KR100674194B1 - Method of controlling magnetic sensor, control device therefor, and portable terminal - Google Patents
Method of controlling magnetic sensor, control device therefor, and portable terminal Download PDFInfo
- Publication number
- KR100674194B1 KR100674194B1 KR1020057007002A KR20057007002A KR100674194B1 KR 100674194 B1 KR100674194 B1 KR 100674194B1 KR 1020057007002 A KR1020057007002 A KR 1020057007002A KR 20057007002 A KR20057007002 A KR 20057007002A KR 100674194 B1 KR100674194 B1 KR 100674194B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- magnetic sensor
- coordinates
- magnetic
- coordinate
- points
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
- G01R35/002—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass of cathode ray oscilloscopes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
- G01C17/38—Testing, calibrating, or compensating of compasses
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/0206—Three-component magnetometers
Abstract
제어 장치(200)는, 연산에 의해 자기 센서(100)를 캘리브레이션한다. 연산부(210)는, 자기 센서(100)의 X, Y, Z축의 각 출력으로부터 자계 강도를 산출한다. 이를 다른 4점 이상에 대하여 행한다. 그 중, 적어도 1점 이상은, 동일 평면 상에 없는 점에서 행한다. 연산부(210)는, 자기 센서(100)의 X, Y, Z축의 각 출력을 3차원 공간 좌표로 변환하고, 상기 4점 이상에 대하여 각 좌표를 지나는 구를 생성한다. 생성한 구의 중심점의 좌표가 오프셋 자계량이 된다. 구한 X, Y, Z축의 착자 자계를, 자기 센서(100)의 X, Y, Z축의 각 출력으로부터 각각 감산함으로써 캘리브레이션을 행한다. The control apparatus 200 calibrates the magnetic sensor 100 by calculation. The calculation unit 210 calculates the magnetic field strength from the outputs of the X, Y, and Z axes of the magnetic sensor 100. This is done for four or more other points. Among them, at least one or more points are performed at points not on the same plane. The calculating part 210 converts each output of the X, Y, Z-axis of the magnetic sensor 100 into three-dimensional space coordinates, and produces | generates the sphere which passes each coordinate with respect to the said four points or more. The coordinate of the center point of the created sphere becomes the offset magnetic field. Calibration is performed by subtracting the obtained magnetic field of the X, Y, and Z axes from the respective outputs of the X, Y, and Z axes of the magnetic sensor 100, respectively.
Description
본 발명은 지자기를 검출하는 자기 센서의 캘리브레이션 등을 행하는 자기 센서의 제어 방법, 제어 장치 및 휴대 단말 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근, 자기 센서가 탑재된 휴대 전화기 등의 휴대 단말 장치가 실용화되고 있다. 이러한 휴대 단말 장치는, 방위를 측정할 뿐만 아니라, GPS(Globa1 Positioning System)로부터의 위치 정보를 토대로, 측정한 방위에 따라 현재 위치 등을 화면의 지도 상에 표시하는 기능을 갖는 것도 있다.In recent years, portable terminal apparatuses, such as a mobile telephone in which a magnetic sensor is mounted, have been put into practical use. Such a portable terminal device not only measures the orientation, but also has a function of displaying the current position or the like on a map of the screen according to the measured orientation based on the position information from the GPS (Globa1 Positioning System).
자기 센서는 지자기뿐만 아니라, 휴대 단말 장치에 내장된 전자 부품이 갖는 자계에 영향을 받는다. 또한 강자계가 발생하는 장소로 이동한 경우에도 마찬가지다. 예컨대, 빌딩 내에서도, 콘크리트, 철 등이 자기를 띠고 있으므로, 자기 센서에 지자기 성분 이외의 자기 성분을 착자시킨다. 이 때문에, 이러한 자기 성분은, 정확한 방위 측정, 회전 자계의 검출에 오차를 일으키는 원인이 되고 있다. 따라서, 지자기 성분만을 추출하기 위해서는, 검출한 자기 성분으로부터 그 이외의 자기 성분을 제거하기 위한 캘리브레이션이 필요하다.The magnetic sensor is affected not only by the geomagnetic field but also by the magnetic field of the electronic component embedded in the portable terminal device. The same is also true when moving to a place where a strong magnetic field occurs. For example, even in a building, since concrete, iron, etc. are magnetic, magnetic components other than geomagnetic components are magnetized in the magnetic sensor. For this reason, such a magnetic component causes an error in accurate orientation measurement and detection of a rotating magnetic field. Therefore, in order to extract only a geomagnetic component, calibration for removing other magnetic components from the detected magnetic component is necessary.
본 발명은, 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적은, 자기 센서의 캘리브레이션을 용이하게 행할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.This invention is made | formed in view of such a situation, and the objective is to provide the technique which can carry out the calibration of a magnetic sensor easily.
본 발명의 일태양은, 자기 센서의 제어 방법이다. 이 방법은, 지자기 벡터의 3축 성분을 검출하는 자기 센서의 제어 방법으로서, 기준이 되는 지자기 벡터의 3축 성분을 좌표 변환하여 취득한 소정의 좌표 공간에서의 기준 좌표를 유지하는 단계; 자기 센서의 4 이상의 자세에서의 3축 성분의 출력을 취득하는 단계; 취득한 3축 성분의 출력을 각각의 자세마다 좌표 변환하고, 기준 좌표와 동일한 좌표 공간에서의 좌표를 취득하는 단계; 취득한 4점 이상의 좌표를 지나는 구(球)를 생성하고, 그 중심점과 기준 좌표와의 어긋남으로부터 오프셋 자계량을 구하는 단계; 및 오프셋 자계량을 참조하여, 자기 센서를 캘리브레이션하는 단계;를 구비한다. 「기준 좌표」는, 자기 센서의 복수의 자세에서의 지자기 전(全)자력을 반경으로 한 구의 중심점 좌표여도 무방하다. 이 태양에 의하면, 4점 이상의 좌표를 지나는 구의 중심점에서 오프셋 자계량을 구함으로써 용이하게 캘리브레이션할 수 있다.One aspect of the present invention is a control method of a magnetic sensor. The method includes a control method of a magnetic sensor that detects three-axis components of a geomagnetic vector, the method comprising: maintaining reference coordinates in a predetermined coordinate space obtained by coordinate transformation of three-axis components of a reference geomagnetic vector; Acquiring the output of the triaxial component in at least four postures of the magnetic sensor; Coordinate-converting the obtained three-axis component output for each attitude, and acquiring coordinates in the same coordinate space as the reference coordinates; Generating a sphere passing through the acquired four or more coordinates, and calculating an offset magnetic field from the deviation between the center point and the reference coordinate; And calibrating the magnetic sensor with reference to the offset magnetic field. The "reference coordinates" may be the coordinates of the center point of the sphere whose radius is the total magnetic force of the geomagnetic field in the plurality of postures of the magnetic sensor. According to this aspect, it can be easily calibrated by finding the offset magnetic field at the center point of the sphere which passes 4 coordinates or more.
본 발명의 다른 태양은, 자기 센서의 제어 방법이다. 이 방법은, 지자기 벡터의 2축 성분을 검출하는 자기 센서의 제어 방법으로서, 기준이 되는 지자기 벡터의 2축 성분을 좌표 변환하여 취득한 소정의 좌표 평면에서의 기준 좌표를 유지하는 단계; 자기 센서의 3 이상의 자세에서의 2축 성분의 출력을 취득하는 단계; 취득한 2축 성분의 출력을 각각의 자세마다 좌표 변환하고, 기준 좌표와 동일한 좌표 평면에서의 좌표를 취득하는 단계; 취득한 3점 이상의 좌표를 지나는 원을 생성하고, 그 중심점과 기준 좌표와의 어긋남으로부터 오프셋 자계량을 구하는 단계; 및 오프셋 자계량을 참조하여 상기 자기 센서를 캘리브레이션하는 단계;를 구비한다. 이 태양에 의하면, 3점 이상의 좌표를 지나는 원의 중심점에서 오프셋 자계량을 구함으로써 용이하게 캘리브레이션할 수 있다.Another aspect of the present invention is a control method of a magnetic sensor. The method includes a control method of a magnetic sensor that detects two-axis components of a geomagnetic vector, the method comprising: maintaining reference coordinates in a predetermined coordinate plane obtained by coordinate-converting two-axis components of a reference geomagnetic vector; Acquiring the output of the biaxial component in three or more postures of the magnetic sensor; Coordinate-converting the output of the obtained biaxial components for each attitude, and obtaining coordinates in the same coordinate plane as the reference coordinates; Generating a circle passing through the acquired three-point or more coordinates, and obtaining an offset magnetic field from the deviation between the center point and the reference coordinate; And calibrating the magnetic sensor with reference to an offset magnetic field. According to this aspect, it can be easily calibrated by calculating the offset magnetic field at the center point of the circle passing through the coordinates of three or more points.
본 발명의 또 다른 태양은, 자기 센서의 제어 장치이다. 이 장치는, 지자기 벡터의 3축 성분을 검출하는 자기 센서의 제어 장치로서, 기준이 되는 지자기 벡터의 3축 성분을 좌표 변환하여 취득한 소정의 좌표 공간에서의 기준 좌표를 유지하고 있는 기억부; 및 자기 센서의 4 이상의 자세에서의 3축 성분의 출력을 각각의 자세마다 좌표 변환하여 기준 좌표와 동일한 좌표 공간에서의 좌표를 취득하고, 취득한 4점 이상의 좌표를 지나는 구를 생성하는 연산부;를 구비하고, 연산부는, 생성한 구의 중심점과 상기 기준 좌표와의 어긋남으로부터 오프셋 자계량을 구하고, 그것을 참조하여 자기 센서의 캘리브레이션을 행한다. 이 태양에 의하면, 연산부가 4점 이상의 좌표를 지나는 구의 중심점에서 오프셋 자계량을 구함으로써 용이하게 캘리브레이션할 수 있다.Another aspect of the present invention is a control device for a magnetic sensor. This apparatus is a control device for a magnetic sensor that detects three-axis components of a geomagnetic vector, comprising: a storage unit for holding reference coordinates in a predetermined coordinate space obtained by coordinate-converting three-axis components of a geomagnetic vector as a reference; And an arithmetic unit configured to coordinate-transform the output of the three-axis component in the four or more postures of the magnetic sensor for each posture to obtain coordinates in the same coordinate space as the reference coordinates, and to generate a sphere passing through the acquired four or more coordinates. The calculation unit calculates an offset magnetic field from the deviation between the generated sphere center point and the reference coordinates, and performs calibration of the magnetic sensor with reference thereto. According to this aspect, the calculating part can easily calibrate by calculating | requiring the offset magnetic field in the center point of the sphere which passes 4 coordinates or more.
본 발명의 또 다른 태양은, 자기 센서의 제어 장치이다. 이 장치는, 지자기 벡터의 2축 성분을 검출하는 자기 센서의 제어 장치로서, 기준이 되는 지자기 벡터의 2축 성분을 좌표 변환하여 취득한 소정의 좌표 평면에서의 기준 좌표를 유지하고 있는 기억부; 및 자기 센서의 3 이상의 자세에서의 2축 성분의 출력을 각각의 자세마다 좌표 변환하여 기준 좌표와 동일한 좌표 평면에서의 좌표를 취득하고, 취득한 3점 이상의 좌표를 지나는 원을 생성하는 연산부;를 구비하고, 연산부는, 생성한 원의 중심점과 기준 좌표와의 어긋남으로부터 오프셋 자계량을 구하고, 그것을 참조하여 자기 센서의 캘리브레이션을 행한다. 이 태양에 의하면, 연산부가 3점 이상의 좌표를 지나는 원의 중심점에서 오프셋 자계량을 구함으로써 용이하게 캘리브레이션할 수 있는 자기 센서를 탑재한 휴대 전화기 등의 휴대 단말 장치를 실현할 수 있다.Another aspect of the present invention is a control device for a magnetic sensor. This apparatus is a control device for a magnetic sensor that detects two-axis components of a geomagnetic vector, comprising: a storage unit for holding reference coordinates in a predetermined coordinate plane obtained by coordinate-converting two-axis components of a reference geomagnetic vector; And an arithmetic unit that coordinate-transforms outputs of biaxial components in three or more postures of the magnetic sensor for each posture to obtain coordinates in the same coordinate plane as the reference coordinates, and to generate a circle passing through the acquired three or more coordinates. Then, the calculating unit calculates an offset magnetic field from the deviation between the generated center point and the reference coordinate, and performs calibration of the magnetic sensor with reference thereto. According to this aspect, a portable terminal device such as a mobile phone equipped with a magnetic sensor that can be easily calibrated by calculating an offset magnetic field at a center point of a circle passing through coordinates of three or more points can be realized.
본 발명의 또 다른 태양은, 휴대 단말 장치이다. 이 장치는, 지자기 벡터의 3축 성분을 검출하는 자기 센서와, 3축 성분을 검출하는 자기 센서의 상술한 태양의 제어 장치를 구비한다. 이 태양에 의하면, 4점 이상의 좌표를 지나는 구의 중심점에서 오프셋 자계량을 구함으로써 용이하게 캘리브레이션할 수 있다.Another aspect of the present invention is a portable terminal device. This apparatus is provided with the control apparatus of the above-mentioned aspect of the magnetic sensor which detects the triaxial component of a geomagnetic vector, and the magnetic sensor which detects a triaxial component. According to this aspect, it can be easily calibrated by finding the offset magnetic field at the center point of the sphere which passes 4 coordinates or more.
본 발명의 또 다른 태양은, 휴대 단말 장치이다. 이 장치는, 지자기 벡터의 2축 성분을 검출하는 자기 센서와, 2축 성분을 검출하는 자기 센서의 상술한 태양의 제어 장치를 구비한다. 이 태양에 의하면, 3점 이상의 좌표를 지나는 원의 중심점에서 오프셋 자계량을 구함으로써 용이하게 캘리브레이션할 수 있는 자기 센서를 탑재한 휴대 전화기 등의 휴대 단말 장치를 실현할 수 있다.Another aspect of the present invention is a portable terminal device. This apparatus is provided with the control apparatus of the above-mentioned aspect of the magnetic sensor which detects the biaxial component of a geomagnetic vector, and the magnetic sensor which detects a biaxial component. According to this aspect, a portable terminal device such as a mobile phone equipped with a magnetic sensor that can be easily calibrated by obtaining an offset magnetic field at a center point of a circle passing through three or more coordinates can be realized.
또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합, 본 발명의 표현을 방법, 시스템, 기록 매체, 컴퓨터 프로그램 등의 사이에서 변환한 것도 또한 본 발명의 태양으로서 유효하다.In addition, any combination of the above components and a conversion of the expression of the present invention between a method, a system, a recording medium, a computer program, and the like are also effective as aspects of the present invention.
도 1은 자기 센서의 일예를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating an example of a magnetic sensor.
도 2는 본 발명의 실시의 형태에서의 제어 장치 및 자기 센서를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the control apparatus and magnetic sensor in embodiment of this invention.
도 3은 실시의 형태에 있어서의 제어 장치에 의해 자기 센서의 캘리브레이션을 행하기 위한 플로우챠트이다.3 is a flowchart for calibrating a magnetic sensor by the control device in the embodiment.
도 4는 연산부가 생성하는 구의 일예를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a sphere generated by a calculation unit.
도 5는 실시 형태에 있어서의 휴대 단말 장치의 구성을 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a configuration of a portable terminal device in an embodiment.
도 6은 자기 센서 및 경사각 센서의 검출 결과를 토대로 방위를 산출하기 위한 플로우챠트이다.6 is a flowchart for calculating a bearing based on detection results of a magnetic sensor and an inclination angle sensor.
<부호의 간단한 설명><Short description of symbols>
100 자기 센서100 magnetic sensors
102 제1 자기 검출 소자102 first magnetic detection element
104 제2 자기 검출 소자104 second magnetic detection element
106 제3 자기 검출 소자106 third magnetic detection element
110 기판110 substrates
120 경사각 센서120 tilt angle sensor
200 제어 장치200 control unit
210 연산부210 calculator
220 기억부220 memory
230 감시부230 watchdog
300 휴대 단말 장치.300 mobile terminal devices.
우선, 본 실시 형태에서의 지자기 성분 이외의 자기 성분을 없애기 위한 캘 리브레이션 방법의 상세를 설명하기 전에, 그 대상이 되는 3축 자기 센서의 구성을 설명한다. 도 1은, 자기 센서(100)의 일예를 나타내는 도면이다. 이 자기 센서(100)는, 자기 벡터의 X, Y, Z의 3축 성분의 각각을 검출하는 적어도 3개의 자기 검출 소자(102, 104, 106)를 갖는다. 제1 자기 검출 소자(102)는 X축 방향의 자기 성분을 검출하고, 제2 자기 검출 소자(104)는 Y축 방향의 자기 성분을 검출하며, 제3 자기 검출 소자(106)는 Z축 방향의 자기 성분을 검출한다.First, before demonstrating the detail of the calibration method for removing magnetic components other than a geomagnetic component in this embodiment, the structure of the triaxial magnetic sensor used as the object is demonstrated. 1 is a diagram illustrating an example of the
자기 센서(100)에 있어서, 적어도 제1 자기 검출 소자(102) 및 제2 자기 검출 소자(104)는 MR(Magneto Resistance) 소자, 홀 소자 또는 MI(Magneto Impedance) 소자인 것이 바람직하고, 제3 자기 검출 소자(106)도 마찬가지로 MR 소자, 홀 소자 또는 MI 소자인 것이 바람직하다. 모든 자기 검출 소자를 MR 소자 또는 홀 소자로 형성함으로써 이 자기 센서(100)를 일련의 반도체 제조 프로세스를 이용하여 형성할 수 있게 된다.In the
제1 자기 검출 소자(102) 및 제2 자기 검출 소자(104)는, 기판(110)의 표면에 대하여 소정의 각도로 구성되며, 기판 표면에 평행한 방향, 즉 X축 방향 및 Y축 방향의 2축의 자기 성분을 각각 검출한다. 여기서, 제1 자기 검출 소자(102) 및 제2 자기 검출 소자(104)는, 기판(110)의 표면에 있어서 거의 직립하도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한 기판(110)의 표면에 있어서, 제1 자기 검출 소자(102) 및 제2 자기 검출 소자(104)는, 각각의 표면에 평행한 방향이 90°가 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 제3 자기 검출 소자(106)는 기판(110)의 표면에 형성되어, 기판 표면에 수직한 방향, 즉 Z축 방향의 자기 성분을 검출한다.The first
각 자기 검출 소자는, 일반식 (Co1-aFea)100x-y-zLxMyOz로 표현되는 박막 구조의 자기 저항막을 갖는다. 자성체막은, 투자율을 1,000,000le 이상으로 하고, 1μT 이상의 자계를 검지할 수 있는 희토류와 나노 오더의 자성체 금속 분말을 이용하여 구성해도 된다.Each magnetic detection element has a magnetoresistive film of a thin film structure represented by general formula (Co1-aFea) 100x-y-zLxMyOz. The magnetic film may have a magnetic permeability of 1,000,000 or more, and may be formed using rare earth and magnetic metal powder of nano order capable of detecting a magnetic field of 1 µT or more.
도 1에 도시한 자기 센서(100)에 있어서는, 2개의 자기 검출 소자(102, 104)가 직립되어 구성되어 있는데, 다른 예에 있어서는, 2개의 자기 검출 소자가 기판(110)의 평면 상에 형성되고, 하나의 자기 검출 소자가 기판(110)에 직립되어 구성되어도 무방하다. 이 때, 기판(110)의 평면 상에 형성되는 2개의 자기 검출 소자는 자기 벡터의 수직 자계 및 수평 자계를 검출하고, 직립 구성되는 자기 검출 소자는 이러한 자계에 수직한 성분을 검출하면 된다.In the
또한, 자기 센서는 플럭스 게이트형 자기 센서여도 무방하다. 플럭스 게이트형 자기 센서는, 코일의 코어를 필요로 하기 때문에, 구성상 약간 큰 것이 된다. 그 때문에, 플럭스 게이트형 자기 센서를 충분한 배치 공간이 나오는 차량 등에 탑재하는 경우에는 문제가 없지만, 휴대 전화 등의 소형 단말 장치에 내장시키는 경우에는, 다른 내장 소자와의 관계로부터 케이스 내의 배치 설계를 연구할 필요가 있다. 반면에, MR 소자 등의 자기 저항 효과 소자나, 홀 소자 등의 자기 감응 소자는 플럭스 게이트형 자기 센서 보다 소형으로 형성할 수 있고, 휴대 단말 장치로의 탑재에도 적합하다.In addition, the magnetic sensor may be a flux gate type magnetic sensor. Since the flux gate type magnetic sensor requires the core of the coil, the flux gate type magnetic sensor is slightly larger in configuration. Therefore, there is no problem when the flux gate type magnetic sensor is mounted in a vehicle having a sufficient placement space. However, when the flux gate type magnetic sensor is embedded in a small terminal device such as a cellular phone, the arrangement design in the case is studied from the relationship with other internal elements. Needs to be. On the other hand, magneto-resistive effect elements such as MR elements and magnetic sensitive elements such as hall elements can be formed smaller than flux gate type magnetic sensors, and are suitable for mounting in portable terminal devices.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서의 제어 장치(200) 및 자기 센서(100)를 나타내는 블록도이다. 제어 장치(200)는, 임의의 컴퓨터의 CPU, RAM, ROM, ROM에 로 드된 착자 자계 제거 프로그램 등에 의해 실현되지만, 여기서는 그것들의 연계에 의해 실현되는 기능 블록을 나타내고 있다. 따라서, 이들 기능 블록이 단지 하드웨어만으로, 소프트웨어만으로, 또는 그것들의 조합에 의해 다양한 형태로 실현할 수 있는 것은, 당업자에게는 이해되는 바이다.2 is a block diagram showing the
제어 장치(200)는 연산부(210), 기억부(220), 및 감시부(230)를 구비한다. 연산부(210)는, 후술하는 연산 처리를 행하고, 자기 센서(100)를 캘리브레이션한다. 기억부(220)는 자기 센서(100)의 실제의 출력에 대하여 레퍼런스가 되는 기본 데이터 등을 등록하고 있다. 지자기 성분 이외의 착자 성분이 없는 상태에 있어서, 자기 센서(100)의 X축, Y축, Z축으로부터의 출력은, 지자기 전자력의 분력이 각각 검출되게 된다. 자기 센서(100)의 자세를 변동시키고, 4 이상의 자세에 있어서, X축, Y축, Z축으로부터 각각 출력을 취득한다. 그리고, 취득한 3축 성분의 출력을 각각의 자세마다 좌표 변환하여 4점 이상의 좌표를 지나는 구를 생성하고, 그 중심점 좌표를 기준 좌표로 한다. 이 기준 좌표를 상기 기본 데이터로 설정할 수 있다. 이 기준 좌표는, 시뮬레이션이나 실험으로 구할 수 있고, 구한 값을 기억부(220)에 설정한다. 또한, 그 중심점 좌표로부터 반경을 지자기 전자력으로 한 구를 그리고, 그 구를 지나는 점의 좌표도 기본 데이터로 등록해도 된다.The
감시부(230)는 자기 센서(100)의 X, Y, Z축의 각 출력을 감시한다. 자기 센서(100)의 제1 자기 검출 소자(102)로부터 X축의 출력이, 제2 자기 검출 소자(104)로부터 Y축의 출력이, 및 제3 자기 검출 소자(106)로부터 Z축의 출력이 각각 제어 장치(200)로 입력된다.The
각 X, Y, Z의 출력은, 하기의 식으로 표현할 수 있다.The output of each X, Y, Z can be expressed by the following formula.
X= W{cos(f)·cos(p) ·cos(d)-sin(f) ·sin(p)}+AX = W {cos (f) cos (p) cos (d) -sin (f) sin (p)} + A
Y=W{-cos(f) ·cos(r) ·sin(d)-cos(f) ·sin(p) ·sin(r) ·cos(d)-sin(f) ·cos(p) ·sin(r)}+BY = W {-cos (f) cos (r) sin (d) -cos (f) sin (p) sin (r) cos (d) -sin (f) cos (p) sin (r)} + B
Z=W{-cos(f) ·sin(r) ·sin(d)+cos(f) ·sin(p) ·cos(r) ·cos(d)+sin(f) ·cos(p) ·cos(r)}+CZ = W {-cos (f) sin (r) sin (d) + cos (f) sin (p) cos (r) cos (d) + sin (f) cos (p) cos (r)} + C
W=자계 강도, f=복각, d=회전각, p=피치각, r=롤각, A=X축의 착자 자계, B=Y축의 착자 자계, C=Z축의 착자 자계. 따라서, 여기서의 각축의 자계 강도W는 지자기 전자력의 분력과 각축의 착자 자계를 나타내게 된다.W = magnetic field strength, f = dip, d = rotation angle, p = pitch angle, r = roll angle, A = magnetization magnetic field on X axis, B = magnetism magnetic field on Y axis, C = magnetism magnetic field on Z axis. Therefore, the magnetic field strength W of each axis here represents the component of the geomagnetic magnetic force and the magnetizing magnetic field of each axis.
지자기 이외의 착자 자계를 상정하지 않는 경우, 3축의 특성이 갖추어진 자기 센서(100)에서는, 지자기 중에서 모든 방향으로 회전되었을 때 각각의 자기 검출 소자의 출력 X, Y, Z에 나타나는 3차원 좌표 공간의 점의 모임은, 원점, 즉, 0자계를 중심으로 반경을 지자기 전자력으로 하는 구를 그릴 수 있다.In the case of not considering magnetizing magnetic fields other than the geomagnetism, in the
이에 대하여, 자기 센서(100)에 착자 자계 즉 오프셋 자계가 존재할 때, 상기와 같이 회전시켰을 때의 점의 모임은 구의 중심점만 어긋나고, 반경은 변하지 않는 구를 그릴 수 있다.On the other hand, when a magnetizing magnetic field, i.e., an offset magnetic field, exists in the
이하, 이것을 전제로 제어 장치(200)의 캘리브레이션 동작에 대하여 설명하기로 한다. 도 3은 본 실시의 형태에서의 제어 장치(200)에 의한 자기 센서(100)의 캘리브레이션 동작을 나타내는 플로우챠트이다. 우선, 자기 센서(100)를 탑재하는 단말 등이 기동되면, 감시부(230)는 자기 센서(100)의 출력을 감시한다(S10). 그리 고, 그 출력을 공간 좌표로 변환하고, 그 좌표와 기억부(220)에 사전에 설정 되어 있는 기본 데이터인 좌표군과 비교한다(S12).Hereinafter, the calibration operation of the
비교 결과, 그 차분이 소정의 문턱값을 넘는 경우(S12의 Y), 후술하는 캘리브레이션 처리를 행한다. 여기서, 해당 차분이란, 입력 좌표와 그에 가장 근사한 등록 좌표와의 차분이어도 무방하다. 소정의 문턱값을 넘지 않는 경우(S12의 N), 감시를 계속한다(S10). 여기서, 소정의 문턱값은, 지자기 성분 이외의 자기 성분이 착자되어 있는 것을 검출하기 위한 것으로, 실험적으로 구한 것이어도 된다. 또한 어느 정도의 오차까지 허용 범위로 할 것인가 하는 설계에도 의한다.As a result of the comparison, when the difference exceeds a predetermined threshold (Y in S12), a calibration process described later is performed. Here, the difference may be a difference between the input coordinates and the registration coordinates closest to the difference. If the predetermined threshold is not exceeded (N in S12), monitoring continues (S10). Here, the predetermined threshold is for detecting that the magnetic component other than the geomagnetic component is magnetized, and may be obtained experimentally. It also depends on the design of how far the tolerance is allowed.
연산부(210)는, 자기 센서(100)의 X, Y, Z축의 각 출력으로부터 자계 강도를 산출한다(S14). 이것을 다른 4점 이상에 대하여 행한다. 그 중, 적어도 1점 이상은 동일 평면 상에 없는 점이다. 이하에 다른 4점의 자계 강도를 산출하기 위한 식을 나타낸다.The calculating
W1 2=X1 2+Y1 2+Z1 2 W 1 2 = X 1 2 + Y 1 2 + Z 1 2
W2 2=X2 2+Y2 2+Z2 2 W 2 2 = X 2 2 + Y 2 2 + Z 2 2
W3 2=X3 2+Y3 2+Z3 2 W 3 2 = X 3 2 + Y 3 2 + Z 3 2
W4 2=X4 2+Y4 2+Z4 2 W 4 2 = X 4 2 + Y 4 2 + Z 4 2
이어서, 연산부(210)는 이 4점 이상의 점으로부터 구를 생성한다(S16). 즉, 자기 센서(100)의 X, Y, Z축의 각 출력을 3차원 공간의 좌표로 하고, 상기 4점 이상에 대하여 각 좌표를 지나는 구를 생성한다. 즉, 각 좌표의 반경이 같아지는 위치를 중심점으로 한 구를 생성한다. 이 반경은 지자기 전자력을 나타낸다. 도 4는 연산부(210)가 생성하는 구의 일예를 나타내는 도면이다. 점 1, 점 2, 점 3, 점 4로부터의 길이는 모두 같아지는 위치를 구의 중심 0으로 한다. 물론, 점은 4개 이상이어도 무방하다.Next, the calculating
연산부(210)는 생성한 구의 중심점의 좌표를 구한다. 그 좌표가 오프셋 자계량이 된다(S18). 이하, 구의 중심 좌표를 산출하기 위한 계산식을 나타낸다. 이 계산식은, 상술한 각 X, Y, Z의 출력을 구하는 식으로부터 도출할 수 있다.The
연산부(210)는, 구한 X, Y, Z축의 착자 자계 A, B, C를 자기 센서(100)의 X, Y, Z축의 각 출력으로부터 감산함으로써 캘리브레이션을 행한다(S20).The
이상 설명한 바와 같이 본 실시의 형태에 의하면, 4개 이상의 자세에서의 자기 센서의 출력을 토대로 구를 생성하고, 그 중심점으로부터 오프셋 자계량을 검출함으로써 지자기 성분 이외의 자기 성분을 용이하게 자동으로 제거할 수 있다. 유저에게 수평으로 1회전하게 하고, 그 동안에 출력된 데이터의 최대치와 최소치의 중간을 구하는 등의 처리를 행하지 않아도 된다. 따라서, 유저는 귀찮은 회전을 하지 않아도 되므로 착자 성분을 고려할 필요조차 없다. 또한, 자기 센서를 제조하는 경우에도, 착자 자계를 고려하지 않고도 부품 배치를 결정할 수 있어 개발이 용이해진다.As described above, according to the present embodiment, a magnetic sphere other than the geomagnetic component can be easily and automatically removed by generating a sphere based on the output of the magnetic sensor in four or more postures, and detecting an offset magnetic field from the center point. Can be. It is not necessary to perform a process such as making the user rotate one horizontally and finding the middle of the maximum value and the minimum value of the output data in the meantime. Therefore, the user does not have to make a cumbersome rotation, so there is no need to consider the magnetization component. In addition, even when manufacturing a magnetic sensor, it is possible to determine the arrangement of parts without considering the magnetizing magnetic field, which facilitates development.
도 5는, 본 발명의 실시의 형태에 따른 휴대 단말 장치(300)의 구성을 나타낸다. 이 휴대 단말 장치(300)는 휴대 전화, PHS(Personal Handyphone System) 및 PDA(personal data assistant) 등의 휴대용 소형 전자 기기이다. 도 5는 방위 측정, 및 후술하는 어플리케이션을 실현하기 위한 구성을 나타내는데, 휴대 단말 장치(300)가 용도에 따른 다른 구성을 구비해도 무방함은 당업자에게 이해되는 바이다.5 shows a configuration of a portable terminal device 300 according to an embodiment of the present invention. The portable terminal device 300 is a portable small electronic device such as a cellular phone, a personal handyphone system (PHS) and a personal data assistant (PDA). Fig. 5 shows a configuration for realizing orientation measurement and an application to be described later. It will be understood by those skilled in the art that the portable terminal device 300 may have other configurations according to the use.
휴대 단말 장치(300)는, 제어 장치(200), 검출부(20), 촬상부(30), 통신부(32), GPS 정보 취득부(34) 및 표시부(36)를 구비한다. 검출부(20)는, 자기 센서(100), 경사각 센서(120), 기압 센서(140) 및 온도 센서(160)를 가지며, 위치나 방위, 자세, 고도 등을 검출하는 기능을 가진다. 촬상부(30)는 CCD 등의 광전 변환 소자를 구비하며, 화상을 취득하여 제어 장치(200)로 넘긴다. 통신부(32)는, 외부 의 서버와 무선 회선에 의해 통신하는 기능을 가진다. 이 통신은 유선 회선으로 행해져도 된다. GPS 정보 취득부(34)는, GPS 위성으로부터 위치 정보를 수신한다. 제어 장치(200)는, 이 위치 정보에 따라 현재의 위치, 즉 현재의 위도 및 경도를 계산한다. 또한, 위치 정보를 자기 센서(100)로부터의 방위 정보에 의해 보정 가능하게 함으로써 정확한 현재 위치 및 방위를 구할 수 있다. 제어 장치(200)는 위치 정보 및 방위 정보를 서로 보완하도록 이용해도 된다. 또한 제어 장치(200)는 GPS 위성으로부터의 위치 정보를 이용하지 않고 검출부(20)로부터의 검출 결과만으로 현재의 위치 및 방위를 구할 수도 있다. 표시부(36)는 디스플레이를 가지며, 제어 장치(200)에서 처리된 정보를 어플리케이션에 따라 출력한다. 또한, 도시하지 않은 스피커를 구비하여 유저에 대하여 각종의 정보를 음성 출력해도 된다.The portable terminal device 300 includes a
자기 센서(100)는, 상술한 것을 이용할 수 있다. X축, Y축의 지자기 벡터를 토대로 자북(磁北)으로부터의 회전각인 방위각, 즉 요각(yaw angles)을 검출한다.단, 지자기 벡터는, 적도 근처에서는 거의 수평이지만, 그 이외의 장소에서는 기울어져 있다. 또한 휴대 단말 장치(300)의 자세가, 항상 수평이라고는 할 수 없다. 따라서, 중력의 방향에 대한 상대 각도, 즉 피치각 및 롤각을 사용하여, 해당 지자기 벡터를 보정하여야 한다. 이 피치각 및 롤각은, 경사각 센서(120)에 의해 검출된다. 제어 장치(200)는, Z축의 검출 결과가 항상 Z축의 수평시의 검출 결과로 유지된 상태와 동등하게 되도록, 상기 피치각 및 롤각을 사용하여 X축 및 Y축의 검출 결과를 보정한다. 이와 같이 자기 센서(100)를 3축으로 하고, Z축의 검출 결과를 보정에 이용함으로써 자세가 크게 변화된 경우에도 방위각의 정밀도를 유지할 수 있다.The
경사각 센서(120)는, 3축 방향의 가속도 성분을 검출하는 가속도 센서로서, 저항치 변화 방식, 용량 변화 방식, 압전 변화 방식 등이 있다. 경사각 센서(120)도, 수평면에서 직행하도록 X축, Y축이 배치되고, 중력의 방향에 Z축이 배치된다. 휴대 단말 장치(300)의 자세가 기울어지면 중력 가속도가 변화되고, 이 중력 가속도를 검출함으로써 피치각 및 롤각을 검출한다. 휴대 단말 장치(300)가 정지되어 있는 상태에서는, 2축으로도 휴대 단말 장치(300)의 자세를 정확하게 검출할 수 있다. 휴대 단말 장치(300)를 보유하고 있는 유저가 보행하고 있거나, 자동차나 자전거 등의 승용물에 타고 있거나 하는 경우, 경사각 센서(120)에 운동 가속도 성분이 더해지기 때문에, 정확하게 자세를 검출할 수 없다. 3축으로 함으로써 중력 가속도와 운동 가속도를 분리할 수 있고, 정확한 자세를 검출할 수 있다. 각축의 출력 값을 적분하여 상정 각도를 구하고, 그것과 가속도 성분을 비교하여 소정의 연산을 하면 정확한 피치각 및 롤각을 산출할 수 있다.The
기압 센서(140)는 외기의 압력을 검출하고, 온도 센서(160)는 온도를 검출한다. 검출한 온도는, 온도 드리프트에 의한 자기 센서(100), 경사각 센서(120) 및 기압 센서(140)의 출력의 어긋남을 보정하기 위해 사용된다.The
도 6은 자기 센서(100) 및 경사각 센서(120)의 검출 결과를 토대로 방위를 산출하는 플로우를 나타낸다. 우선 경사각 센서(120)에서 검출된 3축 방향의 가속도 성분을 토대로 자기 센서(100)의 경사각을 산출한다(S30). 여기서는 피치각 및 롤각을 산출한다. 자기 센서(100)는 지자기 벡터의 3축 성분을 검출한다(S32). 제 어 장치(200)는 상술한 캘리브레이션을 행하고, 착자 자계를 제거한다(S34). 그 후, 지자기 벡터의 성분을 피치각 및 롤각에 의해 좌표 변환하여(S36), 정확한 방위를 구한다(S38). 이 때 온도 센서(160)의 검출 결과를 이용하여 온도 보정을 해도 된다. 이와 같이 경사각 센서(120)의 검출 결과는 방위의 산출에 이용되는데, 이 검출 결과를 더 유효하게 이용하여 다양한 어플리케이션을 실현할 수 있다.6 shows a flow for calculating the orientation based on the detection results of the
이상 설명한 바와 같이 본 실시의 형태에 의하면, 착자 자계 및 경사각의 캘리브레이션을 용이하게 실현할 수 있고, 매우 정밀도가 높은 자기 센서의 출력을 얻을 수 있게 된다.As described above, according to the present embodiment, calibration of the magnetizing magnetic field and the inclination angle can be easily realized, and the output of the highly accurate magnetic sensor can be obtained.
이상, 본 발명을 실시의 형태를 참조하여 설명하였다. 실시 형태는 예시이며, 그것들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 다양한 변형예가 가능하고, 또한 그러한 변형예가 본 발명의 범위에 있음은 당업자에게 이해되는 바이다.In the above, this invention was demonstrated with reference to embodiment. Embodiment is an illustration, It is understood by those skilled in the art that various modifications are possible for each component of them and the combination of each processing process, and such a modification is in the scope of the present invention.
실시 형태에서는, 3축의 자기 센서의 착자 자계를 캘리브레이션하는 방법을 설명하였다. 이에 대하여, 2축의 자기 센서도 같은 방법에 의해 캘리브레이션할 수 있다. 2축의 경우, 연산부(210)는 자기 센서(100)의 X, Y축의 각 출력을 2차원 평면의 좌표로 하고, 다른 3점 이상에 대하여, 각 좌표를 지나는 원을 생성한다. 즉, 각 좌표의 반경이 같아지는 위치를 중심점으로 한 원을 생성한다. 이 중심점의 좌표로부터 자기 센서(100)의 X, Y축의 오프셋 자계량을 구하고, 그것을 캘리브레이션한다.In the embodiment, a method of calibrating a magnetizing magnetic field of a three-axis magnetic sensor has been described. In contrast, a two-axis magnetic sensor can also be calibrated by the same method. In the case of two axes, the calculating
또한 실시 형태에 있어서, 자기 센서(100)로부터 4점의 출력이 아니라, 5점 이상의 출력으로부터 오차가 최소가 되는 점, 즉 서로 각각 가능한 한 떨어져 있는 4점을 선출하여 중심점을 구해도 된다. 또한, 이 선출을 몇 번 반복하여 중심점을 구해도 된다. 이에 따라, 자기 센서(100)의 출력 정밀도나 출력 분해능, 지자기 전자력의 미묘한 변화에 의한 오차를 저감할 수 있고, 보다 정밀도가 높은 캘리브레이션을 행할 수 있다.In the embodiment, instead of outputting four points from the
또한 지자기를 검출할 때, 지구상의 장소에 의해 편각이 생긴다. 따라서, 장소마다 사전에 측정된 편각을 기억부(220)에 등록해 두고, 자기 센서(100)의 현재 위치에 따라 그 편각을 캘리브레이션해도 된다. 현재 위치는, GPS 위성으로부터의 시각 정보를 토대로 한 위도 경도 정보나, 유저 입력에 의해 특정할 수 있다.In addition, when detecting geomagnetism, a declination is caused by a place on earth. Therefore, the declination measured in advance for each place may be registered in the
본 발명에 의하면, 자기 센서의 캘리브레이션을 용이하게 행할 수 있다.According to the present invention, the magnetic sensor can be easily calibrated.
본 발명은 자기 센서를 캘리브레이션하는 분야에 적용할 수 있다.The present invention can be applied to the field of calibrating a magnetic sensor.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020057007002A KR100674194B1 (en) | 2005-04-22 | 2004-09-29 | Method of controlling magnetic sensor, control device therefor, and portable terminal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020057007002A KR100674194B1 (en) | 2005-04-22 | 2004-09-29 | Method of controlling magnetic sensor, control device therefor, and portable terminal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20060085570A KR20060085570A (en) | 2006-07-27 |
KR100674194B1 true KR100674194B1 (en) | 2007-01-24 |
Family
ID=37175237
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020057007002A KR100674194B1 (en) | 2005-04-22 | 2004-09-29 | Method of controlling magnetic sensor, control device therefor, and portable terminal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100674194B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101499509B1 (en) * | 2013-05-20 | 2015-03-10 | 주식회사 마이센 | Temperature correction method for attitude and heading reference system |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1775550B1 (en) * | 2005-10-11 | 2013-12-11 | Yamaha Corporation | Magnetic sensor control device |
KR102629037B1 (en) * | 2015-08-19 | 2024-01-25 | 알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨 | Magnetic field sensor that detects the size of the magnetic field with random detection |
EP3531151B1 (en) * | 2018-02-27 | 2020-04-22 | Melexis Technologies SA | Redundant sensor error reduction |
KR102554225B1 (en) * | 2021-05-17 | 2023-07-12 | 재단법인대구경북과학기술원 | 3D magnetic field measurement device and the magnetic field mapping system |
-
2004
- 2004-09-29 KR KR1020057007002A patent/KR100674194B1/en active IP Right Grant
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101499509B1 (en) * | 2013-05-20 | 2015-03-10 | 주식회사 마이센 | Temperature correction method for attitude and heading reference system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20060085570A (en) | 2006-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPWO2006035505A1 (en) | Magnetic sensor control method, control device, and portable terminal device | |
KR100874241B1 (en) | Three-axis magnetic sensor and omnidirectional magnetic sensor | |
JP4252555B2 (en) | Tilt sensor and azimuth measuring device using the same | |
US6836971B1 (en) | System for using a 2-axis magnetic sensor for a 3-axis compass solution | |
JP2006226810A (en) | Azimuth measuring instrument | |
JP2008064761A (en) | Hybrid type sensor module and sensing method using it | |
WO2011158856A1 (en) | Error cause determination method and device, error compensation method, three-axis magnetic sensor, sensor module, and program for determining error cause | |
JP7025215B2 (en) | Positioning system and positioning method | |
KR101210394B1 (en) | geomagnetism detection device | |
JP4590511B2 (en) | Electronic compass | |
JP2017166895A (en) | Electronic apparatus, sensor calibration method, and sensor calibration program | |
CN110986997A (en) | Method and system for improving indoor inertial navigation precision | |
KR100674194B1 (en) | Method of controlling magnetic sensor, control device therefor, and portable terminal | |
JP4448957B2 (en) | Magnetic measuring device and magnetic measuring method | |
JP5475873B2 (en) | Geomagnetic detector | |
JP2006023318A (en) | Three-axis magnetic sensor, omnidirectional magnetic sensor, and azimuth measuring method using the same | |
JP4149344B2 (en) | Geomagnetic orientation sensor and method of using geomagnetic orientation sensor | |
Klingbeil et al. | Magnetic field sensor calibration for attitude determination | |
JP2006337333A (en) | Triaxial electronic compass, and azimuth detecting method using the same | |
KR101298845B1 (en) | Apparatus and method for calibrating azimuth magnetic sensor having object | |
CN109716064B (en) | Electronic compass | |
JP2007163389A (en) | Direction sensor | |
CN115235465A (en) | Method for measuring attitude angle by magnetic force/GNSS combination | |
JP2011252808A (en) | Magnetism detection device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130116 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140102 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150102 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160105 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171213 Year of fee payment: 12 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181213 Year of fee payment: 13 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191216 Year of fee payment: 14 |