本篇博客文章探讨了磁力计安装加速度传感器时应该选择何时考虑各种权衡因素的问题。

    为了开始这次讨论，我们需要考虑以下使用模型：在电子罗盘中磁力计作为磁性元件使用。在这种情况下，您希望能够测量大地的磁性磁场，其范围介于25至65微泰斯拉之间，具体数值取决于您所在地的位置。这属于相对较弱的磁场，除非您在系统设计过程中特别留意磁性问题，否则将会很难轻易测量到这一数值。消费电子和工业应用中所采用的磁性传感器的测量范围大于(>1000mT)大地磁场，可以解决被测领域内的硬铁和软铁干扰问题。

在我们的背景下：

• 软铁包括亚铁EMI屏蔽、感应充电器、螺钉和电池接点等的薄膜。
• 硬铁元件包含扬声器、接近开关、振动器等内的永久磁铁。
• 除此之外，我们可能还会将扬声器/电机绕组、印刷电路板(PCB)等残留的磁场包含在内。

    如果您在设计中还没有包含上述元件，则无需继续阅读以下内容。但不幸的是，大多数设计的确需要处理这些问题。让我们从一些通用的准则开始谈起：1.在构想新的印刷电路板布局时，首先考虑磁力计的布置问题。 2.磁力计的理想位置便是让它尽量远离所有硬铁和软铁干扰源和高电流处。 3.随时间变化的电流痕迹无法采用数学计算的方式加以补偿，相反，您却可以这样解决恒定电流痕迹和硬件干扰的问题，因此恒定电流的情况可以获得补偿。 4.最佳的位置通常都位于印刷电路板的边缘或者角落处。 5.将所有霍尔效应传感器及其磁铁放置在尽量远离磁力计的位置。 6.其他电磁部件包括扬声器、振动器、助听器电磁线圈、电池和近场通信(NFC)天线。这些部件都会产生永久硬铁、感应软铁和电流源磁场，其位置同样应该尽量远离磁力计。 7.不要尝试将磁力计与印刷电路板上部件产生的磁场进行屏蔽。时刻牢记，我们的目标是为了测量大地的磁场。如果您屏蔽了磁性传感器，您将会消除试图测量的原始信号。 8.如果需要屏蔽将敏感的子系统（例如无线电）之间进行隔离，则它们必须是由低透水性材料制造而成¹。 9.工业设计和机械工程团队应该在项目的全程中参与到磁力计相关的工作。所有机械部件都应经过铁磁含量的评估，提供低透水性材料的备用选择。

    尽管我们能够对许多软铁带来的影响通过数学方式进行补偿，但最好的方式仍然是尽量加以避免。例如，让我们考察一下小块钢铁对附近测量磁场数值的影响。假设有一块1″× 1″× 0.02″规格的厚钢，如以下图1A中所示。如果您希望观察钢片的侧面，如图1B中所示。

图1，简化的CodeWarrior C/C++外观。

    图1C是同一块钢片的边视图，但我们已经添加了一些信息，以便指定模拟条件。我使用了由David Meeker [4] 开发的出色（并且免费！）FEMM 4.2两维有限元模拟工具，在我希望解决静磁问题时都会选择这款工具。

    在我们的模拟环境下，笔者假设大地磁场大约为40微泰斯拉，在模拟过程中可以在0至180度范围内可以自由旋转。这相当于保持静态磁场，并且可以旋转传感器（这是在真实环境下的情况）。图1C中所示的红线代表各个点的范围，在其中本人将会测量磁场方向每个变量的磁场强度。结果通过提取总结在了Excel表格当中，如以下图2所示。

图2：两维有限元件模拟结果。

这些结果与各位的期待大体相同：

    软铁效应使铁与磁场之间的磁场和角函数发生失真。当您绘制出可能的磁场数值幅度时，便产生了“包络”图。

    磁场上下可能会立即发生明显的磁场衰变。请勿将传感器放置在此处。这是放置传感器的最差位置，会在磁场中心上下立即发生变化。如果您没有留意到，很有可能会采取这样的做法。对于EMI的屏蔽同样可能带有磁性，或者在设计中的感应充电时采用薄膜。以上两种情况都会真得失去您获取一致性磁性读数的机会。

    场力线往往会聚合在铁的边缘处。您在这里会观察到磁场边缘处附近最大值和最小值范围内的广泛区间。如果您返回 [2]并且查看我们之前传感器计数关于软铁椭圆失真效应的讨论，将会看到这种最大值和最小值区间采用传感器计数的3D椭圆体直接转换为了更多种失真。磁性补偿软件可以纠正上述的大部分失真，但当椭圆体发展到极端情况下，这种纠正就会变得不太理想。

    最后，即使您的传感器和屏蔽相距很小的距离，也会提供很大的帮助。您可以观察到最小值/最大值比率可以下降到距离屏蔽两侧不足2仅有0.1英寸的水平。这是相当适中的失真，可以轻易加以纠正。

    下一步，让我们考虑印刷电路板的电线和电流产生的磁场所造成的影响。我们可以采用毕奥—萨伐尔定律(Biot-Savart)估计传感器读数中电线和接线产生的效果。对于较长的电线和电流，毕奥—萨伐尔定律可以简化为以下公式：

|B| = μ₀I / 2 π r (等式1)

其中：

• B = 磁场，单位泰斯拉(T)
• μ₀ = 4 π E-7 T^*m/A
• I = 电流，单位安培
• r = 仪表中电线/接线与传感器的距离

这一公式可以转换为：

I <= 5 r |B| (等式2)

其中：

• B = 磁场，单位微泰斯拉 (_μT)
• I = 电流，单位亳安培
• r = 电线/接线与传感器的距离，单位毫米

如果您知道磁场幅度，您可以忽略传感器至接线/电线之间的距离，然后利用等式2计算出电线/接线的最大电流值（单位mA）。

例如，设：

• B = 0.1微泰斯拉磁场
• r = 10mm传感器至电线/接线的距离

则：

I <= 5 _r |B| = 5 X 10 X 0.1 = 5mA = 接线允许的最大电流值。

我们可以将该电流值的直流部件作为硬铁补偿物（它看上去就像磁铁）。 交流部件在我们的传感器输出时显示为“杂音”。

总结

到现在为止，您应该可以理解，在设计过程中应当尽早在设计中添加磁性传感器，并且谨慎考虑物理设计相关的周边元件问题。做到这一步，您在产品调试和评估过程中就会大幅降低出现的障碍。