李景山 花卉

摘 要：傳感器的應(yīng)用越來越廣泛，現(xiàn)在的手機(jī)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、距離傳感器、磁傳感器等。給用戶帶來了豐富的應(yīng)用和體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：手機(jī)；傳感器；應(yīng)用；

中圖分類號(hào)：TP211+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2015）-02-00-01

傳感器在生活中的應(yīng)用越來越廣泛，現(xiàn)在的智能手機(jī)上搭載了很多種類的傳感器。依托這些傳感器，軟件開發(fā)者開發(fā)出了各種應(yīng)用程序，使手機(jī)的應(yīng)用范圍大大拓展，給用戶帶來了前所未有的使用體驗(yàn)?，F(xiàn)代技術(shù)中，傳感器是指這樣的一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)物理量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)物理量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，就可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制了。手機(jī)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、加速度傳感器等。

一、聲傳感器

就是手機(jī)話筒。打電話時(shí)，能把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)?，F(xiàn)在手機(jī)常用的是駐極體電容式麥克風(fēng)。駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好。其聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動(dòng)膜。它是一片極薄的高分子極化塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)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離開。這樣，金屬薄膜與金屬極板之間就形成一個(gè)電容。高分子塑料膜上生產(chǎn)時(shí)就注入了一定的電荷Q，由于沒有放電回路，這個(gè)電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動(dòng)，因此和金屬極板的距離也跟著變化，電容就隨聲波變化。由電容公式 ，可知 。駐極體總的電荷量不變，電容變化時(shí)，電容兩極間的電壓就會(huì)跟著變化，最后再通過阻抗非常高的場(chǎng)效應(yīng)管將電容兩端的電壓取出來，同時(shí)進(jìn)行放大，就把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)了。

二、光傳感器

光傳感器在手機(jī)上有兩個(gè)應(yīng)用。一個(gè)是用在手機(jī)拍照的感光元件。與數(shù)碼相機(jī)一樣，感光芯片是拍照手機(jī)的最關(guān)鍵光電轉(zhuǎn)換部件，相當(dāng)于老式照相機(jī)的感光底片，能夠把拍攝對(duì)象的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過處理，最后生成一幅電子照片。一般手機(jī)鏡頭的感光元件是CMOS傳感器，英文全稱是“Complementary Metal Oxide Semiconductor”，中文即“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”， CMOS傳感器的每個(gè)象素由一個(gè)感光二極管和與之連接的一個(gè)放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路組成。從拍攝對(duì)象過來的光線經(jīng)過鏡頭的透鏡組，成像在CMOS傳感器上，利用感光二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路將數(shù)據(jù)輸出。

光傳感器的第二個(gè)應(yīng)用是用來探測(cè)環(huán)境的亮度。手機(jī)自動(dòng)根據(jù)所處環(huán)境的光線來控制屏幕的亮度和鍵盤燈的開關(guān)。比如在明亮的室外，鍵盤燈關(guān)閉；屏幕更亮，以便能看清屏幕。在暗處，按鍵時(shí)鍵盤燈就會(huì)亮，屏幕較暗，以便看清按鍵，防止屏幕刺眼。這樣既保護(hù)了眼睛又節(jié)省了能量。在拍照時(shí)，光線傳感器根據(jù)環(huán)境亮暗來確定曝光時(shí)間及LED閃光燈是否打開，從而拍攝出高質(zhì)量的照片。

手機(jī)中探測(cè)環(huán)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(nèi)，環(huán)境光線通過透鏡匯聚照射在芯片上。光照增強(qiáng)時(shí)，光電流增加，再經(jīng)過光敏三極管的放大作用，就把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)了。

三、觸摸傳感器

現(xiàn)在的手機(jī)大部分用的是觸摸屏，通過觸摸屏可以方便地實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊確認(rèn)、內(nèi)容切換、翻頁(yè)、手寫輸入等多種人機(jī)交互功能。觸摸屏又叫觸控面板，是一個(gè)高精度的觸摸傳感器，能夠把手指在屏幕上的位置及動(dòng)作信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)的控制。

四、重力傳感器

重力傳感器能利用重力方向感知手機(jī)目前的姿態(tài)，如豎立、橫立、平放等，程序可以調(diào)用重力傳感器的信息做出相應(yīng)的反饋。重力傳感器的一個(gè)應(yīng)用是：用手機(jī)觀看圖片、視頻或?yàn)g覽網(wǎng)頁(yè)時(shí)，把手機(jī)從豎著拿變?yōu)闄M著拿時(shí)，頁(yè)面內(nèi)容就自動(dòng)反應(yīng)過來，從豎屏顯示變換為橫屏顯示，方便人們?yōu)g覽，極具人性化。

手機(jī)中的重力傳感器一般是利用壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)小重物，放在兩片相互垂直的壓電薄片上，實(shí)際上重物和壓電片是做成一體的。當(dāng)手機(jī)傾斜一定角度且保持靜止時(shí)，重力在垂直兩個(gè)壓電薄片方向的分力與手機(jī)傾斜角度有關(guān)，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(guān)系，計(jì)算出壓電片與水平方向的夾角，從而得到手機(jī)靜止時(shí)的姿態(tài)信息。這樣，利用重力的分力和壓電效應(yīng)，把手機(jī)姿態(tài)信息轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。

五、加速度傳感器

加速度傳感器也叫運(yùn)動(dòng)傳感器，它能捕捉手機(jī)的幾種典型運(yùn)動(dòng)模式如搖晃、甩動(dòng)、翻轉(zhuǎn)等。達(dá)到用運(yùn)動(dòng)控制手機(jī)的目的。一款手機(jī)的音樂播放器利用加速度傳感器可實(shí)現(xiàn)以下功能：向右甩動(dòng)播放下一曲，向左甩動(dòng)播放上一曲，向上甩動(dòng)增大音量，向下甩動(dòng)減小音量，翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)靜音，這是一種非常輕松有趣的控制方式。有的手機(jī)上有記步器軟件，也是利用加速度傳感器來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)手機(jī)放在衣袋中，人在行走或跑步時(shí)，手機(jī)也跟著上下移動(dòng)，加速度傳感器能記錄上下移動(dòng)的頻率，根據(jù)人的步頻，就可估算出人的速度、一段時(shí)間前進(jìn)距離和消耗的熱量。

目前手機(jī)上的運(yùn)動(dòng)傳感器多為電容式。它的工作的原理是：一個(gè)質(zhì)量塊可以在某個(gè)軸上運(yùn)動(dòng)，一個(gè)微型彈簧一端固定，另一端連接質(zhì)量塊，質(zhì)量塊與電容器的一個(gè)極板固連在一起，電容器的另一個(gè)極板固定。當(dāng)手機(jī)在該方向有加速度時(shí)，質(zhì)量塊就會(huì)壓縮或拉伸彈簧，使得電容器兩極板距離變化，引起電容的變化。若電容器帶電量不變，兩極板間的電壓就會(huì)隨距離的變化而變化。這樣手機(jī)某一方向加速度信號(hào)就轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)了。現(xiàn)在的加速度傳感器通常把X、Y、Z三個(gè)相互垂直方向傳感器集成到一起，使傳感器能夠感知手機(jī)在三維空間的運(yùn)動(dòng)情況。

六、結(jié)束語

以上列舉了目前手機(jī)上常用的傳感器。相信在不久的將來，將會(huì)有更多的傳感器應(yīng)用到手機(jī)上。比如探測(cè)身邊環(huán)境的溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、紫外線傳感器、大氣污染物傳感器等，為我們的生活及出行提供更多的幫助。能測(cè)量體溫、血壓、監(jiān)控心率的傳感器，像身邊的保健醫(yī)生隨時(shí)呵護(hù)我們的健康。傳感器就像手機(jī)的眼睛和耳朵，讓手機(jī)變得越來越聰明，功能越來越強(qiáng)大。

參考文獻(xiàn)：

[1]金偉正.單線數(shù)字傳感器的原理與應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2O00，（6）：66—68