Геомагнитный датчик в смартфоне? Для чего нужен и как им пользоваться?

Геомагнитный датчик в телефоне — что это и зачем нужно?

Содержание

Всё, что нужно знать о датчиках в вашем смартфоне

Ваш смартфон — настоящее произведение инженерного искусства. Он сочетает в себе функции по меньшей мере десятка разных гаджетов. И большей частью своих удивительных возможностей он обязан разнообразным сенсорам. Но каким именно и как они устроены?

Как телефон подсчитывает ваши шаги? Расходует ли GPS ваш трафик? На какие датчики нужно обратить внимание при выборе нового телефона? Вот все, что вам нужно знать о современном смартфоне.

Акселерометр

 Акселерометр отслеживает изменение скорости движения устройства и его повороты вокруг своей оси. Такие датчики устанавливаются не только в телефонах, но и в фитнес-трекерах — именно с их помощью смартфон может подсчитывать ваши шаги, даже если у вас нет никаких носимых гаджетов.

Анализируя данные акселерометра, приложения могут определить, в какую сторону направлен телефон, — эта технология находит все более широкое применение с распространением дополненной реальности.

Существуют различные типы акселерометров, но самый распространенный — пьезоэлектрический. В таких акселерометрах сенсор представляет собой микроскопический кристалл, который деформируется под действием сил ускорения. При этом кристалл вырабатывает электрический ток. Анализируя силу тока, система определяет, как быстро и в каком направлении движется ваш телефон. Поэтому Snapchat добавляет на карту забавный стикер с автомобилем, когда вы используете приложение за рулем.

Акселерометр является одним из самых важных датчиков вашего телефона: без него вы не могли бы пользоваться автоматическим поворотом экрана, а навигационные приложения не могли бы определять текущую скорость.

Гироскоп

Гироскоп дает точные данные о положении смартфона в пространстве, что бывает полезно в играх и при создании 360-градусных фотографий

Гироскоп помогает акселерометру с гораздо более высокой точностью определить, как именно ваш телефон ориентирован в пространстве. Поэтому 360-градусные панорамы выглядят так впечатляюще.

Всякий раз, когда вы запускаете на смартфоне гоночный симулятор и наклоняете экран, чтобы повернуть руль, именно гироскоп помогает приложению понять, что вы делаете. Поскольку при этом вы не перемещаетесь в пространстве, этих условий было бы недостаточно недостаточно для работы акселерометра.

Гироскопы используются не только в телефонах. Их можно найти в самолетах, где они помогают определить высоту и положение, и в системах стабилизации, которые позволяют фото- и видеокамерам делать плавную съемку в движении.

Старые гироскопы, которые еще можно найти в самолетных высотомерах, используют механическое движение маховика, но гироскоп в вашем смартфоне представляет собой микроэлектромеханическую систему (МЭМС) — крошечный инерциальный датчик, который может поместиться на печатной плате.

Впервые МЭМС-гироскопы были использованы в iPhone 4 в 2010 году — и произвели фурор: никогда еще телефон не умел определять свою ориентацию в пространстве с такой точностью. Сегодня мы считаем это чем-то само собой разумеющимся.

Магнитометр (датчик Холла)

Магнитометр (магнитный компас) встречается не во всех смартфонах. Этот датчик измеряет уровень магнитного поля и используется для комфортной работы с навигационными сервисами и в случае запуска цифрового компаса. Работа с чехлами, которые позволяют разблокировать смартфон при открывании аксессуара, тоже зависит от наличия магнитометра.

Многие смартфоны не имеют аппаратного магнитометра, что не позволяет использовать соответствующие аксессуары. В них используется так называемый цифровой (программный) компас, который используется в навигации, но является менее точным.

Применение датчиков Холла

Изначально датчик Холла стал применяться в автомобилестроении. С его помощью определяется угол положения коленвала или распредвала. В более старых автомобилях он используется для получения сигнала об образовании искры.

Датчики Холла широко применяются в производстве амперметров, способных определять силу тока от 250 мА до тысяч ампер. С помощью датчиков можно измерять силу постоянного и переменного тока высокой частоты. При этом она будет пропорциональна индукции магнитного поля, которая наводится током, проходящим через проводник.

Датчики Холла используются при изготовлении электромеханических приводов, специальных систем для обеспечения работы исполнительных механизмов на фабриках и заводах. В этом случае датчики будут регулировать правильное положение механизма.

В современные смартфоны и планшеты встроено большое количество контроллеров и блоков. Одним из таких и является датчик Холла.

В этом материале мы расскажем, зачем он нужен в телефоне и как вообще он применяется в смарт-технике.

Они могут быть как основными деталями телефона ( , модуль памяти), так и вспомогательными (положения, приближения и другие элементы).

Определение и принцип работы

Датчик Холла – это измерительное устройство, целью которого является определение наличия и всех сопутствующих параметров магнитного поля. Своё название он получил в честь так называемого «эффекта Холла» и ученного Эдвина Холла, который и открыл эффект еще в 1879 году.

Учёный в лабораторных условиях изучал свойства электрического тока.

В результате, была определена прямая зависимость между током и магнитным полем: после того, как элементы электрической цепи были помещены в зону действия магнитного поля, напряжение тока в проводнике изменялось в зависимости от интенсивности магнитных излучений.

Фактически, это устройство определяет наличие магнитного поля. Напряжение поля им не измеряется. В результате, смартфон или другой гаджет может легко взаимодействовать с пространством, заменяя привычный компас и другие приборы.

Полезная информация:

Первые приборы Холла использовались в сфере машиностроения: в автомобилях и заводских установках. В автомобилях измерял угол распредвала/коленвала.

В более старых моделях машин, прибор позволял определить момент появления искры.

С течением времени и научно-технического прогресса датчики начали использовать во многих предметах, встречающихся в быту: бесконтактные выключатели, устройства для определения уровня жидкости и другие.

Также, результат работы датчика Холла является основой аппарата .

Устройство используется в сфере безопасности – для организации защиты периметра. Датчик измеряет любые изменения в магнитном поле, постоянно контролируя безопасность на охраняемом объекте.

Как проверить наличие в смартфоне?

Первый способ проверки наличия датчика – это описание характеристик телефона. Их можно найти в открытом доступе в интернете.

Однако, не во всех интернет-магазинах или форумах может упоминаться датчик Холла как один из встроенных модулей. Как правило, такая характеристика не вносится в число основных.

Если вы еще не приобрели телефон, зайдите на сайт производителя и скачайте электронную инструкцию по использованию смартфона.

В ней всегда детально описаны все аппаратные компоненты. Также, можно воспользоваться одним из следующих способов :

  • Почитайте отзывы о гаджете. Возможно, другие владельцы обозначили наличие датчика;
  • Задайте вопрос администрации интернет-магазина , через который планируете покупать товар;
  • Найдите тематические группы, которые посвящены модели телефона , и в них задайте интересующий вопрос владельцам аналогичных телефонов;
  • Посмотрите видео обзоры гаджета на YouTube. Как правило, они являются полными и упоминают обо всех аппаратных и программных особенностях телефона.

Если вы уже купили телефон и хотите проверить наличие контроллера Холла, нет необходимости выполнять вышеуказанные действия. Возьмите магнит любого размера и приложите его к экрану телефона. Гаджет со встроенным датчиком мгновенно погаснет и заработает снова только после того, как вы уберете магнит.

Барометр

Встроенный в смартфон барометр позволит с высокой точностью определять атмосферное давление. С помощью этого датчика легко выяснить текущее положение над уровнем моря. Присутствие барометра существенно повышает точность данных GPS, но является привилегией топовых дорогих смартфонов.

Шагомер

Шагомер или педометр помогает контролировать пройденное расстояние, выраженное в количестве шагов. Наличие этого сенсора демонстрирует то, что владелец смартфона уделяет внимание физическим нагрузкам и состоянию своего здоровья.

Отдельный датчик шагов может быть только в некоторых смартфонах и умных часах, ориентированных специально на спортсменов и людей, которые хотят вести более подвижный образ жизни. В других смартфонах шаги считаются с помощью стандартных датчиков и специальных спортивных программ, но немного менее точно.

Датчик приближения

Датчик приближения является обязательным модулем, который блокирует экран во время разговора от случайных нажатий (когда экран прикладывается к щеке). Кроме этого, в некоторых более дорогих моделях успешно реализована система управления жестами с использованием датчика приближения.

Датчик освещенности

Датчик освещенности устанавливается для замера освещенности вокруг смартфона. На основе полученной с него информации смартфон может автоматически выставлять комфортную яркость экрана. Это крайне полезный датчик, облегчающий использование смартфона без необходимости постоянной ручной регулировки яркости, но может отсутствовать в некоторых бюджетных смартфонах.

На улице при ярком свете экран будет максимально ярким и хорошо читаемым, в помещении яркость будет снижаться до среднего уровня, а в вечернее время и затемненном помещении подсветка будет опускаться до минимального щадящего для глаз уровня.

Датчик влажности воздуха

В этом, к слову, также преуспел четвёртый представитель линейки Galaxy S. Благодаря этому датчику четвёртая «Галактика» сообщала об уровне комфорта – соотношении температуры и влажности.

Педометр

Несмотря на довольно не очевидное название, задачей педометра является определение количества пройденных пользователем шагов. Да, совсем как в большинстве умных часов и фитнес-браслетов. Одним из первых устройств с настоящим педометром стал Nexus 5.

Дактилоскопический сенсор

Стандартом в современных смартфонах в последние годы стал сканер отпечатка пальца. Используя этот способ разблокировки, можно закрыть доступ к устройству или отдельным приложениям от посторонних.

Разблокировка смартфона с помощью датчика отпечатка пальцев позволяет ускорить получения доступа к функционалу смартфона и предотвратить доступ к личным данным в случае его утери или кражи.

Сканер отпечатка пальца обеспечивает высокий уровень защиты смартфона, потому что в отличие от пароля или графического ключа найти способ разблокировки без заданного пальца практически невозможно.

Сканер отпечатков пальцев

Об этом вы, конечно же, слышали. Благодаря сканеру отпечатков пальцев можно не только сократить время разблокировки смартфона, но и надёжно защитить свои данные. Среди наиболее популярных девайсов с пресловутым сканером – iPhone 5s, HTC One Max и Samsung Galaxy S5.

Сканер радужной оболочки

Данный сенсор впервые использовала компания Samsung на флагмане Galaxy Note 7. Он работает почти такой же быстро, как сканер отпечатков пальцев, но данная технология пока не так безопасна и надежна.

Специальный инфракрасный луч сканирует радужную оболочку глаза. Такой сенсор способен работать даже в темноте и может идентифицировать пользователя, если тот носит очки или контактные линзы.

Температурный датчики

Несложно догадаться, что этот сенсор измеряет температуру. Он бывает двух видов: внутренний и внешний. Первый отвечает за измерение температуры внутри устройства и предотвращения его перегрева, второй измеряет температуру окружающей среды. В смартфонах последний встречается достаточно редко, а первый есть практически на каждом гаджете.

Гигрометр

Гигрометр позволяет телефону измерять влажность воздуха. На данный момент встретить его на смартфонах можно достаточно редко. Благодаря такому сенсору пользователь может определять, когда стоит включать прибор для осушения или увлажнения воздуха.

Датчик сердцебиения

Раз уж мы заговорили о нынешнем южнокорейском флагмане, нельзя не упомянуть и датчик сердцебиения, созданные для измерения пульса. Впрочем, многие пользователи в необходимости его внедрения откровенно сомневаются.

Датчик вредного излучения

Поверить довольно непросто, однако в этом мире действительно есть смартфон со встроенным датчиком вредного излучения. Прихвастнуть его наличием может японский Sharp Pantone 5. После запуска специального приложения последний демонстрирует окружающий уровень радиации. Неожиданно, не так ли?

GPS

Спутники GPS всегда знают, где находится ваш телефон.

Ах, GPS, где бы мы были без тебя? Вероятно, блуждали бы где-то в глуши, проклиная день, когда решили сменить бумажные карты, компас и секстант на электронные устройства.

GPS-модуль в вашем телефоне связываются со спутниками на орбите, чтобы определить, где именно на поверхности планеты вы находитесь. Для этого даже не нужна сотовая сеть: если ваш телефон потерял сигнал, вы все равно можете видеть свое местоположение, хотя загрузить подробную карту вам, скорее всего, не удастся.

Фактически телефон поочередно связывается с несколькими спутниками, а затем вычисляет, где вы находитесь, по задержке сигнала. Если связаться со спутниками не удается, — например, когда вы находитесь в помещении или под очень плотной облачностью, — определить ваше положение не получится.

GPS не расходует трафик, но связь со спутниками и вычисления могут сильно сказаться на заряде батареи, поэтому многие руководства рекомендуют отключать GPS-навигацию, чтобы дольше оставаться на связи. По этой же причине модуль GPS обычно не включается в более мелкие устройства — например, в большинство смарт-часов.

GPS— не единственный способ определить ваше положение на карте: его можно приблизительно установить по расстоянию до сотовых вышек. Однако высокой точности без него не добиться. Современные GPS-модули объединяют данные от спутников с показаниями компаса и уровнем сигнала сети, чтобы определить ваше местоположение с точностью до нескольких метров.

Что такое геомагнитный датчик

Встраиваемый в мобильное устройство геомагнитный датчик (geomagnetic fields sensor, магнитометр) являет собой сенсор, реагирующий на магнитные поля Земли, то есть, улавливающий электромагнитное излучение. Поскольку с его помощью можно определить стороны света и узнать текущее направление девайса, он именуется также «электронный компас».

Измерения магнитных полей, выполняемые датчиком, позволяют хорошо ориентироваться на местности, что обеспечит точную навигацию и очень выручит в отсутствии модуля GPS на устройстве, ведь с магнитометром легко определить текущее местонахождение смартфона и направление движения (при этом подразумевается использование Wi-Fi и вышек сотовой связи).

Отличия между магнитными и геомагнитными датчиками

Пользователь телефона может обнаружить, что устройство оснащено двумя разновидностями датчиков: магнитным и геомагнитным. Они отличаются предназначением и вариантами повседневного использования.

Магнитный датчик улавливает магнитное поле. Он обладает простой конструкцией и способен просто регистрировать напряженность окружающего поля. Альтернативное название элемента — датчик Холла. Им оснащаются современные смартфоны для взаимодействия с аксессуарами. Наглядным примером являются чехлы в форме книжек. После закрытия обложки датчик регистрирует приближение магнита, подавая сигнал операционной системе. В результате экран телефона автоматически выключается. Эта возможность сохраняет заряд батареи и одновременно исключает случайные нажатия. Пользователю больше не требуется самостоятельно блокировать систему — достаточно закрыть чехол.

Геомагнитный датчик отличается усовершенствованной конструкцией, позволяющей регистрировать магнитное поле Земли. Обычно он устанавливается производителями в современные и дорогостоящие телефоны. Предназначение сенсора — точное определение сторон света. Таким образом, владелец смартфона сможет пользоваться им в качестве компаса.

Точность определения сторон света достаточно высокая, но перед эксплуатацией производители рекомендуют выполнить калибровку датчика. Для этого нужно несколько раз совершить круговые движения мобильным устройством в пространстве. Подробная инструкция обычно встречается в приложениях-компасах.

Для чего нужен геомагнитный датчик

На смартфонах датчик геомагнитного анализа используется чаще всего для определения местоположения объекта и стороны света, куда направлен девайс. Информация об отслеживании ориентации устройства в пространстве относительно магнитных полюсов пригодится при работе с картографическими приложениями. Софт данной категории относится к must have для любого современного мобильного устройства и обычно на девайсах под управлением Android уже предустановлены карты (Google Maps), альтернативные варианты можно устанавливать самостоятельно из магазина Google Play.

Наиболее распространённое применение магнитометра в смартфоне – реализация компаса и улучшение геомагнитного позиционирования, но можно использовать его также в качестве металлоискателя и с целью поиска проводки в стенах помещений, для чего потребуется установка специального ПО.

Вместе с акселерометром и гироскопом магнитометр позволяет полноценно использовать Android-устройство в качестве геймпада на компьютере.

Как пользоваться компасом на телефоне?

Несмотря на наличие геомагнитного датчика, в некоторых телефонах нет «родного» приложения для его использования. В этом случае пользователю нужно установить стороннюю программу. После установки желательно ознакомиться с инструкцией эксплуатации, где разработчик подробно описывает все возможности программы.

Большинство приложений обладают простым интерфейсом с изображением компаса и встроенной функцией калибровки датчика. Подробная статья о компасе в телефоне доступна по этой ссылке. Если сомневаетесь в поступающей со смартфона информации, проверьте значения с реальным компасом.

МАГНИТО́МЕТР

МАГНИТО́МЕТР, при­бор для из­ме­ре­ния ха­рак­те­ри­стик маг­нит­но­го по­ля и маг­нит­ных свойств объ­ек­тов и ма­те­риа­лов. Не­ко­то­рые М. име­ют спец. на­зва­ния в за­ви­си­мо­сти от из­ме­ряе­мой ве­ли­чи­ны: эр­стед­мет­ры из­ме­ря­ют на­пря­жён­ность маг­нит­но­го по­ля, гра­ди­ен­то­мет­ры и ва­рио­мет­ры – из­ме­не­ния на­пря­жён­но­сти в про­стран­ст­ве и вре­ме­ни, инк­ли­на­то­ры и дек­ли­на­то­ры – на­прав­ле­ние век­то­ра на­пря­жён­но­сти, тес­ла­мет­ры – ве­ли­чи­ну маг­нит­ной ин­дук­ции. М. из­ме­ря­ют так­же сле­дую­щие ха­рак­те­ри­сти­ки объ­ек­тов и ма­те­риа­лов: маг­нит­ную про­ни­цае­мость и маг­нит­ную вос­при­им­чи­вость (мю-мет­ры и кап­па-мет­ры), ко­эр­ци­тив­ную си­лу (ко­эр­ци­ти­мет­ры), по­ток маг­нит­ной ин­дук­ции (ве­бер­мет­ры или флюкс­мет­ры), маг­нит­ный мо­мент, кри­вые на­маг­ни­чи­ва­ния, по­те­ри на гис­те­ре­зис и др. Час­то маг­ни­то­мет­рич. дат­чи­ки ис­поль­зу­ют­ся при кос­вен­ных из­ме­ре­ни­ях не­маг­нит­ных ве­ли­чин.

Зачем используется магнитометр

Магнитометры реагируют на магнитное поле и выражают показатели его силы в различных физических единицах измерения. В связи с этим существует много типов данных приборов, каждый из которых адаптирован под определенную поисковую цель.

По принципу действия магнитометры разделяют на 3 вида:

  1. Магнитостатические.
  2. Индукционные.
  3. Квантовые.

Каждая разновидность реагирует на стороннее магнитное поле, используя определенный физический принцип. На базе этих трех разновидностей созданы различные узкоспециализированные виды магнитометров, которые являются более точными для измерений в определенных условиях.

Магнитостатические магнитометры

Прин­цип дей­ст­вия этих М. ос­но­ван на ме­ха­нич. воз­дей­ст­вии маг­нит­но­го по­ля на маг­нит. К та­ким при­бо­рам от­но­сят­ся ком­пас маг­нит­ный и бус­соль, оп­ре­де­ляю­щие на­прав­ле­ние маг­нит­но­го по­ля Зем­ли, квар­це­вые ва­рио­мет­ры, по­зво­ляю­щие ре­ги­ст­ри­ро­вать гео­маг­нит­ные ва­риа­ции с точ­но­стью 10–3–10–4 А/м и маг­нит­ные ве­сы, при­ме­няе­мые в ла­бо­ра­тор­ных ус­ло­ви­ях для ис­сле­до­ва­ния маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти об­раз­цов. В маг­нит­ных ве­сах вос­при­им­чи­вость маг­нит­но­го ма­те­риа­ла оп­ре­де­ля­ет­ся по си­ле, с ко­то­рой ис­сле­дуе­мый об­ра­зец, имею­щий фор­му длин­но­го ци­лин­д­ра, втя­ги­ва­ет­ся в по­ле элек­тро­маг­ни­та (ме­тод Гуи), или по си­ле, дей­ст­вую­щей на об­ра­зец ма­ло­го раз­ме­ра, по­ме­щён­ный в не­од­но­род­ное маг­нит­ное по­ле (ме­тод Фа­ра­дея). В ме­то­де Гуи тре­бу­ет­ся бо́льшая мас­са ве­ще­ст­ва (1–10 г), а ме­тод Фа­ра­дея по­зво­ля­ет ра­бо­тать с мил­ли­грам­ма­ми ве­ще­ст­ва и тре­бу­ет бо­лее слож­но­го обо­ру­до­ва­ния.

Индукционные магнитометры

Ра­бо­та этих М. ос­но­ва­на на яв­ле­нии элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции; они ре­ги­ст­ри­ру­ют из­ме­не­ние по­то­ка маг­нит­ной ин­дук­ции в из­ме­рит. ка­туш­ке, вы­зван­ное разл. при­чи­на­ми. Ин­дук­ци­он­ные М. ус­лов­но де­лят на пас­сив­ные и ак­тив­ные: в пер­вых эдс в ка­туш­ке воз­бу­ж­да­ет­ся из­ме­не­ни­ем во вре­ме­ни внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля, во вто­рых – из­ме­не­ния­ми в са­мом при­бо­ре. Пас­сив­ные М. пред­став­ля­ют со­бой длин­ную ци­лин­д­рич. ка­туш­ку, на­мо­тан­ную на фер­ро­маг­нит­ный сер­деч­ник и фак­ти­че­ски яв­ля­ют­ся ан­тен­на­ми сверх­низ­кой час­то­ты. Та­кие М. ис­поль­зу­ют­ся для де­тек­ти­ро­ва­ния ядер­ных взры­вов, свя­зи с под­вод­ны­ми лод­ка­ми, маг­ни­то­тел­лу­рич. зон­ди­ро­ва­ния зем­ной ко­ры, изу­че­ния взаи­мо­дей­ст­вия сол­неч­но­го вет­ра с маг­ни­то­сфе­рой Зем­ли и вол­но­вых про­цес­сов в кос­мич. плаз­ме.

К ак­тив­ным ин­дук­ци­он­ным М. от­но­сят­ся, напр., рок-ге­не­ра­тор и фер­ро­зон­до­вый М. В рок-ге­не­ра­то­ре ис­сле­дуе­мый об­ра­зец по­ме­ща­ет­ся на спец. пло­щад­ку, вра­щаю­щую­ся в цен­тре из­ме­рит. ка­туш­ки с час­то­той 40 Гц. В ре­зуль­та­те в ка­туш­ке воз­ни­ка­ет эдс, ве­ли­чи­на ко­то­рой про­пор­цио­наль­на ве­ли­чи­не на­маг­ни­чен­но­сти об­раз­ца. Для ис­клю­че­ния влия­ния внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля на ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ний ка­туш­ка (вме­сте с вра­щаю­щей­ся пло­щад­кой и об­раз­цом) за­кры­та мно­го­слой­ным пер­мал­лое­вым эк­ра­ном. Рок-ге­не­ра­тор при­ме­ня­ет­ся при ис­сле­до­ва­ни­ях маг­нит­ных свойств гор­ных по­род, напр. при изу­че­нии па­лео­маг­не­тиз­ма.

Фер­ро­зон­до­вые М. ос­но­ва­ны на пе­рио­дич. из­ме­не­нии маг­нит­ной про­ни­цае­мо­сти фер­ро­маг­не­ти­ков при пе­ре­маг­ни­чи­ва­нии (до на­сы­ще­ния) пе­ре­мен­ным по­лем воз­бу­ж­де­ния. На об­мот­ку воз­буж­де­ния по­да­ёт­ся пе­ре­мен­ный ток; при этом в из­ме­рит. ка­туш­ке на­во­дит­ся пе­ре­мен­ная эдс, чёт­ные гар­мо­ни­ки ко­то­рой про­пор­цио­наль­ны про­доль­ной ком­по­нен­те внеш­не­го по­ля. Про­стей­ший фер­ро­зон­до­вый дат­чик со­сто­ит из стерж­не­во­го фер­ро­маг­нит­но­го сер­деч­ни­ка и на­хо­дя­щих­ся на нём об­мо­ток из­ме­ре­ния и воз­бу­ж­де­ния. В наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ных фер­ро­зон­до­вых М. ис­поль­зу­ет­ся то­рои­даль­ный сер­деч­ник с об­мот­кой воз­бу­ж­де­ния или два стерж­не­вых сер­деч­ни­ка с рас­пре­де­лён­ны­ми по их дли­не об­мот­ка­ми воз­бу­ж­де­ния, вклю­чён­ны­ми по­сле­до­ва­тель­но-встреч­но (т. е. элек­три­че­ски по­сле­до­ва­тель­но, но маг­нит­ные по­ля, соз­да­вае­мые об­мот­ка­ми, име­ют про­ти­во­по­лож­ное на­прав­ле­ние). Из­ме­ре­ния про­из­во­дят­ся ли­бо при по­мо­щи од­ной об­щей сиг­наль­ной об­мот­ки, ли­бо с ис­поль­зо­ва­ни­ем двух об­мо­ток, со­еди­нён­ных так, что не­чёт­ные гар­мо­нич. со­став­ляю­щие маг­нит­но­го поля прак­ти­че­ски ком­пен­си­ру­ют­ся. Ис­поль­зо­ва­ние то­рои­даль­но­го сер­деч­ни­ка по­зво­ля­ет од­но­вре­мен­но из­ме­рять 2–3 вза­им­но ор­то­го­наль­ные ком­по­нен­ты маг­нит­но­го по­ля, что умень­ша­ет ошиб­ки в оп­ре­де­ле­нии на­прав­ле­ния век­то­ра по­ля.

Фер­ро­зон­до­вые М. при­ме­ня­ют для из­ме­ре­ния маг­нит­но­го по­ля Зем­ли и его ва­риа­ций, при аэ­ро­маг­нит­ных съём­ках и раз­вед­ке по­лез­ных ис­ко­пае­мых, в кос­мич. ис­сле­до­ва­ни­ях, хи­рур­гии, в сис­темах кон­тро­ля ка­че­ст­ва про­дук­ции, в элек­трон­ных ком­па­сах. Чув­ст­ви­тель­ность фер­ро­зон­до­во­го М. дос­ти­га­ет 10–4–10–5 А/м.

Квантовые магнитометры

В ра­бо­те кван­то­вых магнитометров ис­поль­зу­ют­ся кван­то­вые яв­ле­ния: сво­бод­ная упо­ря­до­чен­ная пре­цес­сия ядер­ных (ядер­ный маг­нит­ный ре­зо­нанс, ЯМР) или элек­трон­ных (элек­трон­ный па­ра­маг­нит­ный ре­зо­нанс, ЭПР) маг­нит­ных мо­мен­тов во внеш­нем маг­нит­ном по­ле, кван­то­вые пе­ре­хо­ды меж­ду маг­нит­ны­ми по­ду­ров­ня­ми ато­мов, а так­же кван­то­ва­ние маг­нит­но­го по­то­ка в сверх­про­во­дя­щем кон­ту­ре. В за­ви­си­мо­сти от спо­со­ба соз­да­ния мак­ро­ско­пич. маг­нит­но­го мо­мен­та и ме­то­да де­тек­ти­ро­ва­ния сиг­на­ла раз­ли­ча­ют: про­тон­ные М. (М. сво­бод­ной пре­цес­сии, с ди­на­ми­чес­кой и син­хрон­ной по­ля­ри­за­ци­ей), М. с оп­тич. на­кач­кой и др.

Дат­чи­ком про­тон­но­го М. слу­жит кон­тей­нер с диа­маг­нит­ной жид­ко­стью, мо­ле­ку­лы ко­то­рой со­дер­жат ато­мы во­до­ро­да. В ка­че­ст­ве та­кой жид­ко­сти мо­гут вы­сту­пать во­да, ке­ро­син, бен­зол, геп­тан и др. Ам­пу­лу с жид­ко­стью по­ме­ща­ют в ка­туш­ку, ли­бо ка­туш­ку по­гру­жа­ют в ём­кость с ра­бо­чей жид­ко­стью. Че­рез ка­туш­ку вна­ча­ле про­пус­ка­ют ток по­ля­ри­за­ции, ко­то­рый соз­да­ёт маг­нит­ное по­ле, ори­ен­ти­рую­щее маг­нит­ные мо­мен­ты про­то­нов и на­маг­ни­чи­ваю­щее жид­кость. По­сле от­клю­че­ния то­ка по­ля­ри­за­ции маг­нит­ные мо­мен­ты про­то­нов на­чи­на­ют пре­цес­си­ро­вать во­круг на­прав­ле­ния из­ме­ряе­мо­го маг­нит­но­го по­ля Низм c час­то­той ω = γpНизм, где γp – ги­ро­маг­нит­ное от­но­ше­ние для про­то­нов. Т. о., из­ме­ре­ние час­то­ты пре­цес­сии по­зво­ля­ет с вы­со­кой точ­но­стью оп­ре­де­лить ве­ли­чи­ну на­пря­жён­но­сти маг­нит­но­го по­ля.

В ра­бо­те кван­то­во­го М. мо­жет быть ис­поль­зо­ва­на так­же пре­цес­сия в маг­нит­ном по­ле маг­нит­ных мо­мен­тов не­спа­рен­ных элек­тро­нов па­ра­маг­нит­ных ато­мов. Час­то­та пре­цес­сии элек­тро­нов в сот­ни раз боль­ше час­то­ты пре­цес­сии про­то­нов. Соз­да­ны про­тон­ные М., в ко­то­рых ЭПР уве­ли­чи­ва­ет ин­тен­сив­ность ЯМР (эф­фект Овер­хау­зе­ра).

Кван­то­вый оп­тич. М. (М. с оп­тич. на­кач­кой) час­то на­зы­ва­ют про­сто кван­то­вым М. Дат­чи­ком при­бо­ра яв­ля­ет­ся стек­лян­ная кол­ба, на­пол­нен­ная парáми ще­лоч­но­го ме­тал­ла (напр., Rb, Cs, K), ато­мы ко­то­ро­го па­ра­маг­нит­ны. При про­пус­ка­нии че­рез кол­бу све­та с кру­го­вой по­ля­ри­за­ци­ей и дли­ной вол­ны, со­от­вет­ст­вую­щей пе­ре­хо­ду ато­мов ме­тал­ла на один из воз­бу­ж­дён­ных уров­ней, ато­мы за­пол­ня­ют один из маг­нит­ных по­ду­ров­ней это­го уров­ня, что при­во­дит к умень­ше­нию ре­зо­нанс­но­го по­гло­ще­ния и рас­сея­ния све­та. При по­ме­ще­нии кол­бы в пе­ре­мен­ное маг­нит­ное по­ле с час­то­той ω = γeНизм (γe – ги­ро­маг­нит­ное от­но­ше­ние для элек­тро­нов) на­се­лён­ность маг­нит­ных по­ду­ров­ней вы­рав­ни­ва­ет­ся, а по­гло­ще­ние и рас­сея­ние све­та рез­ко воз­рас­та­ют. Чув­ст­ви­тель­ность про­тон­но­го и оп­ти­че­ско­го М. со­став­ля­ет 10–4–10–5 А/м.

Все опи­сан­ные кван­то­вые М. при­ме­ня­ют­ся для из­ме­ре­ния на­пря­жён­но­сти сла­бых маг­нит­ных по­лей, в т. ч. гео­маг­нит­но­го по­ля в кос­мич. про­стран­ст­ве, а так­же в гео­ло­го­раз­вед­ке.

Прин­цип дей­ст­вия сверх­про­во­дя­щих кван­то­вых М. (СКВИД-маг­ни­то­мет­ров) ос­но­ван на кван­то­вых эф­фек­тах в сверх­про­вод­ни­ках: кван­то­ва­нии маг­нит­но­го по­то­ка в сверх­про­вод­ни­ке и за­ви­си­мо­сти кри­тич. то­ка кон­так­та двух сверх­про­вод­ни­ков от Низм (см. Джо­зеф­со­на эф­фект). Сверх­про­во­дя­щие М. из­ме­ря­ют сверх­сла­бые маг­нит­ные по­ля и при­ме­ня­ют­ся в био­фи­зи­ке, фи­зи­ке твёр­до­го те­ла, маг­не­то­хи­мии и др., а так­же для из­ме­ре­ний ком­по­нент гео­маг­нит­но­го по­ля. Чув­ст­ви­тель­ность СКВИД-маг­ни­то­мет­ров дос­ти­га­ет 10–10 A/м.

Отличие между приборами

Магнитометр представляет собой высокотехническое оборудование, которое может отличаться от других подобных приборов не только по физическому принципу реакции на изменение магнитного поля или чувствительности, но и по прочим характеристикам.

Другие типы магнитометров

Прин­цип дей­ст­вия галь­ва­но­маг­нит­ных М. ос­но­ван на ис­крив­ле­нии тра­ек­то­рий за­ря­жен­ных час­тиц в маг­нит­ном по­ле. К этой груп­пе М. от­но­сят­ся М., ис­поль­зую­щие Хол­ла эф­фект и эф­фект Га­ус­са (из­ме­не­ние со­про­тив­ле­ния про­вод­ни­ка в по­пе­реч­ном маг­нит­ном по­ле). На эф­фек­те Хол­ла ос­но­ва­ны так­же: тес­ла­мет­ры, при­ме­няе­мые для из­ме­ре­ния по­сто­ян­ных, пе­ре­мен­ных и им­пульс­ных маг­нит­ных по­лей; флюкс­мет­ры, ис­поль­зуе­мые для от­бра­ков­ки по­сто­ян­ных маг­ни­тов; ко­эр­ци­ти­мет­ры, при­ме­няе­мые при не­раз­ру­шаю­щем кон­тро­ле ка­че­ст­ва. На ос­но­ве дат­чи­ков Хол­ла соз­да­ют­ся гра­ди­ен­то­мет­ры для ис­сле­до­ва­ния маг­нит­ных свойств ма­те­риа­лов. Чув­ст­ви­тель­ность М. на эф­фек­те Хол­ла обыч­но на­хо­дит­ся в диа­па­зо­не 10–100 А/м. Эф­фект Га­ус­са при­ме­ня­ет­ся в маг­ни­то­ре­зи­стив­ных дат­чи­ках, ис­поль­зуе­мых в элек­трон­ных ком­па­сах и др. Чув­ст­ви­тель­ность та­ких тес­ла­мет­ров со­став­ля­ет 0,5–10 А/м.

Су­ще­ст­ву­ют так­же М., прин­цип дей­ст­вия ко­то­рых ос­но­ван на вра­ще­нии плос­ко­сти по­ля­ри­за­ции све­та в маг­нит­ном по­ле или по­ле на­маг­ни­чен­но­го об­раз­ца, из­ме­не­нии дли­ны на­маг­ни­чен­но­го стерж­ня под дей­ст­ви­ем при­ло­жен­но­го по­ля (маг­ни­то­ст­рик­ции) и др. Та­кие М. при­ме­ня­ют­ся в разл. об­лас­тях тех­ни­ки.

Источники

  • https://ru.ihodl.com/technologies/2017-07-29/vsyo-chto-nuzhno-znat-o-datchikah-v-vashem-smartfone/
  • http://ironfriends.ru/osnovnye-datchiki-smartfona-kakie-byvayut-i-zachem-nuzhny/
  • https://offlink.ru/general-information/kak-vklyuchit-magnitnyi-datchik-smartfone-chto-takoe-datchik/
  • https://AndroidInsider.ru/polezno-znat/12-datchikov-kotoryie-mogut-nahoditsya-vnutri-vashego-smartfona.html
  • https://AndroidLime.ru/sensors-in-the-smartphone
  • https://nastroyvse.ru/opersys/android/chto-takoe-geomagnitnyj-datchik-v-smartfone.html
  • https://AndroidLime.ru/geomagnetic-sensor-in-a-smartphone
  • https://bigenc.ru/physics/text/2153764
  • https://tehpribory.ru/glavnaia/pribory/magnitometr.html
[свернуть]
Поделиться:
Нет комментариев