手機中的指南針是如何"指南"的？帶你了解其中奧秘

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准確判斷方向。那麼，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，更准確的說，應該稱之為“電子羅盤”，它是一種基於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。當電流垂直於外磁場通過半導體時，載流子發生偏轉，垂直於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。

由於我們的手機不單單平行於地面使用，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，如果我們處於靜止或是非常緩慢移動的狀態，GPS隻能判斷我們所處的位置，並不能指示方向，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”並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於復雜而產生紊亂了，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，我們隻需要揮動幾下手機，就可以解決磁場問題了。

本文由北京郵電大學計算機科學與技術研究專業副教授張忠寶進行科學性把關。