Современный смартфон – это сложное высокотехнологичное вычислительное устройство, которое мощнее тысяч бортовых компьютеров, полвека назад запускавших «Аполлоны» на Луну. Датчиков на борту флагманских мобильников тоже установлено едва не больше, чем на борту этого самого «Аполлона». Каждый из них незаметно, но добросовестно выполняет свою работу. Чем же занимаются все эти датчики смартфона, и как они устроены – подробнее читайте далее.

Сенсор освещения в смартфоне расположен на передней панели, обычно возле разговорного динамика (бывают исключения). Конструкционно он представляет полупроводниковый сенсор, чувствительный к потоку фотонов. В зависимости от его интенсивности, сенсор осуществляет управление подсветкой дисплея, с целью более эффективно расходовать заряд аккумулятора. Также он может выполнять вспомогательную функцию для других задач, работая с датчиком приближения.

Датчик приближения

Это – оптический или ультразвуковой сенсор, определяющий, нет ли предметов перед экраном. Он посылает очень слабый световой или звуковой импульс, а если тот отразился – регистрирует отраженный сигнал. За счет этого осуществляется автоматическая блокировка экрана в режиме разговора или при перевороте смартфона дисплеем вниз. Традиционно сенсор приближения откалиброван таким образом, что регистрирует лишь 2 состояния: «посторонний предмет ближе N (обычно 5) сантиметров» и «посторонний предмет дальше N см».

Акселерометр

Этот сенсор смартфона расположен на плате и представляет собой миниатюрный электромеханический прибор, регистрирующий малейшие движения. В обязанности этого датчика входит переключение ориентации экрана смартфона при наклоне, управление в играх, регистрация особых жестов управления (вроде потряхивания или постукивания по корпусу), а также замер шагов (путем подсчета ритмических колебаний в процессе ходьбы).

Обычный двухосевой акселерометр в смартфоне

Бывают двухосевые и трехосевые акселерометры. Особенностью акселерометра является то, что в состоянии покоя - одна из осей всегда будет показывать значение в районе 9-10 м/с 2 (в трехосевом трехмерном акселерометре). Это связанно с тем, что сила тяжести Земли составляет в среднем 9,8 м/с 2 .

Гироскоп

Гироскоп отвечает за определение движения и ориентации смартфона в пространстве. Он тоже конструкционно представляет MEMS (микроэлектромеханическую схему), расположенную на системной плате. Сферы его применени пересекаются с таковыми у акселерометра. Основные отличия состоят в том, что гироскоп имеет заметно большую точность и измеряет движение не в м/с 2 , а радианах или градусах на секунду. За счет этого его можно использовать для отслеживания поворотов головы в VR-гарнитуре, а также более точно реализовать жестовое управление.

Гироскоп MEMS под микроскопом

Магнитометр и датчик Холла

Магнитометр измеряет величину магнитного поля окружающего мира. Он также проводит измерения в трехмерном пространстве (по трем осям декартовых координат - X, Y и Z). Основная функция магнитометра – более точное определение местоположения в ходе навигации. В этом режиме использования он выполняет функцию цифрового компаса. Благодаря тому, что одна из осей, которая расположена в плоскости с Северным полюсом Земли, регистрирует постоянно повышенный фон. Магнитометр помогает более точно определять, в какую сторону относительно севера движется смартфон.

Магнитометр смартфона

Часто магнитометр называют датчиком Холла, однако это не совсем тождественные понятия. Подробнее о датчике Холла мы писали в другой статье . Отличия состоят в том, что первый является более универсальным и чувствительным. Магнитометр способен производить замеры магнитного излучения, в то время как только регистрирует его наличие/отсутствие и уменьшение/усиление. В современных смартфонах отдельный датчик Холла обычно не ставят, так как универсальный магнитометр полностью покрывает его функциональность.

Одной из альтернативных функций магнитометра является поиск проводки в стенах. Проводник под напряжением генерирует слабое электромагнитное излучение, а чувствительность сенсора составляет единицы микротесла. Если водить смартфоном по стене, то в месте заложения кабеля магнитный фон будет повышенным.

Датчик гравитации

Измеряет силу притяжения нашей планеты в трехмерном пространстве. В состоянии покоя (когда смартфон лежит на столе), его показания должны совпадать с акселерометром: по одной из осей сила гравитации будет близка к 9,8 м/с 2 . Самостоятельно этот сенсор обычно не используется, но помогает работе других. В режиме навигации он определяет, в какой стороне земная поверхность, чтобы быстрее определить правильное положение смартфона. При использовании в VR за счет сенсора гравитации осуществляется правильное позиционирование картинки.

Датчик линейного ускорения в смартфоне

Принцип его работы практически идентичен акселерометру, единственное отличие кроется в инертности. То есть, показания этого сенсора не зависят ни от каких глобальных внешних факторов (вроде гравитации). Единственное, что он регистрирует – это скорость перемещений смартфона в пространстве относительно его прежнего положения.

Определять положение аппарата в пространстве датчик линейного ускорения не способен (нет привязки к внешним ориентирам), но это и не нужно (с данной задачей отлично справляются сенсор гравитации и акселерометр). Отсутствие привязки к внешним ориентирам позволяет поворачивать объекты на дисплее безотносительно этих ориентиров, например, в играх. Также данный сенсор, в совокупности с другими, повышает общую точность определения движений.

Датчик вращения

Он определяет направление и частоту вращения смартфона относительно одной из осей трехмерного пространства. Как и датчик ускорения, является независимым и не привязан к внешним ориентирам. Часто выполняется в составе одного модуля с сенсором линейного ускорения. Отдельно, как правило, не задействуется, но позволяет корректировать работу других сенсоров для повышения точности. Также помогает при управлении жестами, например, покрутив смартфон в кисти руки активируется камера.

Гироскоп MEMS в разрезе

Температурные датчики

Современный смартфон обильно напичкан цифровыми термометрами. Конструкционно они представляют собой термопару: резистор с двумя выводами, сопротивление между которыми меняется в зависимости от температуры. Так как он относительно примитивен, то может быть выполнен даже внутри полупроводникового чипа.

В каждом смартфоне обязательно имеется датчик температуры батареи. При ее перегреве он отключает зарядку или снижает силу тока на выходе, чтобы предотвратить закипание электролита, которое влечет возгорание или взрыв. Также распространены термометры внутри SoC (в количестве от пары штук – до десятка и более). Они измеряют температуры процессорных ядер, графического ускорителя, различных контроллеров. Иногда встречаются и датчики окружающей температуры, но они распространены слабо. Причина тому – низкая точность, так как тепло от внутренностей аппарата и рук пользователя искажает показания.

Датчик давления (барометр) в смартфоне

Барометр в смартфоне измеряет атмосферное давление (в мм ртутного столба, бар или паскалях). Он позволяет корректнее определять местоположение и высоту над уровнем моря, так как при подъеме давление снижается. Также он может использоваться в качестве альтиметра, замеряя высоту над уровнем моря, но точность оставляет желать лучшего, так как атмосферное давление меняется вместе с погодой. Еще меньше востребована функция корректировки прогноза погоды в метеорологических программах и виджетах.

Гигрометр

Гигрометр измеряет влажность воздуха. Его основное предназначение очевидно, но популярностью данный сенсор не пользуется. В теории с его помощью можно корректировать данные прогноза погоды. Зная показания, можно также управлять микроклиматом в помещении, включив увлажнитель или осушитель воздуха. Единственный из известных смартфонов с гигрометром – уже старенький Samsung Galaxy S4.

Пульсометр или датчик сердечного ритма в смартфонах

Пульсометр способен измерять частоту и ритм сердечных сокращений. В процессе занятий спортом он дает возможность наблюдать за работой сердца и корректировать нагрузки для повышения эффективности тренировок. Недостатком пульсометра является потребность в плотном контакте смартфона с частью тела, в которой кровеносные сосуды находятся близко к поверхности (например, пальцами), чтобы уловить малейшие пульсации. Из-за этого популярности в смартфонах он не приобрел, а вот в смарт-часах и фитнес трекерах встречается повсеместно.

Современные мобильные устройства оснащаются большим количеством функциональных блоков, среди которых – не только основные элементы, но и вспомогательные датчики. Если о том, что такое акселерометр, сенсор освещенности и гироскоп знают многие пользователи, то по поводу датчика Холла нередко возникают вопросы.

Что такое датчик Холла

Датчики Холла, используемые в современных смартфонах, это измерительные элементы, которые позволяют определять наличие и интенсивность магнитного поля, а также его изменения. Свое название они получили в честь американского ученого Эдвина Холла, который еще в 1879 году открыл эффект изменения напряжения тока на проводнике при его помещении в магнитное поле.

Магнитный поток, взаимодействующий с датчиком Холла

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне

В зависимости от уровня реализации, этот сенсор обладает довольно широкими возможностями. Среди них – измерение величины электромагнитной индукции различных приборов, возможность реализации бесконтактного управления и другие функции. Магнитометр, основанный на датчике Холла, в современных смартфонах встречается достаточно часто. Особенно в флагманских устройствах.

Но в большинстве мобильных устройств не все возможности датчика Холла реализованы в полной мере. Ограниченное пространство под крышкой, желание снизить потребление заряда аккумулятора, отсутствие широкого интереса и острой потребности в реализации новых функций сводят использование сенсора к двум задачам:

• Первая из них – это цифровой компас. Он используется навигационными программами для ускорения позиционирования и более точного определения направления движения.
• Второй областью применения датчика Холла, наиболее востребованной владельцами смартфонов, является улучшение взаимодействия устройства с магнитными чехлами и другими аксессуарами.
• Использование датчика Холла в телефонах "раскладушках", чтобы включать или выключать экран при закрытии или открытии крышки.

Как смартфон взаимодействует с магнитными чехлами

Самым простым примером реализации взаимодействия чехла с магнитом и смартфона является автоматическая блокировка/разблокировка экрана при закрытии/открытии чехла. Датчик Холла реагирует на приближение магнита, расположенного в флипе, регистрируя усиление поля, и блокирует дисплей. При открытии интенсивность излучения снижается и экран активизируется.

Чехлы с окошком в верхней части, которые оставляют часть дисплея открытой для возможности использования отдельных функций (звонки, проигрыватель, часы) без раскрытия флипа, тоже взаимодействуют с датчиком Холла. Регистрируя наличие/отсутствие повышенного магнитного поля, смартфон определяет, оставлять активным весь экран или только его часть.

Еще одним примером аксессуара, требующего наличия датчика Холла, являются Google CardBoard – доступные очки виртуальной реальности, использующие смартфон. Так как при использовании устройства телефон находится внутри, единственным способом управления остается удаленное взаимодействие магнита, встроенного в единственную «кнопку» аксессуара, с датчиком Холла.

Современные гаджеты настолько многофункциональны, что владелец порой не догадывается о всех возможностях его девайса. Для того чтобы смартфон исправно выполнял поставленные перед ним задачи, а кроме того имел более широкий спектр возможностей, его оснащают различными примочками. Одна из таких – датчик Холла.

Датчик Холла (hall sensor) – прибор, фиксирующий наличие магнитного поля и измеряющий его напряженность. Другое его название – датчик положения. Работает это устройство на основе эффекта Холла, благодаря чему и получило свое название.

Зачастую в телефонах применяется более упрощенная версия устройства. Она призвана лишь определять наличие магнитного поля. Напряженность в таком случае не измеряется. Кроме того, если гаджет оснащен таким устройством, то в его составе также присутствует и магнитный датчик, что позволяет использовать гаджет в качестве компаса .

Зачем он нужен

Данный прибор используется во многих устройствах. Благодаря возможности бесконтактного измерения прибор чаще всего применяется в электродвигателях, в системе зажигания современных автомобилей, бесконтактных выключателях и т.п. Не обходится без него и любой достаточно современный смартфон, хотя полноценно раскрыть его потенциал невозможно по нескольким причинам:

• небольшой размер мобильного телефона;
• постоянная работа заметно уменьшает время работы от аккумулятора;
• нет особой необходимости .

Основная причина использования датчика Холла в смартфонах - это удобство при пользовании GPS-навигатором и его взаимодействие с «умным» чехлом телефона.

Как работает датчик Холла

Во время изучения свойств электрического тока Эдвин Холл (ученый, давший название открытому им эффекту) заметил прямую зависимость между током и магнитным полем. Если элементы электрической цепи помещались в зону действия магнитного поля, то напряжение тока в проводнике изменялось в зависимости от интенсивности излучения.

Различают два вида этого датчика:

1. Аналоговый . Такое устройство по праву имеет статус классического, так как появилось первым. Но в настоящее время используется мало из-за своих немаленьких размеров и устаревшей конструкции.
2. Цифровой . Более современный вариант, который работает только в двух положениях – магнитное поле есть, либо его нет.

Стоит отметить, что цифровой вид бывает униполярным или биполярным . Первый вариант срабатывает только при повышении магнитного поля, а при его ослабевании выключается. Второй реагирует на полярность. Простыми словами одна полярность его включает, другая выключает.

Как проверить датчик Холла

Так как датчик Холла реагирует на изменения магнитного поля проверить его работу в телефоне можно при помощи обычного магнита (достаточно даже маленького кусочка). При поднесении его к включенному устройству экран должен погаснуть. Устройство сработало и подало команду на блокировку девайса. При повторном поднесении телефон разблокируется.

Наличие в телефоне

Чтобы удостовериться в наличии датчика Холла в своем гаджете проще всего воспользоваться прилагаемой инструкцией к телефону или сайтом производителя. Но бывает такое, что не каждый производитель указывает его наличие. Тогда можно проверить выпускаются ли к конкретному девайсу умные обложки и чехлы, имеющие магнитную застежку . Если да, то такой гаджет скорее всего им оснащен.

Чехол с магнитом – влияние на экран телефона

Устройства, к которым выпускаются так называемые «умные» чехлы обладают интересной особенностью. При закрытии/открытии экран смартфона блокируется/разблокируется соответственно. Работу этой функции в смартфоне и обеспечивает датчик Холла. Принцип действия очень простой: происходит срабатывание на приближение либо удаление магнитика, встроенного в крышку чехла. Регистрируя изменения, подается команда на блокировку/разблокировку экрана.

Резюмируя вышесказанное стоит отметить, что хоть данное устройство и привносит некоторое удобство при пользовании смартфоном, однако частое его использование существенно снижает заряд батареи . Именно поэтому многие производители ограничиваются лишь функцией взаимодействия с «умной» обложкой девайса.

В смартфонах и планшетах могут применяться сразу несколько датчиков, которые помогают устройству считывать дополнительную информацию. Некоторое время назад мы рассказывали об . Сегодня поговорим о другом датчике, а именно — о датчике Холла.

Что это такое?

Датчик Холла, использующийся в современных мобильных устройствах, представляет из себя измерительный элемент, который способен определять наличие, интенсивность и изменение интенсивности магнитного поля. Датчик назван по имени американского физика Эдвина Холла, в честь которого был назван открытый в 1879 году «эффект Холла» — явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

Суть в следующем: если в магнитное поле поместить пластину под напряжением, электроны в пластине начнут отклоняться перпендикулярно направлению магнитного потока. Плотность электронов на разных сторонах пластины будет различаться, что в свою очередь приводит к разности потенциалов, которую улавливает датчик Холла.

Вот как выглядит датчик:

Для чего нужен датчик Холла в планшете или смартфоне?

Сам по себе датчик обладает достаточно широкими возможностями, хотя обычно его применяют по своему прямому назначению, измеряя напряженность магнитного поля. В частности, датчик используется в ракетных двигателях, в системе зажигания ДВС, для измерения уровня жидкости и т.п.

Встречается датчик и в современных мобильных устройствах, однако его возможности реализованы не в полной мере. Датчик фактически используется только в двух задачах.

• Первая — это ставший уже привычным для обладателей смартфонов цифровой компас, который в том числе применяется для улучшения позиционирования.

• Вторая задача, куда более актуальная, — это взаимодействие с популярными чехлами для смартфонов и планшетов.

Магнитные чехлы

Вы наверняка видели так называемые магнитные чехлы как для смартфонов, так и для планшетов. Они позволяют блокировать и разблокировать устройство при открытии/закрытии чехла. При этом в некоторых случаях на чехле есть окошко, где выводится определенная информация, например, время или уведомления.

Как это возможно? Установленный в устройстве датчик Холла реагирует на магнит, который расположен в самом чехле. Когда магнит расположен близко к устройству, датчик регистрирует усиление излучения, в результате чего блокирует дисплей. Когда пользователь открывает флип-чехол (чехол-книжка), датчик фиксирует уменьшение интенсивности излучения и разблокирует экран.

Здравствуйте, дорогие читатели! Чтобы смартфон исправно выполнял свои функции, а также имел более широкий спектр возможностей, его оснащают разными датчиками. Один из таких – датчик Холла. Предлагаем разобраться, что это и для чего он нужен в телефоне.

Что такое датчик Холла?

Датчик Холла – это устройство, предназначенное для измерения напряженности магнитного поля. Работает на основе эффекта Холла, который был открыт в 1879 году и назван в честь физика Эдвина Холла.

Сам эффект заключается в том, что, помещая проводник под напряжением в магнитное поле, электроны в проводнике отклоняются в направлении, зависящем от полярности магнитного поля. Таким образом, с одной стороны идёт накопление отрицательного заряда, а с другой – положительного. Суть работы датчика как раз состоит в том, чтобы фиксировать разность между этими потенциалами.

Кому-то, может, была понятна выше написанная теория, кому-то нет. Не страшно! Чтобы было понятнее, давайте с практической точки зрения посмотрим, каким образом используется датчик Холла в смартфонах.

Датчик Холла в телефоне

Поскольку телефон представляет собой компактное портативное устройство, очевидно, что и все его детали должны быть выполнены в уменьшенном варианте.

Так, датчик Холла в телефоне является всего лишь микросхемой, которая в таком мини формате выполняет хоть и ограниченный список функций, но при этом все равно остаётся незаменим. Перечислим главные его задачи:

• Автоматическая регулировка яркости дисплея смартфона в зависимости от освещения.
• Блокировка экранf при закрытии крышки телефона и его активация при открытии. Характерно для раскладушек.
• Обеспечивает автоматический поворот экрана при соответствующих движениях, меняющих вертикальное положение гаджета на горизонтальное и наоборот. А также считывание направления движений во время игры.
• Работает в качестве цифрового компаса, даёт точное положение в .
• Взаимодействует с магнитным чехлом (при его наличии), таким образом, экономит заряд устройства.

Магнитный чехол

Обращали ли Вы внимание на чехлы в виде книжки, которые автоматически блокируют экран при закрытии и включают его при открытии? Как это происходит?

Ответ прост: это происходит за счет того, что такие чехлы меняют магнитное поле за счет флипа (магнита), на который реагирует датчик Холла.

Часто в продаже имеются магнитные чехлы с окошком. В нём обычно отображается самая важная информация в смартфоне (время, пропущенные звонки, непрочитанные сообщения и т.д.), которую можно узнать, не раскрывая чехол. Как так получается, что часть экрана остаётся включённым? И здесь вновь фигурирует Датчик Холла. В данном случае он сам автоматически определит, заблокировать дисплей частично или полностью. На самом деле это очень удобно и практично, поскольку расход батареи снижается за счёт того, что вся необходимая информация «как на ладони», и, тем самым, это освобождает Вас от частого пользования смартфона ради проверки оповещений.

Вывод

Стоит отметить, что работа магнитного чехла отрицательно никак не влияет на работу самого смартфона.

И ещё совет: при том, что датчик Холла очень полезен в гаджетах, не все производители прибегают к его помощи. Это значит, что, прежде чем покупать тот же магнитный чехол, необходимо примерить «костюмчик», чтобы удостовериться, что телефон на него реагирует, и что датчик в него встроен!

Всем удачи!

Вы дочитали до самого конца?

Была ли эта статья полезной?

Да Нет

Что именно вам не понравилось? Статья была неполной или неправдивой?
Напишите в клмментариях и мы обещаем исправиться!