手机电子罗盘如何帮我们准确判断方向?

手机中的电子罗盘是一种基于霍尔效应的磁传感器,可测量地磁场方向,为我们指示地理南北极。目前,手机电子罗盘基本都是三轴的,即结合重力加速度传感器,在三维空间内测算出磁场方向。

  我们知道,借助手机中的指南针,也就是基于霍尔效应的磁传感器制成的电子罗盘,我们可以准确判断方向。那么,它是如何做到的呢?在回答这一问题之前,首先,让我们来看看传统指南针是如何指南的。

手机电子罗盘如何帮我们准确判断方向?

手机上的电子罗盘指示界面,资料图

  地理南北极与地磁南北极相反,地磁的南极在地理的北极附近,地磁的北极在地理的南极附近。传统指南针,就是一块小磁铁,因此指南针的北极会被地磁的南极吸引,而指向地理的北极,同理指南针的南极指向地理的南极。所以,从本质上说,指南针显示的其实是地磁场的方向。

  目前,手机中内置的指南针,更准确的说,应该称之为电子罗盘,它是一种基于霍尔效应的磁传感器,可测量地磁场的方向,进而为我们指示地理南北极。

  霍尔效应是电磁效应的一种。当电流垂直于外磁场通过半导体时,载流子发生偏转,垂直于电流和磁场的方向会产生一个附加电场,从而在半导体的两端产生电势差,这一现象就是霍尔效应,这个电势差也被称为霍尔电势差。

手机电子罗盘如何帮我们准确判断方向?

典型的霍尔效应示意图,资料图

  电流方向、磁场方向、电场方向满足左手定则,所以当已知电流方向,手机又测得附加电场方向,就可以算出磁场方向。在电流和磁场一定时,霍尔效应的强弱与导体在磁场中的方位有关,导体与磁场的夹角越大,霍尔效应越强。

  由于我们的手机不单单平行于地面使用,所以,还需要在三维空间内找到地球磁场的方向。因此,目前手机的电子罗盘基本都是三轴的,即结合重力加速度传感器,在三维空间内测算出磁场方向。

  或许有人会问,现在手机都有GPS定位功能了,还有必要装个电子罗盘吗?其实,很有必要。如果在深山老林或大厦林立的地方,卫星信号将变得微弱,手机很可能会失去GPS信号,而地球磁场是无处不在的。

手机电子罗盘如何帮我们准确判断方向?

手机电子罗盘校准,资料图

  另外,如果我们处于静止或是非常缓慢移动的状态,GPS只能判断我们所处的位置,并不能指示方向,打开导航地图会发现你所在位置显示是一个小圆点。而装有电子罗盘的手机,圆点周围则会显示箭头,可随着手机的方位旋转。因此,电子罗盘并不是可有可无的传感器,它是GPS定位的重要补充。

  不过,电子罗盘虽然强大,却也有其缺点,特别是它容易受到周围磁场环境的影响。比如,有时当你打开指南针后,会发现指针不停的旋转,手机会提示你进行校正。这就是因为手机周围的磁场环境过于复杂而产生紊乱了,必须要进行手动校正,校正原理就是通过其它传感器捕捉手机运动,同时记录各方向的磁场数据。具体操作非常简单,我们只需要挥动几下手机,就可以解决磁场问题了。

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