如今,人们出门在外都依赖着导航,而导航也都配备着指南针的功能,而智能手机中的指南针可不是我们印象中的指南针。今天我们就来了解了解着手机里的“指南针”有什么奥秘!
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指南针原理
我们先来回忆下真正的指南针指南针,古代又叫司南,是中国古代劳动人民在长期的实践中对磁石磁性认识的结果。作为中国古代四大发明之一,它的发明对人类的科学技术和文明的发展,起了无可估量的作用。在中国古代,指南针起先应用于祭祀、礼仪、军事和占卜与看风水时确定方位。在现代也常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。那为何磁铁可以指南呢?
我这里就简单说一下原理地球是一个大磁体,南北极之间会存在一个磁场。地理北极正好是磁场的南极,而地理南极又是磁场的北极。指南针主要组成部分是一根装在轴上的磁针,磁针在天然地磁场的作用下可以自由转动并保持在磁子午线的切线方向上,磁针的南极指向地理南极(磁场北极),利用这一性能可以辨别方向。
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手机上的指南原理
手机中内置的指南针,更准确的说,应该称之为“
电子罗盘”,这是说我们手机里面有一个小小的磁针吗?不是!行使罗盘功能的其实是一个能对磁场做出相应的传感器。经过我们调查发现,现在手机上普遍采用基于“霍尔效应”原理的磁场测量器件。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。它是一种对磁场敏感的材料制成的传感器,这个霍尔元件是通过霍尔效应制成的。霍尔效应是电磁效应的一种。这个其实高中物理也有介绍,我这里也就简单说一下大概原理
磁场中的导体,在半导体上外加与电流方向垂直的磁场,会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集,在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场,电场力与洛伦兹力产生平衡之后,不再聚集,此时电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力,使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移,这个现象称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压,而这个现象就叫作霍尔效应。
当磁场和电场趋于稳定时,霍尔效应的强弱就会和导体在磁场中的方位角有直接关系,并且导体与磁场之间的夹角越大则霍尔效应越明显。于是通过这一原理就制成了手机中的这种霍尔传感器,通过它我们便可以知道所处的方位了。
,使用过手机上的指南针的朋友,可能都有遇到过有时候这个指南针的指针会不停的跳动,并且软件还会提示你校正。这是因为你所处的周围有其他比较强的磁场,由于受到它的干扰的结果才导致的。当你进行校正的时候,指南针会通过借助重力(加速度)传感器的作用来判读出哪些是干扰磁场,哪个是地磁场,于是就可以继续正常工作了。
由于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,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。
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电子罗盘和GPS
还有非常重要的一点,如果我们处于静止状态或是非常缓慢移动,GPS只能判断我们所处的位置,并不能指示方向。打开导航地图你将会发现所在位置显示一个小圆点,而有“电子罗盘”就会显示箭头,并可以随着手机的方位旋转。,“电子罗盘”并不是可有可无的传感器,是GPS定位的重要补充。
因为GPS受到信号的强弱干扰是非常大的,大家应该遇到过“GPS信号弱”这种情况,这种情况下GPS就难指路了。所以如果在森山老林或者偏远的地区,指南针是非常有效的,因为地球磁场是无处不在的,不会出现“掉线”的情况。
,如果你固定在某个位置的时候,GPS显示的就是你所在的位置,具体的方向是不会显示的,还是依靠你自己的判断,那么你在指明你的位置的时候,你就很难和人家讲,你“往东走几公里就可以看到我了”。指南针就可以清楚的指明方向,所以你很容易可以说明方位,指南针在日常生活中是必不可少的。
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判断手机指南功能
那么如何通过简单的方式判断手机是否支持指南针功能呢?其实很简单,我们可以去应用市场中下载可以检测手机传感器的软件,来查看是否有霍尔传感器;或者也可以下载一个指南针软件,查看它是否可以正常工作;还可以打开手机上的地图软件,查看自己所在位置是否是一个小三角,如果是的话就是支持的,否则只是一个小圆点那就是不支持。