手机中的指南针是如何"指南"的?

2019-08-28
来源:人民网-科普中国
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  随着科技的进步,手机功能越来越强大,手机中的指南针大家都不陌生。通过指南针我们可以准确判断方向。那么,它是如何做到的呢?
  
  首先,我们来看看传统指南针是如何“指南”的。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,可以测量地磁场的方向,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。
  
  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。
  
  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会显示箭头,可以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,却也有它的缺点,它容易收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。
  
  原标题:手机中的指南针是如何"指南"的?带你了解其中奥秘
责任编辑:xhw020

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