智能手机定向是怎样做到的?

作者:浮夸的晓编 分类:智库 发布于:2014-10-6
  现在的智能手机一般都带有指南针功能,给我们带来了极大的方便。但你想过没有,它究竟是如何识别方向的呢?

  迅速普及的智能手机,为我们带来了极大的方便。在使用手机时,有人也许注意到,它还能当指南针用。

  那么,手机是怎么知道哪个方向是南、哪个方向是北的呢?有人说,“那还不简单,它里头肯定有个指南针呗”。话是这么说,但就算你把手机大卸八块,也不可能在一堆元件中找到那个存在于想象中的“针尖晃晃悠悠指向南方”的“指南针”——的确,手机里根本就没有这个东西。

  那么,它是怎么知道方向的呢?

  认真说起来,其中蕴含的道理,很可能比你想象的还要复杂得多呢!为了更深入地理解它的原理,还是让我们从指南针开始讲起吧。

  源远流长指南针

  早在我国的战国时代,就已经出现了一种可以指示方向的器具“司南”,意思就是“指南”。人们将天然的磁石磨成勺状,磁石的南极被磨制成勺柄,然后把这个磁勺放在青铜制成的光滑的盘面上。轻轻旋转磁勺,当它停止转动时,勺柄指向的就是南方。可以说,司南是最早的利用地磁场辨别方向的仪器,也是现代指南针的原型。随着社会(特别是航海业)的不断发展,人们对指示方向的需求越来越迫切。到了北宋,人们将薄铁片裁剪成鱼形,然后用地磁场将它磁化,这就是所谓的“指南鱼”。行军时,将指南鱼随身携带;使用时,让它浮在水面上就可以指南。后来,人们又用磁石来摩擦钢针使之磁化,由此制成指南针,后来又一步步演化成现代指南针的形状。

  其实,不管是司南、指南鱼还是指南针,它们之所以能够定向,都是因为它们与地球的磁场之间存在着相互作用力的缘故。在这个微弱的力的作用下,易被外力左右的司南、指南鱼或指南针就可以被推动,直到指示的方向趋于稳定时,这个作用力的力矩也就逐渐消失了。这时,它所指的就是地磁的南北方向。

  地球表面是有磁场的,这个磁场的南北极与地球地理意义上的南北极正好相反:地球的南极对应地磁场的北极(磁北极),地球的北极对应地磁场的南极(磁南极)。也就是说,指南针的南极,指示的其实是磁北极的方向。不仅如此,地理意义上的南(北)极和地磁场的北(南)极还并不重合,而存在着一个11°左右的夹角。研究表明,地球的磁南极和磁北极的位置并不固定,而是会移动的。尽管如此,地磁场的南北极在不太长的时间段内还是比较稳定的,因此,我们可以通过探测地磁场来获得关于地理方位的精确信息。

  手表指南法

  在野外,白天看太阳、晚上找北极星,都不难判断方向。更高级一些的方法,则要用到手表(仅适用于有表盘的手表)和太阳。比如现在是早上8点,那么将这个“8”除以2,得到了“4”;再将手表表盘上“4”的刻度位置指向太阳,那么此时表盘上“12”的刻度指向的就是北方。如果是下午4点,先要换算成16时,再将这个“16”除以2所得的“8”对准太阳,那么“12”所指的就是北方。这只是个粗略的方法,因为某个时刻太阳在天空中的位置一年四季是有变化的。

  在指南针中,被磁化的小磁针在地磁场的作用力下会发生偏转,最终磁针会沿着地磁场的南北方向排列,从而为我们指明方向。那么,手机也是靠磁针偏转来进行定向的吗?

  答案是否定的。原来,在手机内部有个特殊部件,叫做“电子指南针”。它与我们印象中的指南针不同,并不是一根细小的磁性金属,而是由一层层的薄膜构成的。它能够感应到地磁场的方向,进而将这种感应转化为智能手机可以识别的电信号,以此实现定向。这一功能可以通过两种效应实现,第一种叫做霍尔效应,第二种叫做磁电阻效应