Мобилно приложение магнитометър

Неотдавна публикувах в Google play свое приложение за измерване на магнитно поле. Приложението е упростена версия на програмата за измерване на магнитни полета с мобилно устройство, която пиша. Линк за сваляне:

https://play.google.com/store/apps/details?id=bl.moesia.ntsvetkov.magnetometer

На 7-инчов таблет приложението изглежда така:

В центъра се показва силата на магнитното поле с точност до 0.1 микротесла (μT), а по стрелката на кръглата скала се отчита още колко нанотесли (nT) да се добавят, за да се получи пълната стойност (1 nT = 0.001 μT). Измерването има известа инерционност - за установяване на точната стойност е необходимо да се почака малко, докато показанията се успокоят.

Вграденият магнитометър на сегашните мобилни устройства, който се използва от приложението, няма чак толкова високи характеристики, за да се достигне максималната реална чувствителност от 1 nT .

На практика колебанията в показанията на магнитометъра се дължат както на собствената нестабилност на чипа, така и на магнитните смущения от околната среда. Но при внимателно измерване могат да се получат интересни резултати.

Например, при бавно движение по някаква местност, приложението може да даде представа как се променя земното магнитно поле. При това се отчитат едромащабните изменения на магнитното поле, причинени от различния състав на почвата и скалите на различните места.

Също така, по специална методика може да бъде измерена магнитната възприемчивост на някоя скала или достатъчно голям къс от някакъв материал. По измерената магнитна възприемчивост може да се разпознае каква е скалата. Това е интересно, например при разпознаването на метеорити, които обикновено съдържат силномагнитни минерали.

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.