智能产品中的传感器技术

智能产品中的传感器技术前言•现在的智能手机比起之前的智能手机时代不仅仅是性能硬件上的提高，除了CPU这一类配置之外，新一代的智能手机在体验感和用户互动性上也大大改善。目前智能手机应用软件生态系统不断扩展，传感器这类与用户互动必备的东西功不可没。传感器让用户对应用软体更加着迷。而作为新一代智能手机的标杆——苹果，在这方面也是引领者的角色。几种常用的传感器•重力感应器•加速度传感器•方向感应器•三轴陀螺仪•距离传感器•光线感应器•电子罗盘重力感应器（G-sensor）•重力感应技术，利用压电效应实现，简单来说，是测量内部一块重物重力正交方向两个力的大小，来判定水平方向。通过对力敏感的传感器，感受手机在变换姿势时，重心的变化，使手机光标变化位置从而实现选择的功能。压电效应•定义某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。重力感应器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。加速度传感器•加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。因此其范围比重力感应器要大，但是一般在手机被提到的加速度感应器时，其实就是指重力感应器，因此两者可以看做是等价的。方向感应器（O-sesor）•手机方向传感器是指，安装在手机上用以检测手机本身处于何种方向状态的部件，而不是通常理解的指南针的功能。手机方向检测功能可以检测手机处于正竖、倒竖、左横、右横，仰、俯状态。具有方向检测功能的手机具有使用更方便、更具人性化的特点。例如，手机旋转后，屏幕图像可以自动跟着旋转并切换长宽比例，文字或菜单也可以同时旋转，使你阅读方便。可能会有人说：这个跟那个重力感应器是一样的？这个两者是不一样的，方向感应器或者叫应用角速度传感器比较合适，一般手机的上的方向感应器是感应水平面上的方位角、旋转角和倾斜角的。也就是说，O-sensor得到的数据单位是角度，而G-sensor的数据单位是加速度m/s^2。两种传感器都可以控制横屏和竖屏的切换，但原理不同。这也就是为什么在玩赛车游戏时，只有重力传感器的手机效果会比有方向感应器的手机差很多的原因。三轴陀螺仪（Gyro-sensor）•三轴陀螺仪：即同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速。单轴的只能测量一个方向的量，也就是一个系统需要三个陀螺仪，而3轴的一个就能替代三个单轴的。3轴的体积小、重量轻、结构简单、可靠性好，是激光陀螺的发展趋势。对于激光陀螺则更多应用于军事方面，我们暂且不做讨论。不过我们可以看出iPhone4应用的三轴陀螺仪是较为先进的。•如果说，重力感应器所能测的是直线的，方向感应器所测的是平面的，那么三轴陀螺仪所测的方向和位置则是立体的。框架常平架转子自旋轴•在一定的初始条件和一定的外在力矩作用下，陀螺会在不停自转的同时，还绕着另一个固定的转轴不停地旋转，这就是陀螺的旋进(precession)，又称为回转效应(gyroscopiceffect)。陀螺旋进是日常生活中常见的现象，我们在孩童时代玩的陀螺就是典型的例子。距离传感器•距离传感器是利用测时间来实现测距离的原理，以检测物体的距离的一种传感器。•这个传感器在手机上的作用是当我们打电话时，手机屏幕会自动熄灭，当你脸离开，屏幕灯会自动开启，并且自动解锁。这个对于待机时间较短的智能手机来说是相当实用的。现在很多智能手机都装备的这个传感器。•工作原理：通过发射特别短的光脉冲，并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间来计算与物体之间的距离。光线感应器•光线传感器，也就是感光器，是能够根据周围光亮明暗程度来调节屏幕明暗的装置。就是在光线强的地方手机会自动关掉键盘灯，并且稍微加强屏幕亮度，达到节电并更好观看屏幕的效果，在光线暗的地方自动打开键盘灯。可以到工具设置中调节关掉。这个传感器也主要起到节省手机电力的作用。•光线感应器是由两个组件即投光器及受光器所组成，利用投光器将光线由透镜将之聚焦，经传输而至受光器之透镜，再至接收感应器，接收感应器将收到之光线讯号转变成电信号，此电信讯号更可进一步作各种不同的开关及控制动作，其基本原理即对投光器受光器间之光线做遮蔽之动作所获得的信号加以运用以完成各种自动化控制。电子罗盘•电子罗盘，也叫数字指南针，是利用地磁场来定北极的一种方法。古代称为罗经，现代利用先进加工工艺生产的磁阻传感器为罗盘的数字化提供了有力的帮助。现在一般有用磁阻传感器和磁通门加工而成的电子罗盘。这个就是电子版指南针，配合GPS和地图时非常好用，不会整的晕头转向。集万千sensor于一身——AppleWatch•作为苹果公司在今年9月份发布的一款最新产品，Applewatch整合了多达十余种传感器，使用了多项传感器技术专利，其中就包括了心率传感器。•在覆盖氧化锆的表背处，有一个处于蓝宝石晶面保护下的特制感应器，它能使用红外线和可见光LED以及感光器来检测你的心率状况。•通过与AppleWatch内置的加速感应器、Iphone的GPS，以及无线网络的配合，它们可以追踪你的各种身体动作，从单纯的站立到剧烈的运动，都不会错过。短片：活动App-Activity总结•当传感器技术与智能产品结合之后，凭借着人类天马行空的想象力，给与了我们生活上无限的趣味和可能性。在我们享受着这些智能产品给我们的快乐的同时，更应当了解那些躲在金属外壳下的各种各样的传感器，就像短片中最后所说的那样——Wethinkitcanhelpalotofpeopleliveabetterdayandhostyourlife.谢谢观看2019/10/5