地磁传感器_磁感应计_电子罗盘(compass)原理

内容

MID中的传感器

1

加速计

2

陀螺仪

3

地磁传感器

4

MID中的传感器——已商用的传感器

◆触摸屏

◆摄像头

◆麦克风（ST：MEMS microphones……）

◆光线传感器

◆温度传感器

◆近距离传感器

◆压力传感器（ALPS：MEMS气压传感器……）

◆陀螺仪（MEMS）

◆加速度传感器（MEMS）

◆地磁传感器（MEMS）

集成电路（Integrated Circuit，IC）

把电子元件/电路/电路系统集成到硅片（或其它半导体材料）上。

微机械（Micro-Mechanics）

把机械元件/机械结构集成到硅片（或其它半导体材料）上。

微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）MEMS = 集成电路+ 微机械

陀螺仪（Gyroscope）

•测量角速度

•可用于相机防抖、视频游戏动作感应、汽车电子稳定控制系统（防滑）加速度传感器（Accelerometer）

•测量线加速度

•可用于运动检测、振动检测、撞击检测、倾斜和倾角检测

地磁传感器（Geomagnetic sensor）

•测量磁场强度

•可用于电子罗盘、GPS导航

陀螺仪+加速计+地磁传感器

•电子稳像(EIS: Electronic Image Stabilization)•光学稳像(OIS: Optical Image Stabilization)•“零触控”手势用户接口

•行人导航器

•运动感测游戏

•现实增强

1、陀螺仪（角速度传感器）厂商：

欧美：ADI、ST、VTI、Invensense、sensordynamics、sensonor

日本：EPSON、Panasonic、MuRata、konix 、Fujitsu、konix、SSS

国产：深迪

2、加速度传感器（G-sensor）厂商：

欧美：ADI、Freescale、ST、VTI、Invensense、Sensordynamics、Silicon Designs 日本：konix、Bosch、MSI、Panasonic、北陆电气

国产：MEMSIC（总部在美国）

3、地磁传感器（电子罗盘）厂商：

欧美：ADI、Honeywell

日本：aichi、alps、AsahiKASEI、Yamaha

国产：MEMSIC（总部在美国）

MID中的传感器——IPhone4陀螺仪：ST，L3G4200D

加速计：ST，LIS331DLH

地磁传感器：AsahiKASEI，AK8975

内容

MID中的传感器

1

陀螺仪

2

加速计

3

地磁传感器

4

地磁传感器——背景知识

地球的磁场象一个条形磁体一样由磁南极指向磁北极。在磁极点处磁场和

当地的水平面垂直，在赤道磁场和当地

的水平面平行，所以在北半球磁场方向

倾斜指向地面。

用来衡量磁感应强度大小的单位是Tesla或者Gauss（1Tesla=10000Gauss）。

随着地理位置的不同，通常地磁场的强

度是0.4-0.6Gauss。需要注意的是，磁

北极和地理上的北极并不重合，通常他

们之间有11度左右的夹角。

地磁传感器——背景知识

地磁场是一个矢量，对于一个固定的地点来说，这个矢量可以被分解为两个与当地

水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直

的分量。如果保持电子罗盘和当地的水平面

平行，那么罗盘中磁力计的三个轴就和这三

个分量对应起来。

对水平方向的两个分量来说，他们的矢量和总是指向磁北的。罗盘中的航向角

（Azimuth）就是当前方向和磁北的夹角。由

于罗盘保持水平，只需要用磁力计水平方向

两轴（通常为X轴和Y轴）的检测数据就可以

用式1计算出航向角。当罗盘水平旋转的时候，

航向角在0º-360º之间变化。

磁场的测量可利用电磁感应、霍耳效应以及磁阻效应等各种效应，其中磁阻效应法发展最快，测量灵敏度最高。磁阻元件的发展经历了半导体磁阻（MR），各向异性磁阻（AMR），巨磁阻（GMR），庞磁阻（CMR）等阶段。

各向异性磁阻传感器AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉积在硅片上的坡莫合金（Ni80 Fe20）薄膜形成电阻。在制造过程中，将一个强磁场加在AMR上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴。铁磁材料的电阻同电流与磁化方向的夹角有关，电流与磁化方向平行时电阻Rmax最大，电流与磁化方向垂直时电阻Rmin最小。

了消除温度等外界因素对

磁阻元件构成惠斯通电桥。

易磁化轴方向与电流方向

的夹角为45度。理论分析

与实践表明，采用45度偏

置磁场，当沿与易磁化轴

垂直的方向施加外磁场，

成线性关系。

由于受到外界环境的影响，AMR上的主磁域方向不会永久保持不变。置位/复

位电路，通过内部的金属线圈周期性的产生电流脉冲，恢复初始的主磁域。置位脉冲和复位脉冲产生的效果一样，方向不同而。

•即使遇到外界强磁场的干扰，在干扰消失后也能恢复正常工作而不需要用

户再次进行校正。

•即使长时间工作也能保持初始磁化方向实现精确测量，不会因为芯片温度

变化或内部噪音增大而影响测量精度。•消除由于温漂引起的电桥偏差。