磁力计（Magnetometer） 是一种测量磁场强度、方向或矢量分量的传感器。它常被用作电子罗盘，为设备提供“绝对方向”参考。手机、无人机、机器人、汽车、地质勘探设备中都能见到它。

1. 它测什么？

磁力计主要测量地磁场。地球表面地磁场总强度约为 25–65 μT（微特斯拉），即 0.25–0.65 G（高斯）。三轴磁力计可输出三个正交方向的磁场分量：

· B_x：X 轴磁场· B_y：Y 轴磁场· B_z：Z 轴磁场

通过这三个分量，可以计算航向角、磁场总强度，或用于姿态估计。

2. 常见工作原理

· 霍尔效应：磁场使载流导体产生电压差，成本低，常用于低精度场景。· 磁阻效应：包括 AMR、GMR、TMR，电阻随磁场方向/大小变化，灵敏度较高，广泛用于消费电子。· 磁通门：利用高磁导率磁芯在交变激励下的调制效应，精度高，常用于工业、导航。· 质子进动、光泵：高精度标量磁力计，用于地质勘探、航空磁测、科研。

3. 主要类型

· 标量磁力计：只测磁场总强度，如质子磁力计、光泵磁力计。· 矢量磁力计：测磁场方向和三分量，如三轴磁阻/磁通门磁力计。· 消费级 vs 高精度：手机、无人机多用小型低功耗三轴磁力计；地质、国防用高灵敏度磁力计。

4. 关键指标

· 量程：如 ±8 G、±16 G。· 分辨率：能分辨的最小磁场变化，如 0.1 μT。· 噪声：μT/√Hz，越低越好。· 零偏、非线性、温度漂移。· 带宽、功耗、接口：常见 I²C、SPI。

5. 干扰与校准

磁力计非常容易受干扰：

· 硬铁干扰：永久磁铁、扬声器、电机等产生固定偏置。· 软铁干扰：铁磁材料被地磁场磁化，导致缩放和轴间耦合。

因此使用前通常要校准，常见方法有：

· 8 字校准：让设备在空中画“8”字。· 椭球拟合：把测量点拟合成椭球，求偏置和变换矩阵。

6. 航向计算与融合

水平放置时，航向角可近似为：

\psi = \operatorname{atan2}(-B_y, B_x)

具体符号取决于芯片坐标系。若设备倾斜，需要结合加速度计做倾斜补偿。无人机、机器人中常把磁力计与陀螺仪、加速度计融合，形成 9 轴 AHRS，提供稳定姿态和航向。

7. 典型应用

· 智能手机指南针、地图方向· 无人机、机器人航向控制· 车辆检测、交通监控· 地质勘探、考古、未爆物探测· 室内定位、地磁匹配导航· 电流传感、医疗设备

8. 优缺点

优点：

· 提供绝对航向，不随时间累积漂移。· 体积小、成本低、功耗低。

缺点：

· 易受铁磁材料、电流、电机、扬声器干扰。· 需要校准，动态环境误差大。· 单独使用时无法确定完整姿态。

9. 常见芯片

消费级常见：HMC5883L、QMC5883L、LIS3MDL、BMM150、AK8963、RM3100 等。

总结：磁力计是测量磁场矢量的传感器，核心价值是提供绝对方向参考。它常与加速度计、陀螺仪组合使用，但必须注意磁干扰和校准问题。选型时重点关注量程、分辨率、噪声、功耗和接口。