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手機中的指南針是如何"指南"的?

2019-08-28
來源:人民網-科普中國
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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,從本質上說,指南針顯示的其實是地磁場的方向。
  
  目前,手機中內置的指南針,更準確的說,應該稱之為“電子羅盤”,它是一種基于霍爾效應的磁傳感器,可以測量地磁場的方向,進而為我們指示地理南北極。
  
  霍爾效應是電磁效應的一種。當電流垂直于外磁場通過半導體時,載流子發生偏轉,垂直于電流和磁場的方向會產生一個附加電場,從而在半導體的兩端產生電勢差,這一現象就是霍爾效應,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,霍爾效應的強弱與導體在磁場中的方位有關,導體與磁場的夾角越大,霍爾效應越強。
  
  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,即結合重力(加速度)傳感器,在三維空間內測算出磁場方向。
  
  或許有人會問,現在手機都有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,GPS只能判斷我們所處的位置,并不能指示方向,打開導航地圖會發現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。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境的影響。比如,有時當你打開指南針后,會發現指針不停的旋轉,手機會提示你進行校正。這就是因為手機周圍的磁場環境過于復雜而產生紊亂了,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據。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。
  
  原標題:手機中的指南針是如何"指南"的?帶你了解其中奧秘
責任編輯:xhw020
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