сряда, 14 януари 2015 г.

Измерване на магнитни полета с мобилни устройства

Мобилните устройства, смартфони и таблети, обикновено имат вграден магнитометър. Той се използва предимно като електронен компас, необходим при навигацията. Много от разпространените чипове - магнитометри използват сензори на Хол за измерване на магнитното поле в три взаимно перпендикулярни посоки - осите x, y и z.

Магнитното поле


Индукцията на магнитното поле, означавана обикновено с B, е векторна величина. Магнитният сензор на мобилното устройство измерва трите проекции на този вектор - Bx, By и Bz в три взаимноперпендикулярни посоки.

Векторът на магнитната индукция B може да се представи като една "стрелка" в пространството, която има определена посока и дължина. Дължината на вектора B в нашето (евклидово) пространство се намира по формулата:

|B| =  Bx2 + By2 + Bz2

Дължината на вектора |B| представлява собствено силата на магнитното поле. Тя е инвариантна относно промяна на посоката, т.е. остава непроменена ако завъртим в пространството мобилното устройство, с което я измерваме.

Чипове магнитни сензори


В разпространените мобилни устройства като магнитни сензори често се използват чиповете на Asahi Kasei Microdevices Corporation (AKM), като например AK8963, използван в iPhone 5 и в таблети на Sony и LG.

Основните характеристики на чипа AK8963 са следните:
  •  3-осев магнитометър на основата на сензор на Хол, предназначен за използване в компаси
  •  Има вграден аналого-цифров преобразувател с разрядност 14/16 бита за всяка от 3-те компоненти
  •  Чувствителност: 0.6 μT/LSB (14-bit) или 0.15μT/LSB (16-bit)
  • Диапазон на измерваната величина: ± 4900 μT
     

Възможности за използване


Вградените магнитни сензори на мобилните устройства обикновено се използват за реализиране на компас чрез измерване на земното магнитно поле. За такова приложение не е нужна особено голяма чувствителност на магнитометъра.


Индукцията на земното магнитно поле е около 50 000 nT.
Размахът на местните аномалии на земното магнитно поле може да бъде от 200 до 10000 nT, а измененията му при магнитни бури - до 1000 nT.

Чувствителността на чипа AK8963 (от порядъка на 0.1 μT = 100 nT) не е голяма в сравнение например с чувствителността на протонен магнитометър, която достига до 1 nT. Въпреки това мобилните устройства с подобен магнитен сензор биха могли да се използват за грубо картографиране на геомагнитното поле в някакъв участък от земната повърхност.

При известен късмет на такава магнитна карта с разрешение около 100 nT биха могли да се видят някои интересни геологични структури и значителни магнитни аномалии. В този случай ниската разрешаваща способност може да бъде не само вредна, но и полезна, защото показва само най-важните и едри детайли от картината и елиминира шумовете и слабите външни смущения при измерването.