智能手机中重力加速度传感器的校准方法

图1 来自网络

经常利用智能手机做物理实验的师生常常遇到一个十分棘手的问题，就是智能手机中的重力加速度传感器输出的重力加速度值与当地重力加速度的真实值不相符。

无论是什么系统、什么品牌、什么价位的智能手机，无论是什么样的手机实验APP，无论用哪一个加速度分量测量，智能手机加速度传感器输出的重力加速度值总是与当地重力加速度存在差异的。

在实际教学中，学生对重力加速度等于9.8m/s^2的认识是根深蒂固的，如果在实验中利用智能手机测出的值不等于9.8m/s^2，利用智能手机所做实验的可信度就会大打折扣。

以微主使用的某款手机为例，Phyphox重力加速度传感器绘制出的重力加速度-时间图像如图2所示。

图2 微主手机输出图像

显然，手机输出的重力加速度值约为9.93m/s^2，而焦作当地的重力加速度值为9.7986m/s^2。

由于测量噪声的存在，可以在Phyphox中对重力加速度的输出值进行积分，再除以积分时间，就可以得到重力加速度测量值的平均值。

不过微主采用了一种偷懒的方式，利用了如图3所示的、来自网络的现成的实验方案。利用该方案，微主测量出的重力加速度的测量值为9.9371m/s^2。

图3 微主手机输出重力加速度值

比较真实值和测量值可以发现，绝对误差为0.1385，相对误差为1.4135%。

为了让智能手机加速度传感器测得的重力加速度值与实际值相符，可以对测量值进行修正。即让重力加速度传感器输出的x轴加速度分量、y轴加速度分量、z加速度分量轴和绝对值分别乘以真值9.7986m/s^2，再除以平均值9.9371m/s^2，就会得到与当地重力加速度一致的输出值。

如图4所示，把修正之后的数据输出至加速度-时间图像或者数值显示框，就得到与当地相符的重力加速度的测量值了。

图4 修正后的重力加速度测量效果

以后再利用智能手机做与重力有关的实验时，就可以直接使用这一案例，呈现在学生面前的，就是数值为9.8m/s^2的重力加速度，实验的可信度就会大大增加。