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隨著科技的進步手機功能越來越強大手機中的指南針大家都不陌生通過指南針我們可以準確判斷方向那么它是如何做到的呢

首先我們來看看傳統(tǒng)指南針是如何指南的地理南北極與地磁南北極相反地磁的南極在地理的北極附近地磁的北極在地理的南極附近傳統(tǒng)指南針就是一塊小磁鐵因此指南針的北極會被地磁的南極吸引而指向地理的北極同理指南針的南極指向地理的南極所以從本質(zhì)上說指南針顯示的其實是地磁場的方向

目前手機中內(nèi)置的指南針更準確的說應(yīng)該稱之為電子羅盤它是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器可以測量地磁場的方向進而為我們指示地理南北極

霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種當電流垂直于外磁場通過半導(dǎo)體時載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一個附加電場從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)這個電勢差也被稱為霍爾電勢差

電流方向磁場方向電場方向滿足左手定則所以當已知電流方向手機又測得附加電場方向就可以算出磁場方向在電流和磁場一定時霍爾效應(yīng)的強弱與導(dǎo)體在磁場中的方位有關(guān)導(dǎo)體與磁場的夾角越大霍爾效應(yīng)越強

由于我們的手機不單單平行于地面使用所以還需要在三維空間內(nèi)找到地球磁場的方向因此目前手機的電子羅盤基本都是三軸的即結(jié)合重力加速度傳感器在三維空間內(nèi)測算出磁場方向

或許有人會問現(xiàn)在手機都有GPS定位功能了還有必要裝個電子羅盤嗎其實很有必要如果在深山老林或大廈林立的地方衛(wèi)星信號將變得微弱手機很可能會失去GPS信號而地球磁場是無處不在的

另外如果我們處于靜止或是非常緩慢移動的狀態(tài)GPS只能判斷我們所處的位置并不能指示方向打開導(dǎo)航地圖會發(fā)現(xiàn)你所在位置顯示是一個小圓點而裝有電子羅盤的手機圓點周圍會顯示箭頭可以隨著手機的方位旋轉(zhuǎn)因此電子羅盤并不是可有可無的傳感器它是GPS定位的重要補充

不過電子羅盤雖然強大卻也有它的缺點它容易收到周圍磁場環(huán)境的影響比如有時當你打開指南針后會發(fā)現(xiàn)指針不停的旋轉(zhuǎn)手機會提示你進行校正這就是因為手機周圍的磁場環(huán)境過于復(fù)雜而產(chǎn)生紊亂了必須要進行手動校正校正原理就是通過其它傳感器捕捉手機運動同時記錄各方向的磁場數(shù)據(jù)具體操作非常簡單我們只需要揮動幾下手機就可以解決磁場問題了

本文由北京郵電大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)研究專業(yè)副教授張忠寶進行科學(xué)性把關(guān)

責編王紹紹張希