傳感器應用智能手機能支持那么多的娛樂應用,歸根結底在于它里面集成的各類傳感器,包括重力感應器、加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤和指紋傳感器等。
隨著現代信息技術的飛速發展,智能手機已經成為人們生活不可獲取的一部分,同時其職能也從一開始的通訊發展到現在的娛樂、社交甚至生產。而智能手機能支持那么多的娛樂應用,歸根結底在于它里面集成的各類傳感器,包括重力感應器、加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤和指紋傳感器等。
重力傳感器
在iOS、Android平臺中,很多游戲都運用到重力傳感器,比如極品飛車系列、現代戰爭系列等等,它們帶給用戶新鮮的體驗。還有手機橫豎屏智能切換和照片查看時自動換朝向,都需要運用重力傳感器。
重力傳感器的工作原理是利用壓電效應實現,傳感器內部一塊重物和壓電片整合在一起,通過正交兩個方向產生的電壓大小,來計算出水平方向。一般手機系統默認重力感應的中心為水平放置。但是在應用中,用戶在娛樂時難以做到讓手機永遠保持水平姿勢。所以,用戶也可以自己選擇設置持握狀態下的中心。但是如果手機只裝配了重力感應器的話,那它最多只能感應傾斜90度,如果再加上三軸加速度傳感器,那就擴展到360度了。
三軸加速度傳感器
三軸加速度傳感器是手機中另一個非常重要的傳感器,它可以測出手機相對于水平面的傾斜度。可用于計步、感知手機擺放位置朝向角度等。
其工作原理與重力傳感器相同,也是壓電效應,并通過三個維度確定加速度方向。
陀螺儀
最早,陀螺儀大多應用于直升飛機中,以保持飛機姿態,塊頭也比較大。有了MEMS技術之后,把它的體積變小很多,可以集成到手機里面,價格也降低很多。
它的工作原理是利用角動量守恒原理(一個正在高速旋轉的陀螺,它的旋轉軸沒有受到外力影響時,旋轉軸的指向是不會有任何改變的),來判別物體在空間中的相對位置、方向、角度和水平的變化。三軸陀螺儀可以替代三個單軸陀螺儀,可同時測定6個方向的位置、移動軌跡及加速度。
事實上,如果結合加速度計和陀螺儀這兩種傳感器,系統設計人員可以跟蹤并捕捉3D空間的完整動作,為終端用戶提供更真實的用戶體驗、精確的導航系統及其他功能。手機中的“搖一搖”功能(例如搖動手機就能抽簽…)、體感技術,還有VR視角的調整與偵測,都是運用到陀螺儀的作用。
電子羅盤
電子羅盤可以用來感知方位,這在無GPS信號或網絡狀態不好的時候,很有用處。它是通過地球磁場來進行分辨的,緊急情況下可以當作指南針使用,感知東南西北的方向。
氣壓傳感器
將薄膜與變阻器或電容連接在一起,當氣壓產生變化時,會導致電阻或電容數值發生變化,藉此量測氣壓的數據。GPS也可用來量測海拔高度但會有10米左右的誤差,若是搭載氣壓傳感器,則可以將誤差校正到1米左右;也可用來輔助GPS定位,來確認所在樓層位置等信息。蘋果的iPhone6/6s系列都搭載了氣壓傳感器。
GNSS
GNSS的全稱是全球導航衛星系統(GlobalNavigationSatelliteSystem),它是泛指所有的衛星導航系統,包括全球的、區域的和增強的,如美國的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo、中國的北斗衛星導航系統,以及相關的增強系統,如美國的WAAS(廣域增強系統)、歐洲的EGNOS(歐洲靜地導航重疊系統)和日本的MSAS(多功能運輸衛星增強系統)等,還涵蓋在建和以后要建設的其他衛星導航系統。
指紋傳感器
目前主流的技術是電容式指紋傳感器,然而超音波指紋傳感器也有逐漸流行起來趨勢。電容式指紋傳感器作用時,手指是電容的一極、另一極則是硅芯片數組,透過人體帶有的微電場與電容傳感器之間產生的微電流,指紋的波峰波谷與傳感器之間的距離形成電容高低差,來描繪出指紋的圖形。而超音波指紋傳感器原理也類似,但不會受到汗水、油污的干擾,辨識速度也更為快速。運用在手機中可用來解鎖、加密、支付等等。
3D深度傳感器
感知距離和深度,對多數人的雙眼來說都是輕松而自然的。但讓智能手機也能探測到環境深度特征,可并不容易。普通的攝像頭無法單獨完成這一任務,必須依靠深度傳感器。
手機人臉識別功能采用的是TOF,3D成像技術,TOF是Timeofflight的簡寫,直譯為飛行時間的意思。所謂飛行時間法3D成像,是通過給目標連續發送光脈沖,隨后用深度傳感器接收從物體返回的光,根據探測光脈沖的飛行(往返)時間來得到目標物距離。
霍爾傳感器
霍爾傳感器主要運用在翻蓋解鎖、合蓋鎖定屏幕等功能當中,蘋果的Smartcover還有多個品牌的官方手機配件,都運用了這項技術。
其工作原理是霍爾磁電效應,當電流通過一個位于磁場中的導體時,磁場會對導體中的電子產生一個垂直于電子運動方向上的的作用力,從而在導體的兩端產生電勢差。
距離傳感器
距離傳感器可用于檢測手機是否貼在耳朵上正在打電話,以便自動熄滅屏幕達到省電的目的。
它是利用光線傳感器進行實現的,通過識別外界光線的強弱,來感應傳感器到用戶間的距離變化。具體工作原理是紅外LED燈發射紅外線,被近距離物體反射后,紅外探測器通過接收到紅外線的強度,測定距離。距離傳感器同時擁有發射和接收裝置,一般體積較大。
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