Investigation of the Metrological Properties of Magnetic Field Sensors Used in Popular Smartphones for the Shoe Size Determination System

eng Article in English DOI: 10.14313/PAR_254/103

Piotr Gazda *, send Paweł Rękas *, Piotr Frydrych **, Paweł Nowak ***, Michał Nowicki ***, Roman Szewczyk **** * Warsaw University of Technology, Faculty of Mechatronics, Institute of Metrology and Biomedical Engineering, św. A. Boboli 8, 02-525 Warsaw, Poland ** Fundacja Katalizator Technologii, Kożuchowska 3/1, 04-715 Warsaw, Poland *** Efiter Sp. z o.o., Aleja T. Kościuszki 80/82 / 604, 90-437 Lodz, Poland **** Łukasiewicz Research Network – Industrial Research Institute for Automation and Measurements PIAP, Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warsaw, Poland

Download Article

Abstract

This article presents a study on the metrological properties of smartphone magnetometers and their application in determining the correct shoe size. The research focuses on using magnetometers in smartphones to measure the magnetic field generated by magnetic markers placed inside shoes. To measure foot dimensions, smartphone embedded position sensors and image analysis were employed to determine key foot parameters accurately. Measurements were conducted under controlled conditions using triaxial Helmholtz coils, which generated a precise magnetic field. Linearity, sensitivity, offset, and measurement uncertainty were evaluated in several popular smartphones. The results indicate that the accuracy of magnetometer measurements depends on the quality of the smartphone. Electromagnetic interference, especially in cheaper devices, can introduce noise that affects data quality. Extended averaging periods help reduce noise and improve measurement accuracy. Smartphone magnetometers can be effectively utilized for precise magnetic field measurements, provided the device is calibrated correctly and the measurement method is appropriately adjusted. Certain limitations, such as noise from electromagnetic interference and its impact on data quality, remain challenging. Nonetheless, the study’s findings are promising, especially in applications such as shoe sizing systems, where accurate measurements of the inside of the shoe are essential for a proper fit of the shoe to the foot.

Keywords

foot dimension analysis, magnetic field measurement, magnetic field sensors, magnetometer accuracy, shoe size fitting system, smartphone magnetometers

Badanie właściwości metrologicznych sensorów pola magnetycznego stosowanych w popularnych smartfonach dla systemu określania rozmiaru buta

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań metrologicznych właściwości magnetometrów wbudowanych w smartfony oraz ich zastosowanie w precyzyjnym określaniu rozmiaru obuwia. Badania koncentrują się na wykorzystaniu dostępnych w smartfonach magnetometrów do pomiaru pola magnetycznego generowanego przez markery magnetyczne umieszczone wewnątrz obuwia. Do pomiaru wymiarów stopy, użyto czujniki położenia wbudowane w smartfony oraz analizę obrazu w celu dokładnego określenia kluczowych parametrów stopy. Pomiary przeprowadzono w kontrolowanych warunkach wykorzystując trójosiowe cewki Helmholtza generujące precyzyjne pole magnetyczne. Oceniono liniowość, czułość, offset i niepewność pomiaru w kilku popularnych smartfonach. Wyniki wskazują, że dokładność pomiarów magnetometru zależy od jakości smartfona. Zakłócenia elektromagnetyczne, szczególnie w tańszych modelach, mogą wprowadzać szum, który obniża jakość zbieranych danych. Wydłużenie czasu uśredniania pomiarów pomaga zredukować szumy i poprawić dokładność pomiarową. Magnetometry smartfonów mogą być skutecznie wykorzystywane do precyzyjnych pomiarów pola magnetycznego, pod warunkiem ich prawidłowej kalibracji i odpowiedniego dostosowania metody pomiarowej. Ograniczenia, takie jak zakłócenia elektromagnetyczne i ich wpływ na jakość danych, stanowią wyzwanie. Niemniej jednak wyniki badania są obiecujące, szczególnie w systemach doboru rozmiaru obuwia, gdzie dokładne pomiary wnętrza buta są niezbędne do prawidłowego dopasowania buta do stopy.

Słowa kluczowe

analiza wymiarów stopy, czujniki pola magnetycznego, dokładność magnetometru, magnetometry w smartfonach, pomiar pola magnetycznego, system dopasowania rozmiaru obuwia

Bibliography

  1. Ozyagcilar T., Implementing a tilt-compensated eCompass using accelerometer and magnetometer sensors “Freescale Semiconductor”, Application Note No. AN4248, Rev. 3, 2012. [www.artekit.eu/resources/ak-mag3110/doc/AN4248.pdf].
  2. Subbu K.P., Gozick B., Dantu R., LocateMe: Magnetic-fields-based Indoor localization using smartphones. “ACM Transactions on Intelligent Systems and Technology”, Vol. 4, No. 4, 2013, 1–27, DOI: 10.1145/2508037.2508054.
  3. Schall G., Zollmann S., Reitmayr G., Smart Vidente: Advances in mobile augmented reality for interactive visualization of underground infrastructure, “Personal and Ubiquitous Computing”, Vol. 17, 2013, 1533–1549, DOI: 10.1007/s00779-012-0599-x.
  4. Kim W., Kerle N., Gerke M., Mobile augmented reality in support of building damage and Safety Assessment. “Natural Hazards and Earth System Sciences”, Vol. 16, No. 1, 2016, 287–298, DOI: 10.5194/nhess-16-287-2016.
  5. Odenwald S., Smartphone sensors for citizen science applications: Radioactivity and magnetism. “Citizen Science: Theory and Practice”, Vol. 4, No. 1, 2019, DOI: 10.5334/cstp.158.
  6. Campbell N., Atekwana E., Mathews A.J., Ismail A., Geophysical applications of magnetic sensors in smartphones. “The Leading Edge”, Vol. 39, No. 5, 2020, 312–317, DOI: 10.1190/tle39050312.1.
  7. Naqvi R.A., Arsalan M., Rehman A., Rehman A.U., Loh W.-K., Paul A., Deep learning-based drivers emotion classification system in time series data for Remote Applications. “Remote Sensing”, Vol. 12, No. 3, 2020, DOI: 10.3390/rs12030587.
  8. Fleury A., Mourcou Q., Franco C., Diot B., Demongeot J., Vuillerme N., Evaluation of a Smartphone-based audio-biofeedback system for improving balance in older adults – a pilot study. 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2013, DOI: 10.1109/embc.2013.6609721.
  9. Li B., Gallagher T., Dempster A.G., Rizos C., How feasible is the use of magnetic field alone for indoor positioning? 2012 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), 2012, DOI: 10.1109/ipin.2012.6418880.
  10. Shu Y., Bo C., Shen G., Zhao C., Li L., Zhao F., Magicol: Indoor localization using pervasive magnetic field and opportunistic WIFI sensing, “IEEE Journal on Selected Areas in Communications”, Vol. 33, No. 7, 2015, 1443–1457, DOI: 10.1109/jsac.2015.2430274.
  11. Ouyang G., Abed-Meraim K., Analysis of magnetic field measurements for mobile localisation, 2021 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), 2021, DOI: 10.1109/ipin51156.2021.9662551.
  12. Koblischka M.R., Koblischka-Veneva A., Measurement of the characteristics of the Earth’s magnetic field using a smartphone magnetic sensor, “Physics Education”, Vol. 57, No. 4, 2022, DOI: 10.1088/1361-6552/ac61f0.
  13. Phyphox, Sensor Database, [https://phyphox.org/sensordb].
  14. European Cooperation for Accreditation. EA-4/02 – Evaluation of the Uncertainty of Measurement in Calibration. Rev. 02, November 2021.
  15. Nowak P., Nowicki M., Gazda P., Frydrych P., Nowicka N., Szewczyk R.. Zastosowanie Metody Elementów Skończonych do analizy metody określania rozmiaru buta na podstawie pomiarów pola magnetycznego, „Pomiary Automatyka Robotyka”, Vol. 28, No. 3, 2024, 101–108, DOI: 10.14313/PAR_253/101.