Kiểm tra từ kế

Lỗi từ kế tinh vi và thường chỉ xuất hiện khi ứng dụng la bàn chỉ sai hướng hoặc khi trải nghiệm AR trôi yaw âm thầm. Nguyên nhân bao gồm ô nhiễm sắt cứng từ vỏ điện thoại có nam châm (vòng MagSafe, chân chống), gần loa máy tính xách tay, hỏng tái hiệu chuẩn sau cập nhật firmware và hư hại vật lý cảm biến. Kiểm tra cho thấy cả ba trục có phản hồi không, độ lớn từ trường tổng có khớp phạm vi mong đợi 25–65 μT cho vị trí của bạn không (tra cứu giá trị tại máy tính từ trường NOAA), và liệu xoay điện thoại có tạo ra số đo từ trường mượt mà. Tòa nhà khung thép trong nhà thường làm méo số đo 20–100 μT, mà công cụ này cũng giúp hình dung.

Độ lớn từ trường bề mặt Trái đất dao động từ 25 μT gần xích đạo từ tính đến khoảng 65 μT gần các cực từ tính. Tại vị trí vĩ độ trung bình điển hình như New York, Madrid hoặc Tokyo, kỳ vọng khoảng 45–55 μT tổng độ lớn với thành phần ngang 20–25 μT. Trong nhà, kết cấu thép, thiết bị điện và cốt thép bê tông có thể đẩy số đo vượt xa phạm vi này — giá trị 100–500 μT phổ biến gần tủ lạnh hoặc loa. Nam châm neodymium mạnh có thể bão hòa cảm biến ở 1000+ μT. Giá trị tham chiếu cho tọa độ GPS chính xác của bạn có thể tra cứu bằng World Magnetic Model (WMM2025), được NOAA/BGS cập nhật mỗi năm năm và là cái mà ứng dụng hiệu chuẩn so sánh số đo của bạn với.

Hai hiệu ứng làm méo hướng la bàn: nhiễu sắt cứng và sắt mềm. Nhiễu sắt cứng đến từ nam châm vĩnh cửu gần cảm biến (nam châm vỏ, vòng MagSafe, thậm chí một số miếng dán màn hình) và thêm offset không đổi vào các số đo X/Y/Z — điểm dữ liệu của bạn trong 3D tạo thành một quả cầu lệch khỏi gốc. Nhiễu sắt mềm đến từ vật liệu sắt từ (dầm thép, cửa tủ lạnh, khung xe) làm méo từ trường cục bộ và biến quả cầu đó thành một ellipsoid. Ứng dụng hiệu chuẩn yêu cầu bạn xoay điện thoại theo mẫu số tám để lập bản đồ độ lệch và độ giãn, sau đó trừ chúng trong phần mềm. Hiệu chuẩn lại bất cứ khi nào bạn thay vỏ điện thoại và luôn kiểm tra ngoài trời tránh xa tòa nhà thép.

Offset sắt cứng dịch chuyển mỗi trục theo hằng số — nếu nam châm nhỏ ở cách cảm biến 1 cm, bạn có thể thấy +30 μT trên X bất kể định hướng. Khắc phục là ước lượng độ lệch: thu thập mẫu khi xoay điện thoại theo mọi hướng, tính tâm của đám mây điểm kết quả và trừ những giá trị đó khỏi mọi số đo tương lai. Sự méo sắt mềm co giãn các số đo khác nhau dọc theo các trục khác nhau, biến dạng quả cầu hiệu chuẩn thành ellipsoid. Khắc phục là ma trận biến đổi 3×3 dẫn xuất bằng cách khớp ellipsoid với dữ liệu và đảo ngược nó. Điện thoại hiện đại chạy hiệu chuẩn này liên tục trong nền, nhưng thay đổi môi trường nhanh (vào xe, cầm vỏ có nam châm) yêu cầu chuyển động số tám mới để neo lại offset.

World Magnetic Model (WMM2025, hiện có hiệu lực đến 2029) là mô tả toán học của từ trường chính Trái đất, được Trung tâm Quốc gia về Thông tin Môi trường NOAA và British Geological Survey cập nhật mỗi năm năm. Nó cho bạn biết cường độ từ trường mong đợi, độ lệch (góc giữa bắc từ tính và bắc thực), và độ nghiêng tại bất kỳ vĩ độ/kinh độ/độ cao nào trên Trái đất. Điện thoại dùng WMM để chuyển đổi số đo từ kế thô thành hướng la bàn thực — không có nó, la bàn chỉ về bắc từ tính sẽ lệch lên đến 30° ở một số vùng. Độ lệch trôi ~0,1° mỗi năm, đó là lý do mô hình cần cập nhật định kỳ. Bạn có thể tra cứu độ lệch địa phương tại máy tính từ trường NOAA.

Hai API liên quan. DeviceOrientationEvent kế thừa kích hoạt giá trị alpha được hợp nhất với dữ liệu từ kế để tạo hướng la bàn theo độ — điều này hoạt động trên Safari iOS (với quyền) và Android Chromium. Generic Sensor API mới hơn hiển thị các lớp Magnetometer và AbsoluteOrientationSensor trả về giá trị μT thô mỗi trục cùng với chỉ báo độ chính xác hiệu chuẩn (LOW/MEDIUM/HIGH). Generic Sensor hiện được hỗ trợ trên trình duyệt dựa trên Chromium đằng sau cờ và qua quyền Sensor. Trên iOS, truy cập từ kế thô không được hiển thị cho web — chỉ hướng la bàn hợp nhất từ DeviceOrientationEvent.webkitCompassHeading. Công cụ này phát hiện API có sẵn và thoái lui duyên dáng.

Từ kế ba trục tiêu dùng (AKM AK0991x, ST LIS3MDL, Memsic MMC5983) được đặc trưng bởi phạm vi toàn thang (±1300 μT đến ±4900 μT điển hình), độ phân giải (0,15–0,6 μT/LSB), mật độ nhiễu (0,3–1,5 μT RMS), và độ ổn định offset từ trường bằng không theo nhiệt độ. ISO 12000 bao gồm quy trình đo từ trường và IEEE 1451.4 chuẩn hóa giao diện cảm biến thông minh. Mô hình từ trường tham chiếu là WMM2025 được NOAA/BGS duy trì, mà tất cả la bàn tiêu dùng được hiệu chuẩn theo. Để so sánh, từ kế fluxgate cấp khoa học được nhà địa vật lý dùng đạt độ phân giải 0,01 nT — nhạy hơn điện thoại khoảng 15.000 lần — nhưng giá hàng nghìn đô. Đối với mục đích tiêu dùng, từ kế điện thoại dễ dàng đáp ứng đặc tả độ chính xác la bàn hàng không IATA ±5° hướng.