3 года назад

Есть люди, у которых интерес к такому устройству, как цифровой компас или магнитометр, появился в связи с тем, что получили широкое распространение мобильная платформа android и gps чипы.
Цифровой компас, о котором пойдет речь далее, – это та самая технология, которая используется в мобильных устройствах, чтобы определять стороны света. Цифровой компас способен отслеживать ориентацию устройства в пространстве относительно магнитных полюсов Земли. Такая информация применяется в картографических программах смартфонов и коммуникаторов, чтобы ориентироваться по местности.

Цифровой компас работает с использованием спутниковых навигационных систем. В его основу заложен принцип построения на определении координат. Однако можно привести немало случаев, когда в составе компаса есть в качестве приемника блок магниторезисторов. Речь идет о принципе изменения сопротивления от положения объекта в абсолютном пространстве.
В качестве приемника могут быть также элементы Холла. А элементы Холла, как известно, строятся, базируясь на микромеханических системах, которые очень чувствительные к изменению магнитного поля. В конкретном случае это изменение распределения зарядов на кремниевой пластине под влиянием магнитного поля Земли.
Приборы на магниторезисторах и элементах Холла есть не что иное, как компас в классическом понимании. То есть автономный измерительный инструмент. И он отличается от систем «собирательного» типа, для которых входящая информация поступает в виде спутникового сигнала.
В итоге системы, завязанные на внешнем источнике информации, в сущности, являются приборами с индикацией путевого угла в виде компаса. На практике мы обычно имеем дело с тем, чтобы определить местоположение и направление именно с помощью навигационных систем.
Примером тому могут служить, например, android с его приложением google maps. Принцип работы такой. Сигналы со спутников позволяют снять показания координат приёмника системы спутниковой навигации и объекта. Фиксируем момент времени, когда определяли координаты. Ждем. Для более качественных результатов необходим короткий интервал времени. Еще раз определяем местоположение объекта.
А потом предстоит решить несложную навигационную задачу: вычислить вектора скорости движения из полученных координат двух точек и размера временного интервала. Зная вектор, несложно узнать, направление и скорость движения.

Люди придумали компас для того, чтобы легко определять, где находится север. Это первая вещь, которую берут с собой в поход или плавание на яхте в открытом море. Но в современном мире его может заменить обычный смартфон.

Зачем нужен компас в смартфоне

Понятно, что никто не носит с собой компас ежедневно в привычной жизни, но иногда он мог бы выручить. Иметь такое приложение в смартфоне очень удобно, ведь если вы попадете в чрезвычайную ситуацию вдали от цивилизации, например заблудитесь в лесу, то при вас будет компас.

Единственным минусом в такой ситуации будет отсутствие источника для подзарядки телефона: есть риск остаться не только без связи, но и компаса и GPS-функции.

Как смартфон определяет расположение сторон света

Разработчики смартфонов внедряют в них специальный датчик, благодаря чему после установки специального приложения компас всегда будет под рукой. В современных смартфонах используются электронные и спутниковые компасы.

Второй компас принимает сигналы от спутника с указанием направления на стороны света, то есть географические север и юг. Пользуясь таким устройством в туристической вылазке, можно точно выйти к нужному объекту, так как его показания не будут зависеть от магнитной аномалии: это точные показания без отклонений.

На сегодняшний день человечество придумало множество различных моделей компасов. Они отличаются не только по устройству, но и по принципу работы. То, как работает, например, магнитный компас, сильно отличается от принципа действия компаса в смартфоне и телефоне, хотя в общем конечный результат их действия — показания — будут сходными.

Механические компасы — все они работают по одному принципу.

Каждая модель имеет свои достоинства и недостатки, благодаря чему под каждую конкретную ситуацию можно подобрать наиболее подходящий прибор.

Для примера рассмотрим принцип действия некоторых видов компасов.

Магнитный компас

В магнитном компасе основной элемент — магнитная стрелка — располагается вдоль силовых линий магнитного поля Земли — естественного гигантского магнита — и указывает на ее полюса.

Стрелка такого компаса выравнивается по направлению магнитных линий Земли.

Благодаря тому, что магнитные полюса находятся вблизи географических полюсов, на большей части поверхности Земного шара можно использовать магнитный компас для нахождения приблизительного направления на истинный север или юг, а по ним определять и все остальные стороны света.

Электронный (цифровой) компас

В этом виде компаса показания также определяются направлением магнитного поля Земли, однако в данном случае работает не стрелка, а специальное электронное устройство (магнитный датчик).

Такой компас не зависит от спутников и их видимости.

В отличии от магнитного компаса, это устройство потребляет электроэнергию от переносного аккумулятора или батареек.

Здесь стоит отметить, что цифровым компасом также иногда называют спутниковым, что не совсем верно. О спутниковом расскажем чуть позже.

Электромагнитный компас

Этот прибор также ориентируется на магнитное поле Земли, однако для того, чтобы он начал работу, необходимо движение его в пространстве. Ведь именно перемещение в магнитном поле рамки с обмоткой — основной детали электромагнитного компаса — генерирует электрический ток, который, в свою очередь, отражается в виде показаний на приборах, по которым и происходит сверка направления движения транспорта с заданным курсом.

Благодаря этой конструкции, данный прибор нечувствителен к магнитным девиациям, связанным с деталями транспорта, на котором он установлен. Однако для ориентирования по электромагнитному компасу обязательно нужно находиться в движении, ведь стоя на одном месте, электрические токи в катушках возникать не будут, а значит и замерять приборам будет нечего.

Радиокомпас

В радиокомпасе направление определяется не по магнитному полю, а по сигналу от радиостанции, местоположение которой известно заранее. На фото показан пример такого компаса, снятого с панели самолета:

Радиокомпасы нашли широкое применение в авиации, однако обладают рядом недостатков, связанных с возникновением больших ошибок в измерениях (более десятка градусов) из-за искажения радиосигнала. Сегодня их все чаще заменяют другими приборами для навигации, например, GPS-навигаторами.

Спутниковый компас

Спутниковый компас работает, получая сигналы от спутников. Такой прибор показывает направление на истинные полюса, то есть на географический север и географический юг.

Такой компас не будет работать в помещении или под землей, что ограничивает область его применения.

Показания этого компаса не зависят от магнитной аномалии и девиаций, однако он не будет работать, если сигнал спутника пропадет, либо закончится заряд источника электропитания. Именно такие устройства встроены в современные телефоны и смартфоны, и на том же Айфоне компас работает, принимая сигнал от спутников и указывая направления на разные стороны света. В большинство смартфонов изначально вшит GPS-приемник для расширения его функционала, а получая данные о местоположении телефона очень просто указать направления по сторонам света.

Гирокомпас

Работа гирокомпаса основана на способности гироскопа удерживать одно и то же положение в пространстве, независимо от поворота рамки, в которой он закреплен.

Гирокомпас, как и спутниковый компас, показывает географический север и независим от магнитных полей, создаваемых деталями транспорта, в котором он установлен.

Лучший компас для туризма

Для туризма наиболее подходящими можно считать три варианта — магнитные, электронные и спутниковые компасы — из-за их компактности. Однако, давайте разберемся, какой же вариант наиболее подходит для многодневного пребывания в дикой природе в экстремальных условиях.

Электронные и спутниковые компасы используются в новейших средствах связи — мобильных телефонах, смартфонах, айфонах, планшетах, а также в часах, что делает их постоянными спутниками современного человека. А это значит, что с большой долей вероятности такой прибор окажется при владельце, если тот попадет в аварийную ситуацию вдали от цивилизации. В этом большой плюс таких устройств.

Из всех приборов, которые всегда под рукой у человека, первый — телефон, и зачастую на нем имеется и GPS с функцией компаса.

Однако электронный компас проигрывает обычному магнитному, ведь для определения тех же магнитных полюсов в электронном варианте нужен источник электроэнергии, а в случае поломки электрический компас вряд ли удастся починить в условиях дикой природы. В то же время простой магнитный компас не нуждается в питании электрическим током и его можно быстро сделать из подручных средств.

Ну, а спутниковый компас в современном средстве связи — хоть вещь и нужная, но все же менее удобная, чем навигатор. Лучше установить на телефон не компас, а навигатор, который не только сориентирует владельца по сторонам света, но и сможет указать точное местоположение его на карте.

Раз уж такое функциональное устройство есть под рукой, ограничиваться только функцией компаса на нем не рационально.

Тем не менее, и в этом случае такое средство навигации будет обладать тем же недостатком, что и электронный компас, — зависимостью от электроэнергии и невозможностью ремонта в случае поломки. А ведь поломка может наступить в том числе и от падения или намокания телефона, если только он не оснащен специальной защитой, которой на большинстве телефонов нет.

Плюс такого цифрового компаса заключается также в его миниатюрных размерах и устойчивости к магнитным девиациям.

Кроме того, сигнал от спутника в некоторых случаях попросту не дойдет до устройства-приемника, что может привести к возникновению чрезвычайной ситуации. Например, в пещерах или катакомбах, где можно легко потеряться, использовать спутниковый компас не получится: не будет сигнала от спутника.Поэтому из всего разнообразия компасов на первое место все же нужно вынести магнитный, благодаря простоте его устройства и независимости от электропитания.

Далее разберемся в работе магнитного компаса — наиболее универсального и популярного устройства навигации в среде туристов, охотников и других людей, чья деятельность связана с пребыванием в дикой природной среде.

Работа с магнитным компасом

Магнитный компас помогает определить направление на магнитные север и юг, а также направление на выбранный объект относительно направления на север — азимут.

Поскольку магнитный компас реагирует на любое магнитное поле, то в большинстве случаев его стрелка указывает не на магнитные полюса Земли, о которых мы говорили здесь, а в сторону от них.

Это в первую очередь связано с магнитными девиациями, которые вызываются находящимися рядом намагниченными объектами.

Единственный способ снизить магнитные девиации в туристическом компасе — находиться на достаточном расстоянии от магнитных предметов (например, ножа, мобильного телефона или другого компаса), объектов (например, машины, самолета или судна) и источников электрического тока (например, линии электропередач). Хотя на морских судах магнитные девиации, связанные с деталями самого судна, устраняются с помощью специальных систем, оснащенных магнитами.

Также существуют области, в которых силовые линии магнитного поля Земли сильно отклоняются от подобных линий в соседних областях. Такие районы называются магнитными аномалиями. Стрелка компаса в этих областях также «врет».

Стоит заметить, что вблизи географических полюсов Земли, как в северном, так и в южном полушарии, в наше время компас может давать большие ошибки, вплоть до 180°, то есть самую большую ошибку из гипотетически возможных.

Я не зря сказал, что именно в наше время. Дело в том, что местоположение магнитного полюса (как южного, так и северного) непостоянно. Во-первых, на данный момент магнитные полюса не совпадают с местоположениями географических полюсов, а во-вторых, местоположение магнитных полюсов меняется со временем, причем движется непредсказуемо, изменяя как направление движения, так и скорость. Поэтому нельзя исключать возможности, что рано или поздно в какой-то момент времени оно совпадет с положением одного из географических полюсов Земли.

Магнитные полюса за всю историю Земли неоднократно диаметрально меняли свое местоположение, то есть вблизи северного географического полюса в разные времена был как северный магнитный, так и южный магнитный полюс.

Кроме того, из-за близости географических полюсов к магнитным полюсам в измерениях с помощью магнитного компаса могут возникнуть трудности по той же причине, по которой они возникают на самих магнитных полюсах.

В точках на земной поверхности, соответствующих магнитным полюсам Земли, магнитный компас не будет работать, поскольку силовые линии магнитного поля Земли в этих областях направлены строго вертикально. Точнее, работать-то он будет, но только, если его повернуть набок — магнитная стрелка в этом случае займет строго вертикальное положение, то есть как раз вдоль магнитных линий Земли.

Неисправность компаса

Давать неправильные показания может и неисправный компас, поэтому перед тем, как отправиться в путешествие каждый взятый с собой прибор нужно проверить на исправность.

Для этого к компасу сбоку подносится намагниченный предмет, например, нож, пока стрелка компаса не отклонится в сторону. После того, как объект, вызывающий магнитную девиацию, будет устранен, стрелка должна вернуться в прежнее положение. То же самое необходимо проделать, поднося намагниченный предмет с другой стороны.

Если стрелка после всех манипуляций вернулась на прежнее место, такой компас будет работать правильно. Если же не вернулась, то таким компасом пользоваться нельзя: он неисправен.

Работает ли магнитный компас за пределами Земли

Многие звезды, планеты и их спутники обладают магнитным полем, однако зачастую магнитное поле настолько слабо, что не способно повлиять на стрелку магнитного компаса. Более же чувствительные приборы улавливают даже столь незначительное проявление магнетизма, но сейчас речь не о них.

Так, например, на Луне скорее всего не удастся использовать магнитный компас для ориентирования, поскольку магнитное поле Луны очень слабо.

То же самое касается открытого космоса на большом удалении от небесных тел. Здесь магнитные поля, как правило, настолько малы, что не способны сдвинуть стрелку магнитного компаса с места.

Последнее утверждение справедливо только для магнитного компаса, находящегося вдали от бороздящего просторы космоса космического корабля. На МКС показания компаса целиком будут зависеть от магнитных девиаций, вызванных исключительно деталями самой космической станции.

С другой стороны, не стоит забывать, что даже на тех планетах, где магнитное поле не меньше, а то и больше, чем на Земле, магнитные полюса периодически меняются местами, и направление на магнитный полюс с большой вероятностью не совпадет с направлением на географический полюс. В принципе, как и говорилось ранее, у Земли та же «беда», и то, что мы имеем возможность сегодня использовать магнитный компас для приблизительного определения направления на географические полюса, можно сказать — просто счастливое совпадение.

Таким образом, говоря о магнитном компасе, как об основном средстве навигации для туриста, всегда нужно помнить об ограничениях в его работе, которых, к счастью не так много. В большинстве случаев магнитный компас при корректном его использовании поможет людям сориентироваться в пространстве, при наличии карты — определить свое местоположение, а также найти направление для дальнейшего движения, в том числе и для того, чтобы в аварийной ситуации наиболее быстро выйти к людям.

Если же в аварийной ситуации у человека не оказалось ни навигатора, ни компаса, ни металлических предметов, из которых можно было бы его изготовить, тогда остается ориентироваться по так называемому солнечному компасу — гномону.

Максим Чечетов

Узнайте также:

• Как определить азимут по компасу…
• …и без него

Обладатели смартфонов наверняка знают про их обширные функциональные возможности. В них существует множество полезных для каждодневной работы инструментов. Смартфоны способны заменить отдельные устройства, такие как камера, радио, будильник, фонарик, диктофон и др. Компас также входит в этот список. Внутри вашего «карманного компьютера” есть крохотный магнит, который вращается вокруг оси и указывает на северный полюс.

Шутка 🙂 На самом деле компас в планшетах и смартфонах работает при помощи сенсора под названием магнитометр. Он используется для измерения силы и направления магнитных полей. За счёт анализа магнитных полей Земли сенсор достаточно точно определяет ориентацию смартфона в пространстве.

Есть ли магнитометр именно в вашем смартфоне? Скорее всего да. Даже если у вас старый или дешёвый аппарат. Существует немало приложений для работы с магнитометром, которые отображают на экране цифровой компас.

Некоторые производители включают приложение «Компас” в систему по умолчанию. У Samsung есть боковая панель Quick Tools с виджетом компаса на ней. Huawei предлагает отдельное приложение под названием Compass. Если вы не уверены, есть у вас такое приложение в устройстве или нет, нужно выполнить поиск. Для этого проще всего нажать на поисковую строку Google на домашнем экране и набрать слово «компас”. Также можно посмотреть в поисковой строке в списке приложений, если она там есть.

На чистом варианте Android компас отсутствует, но в магазине есть достаточно широкий выбор.
Например, программа Smart Compass. После неё других приложений-компасов вам не потребуется. Но прежде чем вы сможете эффективно работать с приложением, нужно выполнить калибровку магнитного сенсора смартфона. Приложение будет напоминать вам о необходимости сделать это.

Для калибровки магнитометра телефона после запуска Smart Compass держите аппарат и двигайтесь с ним в разные стороны. Нескольких вращений должно хватить. Во время калибровки убедитесь, что вы находитесь вдали от компьютеров, вентиляторов, маршрутизаторов и прочей электроники, которая может помешать выполнить настройку. Металл также не способствует точности, поэтому желательно снять все кольца и украшения.

После этого Smart Compass достаточно точно будет указывать на север. Также он должен активировать камеру, компас будет располагаться поверх видео. Зачем? Если вы держите аппарат вертикально, перекрестие будет указывать на нужное вам направление. Можно отключить камеру в настройках, если хотите сэкономить энергию. Если вам понравилось приложение, можете поддержать разработчика покупкой версии Pro. Там добавляется спидометр и возможность отправлять координаты GPS через электронную почту и СМС.

Если же вы предпочитаете более современный внешний вид, есть чёрно-белый компас Compass by R. Apps, хотя у него функциональность более ограниченная.