2020年智能手机中的所有传感器及其工作方式

智能手机是一项非凡的工程壮举。它可以将六个或更多的小工具装到一个平板中,并且通过各种各样的传感器完成各种智能功能。

  智能手机是一项非凡的工程壮举。

  它可以将六个或更多的小工具装到一个平板中,并且通过各种各样的传感器完成各种智能功能。这些传感器都是什么传感器?它们又是如何发挥作用的?包括:手机如何计算步数并更换健身追踪器?GPS是否会占用您的数据......

  这些都是您需要了解的内容。

  加速度计

  加速度计可处理基于轴的运动感应,并且可以在健身追踪器和电话中找到-这就是即使您没有单独购买可穿戴设备,智能手机也可以跟踪您的步伐的原因。

  他们还告诉手机软件手机指向的方向,随着增强现实应用程序的到来,这一点变得越来越重要。

  顾名思义,加速度计测量加速度。这意味着Snapchat内的地图可以在您开车时在您的bitmoji上放置一辆可爱的玩具车,并且还可以启用许多其他实际有用的应用程序。

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  手机的加速度计可感知你的移动

  该传感器本身由其他传感器组成,包括由于加速力而受压的微观晶体结构。然后,加速度计会解释晶体产生的电压,以计算出手机移动的速度和指向的方向。

  从将应用程序从纵向切换到横向,再到在驾驶应用程序中显示当前速度,加速度计都是手机最重要的传感器之一。

  陀螺仪

  陀螺仪可以帮助加速度计了解手机的定位方式-它提高了精度,因此这些360度光球看起来确实令人印象深刻。

  每当您在手机上玩赛车游戏并倾斜屏幕以进行转向时,陀螺仪(而不是加速度计)都会感应到您在做什么,因为您只是在手机上进行了很小的旋转,而实际上并没有在空间中移动。

  陀螺仪并非手机专用:例如,它们可用于飞机内部的高度计中以确定高度和位置,并保持摄像机在移动中的稳定。更好的产品正在酝酿中,尽管它们对于消费者移动设备而言不会立即变得便宜且实用。

  智能手机中的陀螺仪不会像在旧飞机上使用的传统机械那样使用轮子和万向架,而是使用MEMS(微机电系统)陀螺仪。

  MEMS陀螺仪第一次真正引起轰动的是2010年的iPhone4.那时,拥有能够以这种精确度检测方向的手机是一件非常新颖的事-如今,我们认为这是理所当然的。

  磁力计

  磁力计是负责确定手机在物理空间中何处的功能的三速传感器的补充。顾名思义,它就是它的名字-它测量磁场,因此可以通过改变向电话输出的电压来告诉您哪个方向是北方。

  当您在Apple Maps或Google Maps中进入和退出指南针模式时,磁力计就会启动,以计算出地图应该位于哪个方向。它还为独立的指南针应用程序提供动力。

  您手机的指南针应用程序由其磁力计提供服务

  磁力计也可以在金属探测器中找到,因为它们可以探测磁性金属,这就是为什么您可以为智能手机获得金属探测器应用程序的原因。

  但是,该传感器并不能单独用于其主要目的(在地图应用程序内部)-它与来自手机加速度计和GPS单元的数据协同工作,以找出您在世界上的下落,以及您的使用方式重新指向(对于那些详细的导航路线非常方便)。

  全球定位系统

  嗯,GPS(全球定位系统技术)在没有您的情况下会怎样?大概是在一个偏僻,泥泞的领域,诅咒我们放弃纸质地图以换取电子等效物的那一天。

  手机中的GPS装置会从太空中的卫星发出信号,以确定您站在(或驶过)地球的哪一部分。他们实际上并没有使用您手机的任何数据,这就是为什么即使手机上的地图本身是模糊的,低分辨率的混乱,当手机丢失信号时,您仍然可以看到您的位置。

  实际上,它与多颗卫星连接,然后根据相交角计算出您的位置。如果找不到卫星-您在室内或云层很重-那么您将无法锁上。

  GPS卫星可让您锁定手机的位置

  尽管GPS不会消耗数据,但所有这些通信和计算都会消耗您的电池,这就是为什么大多数节电指南都建议关闭GPS.出于某些原因,像一些智能手表之类的小配件也不包含它。

  GPS并非您的手机可以在其实际位置上工作的唯一方法-就像Serial告诉我们的那样,到手机信号塔的距离也可以用作粗略的近似值-但是,如果您有认真的工作要做,那么这是必不可少的。智能手机中的现代GPS单元实际上将GPS信号与其他数据(例如小区信号强度)结合在一起,以获得更准确的位置读数。

  生物识别传感器

  市场上几乎每部手机都将配备指纹传感器或面部识别系统,以帮助您登录手机。这些生物识别传感器可以通过某些方式进行欺骗,但与单独使用PIN码或模式相比,它们通常更安全—更加方便。

  指纹传感器已从硬件按钮转移到屏幕内电路。共有三种主要类型:光学(用光扫描),电容式(用电子电容器扫描)和超声波(用声波扫描)。为了获得最佳效果,您需要使用超声波,尽管有时另两种选择会在手机上朝着便宜的终端市场使用。

  这些传感器并不是单独工作的,制造商部署了各种不同的软件技巧和算法来使指纹识别尽可能准确。现在,最优质的Android手机具有显示屏指纹识别器,几乎与使用物理硬件按钮的指纹识别器一样好。

  指纹传感器已从按钮移动到显示屏

  当然,您不会在顶级iPhone或Pixel 4上找到指纹传感器:这些手机以及其他类似手机使用面部识别。同样,这里部署了多种技术,便宜的手机仅使用普通的相机镜头,并尝试通过高分辨率照片验证您的身份。

  在高端,红外传感器使用点在三个维度上映射您的脸部,然后由手机上的软件对其进行解释:软件越智能,解锁就越快。当脸部解锁效果很好时,感觉就像魔术一样,但是幕后还有很多工作要做。

  LiDAR等多种传感器

  您的手机中还有很多传感器,尽管它们可能不像我们已经提到的那样重要。Pixel 4和Pixel 4 XL具有独特的Soli传感器,该传感器本质上是雷达模块:它可以检测手机附近以及手机正上方的移动,因此当您将其静音时,警报会变得更安静,并且人脸解锁也可以触发拿起手机后立即生效。

  Pixel 4配备了自己的雷达

  在苹果方面,我们已经看到LiDAR已添加到iPad Pro中,并且很可能很快会出现在iPhone中。简而言之,这是一种激光扫描技术,可以非常准确地判断深度并绘制房间地图,并且在未来几年中,它将对增强现实应用程序最有用。

  然后,最新的Apple手机中就有U1芯片。这比起传感器来说,它更像是通信天线,但它可以帮助确定手机的位置和方向。包括iPhone在内的许多手机还具有可测量气压的气压计:从检测到一切有用天气会变化以计算您所在的高度。

  该接近传感器通常坐起身靠近顶部的扬声器,并结合红外LED和光检测器工作了,当你有手机放到耳边,这样的屏幕可以被关闭。传感器发出的光束会反弹回来,尽管肉眼看不见。

  同时,环境光传感器可以完全满足您的期望,可以测量房间内的光线并相应地调整屏幕的亮度(如果确实将其设置为自动调整)。

  就像手机中包含的其他技术一样,这些传感器一直在变得更小,更智能且耗电更少,所以仅仅因为相隔五年的手机都具有GPS并不意味着它们都将保持不变。准确。还添加了软件调整和优化功能,这是定期升级手机的更多原因,即使您几乎永远不会在规格表中看到这些传感器。

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枭枭

集成电路设计行业资深记者,传感器专家网专栏编辑。