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磁傳感器應用VR融合技術(shù)
2022-08-04
文章詳情

MS32磁阻傳感器的內部結構為一個(gè)惠斯通電橋,由四個(gè)具有各向異性磁阻效應的坡莫合金電阻組成。沿著(zhù)Y軸平行于芯片表面(X-Y平面)的單向磁場(chǎng)將產(chǎn)生一個(gè)輸出信號。磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)點(diǎn)一般設置為Hs=1.85kA/m(幾乎不受溫度影響)。此外,在較大磁場(chǎng)范圍內的特性曲線(xiàn)是線(xiàn)性的。因此,MS32對不同機械環(huán)境和磁場(chǎng)環(huán)境的適應性非常強。傳感器采用了流行的TDFN封裝。

下面解讀VR應用中的MS32磁傳感器數據融合技術(shù):

在虛擬現實(shí)中,用戶(hù)期望并要求這些設備始終按照指令運行,并平穩、準確地適應不斷變化的環(huán)境。這需要通過(guò)融合從設備內置加速度計、陀螺儀和MS32磁傳感器計收集的數據來(lái)精確感知俯仰、滾動(dòng)和航向方向。

通常在現實(shí)世界中,事情從來(lái)沒(méi)有看起來(lái)那么簡(jiǎn)單,例如,準確地確定航向(觀(guān)察)方向是一個(gè)巨大的挑戰,因為磁力計測量會(huì )受到多個(gè)附近物體的負面影響。這些干擾磁場(chǎng)效應,通常稱(chēng)為硬鐵和軟鐵失真,可能是由位于設備本身內的各種組件和用戶(hù)環(huán)境中的外部磁性物體引起的。例如,基于標準使用期間獲得的陀螺儀信號,利用了磁力計偏移的估計及其對用戶(hù)相關(guān)特征(如行人和頭部跟蹤)的影響。

磁干擾挑戰,在實(shí)驗室之外,所謂地球恒定磁場(chǎng)的剛性磁線(xiàn)不斷被各種物體改變,例如門(mén)框、桌子、椅子和其他金屬物體?;谒鼈兲囟ǖ拇判?,這些物體通過(guò)一種稱(chēng)為硬鐵和軟鐵扭曲的現象來(lái)改變它們周?chē)拇艌?chǎng)。

硬磁材料(硬鐵)如 NdFeB、AlNiCo 會(huì )導致高殘留 B 場(chǎng)或磁記憶,而軟磁材料(軟鐵)通常是鐵(Fe)、鎳(Ni)、等及其合金。當在設備中使用磁力計時(shí),硬鐵失真是由產(chǎn)生磁場(chǎng)的物體引起的,例如揚聲器內部的磁鐵,導致傳感器輸出中出現稱(chēng)為恒定偏移的偏差,然后需要得到補償。另一方面,軟鐵失真是由被動(dòng)影響或扭曲周?chē)艌?chǎng)的物體引起的,G-MRCO-017傳感器本身并不一定會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng),例如存儲卡插槽、電池、無(wú)線(xiàn)天線(xiàn)、門(mén)窗框架和其他各種周?chē)h(huán)境。標準對象。這種類(lèi)型的扭曲會(huì )改變磁球的實(shí)際形狀,并且很大程度上取決于材料相對于傳感器和磁場(chǎng)的定位。在典型的室內區域,由于一般物體引起的磁場(chǎng)畸變,羅盤(pán)方向變化很大,即羅盤(pán)的紅色北針指向各個(gè)方向。

因此,補償硬鐵和軟鐵失真對于獲得有意義的磁力計讀數至關(guān)重要。這種補償需要在設備設計期間進(jìn)行復雜的程序,并在實(shí)際使用期間將結果整合到傳感器的軟件中??捎糜谘a償影響磁力計讀數的失真的方法包括:

①在設計階段使用軟鐵矩陣進(jìn)行補償:使用軟鐵矩陣進(jìn)行補償后,KMT36H傳感器的讀數精度明顯提高,與未補償讀數相比可達±2°,誤差范圍很容易達到±10°。校準通過(guò)3D 線(xiàn)圈系統(亥姆霍茲線(xiàn)圈)執行,該系統由兩個(gè)螺線(xiàn)管電磁鐵組成,兩個(gè)螺線(xiàn)管電磁鐵以同一軸為中心,抵消了這些干擾外部磁場(chǎng),以提供干凈的磁環(huán)境。帶有慣性傳感器的設備被放置在這個(gè)干凈的環(huán)境中并進(jìn)行測量以創(chuàng )建磁力計的原始數據記錄,然后將其輸入到生成 SIC 矩陣的數據驅動(dòng)工具中。然后將此 SIC 矩陣并入軟件驅動(dòng)程序,并永久補償影響磁力計數據的設備內軟鐵失真。

②通過(guò)標準的八字形運動(dòng)實(shí)時(shí)校準軟件這種方法只需在已知的磁性清潔環(huán)境中移動(dòng)設備(例如智能手機)即可收集大量有價(jià)值的數據。理想的運動(dòng)是磁測量沿最大定位范圍的運動(dòng),從而有助于在所有情況下估計 KMA36傳感器的磁偏。因此,該技術(shù)通常使用覆蓋所有三個(gè)軸的八字形運動(dòng)來(lái)執行。

相當多的智能手機設備和操作系統制造商仍然依賴(lài)這種8字形校準技術(shù)。但是,通過(guò)在3D 空間中移動(dòng)設備來(lái)創(chuàng )建此模式可能需要10秒以上的時(shí)間,并且當用戶(hù)在游戲中執行更緊急的任務(wù)時(shí)暫停游戲可能會(huì )非常令人沮喪。

③ 通過(guò)自然使用運動(dòng)的智能校準軟件?雖然8字形運動(dòng)非常適合智能手機,但它可能在物理上不可行,并且可能難以與其他類(lèi)型的設備一起執行,例如腕式可穿戴設備和增強/虛擬現實(shí)耳機等。

MS32傳感器磁力計校準背后的基本思想是通過(guò)估計磁球與地球磁場(chǎng)矢量的偏差作為半徑來(lái)估計磁力計的偏移。為了減少校準所需的時(shí)間并以更小、更自然的運動(dòng)校準設備,可以通過(guò)陀螺儀信號輔助磁場(chǎng) MS32傳感器的校準。

校正后的陀螺儀信號定義了其相對于最后一個(gè)磁場(chǎng)值的旋轉。一旦確定了新的磁場(chǎng)值,就會(huì )將其饋入擴展卡爾曼濾波器(EKF)。 EKF 估計磁力計偏移和磁場(chǎng)矢量的大?。ò霃剑?。 G-MRCO-016傳感器的磁力計干擾檢測是基于卡爾曼濾波器的殘差。

由于這些快速的傳統磁力計校準器利用陀螺儀數據,被校準的設備在重新校準過(guò)程中必須是靜止的,即陀螺儀本身在校準過(guò)程中不會(huì )漂移。然而,對于較新的身體佩戴設備,這是不可行的,因為這些使用時(shí)刻和移動(dòng)時(shí)間更長(cháng)。

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