5 誤差源分析

• 霍爾傳感器電路板的安裝位置錯誤和方向錯誤。例如，霍爾傳感器不直接位于磁體下方，其軸與緩沖器的中心軸不重合。安裝錯誤會導致磁體運動軌跡如圖 5-1 所示。在本例中，測得的角度應在 0° 至大約 180° 范圍內，但由于發生移位，結果為 5° 至大約 195°，更大的移位會導致角度為 -15° 至大約 195°。
  圖 5-1 由于安裝錯誤產生的磁體位置軌跡
• 磁體底部與霍爾傳感器封裝不平行。這種輕微偏移也會在磁體和傳感器 IC 之間產生一個角度，從而產生如圖 5-1 所示的誤差。這個偏移的磁體還會導致輸出數據的波形不像圖 4-3 中所示的數據波形那樣平滑和對稱。圖 5-2 顯示了當磁體與霍爾傳感器不平行時的測量數據。
  圖 5-2 從 0° 到大約 180° 碰撞角內的霍爾傳感器輸出原始數據
• 低 SNR 時，傳感器 SNR 取決于磁體和傳感器之間的距離、磁體強度以及霍爾傳感器范圍設置。TMAG5170 提供兩種不同的靈敏度，每種靈敏度有三種可配置的范圍設置。這些選項的范圍為 ±25mT 至 ±300mT。
• 彈簧橫向變形不均。
• 機器人運動速度、方向和彈簧強度以及表面材料的影響。
  圖 5-3 霍爾傳感器的原始數據和濾波數據波形

在使用滿量程數據的統計曲線擬合計算之后，可以得到大規模生產中的大多數一般機械誤差。可以在研發設計階段減少測量誤差，以確保系統所需的精度。二階曲線擬合公式主要可減少誤差并有助于滿足誤差要求。公式的源數據應為 X 軸和 Y 軸的原始角度數據，而不是使用 X 軸和 Y 軸的原始磁性數據。應首先計算原始反正切角，因為如果直接使用原始 X 和 Y 磁性數據，碰撞深度將與曲線擬合角度相關。

設置數據閾值以設置計算點。這有助于濾除移動機器人產生的噪聲。碰撞后的磁點軌跡如圖 5-4 所示。

機器人移動導致的誤差主要歸因于機器人的速度、移動方向、彈簧強度和緩沖器表面材料。由于撞擊的方向不是朝向緩沖器弧形的中心部分，因此在使用霍爾傳感器輸出數據時，這種碰撞會導致測量角度和實際碰撞角度之間的誤差相對較大。如圖 5-5 所示，通過使用一個公式，可以對機器人的速度和方向原始角度數據進行補償。