三轴磁场传感器的校准制造技术

本发明专利技术涉及一种用于校准三轴磁场传感器的方法，所述方法包括以下步骤：通过叠加的信号确定所述磁场传感器的所记录的测量值的偏差以及确定所述磁场传感器沿测量轴的灵敏度。在此，所述灵敏度的确定包括以下步骤：确定所述磁场传感器沿第一测量轴的灵敏度以及基于所述第一测量轴的灵敏度和所确定的偏差来确定所述磁场传感器沿其他测量轴的灵敏度。本发明专利技术还涉及一种相应的用于校准三轴磁场传感器的设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于校准三轴磁场传感器的方法与设备以及相应的计算机程序产品。
技术介绍
在制造过程中通常必须借助于复杂的测量技术来调准磁场传感器，其中所述磁场传感器关于多个测量轴确定磁场。调准过程可能耗费很大并且成本很高。尤其是在磁场传感器非常准确时，例如在磁场传感器应通过测量技术检测地磁场时，需要借助复杂测量技术的高耗费调准过程。除取决于制造公差外，这样的磁场传感器的干扰还可能取决于传感器在使用地的周围环境，从而生产期间的校准是不够的。例如，软磁物体和/或经磁化的物体或者在磁场传感器附近经过的通电导体可以使所确定的磁场失真。例如磁场传感器用在移动电话或便携式计算机中时，这样的干扰实际上是不可避免的。US 7，275，008 B2示出了一种用于补偿三维磁场测量值的测量误差的方法，其中， 确定一个几何体，若干所记录的测量值位于所述几何体的表面上。确定一些参数，这些参数定义所述几何体的形状与一个球体的几何参考形状的偏差。这些参数用于所记录的测量值到经校准的测量值的映射。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，说明一种用于三维磁场传感器的校准方法，所述校准方法要求较小的计算开销，从而可以在移动设备中尽可能高效地应用所述方法。本专利技术借助于具有权利要求1的特征的方法来解决所述问题。此外本专利技术借助于具有权利要求9的特征的设备来解决所述问题。从属权利要求给出了优选的实施方式。根据本专利技术，一种用于校准(Kalibrieren)三轴磁场传感器的方法包括以下步骤通过叠加的信号(Uberlagertes Signal)来确定磁场传感器的所记录的测量值的偏差；确定磁场传感器沿第一测量轴的灵敏度；以及基于第一测量轴的灵敏度和所确定的偏差来确定磁场传感器沿其他测量轴的灵敏度。根据本专利技术的方法可以在良好的可再现性下实现准确的结果。此外可以在具有有限计算性能和能量的移动系统中使用所述方法。另外，根据本专利技术的方法可以独立于传感器特性，如关于磁场传感器的测量轴的不同灵敏度或者偏差。优选地，通过在磁场传感器处施加已知磁场来确定第一测量轴的灵敏度。由此，可以与地磁场的大小和方向无关地使用所述方法。磁场可以沿第一测量轴定向，从而可以成本有利并且相对简单地将用于产生磁场的装置实现为印刷电路板上的印刷电路或者微机电系统(MEMS)中的微结构。这样可以避免在制造技术上高耗费的、通过已知的方式作用于测量轴中的多个测量轴的用于产生磁场的装置。可以借助于数值方法一例如牛顿迭代方法确定沿其他测量轴的灵敏度。由此， 所述方法的计算开销保持在一定限度内，从而可以在移动设备的处理装置上使用所述方法。此外，已知牛顿迭代方法的很多变型，可以容易地使这些变型与所述问题相匹配并且例如在可编程的数据处理设备中实施。在其他实施方式中，还可以使用其他已知的方法，例如卡尔曼滤波或最小二乘法。此外，所述方法可以包括存储所记录的、与所有之前存储的测量值保持预给定的最小距离的测量值。随后可以在具有有利的几何星座(Konstellation)的多个测量值上实施偏差的确定和灵敏度的确定，从而可以基于相对较少的测量值以更小的计算开销实现好的结果。在第一轮(Durchlauf)后，可以用所记录的其他测量值继续实施所述方法，以便不断改善校准。这样可以有利地在连续运行期间提供质量可以随所存储的测量值的数量的增加而不断改善的校准(使用中校准(in-use-Kalibrierung))。在另一个实施方式中，基于所述方法的结果来匹配至少一个方法参数。由此，可以在再一轮中改善所述方法的准确性和/或减少用于所述方法的处理耗费或存储耗费。所述方法还可以包括根据所确定的灵敏度和所确定的偏差来校正 (Korrigieren)所记录的测量值。这样可以提供一种自己实施校正并且提供经校准和经补偿的测量值的集成磁场传感器。所述方法可以作为具有程序代码单元的计算机程序产品在处理装置上执行或者存储在计算机可读数据载体上。根据另一方面，本专利技术包括一种用于校准三轴磁场传感器的设备，所述设备包括用于通过叠加的信号来确定磁场传感器的测量值的偏差的装置，用于确定磁场传感器沿第一测量轴的灵敏度的装置以及用于基于第一测量轴的灵敏度和所确定的偏差来确定磁场传感器沿其他两个测量轴的灵敏度的装置。在一个优选的实施方式中，所述设备还包括用于在磁场传感器处沿第一测量轴施加已知磁场的装置。附图说明以下参照附图来更详细地描述本专利技术，其中图1 用于磁场的三轴确定的测量系统；图2 未经处理的测量值和根据图1的测量系统的经处理的测量值的示图；以及图3 用于校准图1的磁场传感器的方法。具体实施例方式图1示出用于确定多轴磁场的测量系统100。测量系统100包括三轴磁场传感器 110、处理装置120、线圈130、存储器140、第一接口 150和第二接口 160。三轴磁场传感器110沿三个彼此两两垂直的轴x、y和ζ确定磁场。磁场的借助于磁场传感器110确定的测量值提供给处理装置120。在此，可以包括模拟提供的测量值的数字化。处理装置120被设置用于对由磁场传感器110提供的测量值进行过滤，其方式是，处理装置120选择满足预先确定的标准的测量值，并且处理装置120被设置用于在存储器140 中存储经过滤的测量值以用于稍后的进一步处理。此外，处理装置120与线圈130连接，以便在需要时沿ζ测量轴产生已知磁场。基于所存储的测量值，处理装置20稍后确定一些校准参数，基于这些校准参数可以实现磁场传感器110的所记录的测量值的校正。这些校准参数包括测量值沿X、y和Z测量轴的偏差(“offset”)的补偿以及磁场传感器110关于这些轴的灵敏度匹配。处理装置120通过第一接口 150提供所确定的校准参数。此外，处理装置120通过第二接口 160提供磁场传感器110的经校正的测量值。这两个接口 150和160可以物理地(通过硬件)和/或虚拟地(通过软件)构造。图2示出具有未经校正的测量值210和经校正的测量值220的示图200。在确定地磁场时，理想情况下磁场的数值是相对准确地已知的，从而所记录的测量值主要给出方向信息。如果测量轴两两彼此垂直，则所记录的测量值可以根据测量轴绘制到笛卡尔坐标系中并且在所述坐标系中位于围绕测量轴的原点的球体的表面上。所述理想情况适用于图 2中经处理的测量值220。在真实的测量系统——如图1的测量系统100中，磁场传感器110沿这些测量轴通常具有不同的灵敏度。此外，沿这些测量轴中的一个测量轴，所确定的磁场偏差一个数值。 图2中未经校正的测量值210表示这种真实的测量值。本专利技术的主题在于，既确定测量值210相对于测量值220的偏差也确定测量值210 沿测量轴关于测量值220的畸变。所述确定称为校准；所确定的校准参数可以用于将任意的真实测量值210转换成相应的理想测量值220。所述过程称为校正。图3示出用于校准图1中的测量系统100中的三轴磁场传感器110的方法300的流程图。在第一步骤305中，将方法300的参数设置成预先确定的标准值。属于这些参数的有一些预期的测量值、待确定的磁场的预期场强、对应于图2中的测量值220的球体的预期半径以及用于定义集群(Gruppen)的参数，所记录的测量值可以分配给所述集群。在初始化之后，在步骤310中，忽略预先确定数量的测本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．用于校准三轴磁场传感器（１１０）的方法（３００），所述方法包括以下步骤：通过一叠加的信号确定（３４０）所述磁场传感器（１１０）的所记录的测量值的偏差；以及确定（３４５－３５５）所述磁场传感器沿测量轴（ｘ、ｙ、ｚ）的灵敏度；其中，所述灵敏度的确定（３４５－３５５）包括：确定（３４５）所述磁场传感器（１１０）沿第一测量轴（ｚ）的灵敏度；基于所述第一测量轴（ｚ）的灵敏度和所确定的偏差来确定（３５０）所述磁场传感器（１１０）沿其他测量轴（ｘ、ｙ）的灵敏度。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·魏斯，J·巴托洛迈奇克，S·沙伊尔曼，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：DE