قطب نما چیست و چگونه کار میکند؟

قطب نما یک ابزار ناوبری مهم است که برای قرن ها برای تعیین جهت و کمک به ناوبری استفاده می شود. قطب نماها با شناسایی میدان های مغناطیسی طبیعی زمین و تراز برای نمایش شمال مغناطیسی کار می کنند. انواع مختلفی از قطب نما وجود دارد که بر اساس اصول مختلفی کار می کنند و مزایا و معایب متمایز را برای موقعیت های مختلف ارائه می دهند. ]چهار دسته اصلی قطب نماها عبارتند از قطب نماهای انلاین، مغناطیسی، ژیروسکوپی و GPS.

قطب نمای انلاین

در اینجا دلایلی وجود دارد که چرا استفاده از قطب نما آنلاین (online compass) می تواند مفید باشد:

- راحتی - قطب نماهای آنلاین به راحتی از هر دستگاهی با اتصال به اینترنت قابل دسترسی هستند. برای تعیین مسیر، لازم نیست قطب نما فیزیکی با خود داشته باشید یا به آن دسترسی داشته باشید.

- سادگی - قطب نماهای آنلاین دارای رابط های  ساده ای هستند که استفاده از آنها آسان است. بیشتر آنها فقط از شما می خواهند که اجازه دسترسی به موقعیت مکانی خود را بدهید و سپس قطب نما را با عنوان فعلی شما نمایش می دهند. این آنها را بسیار شهودی می کند.

- ویژگی های اضافه شده - بسیاری از قطب نماهای آنلاین (compass online) علاوه بر اشاره به شمال، دارای ویژگی های اضافی هستند. این موارد می تواند شامل مواردی مانند مختصات طول و عرض جغرافیایی، ارتفاع، سرعت، مختصات GPS و نقشه ها باشد. این اطلاعات ناوبری متنی بیشتری را فراهم می کند.

- برچسب گذاری موقعیت مکانی - برخی از قطب نماهای آنلاین به شما امکان می دهند مکان ها یا ایستگاه های بین راه را برچسب گذاری و ذخیره کنید. این امر ردیابی جایی که بوده‌اید و ارجاعاتی برای پیمایش آینده را آسان می‌کند. برچسب های مکان از هر کجا قابل دسترسی هستند.

- دقت شمال واقعی - از آنجایی که قطب نماهای آنلاین به GPS متکی هستند، شمال واقعی را به جای شمال مغناطیسی نشان می دهند. این باعث می شود که آنها برای ناوبری در مقایسه با قطب نماهای مغناطیسی سنتی دقت بیشتری داشته باشند.

- دسترسی به موبایل - قطب نماهای آنلاین روی تلفن های هوشمند و همچنین لپ تاپ ها و دسکتاپ ها کار می کنند. بنابراین می توانید به جای برنامه ریزی یک مسیر، زمانی که در واقع در حال پیمایش و حرکت در اطراف هستید، به آنها دسترسی داشته باشید.

- بدون نیاز به کالیبراسیون - نیازی به کالیبره کردن دستی یا تنظیم قطب نما آنلاین قبل از استفاده نیست. سیستم GPS تضمین می کند که همیشه خوانش های دقیق جهت را ارائه می دهد.

- داده های ارتفاع - برخی از قطب نماهای آنلاین ارتفاع فعلی را بر اساس مختصات GPS نمایش می دهند. این اطلاعات مفیدی را برای پیاده‌روی، کوهنوردی یا ناوبری عمودی دیگر می‌دهد.

قطب نماهای آنلاین همچون onlinecompass.net به اتصال به اینترنت و دسترسی GPS متکی هستند. اما به طور کلی آنها مزایای قابل توجهی از نظر دسترسی، سهولت استفاده، ویژگی ها و دقت ارائه می دهند.

قطب نماهای مغناطیسی

قطب نماهای مغناطیسی رایج ترین و آشناترین نوع قطب نما هستند. آنها بر اساس میدان های مغناطیسی زمین عمل می کنند و حاوی یک سوزن مغناطیسی هستند که خود را با آن میدان ها هماهنگ می کند.

این قطب نما شامل یک سوزن مغناطیسی است که به صورت محوری نصب شده است. سوزن مغناطیسی شده خود را در راستای میدان های مغناطیسی زمین قرار می دهد که یک سر آن به سمت شمال مغناطیسی و دیگری به سمت جنوب مغناطیسی است. نقاط اصلی روی صفحه نشانگر جهت های اصلی - شمال، جنوب، شرق و غرب است. قطب نماهای مغناطیسی ساده بسیار قابل حمل و مقرون به صرفه هستند. با این حال، در مقایسه با سایر انواع قطب نما، پایداری و دقت کمتری دارند.

قطب نما پر از مایع

قطب نماهای پر از مایع که به عنوان قطب نماهای روح یا الکل نیز شناخته می شوند، عملکرد بهتری نسبت به قطب نماهای مغناطیسی ساده ارائه می دهند. آنها از یک ویال تا حدی پر از مایع و یک کارت قطب نما مغناطیسی که در داخل مایع شناور است تشکیل شده اند. این مایع نوسانات و حرکات کارت را کاهش می‌دهد و به آن اجازه می‌دهد سریع‌تر و با دقت بیشتری به سمت شمال بنشیند. این مایع همچنین از کارت در برابر لرزش و لرزش محافظت می کند. قطب نماهای پر از مایع دقیق تر و پایدارتر از قطب نماهای ساده هستند اما همچنین گران تر و شکننده تر هستند.

قطب نما فلاکس گیت

قطب نما فلاکس گیت از یک مغناطیس سنج شار برای اندازه گیری جهت و قدرت میدان های مغناطیسی با دقت بالا استفاده می کند. این شامل یک سیم پیچ محرک است که به دور یک هسته مغناطیسی بسیار نفوذپذیر و یک جفت سیم پیچ حسی پیچیده شده است. سیم پیچ درایو توسط یک جریان متناوب تغذیه می شود که هسته را اشباع می کند و باعث القای ولتاژ در سیم پیچ های حسی می شود. سیم پیچ های حسی جهت میدان مغناطیسی زمین را که برای به حرکت درآوردن سوزن قطب نما استفاده می شود، تشخیص می دهند. قطب نماهای فلاکس گیت بسیار دقیق هستند و به راحتی توسط میدان های مغناطیسی خارجی مختل نمی شوند. با این حال، آنها معمولاً حجیم و تشنه قدرت هستند.

قطب نماهای ژیروسکوپی

قطب نماهای ژیروسکوپی بر اساس اصول تقدم ژیروسکوپی به جای میدان های مغناطیسی کار می کنند. آنها حاوی یک ژیروسکوپ با چرخش سریع هستند که پایداری را فراهم می کند و یک جهت ثابت را حتی با چرخش محفظه قطب نما حفظ می کند.

قطب نما مکانیکی ژیروسکوپ

قطب نما مکانیکی ژیروسکوپ شامل یک ژیروسکوپ است که در یک یا چند گیمبال نصب شده است تا امکان چرخش آزاد در هر جهت را فراهم کند. هنگامی که محفظه قطب نما می چرخد، ژیروسکوپ چرخان در زوایای قائم با جهت چرخش قرار می گیرد و در مقابل تغییر مقاومت می کند. این تقدم برای ایجاد اتصالات مکانیکی استفاده می شود که صفحه قطب نما و سوزن ها را می چرخانند تا جهت خود را با شمال واقعی حفظ کنند. قطب نماهای مکانیکی ژیروسکوپ بسیار دقیق هستند و تحت تأثیر میدان های مغناطیسی خارجی قرار نمی گیرند. با این حال، قطعات متحرک زیادی دارند و نیاز به تراز و کالیبراسیون دارند.

قطب نما ژیروسکوپ فیبر نوری

قطب نما ژیروسکوپ فیبر نوری از ژیروسکوپ فیبر نوری برای تشخیص چرخش زاویه ای استفاده می کند. ژیروهای فیبر نوری حاوی سیم پیچ هایی از فیبر نوری هستند که از طریق آنها دو پرتو نور در جهت مخالف فرستاده می شود. چرخش باعث ایجاد اختلاف فاز بین دو پرتو می شود که برای تعیین سرعت چرخش اندازه گیری می شود. این نرخ چرخش برای جهت دهی سوزن های قطب نما به سمت شمال واقعی استفاده می شود. ژیروسکوپ های فیبر نوری فاقد قطعات متحرک هستند و به همین دلیل بسیار قابل اعتماد هستند. آنها همچنین در هر جهتی بدون تراز کار می کنند. با این حال، آنها گران هستند و در برابر لرزش و شتاب آسیب پذیر هستند.

قطب نماهای GPS

قطب نماهای GPS از سیگنال های ماهواره های موقعیت یاب جهانی به جای اصول مغناطیسی یا ژیروسکوپی برای جهت یابی استفاده می کنند. آنها حاوی یک گیرنده جی‌پی‌اس هستند که سیگنال‌های ماهواره‌های جی‌پی‌اس را برای مشخص کردن موقعیت قطب‌نما و حرکت آن با اشاره به شمال واقعی، مثلث‌بندی می‌کند.

قطب‌نمای اصلی جی‌پی‌اس تنها به سیگنال‌های ماهواره‌های GPS برای تعیین مسیر متکی است. این شامل یک تراشه گیرنده GPS استاندارد است که به یک میکروکنترلر متصل است که با نمایشگر قطب نما الکترونیکی ارتباط برقرار می کند. گیرنده GPS طول، طول جغرافیایی و مسیر را از سیگنال های ماهواره محاسبه می کند. قطب نماهای اصلی GPS به طور خودکار به سمت شمال واقعی به جای شمال مغناطیسی کالیبره می شوند. با این حال، آنها ممکن است در مناطقی با دریافت ضعیف ماهواره ای کار نکنند.

قطب نما GPS دیفرانسیل

قطب نماهای GPS دیفرانسیل از یک سیستم GPS دیفرانسیل برای افزایش دقت استفاده می کنند. آنها شامل یک گیرنده GPS استاندارد و همچنین یک گیرنده چراغ دیفرانسیل هستند. گیرنده بیکن سیگنال های اصلاحی را از برج های پخش دیفرانسیل دریافت می کند تا دقت موقعیت یابی را بهبود بخشد. این به قطب‌نماهای GPS دیفرانسیل اجازه می‌دهد تا دقت حرکت را در نیم درجه یا کمتر به دست آورند. با این حال، آنها به نزدیکی به برج های فانوس دریایی دیفرانسیل بستگی دارند.

نتیجه

طیف گسترده ای از قطب نماها از انواع ساده مغناطیسی تا طرح های ژیروسکوپی پیشرفته و مبتنی بر GPS وجود دارد. قطب نماهای مغناطیسی مقرون به صرفه ترین و پرکاربردترین قطب نماها در ناوبری عمومی هستند. قطب نماهای ژیروسکوپ دقت و قابلیت اطمینان بی نظیری را برای ناوبری دریایی و هوایی ارائه می دهند. قطب نماهای GPS کالیبراسیون شمالی واقعی را در هر مکانی ارائه می دهند اما به سیگنال های ماهواره ای بستگی دارند. انتخاب قطب نما به کاربرد مورد نظر، محیط عملیاتی و عواملی مانند هزینه، دقت و قابلیت اطمینان بستگی دارد. با درک ویژگی‌های متنوع آن‌ها، می‌توان قطب‌نمای مناسبی را انتخاب کرد تا به طور بهینه در خدمت هدف ناوبری مورد نظر باشد.