1、傳感器在手機中的應用魯建全鄭州外國語學校，河南鄭州450001賈曉燕鄭州市第二十四中學，河南鄭州450007關鍵詞：手機，傳感器，應用摘要：傳感器的應用越來越廣泛，如今的手機搭載了很多傳感器，有聲傳感器、光傳感器、觸摸傳感器、重力傳感器、加速度傳感器、方向傳感器、間隔傳感器、磁傳感器等。給用戶帶來了豐富的應用和體驗。正文：傳感器在生活中的應用越來越廣泛，如今的智能手機上搭載了很多種類的傳感器。依托這些傳感器，軟件開發者開發出了各種應用程序，使手機的應用范圍大大拓展，給用戶帶來了前所未有的使用體驗。現代技術中，傳感器是指這樣的一類元件：它可以感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學物理量，并能

2、把它們按照一定的規律轉換為電壓、電流等電學物理量，或轉換為電路的通斷。把非電學量轉換為電學量，就可以很方便地進展測量、傳輸、處理和控制了。手機上主要搭載的傳感器有聲傳感器、光傳感器、觸摸傳感器、重力傳感器、加速度傳感器、方向傳感器、間隔傳感器、磁傳感器等。1、聲傳感器：就是手機話筒。打時，能把聲音信號轉變為電信號。如今手機常用的是駐極體電容式麥克風。駐極體話筒體積小，構造簡單，電聲性能好。其聲電轉換的關鍵元件是駐極體振動膜。它是一片極薄的高分子極化塑料膜片，在其中一面蒸發上一層金屬薄層。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔分開。這樣，金屬薄膜與金屬極板之間就形成一個電容。高分子塑料膜上消

3、費時就注入了一定的電荷Q,由于沒有放電回路，這個電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動，因此和金屬極板的間隔也跟著變化，電容就隨聲波變化。由電容公式CQ,可知UQo駐極體總的電荷量不變，電容變化時，電容兩極間UC的電壓就會跟著變化，最后再通過阻抗非常高的場效應管將電容兩端的電壓取出來，同時進展放大，就把聲音信號轉變為電壓信號了。2、光傳感器：光傳感器在手機上有兩個應用。一個是用在手機拍照的感光元件。與數碼相機一樣，感光芯片是拍照手機的最關鍵光電轉換部件，相當于老式照相機的感光底片，可以把拍攝對象的光信號轉換為電信號，經過處理，最后生成一幅電子照片。一般手機鏡頭的感光元件是CMO傲感

4、器，英文全稱是ComplementaryMetalOxideSemiconductor,中文即”互補金屬氧化物半導體，CMOS專感器的每個象素由一個感光二極管和與之連接的一個放大器及A/D轉換電路組成。從拍攝對象過來的光線經過鏡頭的透鏡組，成像在CMO曲感器上，利用感光二極管進展光電轉換，將圖像轉換為電信號，通過放大器及A/D轉換電路將數據輸出。光傳感器的第二個應用是用來探測環境的亮度。手機自動根據所處環境的光線來控制屏幕的亮度和鍵盤燈的開關。比方在亮堂的室外，鍵盤燈關閉；屏幕更亮，以便能看清屏幕。在暗處，按鍵時鍵盤燈就會亮，屏幕較暗，以便看清按鍵，防止屏幕刺眼。這樣既保護了眼睛又節省了能量。

5、在拍照時，光線傳感器根據環境亮暗來確定曝光時間及LED閃光燈是否翻開，從而拍攝出高質量的照片。手機中探測環境亮度的光線傳感器件一般是光敏三極管。芯片封裝在帶有玻璃透鏡的管殼內，環境光線通過透鏡會聚照射在芯片上。光照增強時，光電流增加，再經過光敏三極管的放大作用，就把光信號轉化為電信號了。3、觸摸傳感器如今的手機大部分用的是觸摸屏，通過觸摸屏可以方便地實現點擊確認、內容切換、翻頁、手寫輸入等多種人機交互功能。觸摸屏又叫觸控面板，是一個高精度的觸摸傳感器，可以把手指在屏幕上的位置及動作信息轉換為電信號，實現對手機的控制。目前手機常用的觸摸屏有兩類：一類是電容式觸摸屏，一類是電阻式觸摸屏。iPhon

6、e4S手機采用的是電容式觸摸屏。普通電容式觸摸屏的感應屏是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內外表和夾層各涂有一層導電層，最外層是一薄層矽土玻璃保護層。當我們用手指觸摸在感應屏上的時候，人體的電場讓手指和和觸摸屏外表形成一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是導體，相當于手指從接觸點吸走一個微弱的電流。這個電流分別從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經這四個電極的電流與手指到四角的間隔成正比，控制器通過對這四個電流比例及強弱的準確計算，得出觸摸點的位置及觸摸力度。電阻式觸摸屏包含上下疊合的兩個透明層：薄膜和玻璃。薄膜和玻璃相鄰的一面上均涂有ITO（納米錮錫金屬氧化物）涂層，ITO具有很好的導電性和透明

7、性。當觸摸屏外表受到的壓力如通過筆尖或手指進展按壓足夠大時，薄膜下層的ITO會接觸到玻璃上層的ITO，相當于該處導通。利用分壓器原理可產生代表X坐標和Y坐標的電壓，經過轉換電路送到處理器，通過運算轉化為屏幕上的X、Y坐標值，實現把觸摸位置的信息轉換為電信號。4、重力傳感器重力傳感器能利用重力方向感知手機目前的姿態，如豎立、橫立、平放等，程序可以調用重力傳感器的信息做出相應的反響。重力傳感器的一個應用是：用手機觀看圖片、視頻或閱讀網頁時，把手機從豎著拿變為橫著拿時，頁面內容就自動反響過來，從豎屏顯示變換為橫屏顯示，方便人們閱讀，極具人性化。手機中的重力傳感器一般是利用壓電效應來實現的。一個小重物

8、，放在兩片互相垂直的壓電薄片上，實際上重物和壓電片是做成一體的。當手機傾斜一定角度且保持靜止時，重力在垂直兩個壓電薄片方向的分力與手機傾斜角度有關，壓電片受力不同，輸出電壓不同，控制器通過讀取壓電片輸出的電壓的比例關系，計算出壓電片與程度方向的夾角，從而得到手機靜止時的姿態信息。這樣，利用重力的分力和壓電效應，把手機姿態信息轉換為電壓信號。5、加速度傳感器加速度傳感器也叫運動傳感器，它能捕捉手機的幾種典型運動形式如搖擺、甩動、翻轉等。到達用運動控制手機的目的。一款手機的音樂播放器利用加速度傳感器可實現以下功能：向右甩動播放下一曲，向左甩動播放上一曲，向上甩動增大音量，向下甩動減小音量，翻轉實現

9、靜音，這是一種非常輕松有趣的控制方式。有的手機上有記步器軟件，也是利用加速度傳感器來實現的。當手機放在衣袋中，人在行走或跑步時，手機也跟著上下挪動，加速度傳感器能記錄上下挪動的頻率，根據人的步頻，就可估算出人的速度、一段時間前進間隔和消耗的熱量。目前手機上的運動傳感器多為電容式。它的工作的原理是：一個質量塊可以在某個軸上運動，一個微型彈簧一端固定，另一端連接質量塊，質量塊與電容器的一個極板固連在一起，電容器的另一個極板固定。當手機在該方向有加速度時，質量塊就會壓縮或拉伸彈簧，使得電容器兩極板間隔變化，引起電容的變化。假設電容器帶電量不變，兩極板間的電壓就會隨間隔的變化而變化。這樣手機某一方向加

10、速度信號就轉變為電壓信號了。如今的加速度傳感器通常把X、Y、Z三個互相垂直方向傳感器集成到一起，使傳感器可以感知手機在三維空間的運動情況。6、方向傳感器有些游戲和應用，需要測量手機繞某個軸轉過的角度及旋轉的角速度，這就需要能感知空間方位及角度的傳感器。iphone4s手機上的方向傳感器俗稱三軸陀螺儀。陀螺儀的工作原理是這樣的：傳感器中有一個高速旋轉的陀螺，不管手機如何傾斜，由于陀螺效應，陀螺的軸向始終與初始方向平行，這樣就可以通過測量手機軸向與陀螺軸向的偏角計算出實際方向。手機里陀螺儀實際上不是機械式的旋轉陀螺，而是一個構造非常精細的，微型的電子陀螺儀，也叫微機電陀螺儀。iPhone4是世界上

11、第一臺內置MEMS微機電系統三軸陀螺儀的手機，可以感知來自六個方向的角度變化。該陀螺儀芯片內部包含有一塊微型磁性體，可以在手機進展旋轉運動時產生的科里奧力作用下向XY、Z三個方向發生位移，使得電容傳感器的極板發生挪動，從而使得電容發生改變。電容值的變化將被轉化為電壓，再經模數轉換，變成可供處理器使用的數字信號。7、位置傳感器利用手機進展定位與導航，是目前智能手機非常實用的功能。假設想實現定位與導航，手機必須可以實時探測出所在處的位置信息，即經緯度。手機有一種定位方式是利用GPS導航衛星定位。GPS定位的原理是這樣的：手機搭載有GPS衛星信號接收模塊，它通過接收處于天空不同位置的三顆以上的GPS

12、定位衛星發射的信號，得到信號從發射到接收的時間間隔準確到ns級，算出此時手機到三顆衛星的間隔。假設這時三顆衛星的位置信息，根據這三個間隔便可確定手機所在的位置。因此可以說，手機GPS衛星信號接收模塊就相當于位置傳感器。8、磁場傳感器有的手機上有一款軟件叫電子羅盤，手機平放時，畫面中的指南針能指示南北方向，并可顯示此時手機軸向與南北方向的偏角。這個功能是通過磁場傳感器來實現的。利用磁場傳感器及手機的GPS系統和電子地圖，就可實現電子導航，能方便確定自己所處的位置及方向。磁場傳感器的核心元件是各向異性磁阻AMR。這種具有晶體構造的合金材料對外界的磁場很敏感，當其所在空間的磁場強弱及方向發生變化時，磁阻的電阻值就發生變化，利用這種磁阻組成電橋，地磁場的方向與磁場傳感器夾角不同時，各橋臂的電阻也不同，傳感器輸出的電流也不同，傳感器輸出的電流就與該夾角對應。這樣，手機軸向的朝向信息就轉換成了電流信號。9、間隔傳感器觸摸屏手機在接聽時，當手機挪動到耳邊時，屏幕自動鎖定，防止臉部碰到屏幕引起誤操作，同時手機屏幕燈會自動熄滅，節省電能。當接完拿開手機時，屏幕燈會自動開啟，并且自動解鎖。這個功能的實現利用了間隔傳感器。工作原理：傳感器發射特別短暫的紅外光脈沖，光脈沖被物體外表反射回來后又被傳感器接收，傳感器通過測量發射與接收的時間差，計算手機屏幕與物