地磁传感器

关键要点:

・地磁传感器用于检测地磁场,主要应用于方位测定。

・根据传感器灵敏度的不同,还可拓展应用于室内定位、AR(增强现实)以及金属异物检测等领域。

・主要分为X、Y双轴型与X、Y、Z三轴型。

・磁传感器根据应用目的可分为多种类型,典型代表有霍尔传感器、MR传感器、MI传感器。

・MI传感器的灵敏度相较霍尔传感器提升逾10,000倍,可高精度检测地磁场的微小变化。

・BM1422AGMV为三轴数字输出MI传感器IC。其σ噪声比霍尔传感器低一个数量级。

地磁传感器,顾名思义,是用于检测地磁场的传感器,主要应用于方位测定。此外,根据传感器灵敏度的不同,还可应用于室内定位、AR(增强现实)以及金属异物检测等领域。

什么是地磁传感器

地球周围存在以北极为S极、南极为N极(严格来说与极点稍有偏离)的磁场,即地磁场。指南针可以说是一种利用了地磁场的传感器。地磁传感器是检测这种地磁场的传感器的统称,又称电子罗盘,能够测定方向。根据传感器元件构成及应用场景的不同,可分为多种类型。

地磁传感器的方位检测原理

地磁传感器主要分为X、Y双轴型与X、Y、Z三轴型,可测量各轴方向的磁力。当X轴与Y轴处于水平状态时,仅需使用X轴与Y轴的测量值即可计算方位。然而,实际上X轴和Y轴很难保持水平,因此通常会结合三轴的测量值与加速度传感器进行倾角补偿。

右下图示为水平旋转地磁传感器X、Y轴时的输出分布图。当水平旋转地磁传感器时,在无外界磁场干扰的理想状态下,输出分布图的圆心位于原点。但实际环境常受周围磁场影响导致圆心偏移。图示状态即存在偏移,因此需将圆心补偿至原点。

根据测量结果,使用左下方的公式可得出磁偏角并推算方位角。磁北即磁针实际指向的北方,与北极点存在地理偏移。

左:地磁気センサのX、Y出力のプロット。右:地磁気センサのX、Y出力から磁北を算出する式。

地磁传感器类型

磁传感器根据应用场景可分为多种类型,以下是典型代表:

●霍尔传感器
利用霍尔效应测量磁通密度,并输出与之成比例的电压。该类传感器使用便捷,主要用于非接触式开关用途,如冰箱门、电子设备盖板或外壳的开合检测等。

●MR传感器
MR(Magneto Resistance)传感器是一种利用磁阻效应的传感器,其通过检测磁性材料电阻值随外部磁场变化的特性来测量磁场强度。相较霍尔传感器,MR传感器具备更高灵敏度与更低功耗,因此应用日益广泛。除电子罗盘等地磁检测外,还用于电机转动和位置检测等应用场景。

●MI传感器
MI(Magneto Impedance)传感器是一种采用特殊非晶丝材料并利用其磁阻抗效应工作的磁传感器,被誉为“新一代高性能磁传感器”。其灵敏度相较霍尔传感器提升了10,000倍以上,可高精度检测地磁场的微小变化。除超低静态电流的方位检测(电子罗盘)外,更能拓展至室内定位及金属异物检测等对灵敏度要求较高的应用场景。

ホールセンサ、MRセンサ、MIセンサの特徴

MI磁传感器:BM1422AGMV

作为实际传感器示例,下面介绍一款MI磁传感器IC:BM1422AGMV。该传感器采用三轴数字输出规格,将三轴MI传感器与控制芯片集成于2mm×2mm超小型封装中。支持12位和14位数字输出,通过I²C接口与主机通信。

左:MIセンサICのBM1422AGMVの2mm角超小型パッケージ。右:MIセンサICのBM1422AGMVの機能ブロック図。

MI传感器高灵敏度的应用示例

得益于其非常高的灵敏度,MI传感器不仅适用于方位检测(电子罗盘),还广泛应用于室内定位、增强现实(AR)、金属异物检测等多种用途。

下图所示为一应用案例。在道路上部署的MI传感器,可通过检测地磁场的微小变化,实现对路过车辆的感知。

MIセンサICのBM1422AGMVを使った自動車の移動検出の例

这仅是一个示例。通过高灵敏度检测地磁的变化,MI传感器在更多应用场景中的拓展潜力备受期待。

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