ky0,Gx0,Gy0,Gz0作为误差判断的基础值
(2)迭代计算方法,假设一共i次迭代;
第一次迭代,假设Rx,Ry,Rzx,Rzy,Kx,Ky为0,依据上述方程11,方程22,方程33依次计算Gx,Gy,Gz
Figure FDA0002865988690000052
第二次迭代,根据已知的参数Mx,My,Mz以及第一次迭代计算的Gx,Gy,Gz,依据方程31计算Ry,依据方程21计算Rzx;依据方程32计算Rx,依据方程12计算Rzy,这里重点采用asin来计算,提高计算精度;
Figure FDA0002865988690000053
继续第i次迭代,根据i-1次迭代已知的所有参数以及公式继续进行迭代计算;
(3)判断经过i次迭代,所得计算结果是否达到要求精度,在每一步迭代后,都增加d的计算:
Figure FDA0002865988690000061
这里,d越接近于0,计算结果精度越高,由此可得到三轴磁传感器器件本身的灵敏度Gx,Gy,Gz,跨轴灵敏度Kx,Ky以及芯片放置时与线圈之前的夹角Rx,Ry,Rzx,Rzy;
(4)对三轴磁传感器的输出进行补偿修正,修正后的Xout,Yout,Zout公式如下:
Figure FDA0002865988690000062
即为器件本身灵敏度在单一X/Y/Z磁场分别作用下的输出,此数据为量产测试提供了正确的交叉验证结果,从而提高了量产整体校准精度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114076908A (zh) * 2022-01-06 2022-02-22 微传智能科技(常州)有限公司 磁开关测试系统、方法及装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011158856A1 (ja) * 2010-06-17 2011-12-22 株式会社フジクラ 誤差要因判定方法およびその装置、並びに誤差補償方法、3軸磁気センサ、センサモジュール、誤差要因判定用のプログラム
CN102426392A (zh) * 2011-09-13 2012-04-25 复旦大学 一种基于正交磁棒旋转搜索的电磁跟踪方法及系统
CN105260565A (zh) * 2015-11-04 2016-01-20 上海电气电站设备有限公司 一种大型汽轮发电机负载励磁电流的自动迭代计算方法
CN106249181A (zh) * 2016-08-12 2016-12-21 上海矽睿科技有限公司 单芯片三轴磁传感器
CN107389049A (zh) * 2017-08-10 2017-11-24 北京联合大学 一种基于类卡尔曼因子的磁罗盘误差实时补偿方法
US20180010923A1 (en) * 2015-10-13 2018-01-11 Shanghai Huace Navigation Technology Ltd Precision calibration method of attitude measuring system
CN110579730A (zh) * 2019-09-02 2019-12-17 杭州电子科技大学 一种三轴磁传感器的转向差校正方法
CN110702142A (zh) * 2019-09-12 2020-01-17 中国矿业大学 一种采用三轴加速度计辅助的三轴磁强计全参数外场标定方法
CN111982089A (zh) * 2020-07-28 2020-11-24 陕西宝成航空仪表有限责任公司 一种磁罗盘全罗差实时校准与补偿方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011158856A1 (ja) * 2010-06-17 2011-12-22 株式会社フジクラ 誤差要因判定方法およびその装置、並びに誤差補償方法、3軸磁気センサ、センサモジュール、誤差要因判定用のプログラム
CN102426392A (zh) * 2011-09-13 2012-04-25 复旦大学 一种基于正交磁棒旋转搜索的电磁跟踪方法及系统
US20180010923A1 (en) * 2015-10-13 2018-01-11 Shanghai Huace Navigation Technology Ltd Precision calibration method of attitude measuring system
CN105260565A (zh) * 2015-11-04 2016-01-20 上海电气电站设备有限公司 一种大型汽轮发电机负载励磁电流的自动迭代计算方法
CN106249181A (zh) * 2016-08-12 2016-12-21 上海矽睿科技有限公司 单芯片三轴磁传感器
CN107389049A (zh) * 2017-08-10 2017-11-24 北京联合大学 一种基于类卡尔曼因子的磁罗盘误差实时补偿方法
CN110579730A (zh) * 2019-09-02 2019-12-17 杭州电子科技大学 一种三轴磁传感器的转向差校正方法
CN110702142A (zh) * 2019-09-12 2020-01-17 中国矿业大学 一种采用三轴加速度计辅助的三轴磁强计全参数外场标定方法
CN111982089A (zh) * 2020-07-28 2020-11-24 陕西宝成航空仪表有限责任公司 一种磁罗盘全罗差实时校准与补偿方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李伟等: "一种无需轴对准的磁罗盘正交度测试方法", 宇航计测技术, no. 01, pages 66 - 69 *
高翔等: "三轴磁通门磁梯度仪转向差校正方法研究", 仪器仪表学报, no. 06, pages 28 - 34 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114076908A (zh) * 2022-01-06 2022-02-22 微传智能科技(常州)有限公司 磁开关测试系统、方法及装置
CN114076908B (zh) * 2022-01-06 2022-04-29 微传智能科技(常州)有限公司 磁开关测试系统、方法及装置

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