Magazin | 15.06.15

Digitaler Kompass (Magnetometer)

Viele Smartphones, PC-Tablets und Navigationsgeräte sind heutzutage mit einem digitalen Kompass ausgerüstet. Den Digitalkompass bezeichnet man gelegentlich auch als digitalen Magnetometer, MEMS oder Fluxgate-Magnetometer. Der digitale Kompass baut dabei auf mehreren Sensoren auf, mit denen die heutigen Tablets und Smartphones bestückt sind. Eine Kompass-App liest die Daten aus und bestimmt daraus die aktuelle Himmelsrichtung, in der man das Gerät hält.

Wie funktioniert ein digitaler Magnetometer?

Sobald man den digitalen Kompass aktiviert, misst ein Fluxgate-Sensor im Smartphone das Magnetfeld der Erde. Die Messeinheit besteht aus legierten Folien und mehreren Spulen, die selbst kleinste Veränderungen im Magnetfeld sichtbar machen.

Die Magnetfeldvarianzen erzeugen eine Spannung, die in Abhängigkeit von der Position des Tablets oder Smartphones unterschiedlich hoch ausfällt. Im Sensor ist zusätzlich ein nichtmagnetischer Widerstand verbaut, der jede dieser Spannungsabweichungen registriert.

Der Sensor leitet diese Daten entweder an das Betriebssystem oder eine speziell dafür ausgelegte App weiter. Wenn die Anwendung diese Informationen richtig interpretiert, lässt sich daraus der Standort rekonstruieren.

Weitere Sensoren für größere Präzision

Die App kann jedoch noch genauere Daten liefern, sofern sie auf weitere Sensoren des Smartphones zugreift. Dazu zählt beispielsweise ein barometrischer Höhenmesser. Zuweilen ziehen die Smartphones auch die Informationen des Beschleunigungssensors mit in die Berechnung der räumlichen Position ein.

Ein digitaler Kompass, der die Himmelsrichtung aus diesen drei Datenquellen errechnet, nennt man auch Drei-Achsen-Kompass. Das Verfahren hat den Vorzug, dass der Nutzer das Mobilgerät nicht exakt waagerecht zur Bodenachse ausrichten muss, damit die Messdaten die Position korrekt wiedergeben.

Die GPS-Ortung ersetzt nicht den Kompass

Bis heute hält sich unter vielen Smartphone-Nutzern hartnäckig der Irrglaube, dass das mobile Telefon die Positionsbestimmung aus den Daten der GPS-Ortung ableitet. Dem ist nicht so. Dazu ist zumindest das öffentlich verfügbare GPS-Signal zu ungenau. Diese Ortung beschreibt letztlich einen Radius von zehn bis fünfzehn Metern, in dem sich der Signalempfänger aufhält. Wohin er sich exakt bewegt, lässt sich somit nicht aus einem einzelnen GPS-Signal ermitteln.

Dies würde allenfalls funktionieren, wenn das Tablet oder Smartphone über zwei Empfänger verfügen würde. Eine App könnte dann aus dem aktuellen Standpunkt der beiden GPS-Einheiten schließen, wo sich vom Smartphone aus gesehen Norden befindet. Dazu müssten beide Empfänger jedoch im Mindestabstand von mehreren Zentimetern verbaut sein. In einem Smartphone ist dies wegen der kompakten Bauweise schlichtweg ein Ding der Unmöglichkeit.

Die Daten von GPS und digitalem Kompass lassen sich jedoch sinnvoll miteinander kombinieren. Davon macht zum Beispiel die verfügbare Tracking- und Navigationssoftware reichlich Gebrauch. Mit der Hilfe dieser Apps kann man vorgezeichnete Routen nachlaufen. Sofern die Anwendung mit dem Kompass verbunden ist, weiß man jederzeit, welche Richtung man einschlagen muss, um den Track nicht zu verfehlen.

Wo benötigt man einen digitalen Kompass?

Ein digitaler Kompass ist recht günstig in der Produktion. Seit 2010 kostet das fertige Bauteil weniger als einen Dollar. Dies ist ein wesentlicher Grund, warum die Komponente mittlerweile in keinem Smartphone oder Tablet fehlt. Nach wie vor nutzt man den digitalen Magnetometer typischerweise für die Navigation in der freien Natur. Mit der passenden Navigationssoftware ist der Kompass ein zuverlässiger Begleiter für Geocacher, Wanderer, Radfahrer oder Läufer.

Darüber hinaus greifen viele Smartphone-Apps aus dem Spielebereich auf den Kompass-Sensor zurück. In diesem Fall wird der Magnetometer in die Spielesteuerung integriert. Auch Dienste, die auf Augmented Reality spezialisiert sind, haben sich diese Fähigkeit von Mobilgeräten zunutze gemacht. Weil das Bauteil für den digitalen Kompass sehr flach und klein ausfällt, sind solche Komponenten inzwischen ebenfalls in Smartwatches vorzufinden.

Wie man einen digitalen Kompass ausrichtet

Mobile Kommunikationsgeräte sind oftmals künstlich erzeugten Magnetfeldern ausgesetzt, die den Empfang des digitalen Magnetometers entscheidend stören. Dazu reicht bereits ein Kopfhörer, der mit einem Neodym-Magneten bestückt ist. Man kann diese Probleme umgehen, indem man vor Nutzung des Geräts den Kompass auf das natürliche Magnetfeld kalibriert. Mit dem iPhone von Apple muss man zum Beispiel in der Luft eine Acht nachzeichnen, um das Handy exakt auszurichten.

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