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关于手机传感器,这篇必不可少

2018-11-07
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如今,手机似乎已经成为现代人的万能工具,导航、计步、游戏等等。实现这些功能,其实都是因为它们装了一系列的传感器,华为Mate 20有10种传感器,苹果iPhone XS装有6类传感器......这就来说说那些每天陪伴我们的手机传感器。



1. 光线传感器


说到手机中的传感器,首先要说的就是光线传感器,它就好比手机的眼睛。我们人类的眼睛可以在不同光线的环境下,调整进入眼睛的光线。而光线传感器则可以让手机感测环境光线的强度,用来调节手机屏幕的亮度。


原理:

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。


应用:

通常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,使得屏幕看得更清楚,同时不刺眼;

可用于拍照时调节自动白平衡;

用光线传感器来协助调整屏幕亮度,能进一步达到延长电池寿命的作用;

光线传感器也可搭配其他传感器一同来侦测手机是否被放置在口袋中,以防止误触。


产品代表:

ST (意法半导体)——OPT3007

超薄环境光传感器,传感器的精密光谱响应与人眼的明视响应高度匹配。


应用手机:

苹果iPhone XR、vivo X23、华为Mate 20、三星GALAXY Note 9等。



2. 距离传感器


光线传感器和距离传感器一般都是放在一起,位于手机屏幕听筒周围。这样就存在一个问题,手机屏幕上方开太多洞或黑色长条不太好看,各大手机厂商都一直在想方设法减少开孔或者隐藏开孔。


原理:

红外LED灯发射红外线,被物体反射后,红外探测器通过接收到红外线的强度,测定距离。距离传感器同时拥有发射和接受装置,一般体积较大。


应用:

检测手机是否贴在耳朵上正在打电话,以便自动关闭屏幕达到省电的目的;

也可用于皮套、口袋模式下自动实现解锁与锁屏动作。


产品代表:

TAOS——TMD2772

主要由红外发射、光线接收、模数转化、I2C接口等几部分组成。


应用手机:

华为Mate 20、苹果iPhone XR、一加6T等。



3.重力传感器


原理:

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。


应用:

手机横竖屏智能切换;

拍摄照片方向;

重力感应类游戏,例如平衡球、赛车游戏等。


产品代表:

苹果研发的重力感应设备。


应用手机:

荣耀Magic 2、三星GALAXY Note 9、魅族16th等。



4. 加速度传感器


原理:

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。功耗更小,但是精度低。


应用:

计步,加速度传感器可以检测交流信号以及物体的振动。人在走动的时候会产生一定规律性的振动,而加速度传感器可以检测振动的过零点,从而计算出人所走的步或跑步所走的步数,从而计算出人所移动的位移,并且利用一定的公式可以计算出卡路里的消耗;

日常应用中的一些甩动切歌、翻转静音等。


产品代表:

ST意法半导体——LSM330D

可测量250dps至2000dps的俯仰、滚转和偏航轴角速度。


应用手机:

苹果iPhone XR、一加6T、小米MIX 3、苹果iPhone XS等。



5. 磁场传感器


原理:

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。


应用:

指南针、地图导航方向、金属探测器APP。


产品代表:

ADI(亚德诺)——ADA4571

对气隙变化的敏感度非常小。


应用手机:OPPO R17等。



6. 陀螺仪


原理:

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。一般手机里标配的是三轴陀螺仪,可追踪6个方向的位移变化。


应用:

一些射击或赛车游戏;

3D拍照、全景导航等。


产品代表:

NXP(恩智浦)——FXAS21002C

3轴数字陀螺仪,适用于游戏控制器、电子罗盘稳定、增强运动控制等应用。


应用手机:

华为Mate 20、OPPO R17、vivo X23、苹果iPhone XR等。



7. GPS


原理:

手机GPS模块通过天线接收GPS卫星传送的信息。模块中的芯片根据高速运动的卫星瞬间位置作为起算数据,根据卫星发射坐标的时间戳与接收时的时间差计算出卫星与手机的距离,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置坐标。


应用:地图、导航、测速、测距。


产品代表:

Fastrax——UP501

可以在恶劣条件下进行高性能的导航,甚至在较低的GPS卫星可见度环境下实现稳定的定位。


应用手机:荣耀Magic 2、魅族16th等。



8. 指纹传感器


目前,电容式指纹识别和超声波指纹识别应用比较广泛。


电容指纹传感器原理:

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。


超声波指纹传感器原理:

利用超声波,直接扫描并测绘指纹纹理。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。


应用:加密、解锁、支付等。


产品代表:

新思科技——Clear ID FS9500

仅有1.55mm,能够直接放置在柔性屏幕下边或直接集成在屏幕中。


应用手机:

华为Mate 20、三星GALAXY Note 9、小米MIX 3、OPPO R17 等。



9. 霍尔感应器


原理:霍尔磁电效应,当电流通过一个位于磁场中的导体的时候,磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力,从而在导体的两端产生电势差。


应用:自动解锁、自动锁屏等。


产品代表:

Diodes——AH1883

卓越的温度稳定性,对身体压力不敏感。


应用手机:

荣耀Magic 2、魅族16th、华为Mate 20等。



10. 气压传感器


原理:

分为变容式或变阻式气压传感器,将薄膜与变阻器或电容连接起来,气压变化导致电阻或电容的数值发生变化,从而获得气压数据。


应用:

GPS计算海拔会有十米左右的误差,气压传感器主要用于修正海拔误差(将至1米左右),当然也能用来辅助GPS定位立交桥或楼层位置。


产品代表:

TI(德州仪器)——BMP180

高精度、小体积、超低能耗的气压传感器。


应用手机:

华为Mate 20、苹果iPhone XR、苹果iPhone XS等。



传感器市场创新不断


智能手机的技术正在飞速更新,很大程度取决于手机中的传感器技术的创新突破。除了以上传感器,紫外线传感器、心率传感器、血氧传感器等也广泛应用于当下的热门手机中。


例如,在近年新发布的手机中,很多内置了面部识别传感器。面部识别比指纹识别复杂的多,它由成像模块、照明模块等组成,可以通过内置摄像头扫描用户的面部特征,实现安全、解锁等功能。在手机运动探测器中,配合心率传感器、血氧传感器等,可以实时监控用户的健康状况。


在传感器的工艺上,传感器集成度会越来越高,越高的集成度给传感器的拓展留下了更多的可能,而且大大节约了设备空间,这更有利于移动设备朝向轻便化的发展。


未来,手机对用户的感知会更加精准,传感器的种类将远不止这些。


传感器或为泄密者?


传感技术的发展为智能手机带来了更加有趣的体验,但同时也让这些传感器成为泄露信息者。


看似意义不大的数据,例如气压计读数的微小变化,也能暴露你的海拔,即位于建筑的第几层。再比如,运动传感器同样可以描绘出使用者的行程,一次旅程产生的潜在移动数据和更短的、急速的运动,一些应用程序可以从加速度传感器中抓取信息,得到线路数据。


手机传感器不仅为那些兜售窃密软件的网络犯罪分子提供窥探隐私的机会。合法的应用程序通常会收集用户信息,例如搜索引擎和应用下载的记录,然后卖给广告商或其他第三方。而第三方可以利用这些信息了解用户生活的各个方面。


安全与便利如何权衡?避免隐私泄露、减少应用程序收集传感器数据,成为手机安全急需解决的问题。



全球物联网观察整理

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