Разнообразные датчики в смартфонах — их назначение и принцип работы, особенности датчика на движение.

Современные смартфоны буквально переполнены огромным количеством сенсоров. С их помощью устройства создают маршруты на карте, отслеживают физическую активность в фитнес-приложениях, распознают разнообразные жесты и выполняют множество других функций, которые стали для нас привычными. Если рассматривать конкретно, то можно выделить «датчик на движение» среди них.

• Акселерометр
• Гироскоп
• Магнитометр (компас)
• Барометр
• GPS
• Датчик приближения
• Датчик освещенности
• Датчик Холла

Акселерометр

Акселерометр – это сенсор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения. Говоря простым языком, он определяет пространственное положение смартфона, и то расстояние, на которое он переместился.

Акселерометры есть во всех, даже самых бюджетных смартфонах. Правда, в откровенно недорогих гаджетах их чувствительность оставляет желать лучшего. Он относится к разряду MEMS-сенсоров и, по сути, представляет собой крайне миниатюрный механический элемент с грузиками и очень маленькими парными пластинами конденсаторов. Первая пластина остается неподвижна, а вторая изгибается при изменении положения смартфона в пространстве (под действием ускорения). Расстояние между пластинами изменяется, а вместе с тем изменяется и заряд на них. Акселерометр постоянно измеряет заряд на таких пластинах, и на основе этого определяет, насколько велико отклонение подвижной пластины с грузиком и каково направление этого отклонения.

Акселерометр может распознать движение смартфона по трем осям. Это пригодится, например, для подсчета шагов и ориентации на карте.

Гироскоп

Принцип работы гироскопа во многом напоминает уже рассмотренный нами акселерометр. Сильно перекликаются и функции этих датчиков. Правда, если акселерометр больше ориентирован на определение ускорения, подсчет шагов и пройденного расстояния, то гироскоп «заточен» на определение ориентации смартфона в пространстве, делая это намного точнее акселерометра.

Гироскоп в смартфонах, по сути, представляет собой небольшую емкость с подвижным объектом, который смещается при изменении ориентации гаджета, тем самым меняя емкость соответствующих конденсаторов. Ну а, измеряя эту емкость, смартфон «понимает» как изменилось его положение в пространстве.

Гироскоп смартфона широко используется в виртуальной реальности и играх с управлением путем наклона и поворота гаджета. Завязаны на него и многие другие функции смартфона. Но, в целом, акселерометр и гироскоп работают в паре, удачно дополняя друг друга.

Магнитометр (компас)

Это еще один сенсор для пространственной ориентации. Как понятно из его названия, датчик работает с магнитным полем. Магнитометр действует в компании с акселерометром и GPS, облегчая навигацию. Именно благодаря ему вы не только можете ориентироваться в лесу, но и видите не просто точку на карте, а стрелку, показывающую в каком направлении вы смотрите.

Барометр

Барометр обычно устанавливается только во флагманские смартфоны и помогает GPS более точно ориентироваться в пространстве. Вот только если GPS делает это на плоскости, то барометр определяет положение телефона по высоте.

Главная задача барометра – измерение атмосферного давления, на основе чего рассчитывается высота, на которой находится телефон – чем оно ниже, тем выше вы забрались. Это может пригодиться и для определения, на каком этаже вы находитесь, и для фиксации физической активности в фитнес-приложениях и для многих других задач. Сам же барометр в смартфоне, упрощенно говоря, представляет собой небольшую коробочку с мембраной, изгиб которой определяет текущее атмосферное давление.

GPS

Это последний в серии датчик, непосредственно отвечающий за позиционирование смартфона. Хотя называть его датчиком не совсем корректно, и, по сути, GPS представляет собой сложную технологию для связи телефона со спутниками. Современные смартфоны поддерживают множество систем спутниковой навигации. Это и российская ГЛОНАСС, и европейская Galileo, и китайская BDS (BeiDou).

Недорогие смартфоны обычно используют канал L1 для GPS-позиционирования, дающий лишь приблизительное представление о вашем местоположении. А в устройствах верхнего уровня предусмотрен двухдиапазонный GPS с поддержкой L1 и L5. При определении местоположения через канал L5 приоритетным становится сигнал, который первым достиг спутника. Тем самым отсекаются отраженные сигналы, и точность позиционирования повышается.

��  ��  Вконтакте�� Телеграм

Датчик приближения

Это еще один датчик, который есть во всех, даже самых недорогих смартфонах. В отличие от всех предыдущих сенсоров, которые прячутся внутри корпуса гаджета, этот датчик может увидеть любой желающий – обычно он находится над экраном рядом с фронтальной камерой устройства. Ну а главная задача сенсора отлично понятна и из его названия – он призван определять приближение к смартфону каких-либо объектов.

Датчик приближения у Samsung Galaxy S21

Именно благодаря датчику приближения смартфон умеет отключать экран при приближении к уху, тем самым избавляя вас от ложных касаний при разговоре. В разных смартфонах устанавливаются разные модели таких датчиков, сильно отличающиеся друг от друга принципом действия. Так, во многих случаях датчик приближения представляет собой набор из ИК-лампочки и фотодиода. Первая излучает волны в ИК-диапазоне, а второй измеряет количество попавшего на него отраженного света. Ну а дальше все просто. Если рядом с датчиком нет никаких объектов, излучаемый им свет просто рассеивается в пространстве, а при приближении к нему какой-то преграды, ИК-волны начинают от нее отражаться и попадать на фотодиод. Смартфон же понимает, что ему пора отключать экран.

Некоторые производители предпочитают экономить на таких датчиках, заменяя их программными алгоритмами, другие устанавливают в телефоны копеечные сенсоры, третьи подменяют из работу акселерометром и гироскопом. Ну а в итоге все это приводит к некорректной работе функции – в сети можно найти массу жалоб на этот счет. Да и сам датчик приближения – очень интересная тема, к которой мы вернемся в следующих материалах.

Датчик освещенности

Здесь все просто и понятно. Если датчик приближения фиксирует отраженный свет, то сенсор освещения просто определяет уровень освещенности окружающего пространства. На основе этих измерений автоматически регулируется яркость экрана, делая работу со смартфоном более комфортной.

Кроме того, часто датчик освещения работает в тесном контакте с алгоритмами искусственного интеллекта. Это проявляется, например, в том, что вы можете изменить установленную смартфоном яркость экрана, и в будущем при таких же условиях освещения телефон будет ориентироваться уже на ваши предпочтения.

Датчик Холла

По своей сути, датчик Холла фиксирует и измеряет напряженность магнитного поля. Но в смартфонах используется упрощенный вариант такого сенсора – его единственная задача в обнаружении магнитного поля как такового. А делается это для взаимодействия со всевозможными аксессуарами. Например, чехлом-книжкой, при откидывании крышки которого включается экран смартфона.

Читайте также

• Технология быстрой зарядки: как запихнуть энергию в аккумулятор за полчаса
• IPS или AMOLED: какой экран лучше для смартфона

Когда срабатывает датчик Холла?

Датчик Холла — это электронный прибор, который реагирует на изменения магнитного поля. Обычно он состоит из магнитночувствительного элемента, такого как полупроводниковый кристалл, на который действует магнитное поле, и усилительной схемы, которая усиливает сигнал, создаваемый при действии магнитного поля на магнитночувствительный элемент.

Датчик Холла срабатывает при изменении магнитного поля вблизи его магнитночувствительного элемента. Когда магнитное поле меняется, то происходит смещение зарядов в магнитночувствительном элементе, что приводит к возникновению электрического сигнала. Этот сигнал может быть использован для измерения магнитной индукции или для определения положения объекта, на котором установлен датчик Холла.

Например, датчики Холла широко используются в автомобильной промышленности для измерения скорости и положения вращающихся деталей, таких как колеса, распределительный вал и коленчатый вал двигателя. В этом случае, при движении магнита вблизи датчика Холла, изменяется магнитное поле, и датчик срабатывает, генерируя электрический сигнал. Этот сигнал затем используется для определения скорости и положения вращающихся деталей.

Также датчики Холла могут использоваться в других областях, где требуется обнаружение магнитного поля или определение положения объектов.

Видео. Датчики движения