CN105277995B - 地磁传感器的干扰补偿方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地磁传感器的干扰补偿方法及装置,其中,该方法包括:确定电源走线上的电流对地磁传感器产生干扰;获取电源走线上的多个电流值,并根据所述地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值;在当前的地磁传感器的三轴数据中减去所述三轴数据补偿值。通过本发明,解决了相关技术中的PCB电源走线引起的对地磁传感器的干扰难以规避的问题,进而使得输出的地磁三轴数据更加准确,从而使地磁传感器在应用时,带来丰富的体验效果。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,具体而言,涉及一种地磁传感器的干扰补偿方法及装置。
背景技术
地磁传感器可以实现电子指南针功能、惯性导航等应用。随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,简称为MEMS)的制造技术以及加工工艺、材料技术的不断发展。地磁传感器的研究制造和运用也达到了一个前所未有的水平。目前地磁传感器按照有无倾角补偿可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘;也可以按照检测地磁分布变化的技术原理的不同,可以将传感器分为磁阻效应传感器、霍尔效应传感器和磁通门传感器。移动终端(例如,手机)用地磁传感器主要为磁阻效应传感器。磁阻效应传感器是根据磁性材料的磁阻效应制成的。
目前智能终端中地磁传感器所面临的难题:
现在很多智能终端都具有电子指南针功能,电子指南针主要是通过感知地球磁场的存在来计算磁北极的方向。然而由于地球磁场在一般情况下只有微弱的0.5高斯,而一个普通的手机喇叭当相距2厘米时仍会有大约4高斯的磁场,一个手机马达在相距2厘米时会有大约6高斯的磁场,这一特点使得针对电子设备表面地球磁场的测量很容易受到电子设备本身的干扰,如听筒,喇叭,金属片,震动马达,近场通信(Near Field Communication,简称为NFC)天线,大电流走线等。其中听筒,喇叭,金属片,震动马达,NFC天线的干扰可以通过固定补偿方式进行规避。
但是印制电路板(Printed Circuit Board,简称为PCB)中的电源走线中流过的电流是实时变化的。由电磁场理论可知,变化的电流引起变化的电场,而变化的电场产生磁场。这种由于变化的电流产生的磁场不能通过固定补偿方式进行规避,因此手机中地磁传感器会被摆放在远离电源走线的地方,如:1A(安培)的电源线的安全距离为1000(mA)/10=100(mm);在手机主板体积越来越小,功能越来越复杂的发展趋势下,这个条件很难满足。
针对相关技术中的PCB电源走线引起的对地磁传感器的干扰难以规避的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的PCB电源走线引起的对地磁传感器的干扰难以规避的问题,本发明提供了一种地磁传感器的干扰补偿方法及装置,以至少解决上述问题。
根据本发明的一个方面,提供了一种地磁传感器的干扰补偿方法,包括:确定电源走线上的电流对地磁传感器产生干扰;获取电源走线上的多个电流值,并根据所述地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值;在当前的地磁传感器的三轴数据中减去所述三轴数据补偿值。
优选地,在根据所述地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值之前,还包括:计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
优选地,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系包括:多次获取所述电源走线上的不同电流值,以及与每次获取的所述电流值对应的所述地磁传感器的三轴数据;根据多次获取的所述电流值以及与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
优选地,根据多次获取的所述电流值以及与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系包括以下计算方法至少之一:拉格朗日插值法,牛顿插值法,逐次线性插值,Hermite插值,最小二乘法。
优选地,在所述计算方法为拉格朗日插值法的情况下,根据多次获取的所述电流值以及与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系包括:根据n次插值多项式Ln(ie)=Be得到所述电流值与所述三轴数据的函数对应关系,其中,ie为所述多次获取的电流值,Be为与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据n+1个电流值I=(i1 i2…in+1),e属于1到n+1之间的整数;根据所述电流值与所述三轴数据的函数对应关系,得到所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
优选地,确定电源走线上的电流对地磁传感器产生干扰包括:对所述地磁传感器进行软磁校准;判断校准后的电子指南针指示方向是否准确,如果不准确,则确定电源走线上的电流对所述地磁传感器产生干扰。
根据本发明的另一方面,提供了一种地磁传感器的干扰补偿装置,包括:确定模块,用于确定电源走线上的电流对地磁传感器产生干扰;获取模块,用于获取电源走线上的多个电流值,并根据所述地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值;补偿模块,用于在当前的地磁传感器的三轴数据中减去所述三轴数据补偿值。
优选地,所述装置还包括:计算模块,用于计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
优选地,所述计算模块包括:获取单元,用于多次获取所述电源走线上的不同电流值,以及与每次获取的所述电流值对应的所述地磁传感器的三轴数据;计算单元,用于根据多次获取的所述电流值以及与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
优选地,所述确定模块包括:校准单元,用于对所述地磁传感器进行软磁校准;判断单元,用于判断校准后的电子指南针指示方向是否准确,如果不准确,则确定电源走线上的电流对所述地磁传感器产生干扰。
通过本发明,采用确定电源走线上的电流对地磁传感器产生干扰;获取电源走线上的多个电流值,并根据所述地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值;在当前的地磁传感器的三轴数据中减去所述三轴数据补偿值的方式,解决了相关技术中的PCB电源走线引起的对地磁传感器的干扰难以规避的问题,进而使得输出的地磁三轴数据更加准确,从而使地磁传感器在应用时,带来丰富的体验效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明实施例的一种地磁传感器的干扰补偿方法的流程图;
图2是根据本发明实施例的一种地磁传感器的干扰补偿装置的结构框图;
图3根据是本发明实施例一的建立干扰电流值与地磁传感器三轴数据之间的函数关系流程图;
图4是根据本发明实施例一的地磁正常工作且受到电流干扰时执行校准的流程图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,显然,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
根据研究,实际上,影响地磁传感器的电源走线往往在印制电路板(PCB)上是确定的,包括电源走线离地磁芯片的最短距离,电源走线与地磁芯片X方向的夹角(0度或者90度之一)。因此,本实施例通过采样干扰电源走线上的有限个电流值,并记录每一个电流采样值对应的地磁芯片的三轴数据差值。(地磁芯片的三轴数据差值是干扰电源在地磁芯片上产生的三轴数据和没有干扰电源作用下的三轴数据之间的差值)。通过有限个电流值与地磁三轴数据差值之间的关系,利用数值计算方法拟合电流值与地磁三轴数据差值之间的函数关系。利用此函数关系,通过实时监视电源走线的实时值,便有一个准确的三轴数据差值,利用此三轴数据去补偿地磁芯片的三轴数据,便可以消除大电流走线对地磁传感器的干扰。
根据本发明实施例的一方面,提供了一种地磁传感器的干扰补偿方法,图1是根据本发明实施例的一种地磁传感器的干扰补偿方法的流程图,如图1所示,该方法包括以下步骤:
步骤S102,确定电源走线上的电流对地磁传感器产生干扰;
步骤S104,获取电源走线上的多个电流值,并根据所述地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值;
步骤S106,在当前的地磁传感器的三轴数据中减去所述三轴数据补偿值。
本实施例通过上述步骤,在电源走线上的电流对地磁传感器产生了干扰的情况下,获取电源走线上的多个电流值,并根据地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值,然后在当前的地磁传感器的三轴数据中减去所述三轴数据补偿值,从而通过去除补偿值的方式得到了排除电源走线上的电流干扰之后的准确的三轴数据,解决了相关技术中的PCB电源走线引起的对地磁传感器的干扰难以规避的问题,进而使得输出的地磁三轴数据更加准确,从而使地磁传感器在应用时,带来丰富的体验效果。
优选地,在终端保存有计算电流值与地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系的情况下,终端可以直接使用该函数对应关系执行步骤S104,或者,终端也可以自行计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
优选地,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系包括:多次获取所述电源走线上的不同电流值,以及与每次获取的所述电流值对应的所述地磁传感器的三轴数据;根据多次获取的所述电流值以及与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
优选地,可以通过拉格朗日插值法,牛顿插值法,逐次线性插值,Her mite插值,最小二乘法等数学方式计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
优选地,在所述计算方法为拉格朗日插值法的情况下,根据多次获取的所述电流值以及与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系包括:
根据n次插值多项式Ln(ie)=Be得到所述电流值与所述三轴数据的函数对应关系,其中,ie为所述多次获取的电流值,Be为与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据n+1个电流值I=(i1 i2…in+1),e属于1到n+1之间的整数;根据所述电流值与所述三轴数据的函数对应关系,得到所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
优选地,确定电源走线上的电流对地磁传感器产生干扰的方式可以如下:对所述地磁传感器进行软磁校准;判断校准后的电子指南针指示方向是否准确,如果不准确,则确定电源走线上的电流对所述地磁传感器产生干扰。
对应于上述方法,在本实施例中还提供了一种地磁传感器的干扰补偿装置,该装置用于实现上述实施例及优选实施方式,已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的,术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现,但是硬件,或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图2是根据本发明实施例的一种地磁传感器的干扰补偿装置的结构框图,如图2所示,该装置包括确定模块22、获取模块24和补偿模块26,下面对各个模块进行详细说明:
确定模块22,用于确定电源走线上的电流对地磁传感器产生干扰;获取模块24,与判断模块22相连,用于获取电源走线上的多个电流值,并根据所述地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值;补偿模块26,与获取模块24相连,用于在当前的地磁传感器的三轴数据中减去所述三轴数据补偿值。
优选地,所述装置还可以包括:计算模块28,与获取模块24相连,用于计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
优选地,所述计算模块28可以包括:获取单元282,用于多次获取所述电源走线上的不同电流值,以及与每次获取的所述电流值对应的所述地磁传感器的三轴数据;计算单元284,与计算单元284相连,用于根据多次获取的所述电流值以及与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
优选地,所述确定模块22可以包括:校准单元222,用于对所述地磁传感器进行软磁校准;判断单元224,与校准单元222相连,用于判断校准后的电子指南针指示方向是否准确,如果不准确,则确定电源走线上的电流对所述地磁传感器产生干扰。
通过本发明实施例,采用判断电源走线上的电流是否对地磁传感器产生干扰;获取电源走线上的多个电流值,并根据所述地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值;在当前的地磁传感器的三轴数据中减去所述三轴数据补偿值的方式,解决了相关技术中的PCB电源走线引起的对地磁传感器的干扰难以规避的问题,进而使得输出的地磁三轴数据更加准确,从而使地磁传感器在应用时,带来丰富的体验效果。
下面结合优选实施例进行说明,以下优选实施例结合了上述实施例及其优选实施方式。
以下优选实施例通过采样干扰电源走线上的有限个电流值,并记录每一个电流采样值对应的地磁芯片的三轴数据差值。其中,地磁芯片的三轴数据差值是干扰电源在地磁芯片上产生的三轴数据和没有干扰电源作用下的三轴数据之间的差值。通过有限个电流值与地磁三轴数据差值之间的关系,利用数值计算方法拟合电流值与地磁三轴数据差值之间的函数关系。利用此函数关系,通过实时监视电源走线的实时值,便有一个准确的三轴数据差值,利用此三轴数据去补偿地磁芯片的三轴数据,便可以消除大电流走线对地磁传感器的干扰。
以下优选实施例利用数值分析方法建立电流与地磁三轴数据之间的关系,运用此关系可以精确的补偿地磁传感器所受到的随机磁场干扰。从而消除了外部随机磁场对地磁传感器的干扰。具体地,利用数值分析算法去补偿经过被干扰后的地磁三轴数据,这种分析算法根据有限个实测电流值与其对地磁传感器三轴数据产生的偏移量一一对应的关系,通过数值分析方法,拟合这些已知数据,以期获得在整个电流范围内,电流与地磁传感器三轴数据最佳的函数关系。实际地磁芯片工作时,当有干扰电源存在时,测量干扰电源的实际值,通过先前建立的电流与地磁传感器三轴数据之间的函数关系,补偿当前地磁传感器的三轴数据,从而达到抗干扰的方法。
由于在实际使用情况下,电源走线上的电流值为有限值,一般情况下处于0~1.5A之间。假设实测n+1个电流值,其值由小至大依次排列,并组成矩阵,记为I=(i1 i2…in+1),相应的在地磁传感器处测得的三轴数据依次为:
式中依次类推。a1、b1、c1、分别为B1在三轴方向上的地磁分量。
在实际的PCB布局布线上,地磁芯片的X轴与电源走线总是平行或者垂直的。通过电磁场理论的左手定则,洛伦兹力的方向即为电流产生的磁场对地磁传感器的三轴数据其中一个数据的影响。这也印证了:同一电源走线上的电流变化对三轴数据的影响都是在一个轴上变化。但是由于PCB布局时器件摆放时,器件的X,Y方向是随机的。
在电流值0~1.5A范围内,n+1个电流值I=(i1 i2…in+1),对应地磁三轴数据B=(B1 B2…Bn+1)。由拉格朗日多项式插值法可知,存在一个n次插值多项式Ln(x),使得Ln(ie)=Be,其中e属于1到n+1之间的整数。因而多项式Ln(ie)=Be建立了电流值与地磁三轴数据之间的关系。通过拉格朗日插值多项式唯一性理论可知,多项式Ln(ie)=Be对于上述所测的数据是唯一的。至此,建立了电流大小与地磁传感器三轴数据之间的函数关系。
在实际地磁工作过程中,当地磁传感器受到强干扰时,系统通过实时检测干扰电源走线上的电流值,通过电流值与地磁传感器三轴数据之间的函数关系,便可以得出地磁传感器上三轴传感器的相对于无干扰时的变化量。在地磁传感器将收到电源走线干扰的三轴数据上报给系统时,系统直接在上报的三轴数据的基础上,减去由于干扰增加的变化量。从而消除了电源走线对地磁芯片的干扰。
上文中选择的是拉格朗日插值法,还有其他方法也能实现,如牛顿插值法,逐次线性插值,Her mite插值,最小二乘法,等等。其中,拉格朗日插值多项式、余项、误差估计等一系列论证,使用各个数学方法计算函数对应关系的方式在相关技术中已经很多,在本文中不做赘述。
实施例一
图3根据是本发明实施例一的建立干扰电流值与地磁传感器三轴数据之间的函数关系流程图,如图3所示,建立函数关系包括以下步骤:
步骤S302:首先需要确定对地磁传感器有干扰的电流源的数量。一般情况下,需要满足:安全距离(mm)>电流变化量(mA)/10的要求。在地磁传感器周边布局布线确定的情况下,电流走线与地磁之间的距离是已知的,电源走线上的电流可以估算或者预计。若不满安全距离的要求,则需要考虑电源走线对地磁传感器的影响;
步骤S304:地磁校准。地磁校准的目的,可以使得地磁传感器获得当前地球磁场状态,并且滤除周边软磁材料带来的干扰;
步骤S306:地磁校准后获得了当前的地球磁场值。并记录下当前的地磁传感器的三轴数据B0。当有一干扰电流源存在时,持续采样该电流源上的电流值为I=(i1 i2…in+1),n+1采样电流值数量,同时测得地磁传感器处的三轴数据的变化量依次为ΔB=(B1 B2…Bn+1)。三轴数据的变化量为实测值B与校准后的初始值B0之差:B-B0;
步骤S308:选择曲线拟合中,常用的几种插值方法进行曲线拟合(例如,可以使用Matlab软件的数学工具箱对所测数据进行曲线拟合)。对步骤S306中n+1个的电流值I=(i1i2…in+1),三轴数据的变化量ΔB=(B1 B2…Bn+1)进行曲线拟合,得到电流值与三轴数据之间的函数关系。本优选实施例中,选择的是拉格朗日插值法,还有其他方法如牛顿插值法,逐次线性插值,hermite插值,最小二乘法,等等;
步骤S310:从步骤S308中可以看到,每一个电源走线,与其对地磁传感器产生三轴数据都存在这样一个函数关系。将每一个函数关系对应起来存储在系统中。
图4是根据本发明实施例一的地磁正常工作且受到电流干扰时执行校准的流程图,如图4所示,校准的工作流程如下:
步骤S402,地磁传感器进行软磁校准,滤除地磁传感器周边的软磁性物质的干扰;
步骤S404,判断地磁是否受到电源走线干扰,在地磁传感器校准后,若电子指南针未能指向正北方向,则说明地磁传感器收到电源走线的干扰,进入步骤S406。否则说明未收到电源走线的干扰,进入步骤S412;
步骤S406,地磁传感器读取系统充电管理模块相应电源走线的电流值,确定干扰源及数量n;
步骤S408,查询每个干扰源相应的电流与地磁三轴数据之间的关系,利用图3中电流与地磁传感器三轴数据的函数关系,得到电源走线的电流值与地磁三轴数据补偿值之间的关系;
步骤S410,利用地磁三轴数据补偿值对补偿三轴数据进行修正,即对当前的三轴数据减去补偿值;
步骤S412,上报该三轴数据至系统,系统利用该三轴数据用于电子指南针和惯性导航。
采用本发明实施例所述的地磁抗干扰方法及装置,使得相比于未经过校准的地磁传感器,其输出的地磁三轴数据更加准确;以及准确的三轴数据使得,地磁传感器在应用时,带来丰富的体验。如电子指南针的准确度大大提高;终端惯性导航的体验效果更加显现,等等。
本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,并且在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种地磁传感器的干扰补偿方法,其特征在于,包括:
确定电源走线上的电流对地磁传感器产生干扰;
获取电源走线上的多个电流值,并根据所述地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值;
在当前的地磁传感器的三轴数据中减去所述三轴数据补偿值;
其中,在根据所述地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值之前,还包括:计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系,包括:多次获取所述电源走线上的不同电流值,以及与每次获取的所述电流值对应的所述地磁传感器的三轴数据;根据多次获取的所述电流值以及与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据多次获取的所述电流值以及与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系包括以下计算方法至少之一:
拉格朗日插值法,牛顿插值法,逐次线性插值,Hermite插值,最小二乘法。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在所述计算方法为拉格朗日插值法的情况下,根据多次获取的所述电流值以及与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系包括:
根据n次插值多项式Ln(ie)=Be得到所述电流值与所述三轴数据的函数对应关系,其中,ie为所述多次获取的电流值,Be为与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据n+1个电流值I=(i1 i2 … in+1),e属于1到n+1之间的整数;
根据所述电流值与所述三轴数据的函数对应关系,得到所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,确定电源走线上的电流对地磁传感器产生干扰包括:
对所述地磁传感器进行软磁校准;
判断校准后的电子指南针指示方向是否准确,如果不准确,则确定电源走线上的电流对所述地磁传感器产生干扰。
5.一种地磁传感器的干扰补偿装置,其特征在于,包括:
确定模块,用于确定电源走线上的电流对地磁传感器产生干扰;
获取模块,用于获取电源走线上的多个电流值,并根据所述地磁传感器的三轴数据变化值与所述电流值的函数对应关系,得到三轴数据补偿值;
补偿模块,用于在当前的地磁传感器的三轴数据中减去所述三轴数据补偿值;
其中,所述装置还包括:计算模块,用于计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系,包括:获取单元,用于多次获取所述电源走线上的不同电流值,以及与每次获取的所述电流值对应的所述地磁传感器的三轴数据;计算单元,用于根据多次获取的所述电流值以及与每次获取的所述电流值对应的所述三轴数据,计算所述电流值与所述地磁传感器的三轴数据变化值的函数对应关系。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述确定模块包括:
校准单元,用于对所述地磁传感器进行软磁校准;
判断单元,用于判断校准后的电子指南针指示方向是否准确,如果不准确,则确定电源走线上的电流对所述地磁传感器产生干扰。
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