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

本文由北京邮电大学计算机科学与技术研究专业副教授张忠宝进行科学性把关

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