对于已经习惯了iPhone和Android智能手机的我们来说,对手机中很酷的技术已经见怪不怪了。就以传感器为例吧,你知道智能手机中有多少种传感器吗?
智能手机的14种传感器介绍
智能手机中最常见的传感器之一是加速度传感器。正如其名字揭示的那样,加速度传感器能测量手机的加速度。使手机在任何方向上运动,加速度传感器就会有信号输出,手机静止不动时加速度传感器则没有信号输出。加速度传感器还能测量手机在三个方向上的角度。应用利用加速度传感器的信号判断手机的状态是平放,还是有一定角度?显示屏是向上还是向下?
陀螺仪能提供精度更高的角度信息。借助陀螺仪,Android的Photo Sphere相机功能可以判断手机在哪个方向上旋转了多少度。Google的Sky Map利用陀螺仪判断手机指向哪个星座。
大多数智能手机配置的另外一种传感器是磁力传感器,它能够检测磁场。磁力传感器是指南针类应用用来判断地球北极的传感器之一。应用也可以利用磁力传感器来检测金属材料。
距离传感器由一个红外LED灯和红外辐射光线探测器构成。距离传感器位于手机的听筒附近,手机靠近耳朵时,系统借助距离传感器知道用户在通电话,然后会关闭显示屏,防止用户因误操作影响通话。距离传感器的工作原理是,红外LED灯发出的不可见红外光由附近的物体反射后,被红外辐射光线探测器探测到。
手机的光线传感器能检测环境的亮度。软件可以利用光线传感器的数据自动调节显示屏亮度——当环境亮度高时,显示屏亮度会相应调高;当环境亮度低时,显示屏亮度也会相应调低。三星高端Galaxy型号手机能利用先进的光线传感器,独立地测量白、红、绿和蓝光的亮度。Adapt Display功能利用这些数据优化显示屏的画面质量。
部分高端智能手机配置有气压传感器,能测量气压。气压传感器的数据能用来判断手机所处位置的海拔高度,有助于提高GPS(全球定位系统)的精度。摩托罗拉XOOM和三星Galaxy Nexus是两款首批配置气压传感器的Android手机。
三星Galaxy S4配置有能测量气温的温度传感器。但是,许多其他智能手机都配置有温度传感器,有的还不止一个。区别就在于它们的目的是监测手机内部以及电池的温度。如果发现某一部件温度过高,手机就会关机,防止手机损坏。Galaxy S4气温传感器提供的数据被S Health应用用来判断用户所处的环境是否舒适。
计步器是用来计量用户所走步数的传感器。手机中的加速度传感器也可以获得用户所走步数,但专用计步器能提供更精确的数据,而且更节能。Google Nexus 5是为数不多的真正配置计步器传感器的手机之一。
此外,Galaxy S5中的心率传感器也是不能不提的。它通过检测用户手指上血管每分钟的脉动数量获得用户的心率数据。
包括苹果iPhone 5s、三星Galaxy S5和HTC One Max在内的多款手机都配置有指纹传感器。指纹传感器通常被用作一种安全措施。
容易被忽略的一类手机传感器是能够探测有害辐射的传感器,夏普的Pantone 5手机就配置了有害辐射传感器。Pantone 5上有一个按钮,用户点击按钮后手机会启动一款应用,探测环境中的辐射水平。
算上麦克风和摄像头,智能手机中的传感器种类将达到14种,这意味着智能手机能够获得、利用和对外提供的数据有很多。随着智能手机不断发展,它集成的传感器种类还会不断增多。
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任何温度高于绝对零度的物体,都会向外部空间以红外线的方式辐射能量。利用红外辐射实现相关物理量测量的传感技术,即为红外传感技术。红外传感技术是近年来发展最快的技术之一,目前在航空航天、天文、气象、军事、工业和民用等众多领域,都起着不可替代的重要作用。
红外传感器类型主要有热敏电阻/(微)辐射热计型、热电偶/热电堆型、高莱气动型和热释电型等。其中,热释电型的敏感元件通常采用具有热释电效应的晶体材料,具有检测效率最高,频率响应最宽,能探测辐射信号的快速变化等显著优点,故该类传感器发展较快,应用范围也较广。
随着科学技术水平的提高、计算机微处理器技术的发展、现代数字信号处理技术的提升、新型半导体等材料的推出和加工制造工艺等各方面的进步,红外传感器近年发展迅猛。据国外某研究机构预测,红外传感器全球销售额将会从2010年的$1.52亿美元增长到2016年的2.86亿美元。
近年来,红外传感器的发展趋势主要集中体现在以下几个方面:
1.新型材料和处理技术的发展
用新型材料和处理技术,使得传感器的红外探测率提高,响应波长增大,响应时间缩短,像素灵敏度和像素密度更高,抗干扰性能提高,生产成本降低。如Pyreos和Irisys公司已推出薄膜和陶瓷混合的新型热释电敏感技术,使得敏感元件可以实现阵列化。
2.传感器的大型化和多功能化
随着微电子技术的发展和传感器的应用领域的不断扩大,红外传感器正从小型、单一功能,向大型化、多功能化方向发展。如国外所研制的大型红外传感器(16×16到64×64像素)除可进行温度场测量外,还可获得先进的、小型红外传感器所不具有的人体探测功能(即可精确定位个人在空间中的位置,即使人不活动,也可识别出)或大型区域的安全监视等功能,十分适宜于家庭自动化、医疗保健、安全防护等场合的应用。此外,新型多光谱传感器的研制,也大大改善了红外成像阵列的功能性。
3.传感器的智能化
新型的智能红外传感器通常内置多个微处理器,具备傅里叶变换、小波变换等先进数字信号处理或补偿功能,自诊断功能,双向数字通信等功能,使得传感器的稳定性、可靠性、信噪比、便利性等性能大大提高。
4.传感器的进一步微型化、集成化
采用片上集成技术(包括盲元替代、非均匀性校正、部分图像处理功能等)和其它新的器件结构及新的制造工艺技术,在MEMS(微机电系统),甚至基于纳米科技的NEMS(纳机电系统)推动下,红外传感器尺寸大为缩小,功耗大大降低,集成度显著提高。由于红外传感器的优越性能,许多主流仪表研究单位和生产制造商对它的研发投入也越来越高。