科学解释手机辨别方向 内置霍尔效应电子指南针

大参考

　　一直以来有个问题困扰着大家，手机软件究竟是如何辨别方向的呢？其实这个问题很简单，手机装入软件能分出东南西北是因为手机中内置了电子指南针，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。

　　先来讲讲霍尔原理吧，简单来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。

　　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）。

　　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手机运动，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。

　　最后我们再来聊一聊电子陀螺仪和电子指南针的区别，这位网友认为是陀螺仪实现了指南针的功能，其实并非如此，电子陀螺仪和电子指南针是完全不一样的，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”。