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指南针（第3页）

与沈括大致同时代的王假（福建堪舆学派的创立者）也提到过磁偏角。在王仅的一首诗中，他写道：“虚危之间针路明，南三张度上三乘”。这里的前一句所提到的显然是天体坐标的南北向，但通过观察地磁罗盘会发现，南方星宿“张”的范围是如此之广，以至于两个磁偏角及天体坐标的正南这3个“南方”方位均包含在其内。所以，他对磁偏角的涉及，具体数值还不能完全确定，但它的地磁偏现象的记载，说明了风水师是重视地磁偏现象的研究的。王仅是一位著名的堪舆家，他的主要著作写于1030—1050年间。

宋代曾三异在1189年写的《因话录》提到，在地球表面上一定有某个区域，在那里磁偏角为零。曾三异的观点很有见地，事实上也确实存在着零磁偏角线。即使如此，他也只是提出了一种有价值的猜测。16世纪，明代人迸一步发现了在不同的地点磁偏角的大小也不同的结论；18世纪，才出现关于磁偏角的大小也随时间的变化而变化的明确记载。

指南针架设方法与罗盘

指南针如何架设起来，沈括比较了4种不同的架设方法：

水浮多荡摇。指爪及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬为最善。其法取新纩中独茧缕，以芥子许蜡，缀于针腰，无风处悬之，则针常指南。这就是有名的沈括“四法”。沈括对前3种方法采取否定的态度，尽管“水浮法”是曾公亮已经有过尝试的方法．在《武经总要》中记载的使用方法是将指南鱼“平放水面令浮”，为此鱼形的铁叶可能是中间微凹的，这样的结构使铁鱼像小船一样漂浮在水面上。宗夷也提出了架设的方法，他指出：“以针横贯灯心，浮水上，亦指南。”

沈括尝试的四种安装指南针的方法

南宋时，指南针的架设问题有了新的进展。南宋陈元靓在《事林广记》（成书于1100—1250年间）中记述了两种指南针，即指南鱼和指南龟。它们可看作“水针（水罗盘）”和“旱针（旱罗盘）”的先驱。水罗盘（也叫浮针罗盘）是从《武经总要》的指南鱼到《事林广记》的指南鱼发展过来的，由于后者是木刻的，自然可浮在水面，似乎也不怕水面荡摇，它已发展成为一种比较成熟的结构。此后，水针一直比较流行，加上进一步的改进，将磁针穿上小木条，取代了木头刻的鱼，使之更实用了。自然，“指南鱼”这种形制也就消失了。《事林广记》记载的“指南龟”，则是后世旱罗盘的先驱。它因为采用了竹钉支承，摩擦力小，旋转灵活，因而也受到人们欢迎。后来人们将其发展成了枢轴支承式，这种形制就成了使用简便的旱罗盘。1985年5月，在江西临川县温泉乡朱济南墓中出土了一件题名“张仙人”的俑，高22。2em，手捧罗盘。此罗盘样的磁装置结构与宋代水浮针不同，其菱形针的中央有一明显的圆孔，说明它采用的是枢轴支承的架构。这座墓下葬的时间为南宋庆元四年（1198）。可见在旱罗盘问世不久，中国人已经将其发展成枢轴支承式的了。

结语

旱罗盘后来经阿拉伯传人欧洲，在欧洲发展成熟起来。欧洲人又进一步对这种旱罗盘做了改进，使用起来很是方便。这种改进虽然对磁的知识并未增加，甚至也未“改善”，但是却对航海事业产生了积极影响。也就是说，在发展航海事业的过程中，使磁技术的价值彰显出来。从磁的吸铁性和指极性知识看，在磁技术的发展早期，磁技术对生产发展和航海、堪舆的活动是有价值的，而磁技术的改善就是围绕着这种需求发展的。在磁技术发展的同时，人们也积累起些许磁学知识。这个积累过程是缓慢的，这当然是由于貌似简单的磁知识，它联系着对地（球）磁场的认识。这使问题具有了某种复杂性，而破解这种复杂性还需要时间，需要某种天才；同时也期待着高水平的精准实验用。

在这些精准的实验中，磁化技术中的两种方法是很重要的。在这些磁化技术的发展中，古人所依据的科学原理，要么是不知道，要么是不符合现代的科学原理。所以，古人是黑暗中摸索着前进的，是在对经验中的领悟中发展着的。在这些发明中，指南“针”形状发明提高了指向的精度，也使磁偏角得以发现．针的形制无疑是具有重要意义的，推进了对磁的认识，有益于磁知识的积累。大体上说，磁性指向器的演变过程中，形制的不断改进是很重要的，就像汽车发明后，汽车的样子也不断发生变化，甚至是很大的变化，但这也是逐步演变的。磁性指向器的交流中，也包含着磁知识的交流，这种交流促进着“磁学”知识的积累和发展。这直到近代才结出果实。

罗盘西传

中国的磁针和罗盘先后经由陆水两路西传，曾给人类文明的进程带来重大的影响。史学界认为磁针浮在水中的水罗盘与指南针一脉相承，是中国的发明。1985年江西临川南宋朱济南墓出土的“张仙人”俑手持的旱罗盘证明：旱罗盘的发明权也属于中国。

现代指南针

现代电子罗盘

现代人制作了各种电子指南针，智能手机普遍有这个软件，电子罗盘也叫数字罗盘，是利用地磁场来定北极的一种方法，应用到手机上，其实就是电子指南针，电子罗盘一般用磁阻传感器和磁通门加工而成。

虽然GPS在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用，但由于其信号常被地形、地物遮挡，导致精度大大降低，甚至不能使用。尤其在高楼林立城区和植被茂密的林区，GPS信号的有效性仅为60%，并且在静止的情况下，GPS也无法给出航向信息。为弥补这一不足，可以采用组合导航定向的方法。电子罗盘正是为满足用户的此类需求而设计的。它可以对GPS信号进行有效补偿，保证导航定向信息100%有效，即使是在GPS信号失锁后也能正常工作，做到“丢星不丢向”。

电子罗盘可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘。平面电子罗盘要求用户在使用时必须保持罗盘的水平，否则当罗盘发生倾斜时，也会给出航向的变化而实际上航向并没有变化。虽然平面电子罗盘对使用时要求很高，但如果能保证罗盘所附载体始终水平的话，平面罗盘是一种性价比很好的选择。三维电子罗盘克服了平面电子罗盘在使用中的严格限制，因为三维电子罗盘在其内部加入了倾角传感器，如果罗盘发生倾斜时可以对罗盘进行倾斜补偿，这样即使罗盘发生倾斜，航向数据依然准确无误。有时为了克服温度漂移，罗盘也可内置温度补偿，最大限度减少倾斜角和指向角的温度漂移。

电子罗盘原理

三维电子罗盘由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和MCU构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场，倾角传感器是在磁力仪非水平状态时进行补偿;MCU处理磁力仪和倾角传感器的信号以及数据输出和软铁、硬铁补偿。该磁力仪是采用三个互相垂直的磁阻传感器，每个轴向上的传感器检测在该方向上的地磁场强度。

磁偏角

地球表面任一点的磁子午圈同地理子午圈的夹角，即为磁偏角。磁偏角在同一地点也不是定值，每天早晚测定的磁偏角也有微小的差异，磁偏角具有长期变化和周日变化的特性。气象条件对磁偏角的影响也很大，尤其在雷电天气下是不能观测的。磁偏角受地磁环境影响比较显著，由于地磁的特性，磁子午线情况比较复杂，且互相不平行，直线愈长，误差越大。

指南词义

“指南”的词义有指导或准则之意，而“指南”来源于“司南”，两者仅一音之转。在汉至唐的文献中，读者可读到诸如“事之司南”、“文之司南”以及人之司南等词语。唐代以后，在社会科学中，“司南”一词完全为“指南”所取代。唐代以后，“司南”（磁勺）奇迹般地销声匿迹，因是磁针已经问世。

磁子午线

磁子午线随一年四季的变化而变化。其一，在春分，秋分这天，磁子午线与子午线，以及地球的经线三线重合，指南针直指地球的南北方向极点，误差只有0。08°地轴偏心率，可以忽略不计。其二，在夏至，冬至这天，磁子午线和子午线是不重合的并且偏磁角最大，最大偏差量为正负23。26°，也就是说在地球南北极附近偏磁点最大，用地球的周长除以365°角在正负23°，等于偏磁极点对应南北极点的距离（正负弧度公里）。

社会反应

指南针打开了世界市场

指南针在航海上的应用对地理大发现和海上贸易有极大的促进作用。指南针的发明源于中国古人如何定向问题的研究，也表明古人对如何定向问题的重视，为此，指南针被誉为中国古代四大发明之一。古代中国人将指南针用于军事和航海的活动，也被用于堪舆术，后来还辗转传入欧洲，在欧洲的航海活动和地理大发现中，发挥了不可替代的重要作用。在航海技术发明中，指南针也是最重要的单项发明。