什么是羅盤(pán)針?電子羅盤(pán)針工作原理是什么?

羅盤(pán)針，其實(shí)就是我們常說(shuō)的指南針。通過(guò)羅盤(pán)針，我們可以輕易地分辨現(xiàn)實(shí)世界中的方向。為增進(jìn)大家對(duì)羅盤(pán)針的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)羅盤(pán)針、電子羅盤(pán)針工作原理予以介紹。如果你對(duì)羅盤(pán)針、電子羅盤(pán)針具有興趣，不放繼續(xù)往下閱讀哦。

一、什么是羅盤(pán)針

羅盤(pán)針，也就是指南針，古代叫司南，主要組成部分是一根裝在軸上的磁針，磁針在天然地磁場(chǎng)的作用下可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)并保持在磁子午線的切線方向上，磁針的南極指向地理南極(磁場(chǎng)北極)，利用這一性能可以辨別方向。

常用于航海、大地測(cè)量、旅行及軍事等方面。物理上指示方向的指南針的發(fā)明有三類部件，分別是司南、羅盤(pán)和磁針，均屬于中國(guó)的發(fā)明。 據(jù)《古礦錄》記載最早出現(xiàn)于戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的磁山一帶。

指南針是中國(guó)古代勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的實(shí)踐中對(duì)磁石磁性認(rèn)識(shí)的結(jié)果。作為中國(guó)古代四大發(fā)明之一，它的發(fā)明對(duì)人類的科學(xué)技術(shù)和文明的發(fā)展，起了無(wú)可估量的作用。在中國(guó)古代，指南針起先應(yīng)用于祭祀、禮儀、軍事和占卜與看風(fēng)水時(shí)確定方位。

磁針問(wèn)世后，先后用于堪輿和航海。為了使用方便，讀數(shù)容易，加上磁偏角的發(fā)現(xiàn)，對(duì)指南針的使用技巧提出了更高的要求，方家首先將磁針與分度盤(pán)相配合，創(chuàng)制了新一代指南針——羅盤(pán)。不過(guò)有些場(chǎng)合，碗中的水浮磁針仍在使用，故沈括《夢(mèng)溪筆談》卷二十四稱“水浮多蕩搖”。江蘇、河北和遼寧旅大曾出土元代的不帶刻度的指南針專用針碗。當(dāng)航船還在使用浮針加針碗時(shí)，堪輿羅盤(pán)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)地跑到了前面。

考古資料表明，堪輿家選擇墓穴采用二十四向表示法大約始于唐末。南唐何溥主持建徽城，看風(fēng)水時(shí)也用二十四向表示法。何溥所撰的《靈城精義》“理氣章正訣”中說(shuō)，“地以八方正位，定坤道與輿圖，故以正子午為地盤(pán)，居內(nèi)以應(yīng)地之實(shí)。”天以十二分野，正躔度之次舍，故以壬子丙午為天盤(pán)，居外以應(yīng)天之虛?！弊髡?、時(shí)代不明的《九天玄女青囊海角經(jīng)》“理氣篇”中有一段幾乎相同的文字，兩者應(yīng)同出一源。

二、電子羅盤(pán)針工作原理

三維電子羅盤(pán)由三維磁阻傳感器、雙軸傾角傳感器和MCU構(gòu)成。三維磁阻傳感器用來(lái)測(cè)量地球磁場(chǎng)，傾角傳感器是在磁力儀非水平狀態(tài)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償;MCU處理磁力儀和傾角傳感器的信號(hào)以及數(shù)據(jù)輸出和軟鐵、硬鐵補(bǔ)償。該磁力儀是采用三個(gè)互相垂直的磁阻傳感器，每個(gè)軸向上的傳感器檢測(cè)在該方向上的地磁場(chǎng)強(qiáng)度。

向前的方向稱為x方向的傳感器檢測(cè)地磁場(chǎng)在x方向的矢量值，向左或Y方向的傳感器檢測(cè)地磁場(chǎng)在Y方向的矢量值;向下或Z方向的傳感器檢測(cè)地磁場(chǎng)在Z方向的矢量值。

每個(gè)方向的傳感器的靈敏度都已根據(jù)在該方向上地磁場(chǎng)的分矢量調(diào)整到最佳點(diǎn)，并具有非常低的橫軸靈敏度。傳感器產(chǎn)生的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行放大后送入MCU進(jìn)行處理。磁場(chǎng)測(cè)量范圍為±2Gauss。

通過(guò)采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，磁力儀能夠分辨出小于1mGauss的磁場(chǎng)變化量，我們便可通過(guò)該高分辨力來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量出200-300mGauss的X和Y方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度，不論是在赤道上的向上變化還是在南北極的更低值位置。

僅用地磁場(chǎng)在X和Y的兩個(gè)分矢量值便可確定方位值：Azimuth=arcTan(Y/X)該關(guān)系式是在檢測(cè)儀器與地表面平行時(shí)才成立。當(dāng)儀器發(fā)生傾斜時(shí)，方位值的準(zhǔn)確性將要受到很大的影響，該誤差的大小取決于儀器所處的位置和傾斜角的大小。為減少該誤差的影響，采用雙軸傾角傳感器來(lái)測(cè)量俯仰和側(cè)傾角，這個(gè)俯仰角被定義為由前向后方向的角度變化;而側(cè)傾角則為由左到右方向的角度變化。

電子羅盤(pán)將俯仰和側(cè)傾角的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換計(jì)算，將磁力儀在三個(gè)軸向上的矢量在原來(lái)的位置“拉”回到水平的位。

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