قطب نما (Magnetic Compass)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
قطب نما (Magnetic Compass) :
قطب نما یک ابزار ناوبری است که جهت شمال مغناطیسی (و در نتیجه سایر جهات) را نشان می دهد. قطب نماهای سنتی از یک سوزن مغناطیسی استفاده می کنند که آزادانه می چرخد و در راستای میدان مغناطیسی زمین قرار می گیرد. قطب نماهای الکترونیکی مدرن از سنسورهای میدان مغناطیسی (مانند مغناطیس سنج اثر هال یا MR) برای اندازه گیری مؤلفه های میدان مغناطیسی زمین استفاده می کنند. با پردازش این مؤلفه ها، می توان زاویه سمت (heading) نسبت به شمال مغناطیسی را محاسبه کرد.
یک قطب نمای الکترونیکی معمولا از یک مغناطیس سنج سه محوره (مثلا سنسور AMR یا TMR) تشکیل شده است. این سنسور شدت میدان مغناطیسی را در سه جهت عمود بر هم (
\[ B_x, B_y, B_z \]) اندازه گیری می کند. اگر سنسور در حالت افقی (موازی با سطح زمین) قرار داشته باشد، زاویه سمت (
\[ \psi \]) نسبت به شمال مغناطیسی از رابطه
\[ \psi = \arctan(B_y / B_x) \]به دست می آید. در عمل، سنسور ممکن است کج باشد، بنابراین برای محاسبه دقیق سمت، باید داده های شتاب سنج نیز برای تصحیح زاویه سنسور (زاویه رول و پیچ) استفاده شود (تیلت کومپنسیشن).
چالش های قطب نمای الکترونیکی:
تداخل مغناطیسی (Hard and Soft Iron Effects): اجسام فلزی و میدان های مغناطیسی نزدیک سنسور (مانند موتورها، بلندگوها، سیم های حامل جریان) باعث اعوجاج میدان مغناطیسی زمین و خطا در اندازه گیری سمت می شوند. برای جبران این اثرات، نیاز به کالیبراسیون در محل نصب (معمولا با چرخاندن دستگاه در یک دایره کامل) وجود دارد.
انحراف مغناطیسی (Declination): شمال مغناطیسی با شمال جغرافیایی (حقیقی) تفاوت دارد که به مکان جغرافیایی و زمان وابسته است. این اختلاف (Declination) باید برای به دست آوردن سمت حقیقی اعمال شود.
کاربردها: ناوبری در تلفن های هوشمند (برنامه های نقشه)، سیستم های ناوبری خودرو، قطبنمای دیجیتال در هواپیماها و کشتی ها، رباتیک (تعیین جهت)، و ساعت های هوشمند.
\[ \psi_{mag} = \arctan\left(\frac{B_y}{B_x}\right) \quad , \quad \psi_{true} = \psi_{mag} + \delta \]که
\[ \delta \]انحراف مغناطیسی (declination) است.
