电子指南针的工作原理解析

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电子指南针的工作原理解析

电子指南针介绍

电子指南针又称作电子罗盘,电子罗盘一般来说有两大类材料能够实现,一种是霍尔材料,一种就是磁阻材料。

先说说霍尔原理:简单的说就是当恒定的电流通过一段导体时,其侧面的电压会随磁感应强度线性变化。手机通过测量电压,就可以测出磁感应强度的大小。

我们可以把地球磁场假定为和地平面平行,而如果在手机的平面垂直的放上两个这样的霍尔器件,就可以感知地球磁场在这两个霍尔器件的磁感应强度的分量,从而得到地球磁场的方向,有点类似于力的分解。

再说说磁阻材料,磁阻材料分为AMR、GMR材料,各有各的优点,因为专业性较强,在这里我们就不详细讨论了。而磁阻材料的特点是电阻会随磁感应强度的变化而变化,使用磁阻材料能构成一个电桥,测量电桥的两节点的电压,就可以测出单一方向的磁感应强度。同理,在手机中放置两个相互垂直的电桥,就可以测得磁场的方向。

电子罗盘一般都是三轴的

很多人不知道的是,手机的电子罗盘基本都是三轴的,因为我们的手机、腕表不单单是平行于地面来使用的,为了解决这个问题需要在三维空间内找到地球磁场的方向,所以必须用到三轴。而结合重力(加速度)传感器,就可以在三维空间内测算出磁场的方向了(人类果然是最伟大的生物)。

电子罗盘为何需要校正

当然,电子指南针虽然强大,但是却并非无敌的存在,很多时候大家应该会有这样的感觉,就是当你打开指南针后,会发现指南针的指针会不停的旋转,此时手机会提示你进行校正,这是受磁场环境的影响导致的,手机周围以及里面的磁场环境非常复杂,所以如果磁场紊乱了,必须要进行手动校正,校正原理就是通过其他传感器捕捉设备运动,同时记录各方向的磁场数据而已,可能我们只需要挥动挥动手,就可以解决磁场问题了。

电子陀螺仪和电子罗盘有什么区别

最后我们再来聊一聊电子陀螺仪和电子罗盘的区别,有些人认为是陀螺仪实现了指南针的功能,其实并非如此,电子陀螺仪和电子罗盘是完全不一样的,陀螺仪是通过惯性原理测量角速度,电子罗盘是通过磁电效应测量地球磁场,能够解算出方位角,也就数字指南针。

陀螺仪的主要作用是测一个动态的量(角速度),而电子罗盘主要是测一个静态或者准静态的量(手机、手表的指向或者说成与地球磁力线之间的夹角)。

不过现在可以通过一些算法做到用电子罗盘和重力加速传感器来模拟陀螺仪,这种模拟出来的陀螺仪叫做虚拟陀螺仪。虚拟陀螺仪的效果和真正的陀螺仪对比还是有很大的差距的,不过软件这东西的成本较低,所以很多公司都愿意使用虚拟陀螺仪,并且宣传实现了“陀螺仪效果”;有些几百元甚至千元的手机、运动手表用的就是这种虚拟陀螺仪。

磁偏角:电子罗盘相比传统机械式指南针的牛X之处

沈括在《梦溪笔谈》中记载与验证了磁针“常微偏东,不全南也”的磁偏角现象,比西欧记录早 400年。英国人罗伯特·诺曼(Robert Norman)发现一根磁针用绳子在半中间吊起来,跟水平形成一偏角,他将这称为磁偏角。1581年,他在自己的《新奇的吸引力》一书中发表了他的发现。

各个地方的磁偏角不同,而且,由于磁极也处在运动之中,某一地点磁偏角会随时间而改变 。许多海洋动物可以感应到磁偏角并利用它来识途 。

电子指南针的工作原理解析

磁偏角是磁场强度矢量的水平投影与正北方向之间的夹角,变即磁子午线与地理子午线之间的夹角。如果磁场强度矢量的指向偏向正北方向以东称东偏,偏向正北方向以西称西偏。

地磁极是接近南极和北极的,但并不和南极、北极重合, 一个约在北纬72°、 西经96°处;一个约在南纬70°、东经150°处。磁北极距地理北极大约相差1500km.

在一天中磁北极的位置也是不停的变动,它的轨迹大致为一椭圆形,磁北极平均每天向北移40m。磁北极大约于2005年进入俄罗斯境内。

在我国,正常情况下,磁偏角最大可达6度,一般情况为2-3度。

地图的方向:上北、下南、左西、右东是大多数地图的方向,但这可不是通用原则,如果地图上有方向标,可以通过方向标了解到这些。

磁偏角还是不断有规律变化的,地图上的磁偏角只是测图时的磁偏角(磁北比真北偏右,加上磁偏角;磁北比真北偏左,减去磁偏角;在我国一般是减去)。在户外使用纸质地图时本身所注的磁偏角要注意出版年限,地图越老误差就越大。

有关磁偏角的计算方法【点这里→】展开

磁偏角关于用经纬度计算距离

在地球赤道上环绕地球一周走一圈共40075.04公里,而一圈分成360°,1°为60′,每一度一秒在赤道上的长度计算如下:

40075.04km/360°=111.31955km 15″。

111.31955km/60=1.8553258km=1855.3m

而每一分又有60秒,每一秒就代表1855.3m/60=30.92m

任意两点距离计算公式为

d=111.12cos{1/[sinΦAsinΦB十cosΦAcosΦBcos(λB—λA)]}

其中A点经度,纬度分别为λA和ΦA,B点的经度、纬度分别为λB和ΦB,d为距离。

至于比例尺计算就不废话了

也许上面的冗长又深奥的回复让你大头了吧?

简单地说,也就是

1.不同的地方地磁偏角也不同!

2.正常情况下,我国磁偏角最大可达6度,一般情况为2-3度

3.东经25度地区,磁偏角在1-2度之间;北纬25度以上地区,磁偏角大于2度;若在西经低纬度地区,磁偏角是5-20度;西经45度以上,磁偏角为25-50度,在我国,正常情况下,磁偏角最大可达6度,一般情况为2-3度。

地球磁场是在不断变化的。它有长期变化和短期变化。地球磁场的短期变化部分,即上述的地球变化磁场;除去短期变化部分,便是地球基本磁场,即上述的偶极磁场。 地磁要素的长期变化,来源于地球内部的物质运动。它首先表现为地磁场的向西漂移。例如,0°磁偏线与赤道的交点,近 400 年来已西移 95°。

其次,磁场强度有稳定的衰减,近百年来,基本磁场强度衰减了 5%。如果 照此速度继续衰减下去,那么,基本磁场将会在 2 千年后消失。另外,磁极也在 移动,如地磁北极的纬度逐年递增 0°.004;其经度每年向西增加 0°.007。

没有调整磁偏角功能的指南针指示的是磁南极与磁北极,并不是地球真正的南极和北极。而且,指南针要想取得正确的方位,还要按不同测量地点来补偿磁倾角所形成的误差。常见的机械式指南针是没有这样的功能的(特别是磁倾角,如果你要旅行于南北半球与赤道地带的话,起码要准备3块经过不同调整的罗盘。除了Recta公司的DP系列罗盘,某些型号有自动校正系统)。而使用电子罗盘,磁偏角与磁倾角基本上都可以得到较容易的解决。

 

如何校准Garmin(佳明)的”指南针“呢?

以Fenix3为例,在户外应用指南针之前先进行校准:

  • 在表盘界面按上/下键切换至指南针插件,按START/STOP键进入菜单页;
  • 选择标定(Calibrate),手持手表按照图示操作,画几个“8”即可。

什么情况下需要校正?

换电池要校正、遇到强磁场要校正,较长时间没用也要校正。

 

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明
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目前评论:26   其中:访客  26   博主  0

    • 沙漠淘金 沙漠淘金 4

      长知识了,以前真没了解过。

      • Dandelion Dandelion 3

        受教了,多学习,长知识,长见识。

        • ☆枫☆ ☆枫☆ 5

          学习了,谢谢作者

          • jackkwan jackkwan 1

            第一次认识,学习学习

            • qianlima qianlima 2

              学习了,感谢

              • silence_sx silence_sx 2

                我一直以为手表自己矫正,原来原理是这样的,校正方法和手机一样也是绕“8”字,finex3是虚拟陀螺仪还是真实的,小编好像没说。这么贵的表应该不是软件模拟的吧

                • zhenzhu zhenzhu 3

                  学习了,受益,谢谢

                  • 4klover 4klover 7

                    学习了,涨知识

                    • coffeeton coffeeton 4

                      比较专业的解释,但我的物理知识早还给老师了

                      • 小豆的老豆 小豆的老豆 5

                        学习了

                        • 胖胖熊 胖胖熊 3

                          长知识了。

                          • 873903421@qq.com [email protected] 5

                            学习了

                            • hongker hongker 4

                              涨姿势, :wink:

                              • 做你唯一的阿楞▁↗ 做你唯一的阿楞▁↗ 2

                                受教了,一会去试试 :cool:

                                • 火狐狸 火狐狸 5

                                  头一次看到这个原理

                                  • iori860313 iori860313 4

                                    顶一个,让人多的人知道

                                    • Andy Andy 6

                                      长知识了。

                                      • tim8333181 tim8333181 5

                                        长知识了

                                        • gbaaaa gbaaaa 6

                                          这个真的学习啦,长见识

                                          • tank tank 8

                                            长知识了

                                            • zh迪 zh迪 6

                                              学习了,感谢。

                                              • vop8456 vop8456 5

                                                学习了,谢谢!

                                                • 你的虎六舅 你的虎六舅 1

                                                  我用米兰尼斯带磁铁的表带会不会影响到陀螺仪

                                                  • ◢◤◢◤◢◤◢◤◢◤ ◢◤◢◤◢◤◢◤◢◤ 4

                                                    长知识了

                                                    • Andy Andy 6

                                                      学习了