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浅谈Android传感器 III-磁传感器

2022-04-14 13:16分类:传感器 阅读:

  磁感应器   磁控制器是把电磁场、电流量、应力应变曲线、溫度、光等外部要素造成光敏电阻器带磁能转变 转变成电子信号,以这些方法来检验相对应标量的元器件。   磁感应器普遍用以工业化和电子设备中以磁感应磁化强度来精确测量电流量、部位、方位等物理学主要参数。在目前工艺中,有很多不一样种类的感应器适用于精确测量电磁场和其它主要参数。   磁控制器是把电磁场、电流量、应力应变曲线、溫度、光等外部要素造成光敏电阻器带磁能转变 转变成电子信号,以这些方法来检验相对应标量的元器件。磁感应器分成三类:罗盘、电磁场传感器、相位传感器。罗盘:地球上会形成电磁场,假如你可测地球大气层电磁场就可以做罗盘。电流传感器:电流传感器也是电磁场感应器。电流传感器可以用在电器产品、智慧能源、电瓶车、风能发电这些。相位传感器: 假如一个磁场和磁感应器彼此之间有部位转变 ,这一部位改变是直线的便是线形感应器,假如旋转的便是旋转感应器。   大生活中使用许多磁感应器,例如罗盘,电脑磁盘、电器产品这些。   在传统制造业更新改造中的运用及销售市场   据报道,1995年仅工业生产过程管理感应器的世界销售市场已做到260亿美金;2001年电子计算机HDD用SV-GMR磁带机的销售市场超出了4000亿日元(折合34亿美金)。若选用新式小型磁感应器,即便实际操作更简单,又提升了稳定性,提高了元器件使用寿命,减少了成本费。   应用新式磁感应器能够显着提升精确测量和线性度,如应用GMI(巨磁特性阻抗)电磁场感应器,检验屏幕分辨率和常见磁通量门磁强计一样,而响应时间却快了一倍,耗费输出功率仅为后面一种的1%;若用霍尔元件元器件,其屏幕分辨率仅4A/m,而需要场外比前面高300余倍;在应力检测中,SI 感应器的精确度是常见电热丝的2000倍高,是半导体材料应变规的20~40倍。工业生产数控车床的汽压或标准气压气缸活塞杆部位检验,普遍选用套在液压缸上的稀土永磁环和AMR元器件构成的磁感应器,检验精密度达0.1mm,检验效率可在0~500mm/s内以多少速率转换;改成GMI或SV-GMR感应器后,测量精度最少能够提升一个量级。在机床数控化时期,数据磁尺协助室内设计师们达到了闭环控制系统。应用绝对信号輸出的磁尺,则不会受到噪音、电源电压起伏等影响,也无须起点校准。应用运行状态磁敏电源开关,还能够进行手动式与数控机床中间的变换。   转动磁伺服电机在转动量的检验操纵中起主导作用,它在数控车床、智能机器人、工厂自动化机器设备的地方检验、传输速率操纵,硬盘、复印机这类的自动化机械通信设备的转动量检测中全是不可以缺失的主要构件。其检验目标是光磁图型,不会受到焊接烟尘烟尘的危害,因而比现阶段最领先的光伺服电机的安全可靠性高使用寿命长,特别是在适用于自动焊接、漆料智能机器人和与钢材相关的地方检验及其各种各样金属材料、木料、塑胶等生产加工制造行业的运用。而仍很多应用光伺服电机,因为这类元器件易受烟尘、油渍和烟尘的危害,用在自动焊接、漆料智能机器人、纺织品和钢材、木材、塑胶等的生产中,稳定性偏差。运用AMR、GMR 、GMI光敏电阻器组成的转动磁伺服电机,就不会有以上缺陷,因而,他们的市场的需求增长率在30%之上。在家电和节能环保产品中也也是有其普遍的使用发展潜力,在绿色环保商品中也大有用武之地。若应用小型磁伺服电机和操纵微型机一体化,更有益于简单化自动控制系统构造,降低元器件数和占空容积,这在精密制造和制造业中实际意义十分重特大。   在环保监测中的运用   生态环境保护的先决条件是对每个环境监控系统(溫度、标准气压、空气成分、噪音。..。..。)的检测,这儿必须采用多种多样很多的感应器。选用强磁致伸缩非晶磁弹小型磁感应器,能够与此同时精确测量真空泵或密闭空间的环境温度和标准气压,并且无需连接器,能够监测和长距离浏览。在食品包装材料、自然环境科学试验等层面,应用前景宽阔。   在交通管制通告中的运用   道路交通事故和交通堵塞是大城市中合大城市间交通出行具有的一个问题。世界各国都是在提升高速路驾驶适用路面系统软件(AHS)、智能化运输设备(ITS)和公路交通信息管理系统(VICS)等的研发与基本建设。在这种新系统中,高灵敏、快速回应小型磁感应器大有用武之地。比如,用屏幕分辨率可以达到1nT的GMI和SI感应器,可组成ITS感应器(作快速道路上的道路交通标志,测车轱辘视角,大货车近接间距),车辆根据录像仪(测行驶方位、速率、车体长短、车种鉴别),地下停车场大量车子感应器,瞬时速度感应器(测车子经过时路桥区的震动等)。   磁感应器在罗盘指南针中的运用   好多个时代至今,大家在导航栏中一直应用磁风水罗盘。有材料表明早在二千多年前我们中国人就開始应用纯天然磁铁-一种赤铁矿来标示水平方向。罗盘指南针(数字罗盘,电子器件罗盘,数据罗盘)是精确测量方向角(前进方向角)较为经济实惠的一种仪表仪器。现如今电子器件罗盘广泛运用于车辆和手执罗盘指南针,腕表,手机上,无线对讲机,雷达探测器,望眼镜,探星仪,伊斯兰教麦加探测仪(伊斯兰教钟),手执 GPS 系统软件,寻径器,武器装备/巡航导弹导航栏( 航位推断 ),部位/方向系统软件,安全性/精准定位机器设备,车辆、远洋航行和航空公司的性能卓越导航栏机器设备,游戏机机器设备等必须方位或姿势表明的机器设备。   地球上自身是一个大磁石,地球大气层的电磁场大概为0.5Oe,地球磁场平行面地球大气层并自始至终偏向北方地区。运用GMR塑料薄膜可制成用于检测地球磁场的感应器。图5表明这类感应器的主要原理。我们可以制成可以检测电磁场X和Y方位份量的集成化GMR感应器。此感应器可做为风水罗盘并运用在各种各样代步工具上做为导航栏设备。英国的NVE企业早已把GMR感应器用在车子的道路交通自动控制系统上。比如,置放在高速路边的GMR感应器能够测算和区别根据控制器的车子。假如与此同时分离置放2个GMR感应器,还能够检测出根据汽车的速率和车子的长短,自然GMR也能用在道路的收费亭,进而完成收费标准的自动控制系统。此外高灵敏和低电磁场的感应器可以用在航空公司、航空航天及卫星通讯技术性上。大伙儿了解,在国防工业生产中伴随着吸波技术性的发展趋势,国防物品能够根据遮盖一层吸波材料而隐敝,可是他们不管怎样都是会造成电磁场,因而根据GMR电磁场感应器能够把隐藏的物件找出去。自然,GMR电磁场感应器能够运用在通讯卫星上,用于检测地球大气层上的物品和下边的矿藏分布。   门磁开关感应器在智能家居系统中的运用   在智能家居系统电子门禁中门磁开关的效果是承担门磁通量电否,插电带磁(关门),关闭电源去磁(开关门),门磁开关安裝于门与包门套上,开关安装于房间内,相互配合闭门器应用,一般可承担150KG的抗拉力。   有线电视门磁开关为内嵌式安裝更为隐敝,磁感应窗门的开闭,适用木制或铝门窗传出有线电视常闭/开与关电源开关数据信号。门磁开关是用于探测门、窗、抽屉柜等能否被不法开启或挪动。它由无线发射器和磁铁两部份构成。门磁开关系统软件实际上和床磁等基本原理同样。 浅谈Android 传感器 III-磁传感器

  Android服务平台带来了二种感应器使我们能够明确机器设备的部位: 地磁传感器和方位感应器。 Android还带来了一种感应器使我们能够决策面部离手机上多近的情况下关闭屏幕(距离感应器proximity sensor)。 地磁传感器和距离感应器全是根据硬件配置的。 大部分手执机器设备经销商都是有给予一个地磁传感器。 一样, 手执机器设备厂家一般 包括一个距离感应器来在打电话的情况下决策什么时候关闭屏幕。 方位感应器(orientation sensor)是根据手机软件的, 它根据瞬时速度感应器和地磁传感器来测算数据信息。 可是方位感应器在Android2.2中早已不建议应用。

  相位传感器在明确机器设备在全球中常处的地方的时候会很有效。 例如我们可以应用地磁传感器跟加速传感器协作来确定机器设备相比于地磁北极的部位。 大家还能够应用方位感应器(或是根据感应器的方位方式)来确认机器设备相比于APP架构为参照的部位。 相位传感器一般 不用以监测设备挪动或是健身运动, 例如摇晃, 歪斜等。

  地磁传感器和方位感应器根据SensorEvent的多维数组回到数据信息。 栗如, 方位感应器在每一次回到感应器事情的过程中给予了地磁力在三维空间的抗压强度值。 一样方位感应器则带来了方向角(Yaw偏航角), 俯仰角(pitch)和滚翻角(roll)。 下表给予了Android服务平台各相位传感器的信息内容:

   SensorEvent.values[0]

  沿x轴转动矢量素材份量(x*sin(θ/2 ))。

  无企业

  SensorEvent.values[1]

  沿y轴转动矢量素材份量(y*sin(θ/2 ))。

  SensorEvent.values[2]

  沿z轴转动矢量素材份量(z*sin(θ/2 ))。

  TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR

  SensorEvent.values[0]

  沿x轴转动矢量素材份量(x*sin(θ/2 ))。

  无企业

  SensorEvent.values[1]

  沿y轴转动矢量素材份量(y*sin(θ/2 ))。

  SensorEvent.values[2]

  沿z轴转动矢量素材份量(z*sin(θ/2 ))。

  TYPE_MAGNETIC_FIELD

  SensorEvent.values[0]

  沿x轴的地磁场抗压强度

  μT

  SensorEvent.values[1]

  沿y轴的地磁场抗压强度

  SensorEvent.values[2]

  沿z轴的地磁场抗压强度

  TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED

  SensorEvent.values[0]

  沿x轴的地磁场抗压强度(无硬铁校正hard iron calibration)

  μT

  SensorEvent.values[1]

  沿y轴的地磁场抗压强度(无硬铁校正hard iron calibration)

  SensorEvent.values[2]

  沿z轴的地磁场抗压强度(无硬铁校正hard iron calibration)

  SensorEvent.values[3]

  沿x轴铁误差校正(Iron bias estimation)

  SensorEvent.values[4]

  沿y轴铁误差校正(Iron bias estimation)

  SensorEvent.values[5]

  沿z轴铁误差校正(Iron bias estimation)

  TYPE_ORIENTATION①

  SensorEvent.values[0]

  方向角(绕z轴的视角)

  度

  SensorEvent.values[1]

  俯仰角(pitch) (绕x轴的视角)

  SensorEvent.values[2]

  翻滚角(roll) (绕y轴的视角)

  TYPE_PROXIMITY

  SensorEvent.values[0]

  与目标的间距②

  cm

  ① 该感应器在Android2.2版本号中不会再强烈推荐应用。 Sensor framework给予了预留的方式 , 下面会出现详细介绍。

  ② 一些距离感应器只给予二进制数据信息意味着远和近。

  应用手机游戏转动矢量素材感应器:

  手机游戏转动矢量素材感应器跟转动矢量素材感应器是同样的, 除开它不应用地球磁场。 因而Y轴不偏向北部只是一些其他参照系。

  由于手机游戏转动矢量素材感应器不应用地球磁场, 有关的角度因不会受到电磁场危害而更为精确。 假如不在乎北部在哪儿得话还可以在游戏里面应用该感应器, 此刻一般的转动矢量素材就有问题了, 因为它取决于电磁场。 下边的编码演试了怎样获得一个该感应器的案例:

  private SensorManager mSensorManager;

  private Sensor mSensor;

  。..

  mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);

  mSensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR);

  应用地磁场转动矢量素材感应器:

  地磁场转动矢量素材感应器跟转动矢量素材感应器一样, 可是它应用地磁场替代手机陀螺仪。 因此它的准确度会比一般转动矢量素材感应器要低, 可是功能损耗也减少了。 应当仅有当必须在控制台获得转动信息内容而不要想耗费很多用电量的过程中才应用它。 该感应器当与批处理命令(batching)一起是最有效的。

  下边的编码演试了怎样获得案例:

  private SensorManager mSensorManager;

  private Sensor mSensor;

  。..

  mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);

  mSensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR);

  方位感应器:

  方位感应器使我们能够监测设备相对性于地球上参照系的部位(专指地磁北极)。 下边编码演试了怎样获得该感应器案例:

  private SensorManager mSensorManager;

  private Sensor mSensor;

  。..

  mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);

  mSensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ORIENTATION);

  方位感应器根据应用机器设备的地球磁场感应器和设施的加速度传感器协作得到它的数据信息。 根据采用这俩硬件配置感应器, 方位感应器能够给予这三个层面的数据信息:

  l 方向角(绕z轴的视角)。 这一视角在地磁北极和设施的y轴中间。 例如假如设施的y轴指向地磁北极, 那麼该值是0, 假如设施的y轴指向南极洲, 则该数值180. 一样的, 当y轴偏向东面, 该值是90, 偏向西面则为270.

  l 俯仰角(pitch) (绕x轴的视角)。 处在z轴正方位和y轴正方位中间的情况下该值是正的, z轴正方位和y轴负方位的情况下, 该值是负的。 范畴是180度~-180度。

  l 滚翻角(roll) (绕y轴的视角)。 当处在z轴正方位和x轴正方位时该数值正。 Z轴正方位和x轴负方位的情况下, 该数值负。 取值范围是90~-九十度。

  这一界定跟航空学中的方向角, 俯仰角和滚翻角是不一样的, 航空学中x轴表明沿飞机场的长边(飞机场尾端到头顶部)。 除此之外因为时间缘故, 滚翻角在顺时针为正(数学课上讲, 它需要在反方向方位为正)。

  方位感应器根据解决加速度传感器和地球磁场感应器的信息来获得它自身的数据信息。 由于涉及到的解决每日任务非常繁杂, 因此精密度和精确度被降低(仅有当滚翻角份量为0的情况下它的信息才靠谱)。 因而, 方位感应器在Android2.2中也不建议应用了。 官方网强烈推荐应用getRotationMatrix()方式和getOrientation()方式相结合来测算方位值, 替代方位感应器。 大家还能够应用remapCoordinateSystem()方式来投射方位值到APP参照架构。 下边的编码演试了怎么从方位感应器立即得到方位数据信息, 仅有基本上沒有滚翻角的过程中才强烈推荐那样应用:

  public class SensorActivity extends Activity implements SensorEventListener {

  private SensorManager mSensorManager;

  private Sensor mOrientation;

  @Override

  public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

  super.onCreate(savedInstanceState);

  setContentView(R.layout.main);

  mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);

  mOrientation = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ORIENTATION);

  }

  @Override

  public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {

  // Do something here if sensor accuracy changes.

  // You must implement this callback in your code.

  }

  @Override

  protected void onResume() {

  super.onResume();

  mSensorManager.registerListener(this, mOrientation, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);

  }

  @Override

  protected void onPause() {

  super.onPause();

  mSensorManager.unregisterListener(this);

  }

  @Override

  public void onSensorChanged(SensorEvent event) {

  float azimuth_angle = event.values[0];

  float pitch_angle = event.values[1];

  float roll_angle = event.values[2];

  // Do something with these orientation angles.

  }

  }

  大家并不会常常使用解决方位感应器的原始记录。

  应用地球磁场感应器:

  地球磁场感应器使我们能够检测磁场的转变。 下边的编码展现怎样获得它的案例:

  private SensorManager mSensorManager;

  private Sensor mSensor;

  。..

  mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);

  mSensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);

  该感应器给予了三维电磁场的原始记录。 一般 大家不用立即应用该感应器, 只是应用转动矢量素材感应器来明确转动活动的原始记录, 或是大家还能够应用加速度传感器和地球磁场感应器跟getRotationMatrix()方式协作获得旋转矩阵和倾斜角引流矩阵。 随后能够运用这种引流矩阵同getOrientation()和getInclination()方式来得到方向角和地磁倾角数据信息。

  应用未校准的磁力计:

  未校准的磁力计跟地球磁场感应器类似, 可是它沒有”硬铁校准”(hard iron calibration)。 加工厂校准和溫度校准仍然运用于电磁场。 未校准的磁力计在解决坏硬铁可能(bad hard iron estimations)的情况下有效。 一般 geomagneticsensor_event.value[0]可能贴近uncalibrated_magnetometer_event.values[0]- uncalibrated_magnetometer_event.values[3]。 也就是, calibrated_x ~= uncalibrated_x - bias_estimate_x.

  留意: 未校准感应器给予大量的初始結果并很有可能包含一些误差, 可是他们的检测值包括越来越少的校准造成 的振荡。 一些APP很有可能会更想这种未校准的原始记录, 由于它们更为光滑和靠谱。 例如当APP要想完成自身的感应器生成, 则她们很有可能更喜欢沒有纠正过的数据信息。

  除开电磁场, 未校准磁力计还会继续给予硬铁校准在每一个轴的预测值。 下边编码演试了怎样获得该感应器案例:

  private SensorManager mSensorManager;

  private Sensor mSensor;

  。..

  mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);

  mSensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED);

  应用距离感应器(Proximity Sensor):

  距离感应器使我们能够明确一个总体目标与设施的间距。 下边编码演试了怎样获得它的案例:

  private SensorManager mSensorManager;

  private Sensor mSensor;

  。..

  mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);

  mSensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);

  距离感应器一般 用于明确手执机器设备跟面部的间距(例如客户收到电話或是在通电话的情况下)。 大部分距离感应器回到肯定间距, 可是他们中的某些分子结构会回到”远/近”那样的信息内容。 下边的编码展现给大家怎么使用这玩意儿:

  public class SensorActivity extends Activity implements SensorEventListener {

  private SensorManager mSensorManager;

  private Sensor mProximity;

  @Override

  public final void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

  super.onCreate(savedInstanceState);

  setContentView(R.layout.main);

  // Get an instance of the sensor service, and use that to get an instance of

  // a particular sensor.

  mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);

  mProximity = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);

  }

  @Override

  public final void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {

  // Do something here if sensor accuracy changes.

  }

  @Override

  public final void onSensorChanged(SensorEvent event) {

  float distance = event.values[0];

  // Do something with this sensor data.

  }

  @Override

  protected void onResume() {

  // Register a listener for the sensor.

  super.onResume();

  mSensorManager.registerListener(this, mProximity, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);

  }

  @Override

  protected void onPause() {

  // Be sure to unregister the sensor when the activity pauses.

  super.onPause();

  mSensorManager.unregisterListener(this);

  }

  }


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