购机指南:手机中常见的传感器原理和用途

时间:2017-05-28 11:41 来源:武松娱乐整理 字体:[ ] 评论:
随着科技不断进步,智能手机得以飞速发展,对于用户来说最直观的变化,就是智能手机的功能越来越多、性能越来越强大,对于用户生活便捷愈发重要。虽然说处理器强大的性能与整合性让智能手机获得更强的运算能力,但是要说提升用户交互体验的,却是隐藏在手机背后的那些传感器。   买手机别总盯着跑分 这些传感器同样重要 一直以来,很多用户在购买手机时,只去关注手机外观、尺寸、处理器、续航以及拍照方面的因素,却忽视了传感器的存在,要知道内置传感器的多少也是千元机与高端手机重要区别之一;可以这么理解,传感器越多,手机提供的相应监测数据也就越准确,用户的使用体验也会越好,所以在购买智能手机时,其内置多少传感器需要用户重点去考量;下面,笔者整理了手机中常见的传感器原理和用途,希望对小伙伴们在购买手机时有所帮助。 不管是千元机还是万元机都必备的传感器: 光线传感器 光线传感器和距离传感器应该使我们最为常见的两个传感器,在绝大数手机额头都能看到光线传感器和距离传感器的开孔,光线传感器用于调节屏幕自动背光的亮度,白天提高屏幕亮度,夜晚降低屏幕亮度,随光线变化调节亮度,使得屏幕看得更清楚。还能够配合距离传感器保证在兜里不被误触。光线传感器的工作原理是光敏三极管,接受外界光线时,会产生强弱不等的电流,从而感知环境光亮度。   光学传感器和距离传感器 距离传感器 当你在通话时,把手机放到耳边屏幕就会熄灭,这就是距离传感器在发挥作用,一是为了省电,二是为了防止脸部造成屏幕误触。它的原理是红外LED灯发射红外线,被近距离物体反射后,红外探测器通过接收到红外线的强度,测定距离,一般有效距离在10cm内。 指纹传感器 指纹识别功能已经成为智能手机的标配,其作用是用于手机解锁、文件加密、安全支付等场景下。目前手机指纹识别技术有两种,一种是电容指纹传感器,其原理是手指构成电容的一极,另一极是硅晶片阵列,通过人体带有的微电场与电容传感器间形成微电流,指纹的波峰波谷与感应器之间的距离形成电容高低差,从而描绘出指纹图像。   iPhone 5采用电容式指纹识别 另一种是超声波指纹传感器,其原理是直接扫描并测绘指纹纹理,甚至连毛孔都能测绘出来。因此超声波获得的指纹是3D立体的,而电容指纹是2D平面的。超声波不仅识别速度更快、而且不受汗水油污的干扰、指纹细节更丰富难以破解。 GPS传感器 GPS传感器主要作用是通过天线来接收到卫星的坐标信息帮用户定位。地球特定轨道上运行着24颗GPS卫星,每一颗卫星都在时刻不停地向全世界广播自己当前的位置坐标及时间戳信息。随着4G网络普及,除了应用在地图、导航、测速测距上,GPS被应用在更多场景,比如与智能硬件配合实现远程定位监控或设备丢失后定位查找等。 重力传感器   图为 iPhone 5s主板 平时我们使用手机看电影或者玩游戏时,都会把手机横过来操作,屏幕显示也随着切换过来,这就用到了重力传感器;另外,在玩一些游戏时,可以通过重力传感器来实现更丰富的交互控制,例如地铁跑酷、神庙逃亡等游戏。重力传感器的原理是利用压电效应实现,传感器内部一块重物和压电片整合在一起,通过正交两个方向产生的电压大小,来计算出水平方向。 陀螺仪 加速传感器可以提供方向信息,但是陀螺仪测量方向时更精准。陀螺仪可以告诉你设备旋转了多少度,朝哪个方向旋转。如果设备没有陀螺仪传感器,就没有办法观看360度视频,没有办法享受VR体验,没法摇一摇了。 陀螺仪的工作原理是角动量守恒,一个正在高速旋转的物体(陀螺),它的旋转轴没有受到外力影响时,旋转轴的指向是不会有任何改变的。陀螺仪就是以这个原理作为依据,用它来保持一定的方向。三轴陀螺仪可以替代三个单轴陀螺仪,可同时测定6个方向的位置、移动轨迹及加速度。 加速度传感器   图为 iPhone 5加速度传感器 加速度传感器是多个维度测算的,主要测算一些瞬时加速或减速的动作。比如测量手机的运动速度,在游戏里能通过加速度传感器触发特殊指令。其原理是与重力传感器相同,也是压电效应,通过三个维度确定加速度方向,但功耗更小,但精度低。 磁场传感器 磁场传感器一般用在常见的指南针或是地图导航中,帮助手机用户实现准确定位。工作原理是各向异性磁致电阻材料,感受到微弱的磁场变化时会导致自身电阻产生变化,所以手机要旋转或晃动几下才能准确指示方向。 以下传感器中低端智能手机可能都没有:   图为 iPhone 7主板 温度传感器 温度传感器可以用来检测手机本身温度变化,可以看出使用情况下,手机的发热程度。扩展功能方面,温度传感器也能检测外界空气中的温度变化,甚至是用户当前的体温。其原理是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为可用输出信号。 气压传感器 在智能手机中,气压计并不是太常见。之前一直被用在军工手机当中,现在也只有高端手机才配备。气压计可以测量大气压。通过气压计,我们可以知道设备所处的海拔是多少,提高GPS精准度。其工作原理是分为变容式气压传感器以及变阻式气压传感器。气压变化会导致电阻或电容测算数值发生改变,从而获得气压数据。 心率传感器 心率传感器在穿戴设别中比较常见,但在手机上的应用一般是设置在手机背部的位置,用于运动和健康方面,其原理是用高亮度LED光源照射手指,当心脏将新鲜的血液压入毛细血管时,亮度呈现如波浪般的周期性变化,通过摄像头快速捕捉这一有规律变化的间隔,再通过手机内应用换算,从而判断出心脏的收缩频率。 血氧传感器 与心率传感器一样,血液中的血红蛋白和氧合血红蛋白对红外光和红光的吸收比例不同,用这种红外光与红光的两个LED灯光同时照射手指的话,也可以测量出反射光的吸收光谱,从而测量血氧含量,用途同样是运动和健康。 紫外线传感器 紫外线传感器利用光电发射效应来测算,通过摄像头拍户外光源从而换算成放电效应测出紫外线强度。现在应用这种传感器的手机并不多见,而且测算的稳定性也有待进一步观察。 霍尔传感器 霍尔传感器与磁场传感器有些类似,霍尔传感器可以将变化的磁场转化为输出电压,从而在导体两端产生电势差。有些手机会随机标配一些保护套,当合上保护套时手机会自动锁屏,打开保护套之后设备又会自动解锁,在翻盖手机中,也会使用霍尔传感器。 计步传感器 在智能手机中计步传感器并不是很常见,事实上是非常少见。计步器是一个传感器,它可以计算用户行走的步数。大多智能手机用加速传感器测量步数,所以存在一些误差,不过计步器才是专业的计步工具,计步相比加速传感器更加精准。 写在最后 前八种传感器几乎是目前绝大多数手机的标配,后七种传感器则比较少见,主要针对户外、运动、健康一类的特殊用户群体,一般在高端手机中比较常见。如今的手机早已不是单一的通讯产品,更多的是生活必不可少的工具,可以说是人们的全能助理。 最后想说的是,正是因为这些隐藏在手机背后的“黑科技”让我们在使用智能手机时才更加得心应手,所以在购买手机时,不要只盯着外观、拍照、跑分不放,这些传感器对于手机和用户体验来说同样重要。
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