侯聰 李九慧 龔龍輝

摘要：隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，我們手機(jī)的發(fā)展也十分迅速。從之前的幾年一部到現(xiàn)在每一月都有新的型號(hào)發(fā)布?，F(xiàn)在手機(jī)的運(yùn)行速度越來(lái)越快，攝像功能越來(lái)越清晰，手機(jī)上的功能越來(lái)越多。之前的一些十分繁瑣的工作，現(xiàn)在在智能手機(jī)上只需要幾步簡(jiǎn)單的操作，帶給人們極佳的操作體驗(yàn)。而這些良好人機(jī)交互體驗(yàn)的背后是手機(jī)傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，手機(jī)傳感器就相當(dāng)于人體的各種感官細(xì)胞，了解我們手機(jī)上的傳感器可以讓我們對(duì)手機(jī)的各種功能的原理有更加深刻的認(rèn)知。

關(guān)鍵詞：智能手機(jī)；人機(jī)交互；傳感器

引言：

作為現(xiàn)代信息化社會(huì)的基礎(chǔ)，傳感器在最近幾年的發(fā)展十分迅猛。傳感器也逐漸成為評(píng)判一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要指標(biāo)之一。上到航空航天技術(shù)，下到海底探索考察，大到汽車(chē)飛機(jī)，小到電腦手機(jī)，即使我們沒(méi)有感覺(jué)，但是我們現(xiàn)在已經(jīng)處于傳感器的海洋。傳感器的定義是“能感受到規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?！眰鞲衅鳜F(xiàn)在就類(lèi)似于我們的眼睛，耳朵和鼻子等各種感覺(jué)器官，可以代替我們?nèi)ジ惺茉S多我們能感受到和許多我們感受不到的外界信息。例如在我們的手機(jī)中就充斥著大量的傳感器來(lái)收集外界信息。研究傳感器在手機(jī)中的應(yīng)用對(duì)于手機(jī)以及傳感器的發(fā)展都至關(guān)重要。

傳感器在手機(jī)中的應(yīng)用

1.觸摸屏——電容傳感器

手機(jī)電容式觸摸屏的類(lèi)型分為表面式電容觸摸屏和投射式電容觸摸屏兩種。

對(duì)電容觸摸屏來(lái)說(shuō)，其電容屏是一個(gè)四層的復(fù)合玻璃板，玻璃屏的內(nèi)表面以及夾層處各涂抹了一層ITO（納米銦錫金屬氧化物），而在玻璃屏的最外層是0.0015mm厚的矽土玻璃保護(hù)層。ITO是一種透明并且可以導(dǎo)電的材料。從玻璃屏的四個(gè)角引出來(lái)四個(gè)電極，當(dāng)我們用手指去點(diǎn)觸屏幕時(shí)，就會(huì)與ITO構(gòu)成耦合電容。并且由于電容器可以通交流電流，四個(gè)導(dǎo)線(xiàn)上的電流就都會(huì)奔向觸點(diǎn)，并且理論上電流的大小與到觸點(diǎn)的距離成比例關(guān)系。這時(shí)，位于手機(jī)內(nèi)部的芯片可以分析計(jì)算四個(gè)角的電流進(jìn)而得到觸點(diǎn)的精確位置。精確度基本可以達(dá)到99%，且響應(yīng)速度小于3ms。

而投射電容式觸摸屏是在兩層ITO導(dǎo)電玻璃涂層上蝕刻出兩個(gè)不同的ITO導(dǎo)電線(xiàn)路模塊。并且兩個(gè)模塊上蝕刻的圖形滿(mǎn)足相互垂直，構(gòu)成ITO陣列，當(dāng)手指去觸摸屏幕時(shí)，就會(huì)與陣列電容發(fā)生耦合，從而使屏幕上的電場(chǎng)發(fā)生改變。通過(guò)傳感器和芯片分析電場(chǎng)以及電流的變化，就可以精確計(jì)算出觸點(diǎn)位置。并且相比于表面式電容觸摸屏，投射式電容觸摸可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)觸控，應(yīng)用前景也更加廣泛。

2.光線(xiàn)傳感器

手機(jī)的光線(xiàn)傳感器也叫做亮度感應(yīng)器，是用來(lái)感應(yīng)光線(xiàn)強(qiáng)弱的。很多平板電腦和手機(jī)都配備了該傳感器，一般位于設(shè)備的正上方，傳感器在接收到光照后，將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸給CPU，CPU根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱做出相應(yīng)指令來(lái)自動(dòng)的調(diào)節(jié)屏幕亮度，給使用者帶來(lái)最適宜的視覺(jué)效果。例如在較強(qiáng)光照下，設(shè)備屏幕背光燈就會(huì)自動(dòng)增加，否則就會(huì)導(dǎo)致屏幕相對(duì)亮度低看不清。

3.距離傳感器

距離傳感器在工作時(shí)時(shí)會(huì)向外界發(fā)射紅外光，在照射到物體上時(shí)物體會(huì)反射回紅外線(xiàn)，在當(dāng)有物體靠近手機(jī)的時(shí)候，物體反射的紅外光就會(huì)被檢測(cè)元件監(jiān)測(cè)到，通過(guò)計(jì)算光往返傳播的時(shí)間，就可以計(jì)算出物體離手機(jī)的距離。在我們撥打電話(huà)的過(guò)程中，距離傳感器就會(huì)工作，來(lái)判斷頭部距離手機(jī)的距離，在距離過(guò)近的時(shí)候就會(huì)進(jìn)行熄屏或者鎖屏措施，以此就能大大減少誤操作的幾率，從而提升持機(jī)人的舒適感。

4.加速度傳感器

手機(jī)的加速度傳感器有時(shí)候也被稱(chēng)為重力傳感器，在我們平時(shí)打游戲或者看電影的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)將手機(jī)橫過(guò)來(lái)放置，而手機(jī)屏幕也會(huì)有感覺(jué)似的側(cè)過(guò)來(lái)，這種神奇操作的背后就是手機(jī)內(nèi)部的加速度傳感器在作用。手機(jī)的加速度傳感器是由一個(gè)“重力塊”和壓電晶體構(gòu)成，在手機(jī)產(chǎn)生加速度的時(shí)候，重物也會(huì)隨著手機(jī)產(chǎn)生相同的加速度，并且作用于不同方向的壓電晶體上的力也會(huì)不同，因此輸出電壓也會(huì)不同，從而完成從加速度信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，通過(guò)計(jì)算電壓信號(hào)就能夠得到手機(jī)偏轉(zhuǎn)的方向以及幅度?，F(xiàn)在手機(jī)的重力傳感器的精度越來(lái)也高，反應(yīng)速度也越來(lái)越快。日常人們?cè)谂懿降倪^(guò)程中，身體一上一下的浮動(dòng)被重力傳感器捕捉到，從而完成步數(shù)的記錄，包括微信搖一搖等功能，都是加速度傳感器在作用。

5.指紋傳感器

不論是指紋解鎖還是指紋支付，指紋識(shí)別技術(shù)在我們的日常生活都被廣泛使用，并且隨著近些年指紋識(shí)別被檢測(cè)出的各種漏洞，都將指紋解鎖的安全性問(wèn)題推向高潮?，F(xiàn)在指紋識(shí)別技術(shù)大多是采用電容式指紋模塊，利用硅晶元與導(dǎo)電的皮膚下電解液形成電場(chǎng)，因?yàn)槊總€(gè)人的指紋各不相同，而指紋的高低起伏變化會(huì)導(dǎo)致硅晶元與電解液之間的壓差發(fā)生不同的變化，借此就可根據(jù)壓差來(lái)繪制出指紋的圖形，進(jìn)而達(dá)到指紋解鎖的目的。

現(xiàn)在最新型的指紋識(shí)別技術(shù)是射頻指紋識(shí)別，射頻指紋模塊是通過(guò)傳感器自身發(fā)射出射頻信號(hào)，來(lái)穿透手指的表皮層到達(dá)手指的紋路，通過(guò)反射的信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)檢測(cè)指紋，并且繪制出一幅最佳的手指指紋圖像。這種傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)就是即使手上有些液體甚至污垢，傳感器都能檢測(cè)到指紋。這種指紋識(shí)別技術(shù)基本可以填補(bǔ)電容式指紋傳感器的不足之處，彌補(bǔ)安全漏洞。并且這種傳感器還能嵌入到手機(jī)的屏幕之下，從而減少單獨(dú)的指紋解鎖模塊所需空間，給用戶(hù)帶來(lái)最佳的使用體驗(yàn)。因此射頻指紋識(shí)別傳感器是現(xiàn)在指紋傳感器市場(chǎng)最新穎也是發(fā)展最快的傳感器。

6.磁場(chǎng)傳感器

在外出行的時(shí)候經(jīng)常會(huì)分不清東西南北，而現(xiàn)在手機(jī)都自帶指南針以及地圖導(dǎo)航，來(lái)幫助手機(jī)用戶(hù)準(zhǔn)確確定自己位置及方向。手機(jī)的這種功能依靠的是手機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)傳感器。磁場(chǎng)傳感器由各向異性磁致電阻材料構(gòu)成，可以將各種磁場(chǎng)以及其變化參數(shù)的量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。磁場(chǎng)傳感器在感受到磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)使自身的電阻發(fā)生具有規(guī)律的變化，從而使輸出的電壓發(fā)生變化。根據(jù)這種變化就可以判斷出磁場(chǎng)強(qiáng)度以及朝向等各種地理位置信息。因此廣泛應(yīng)用于手機(jī)導(dǎo)航及手機(jī)指南針等各種應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)：

近些年智能手機(jī)行業(yè)的的發(fā)展十分迅速，手機(jī)可以處理的信息越來(lái)越多，處理的速度越來(lái)越快，性能也越來(lái)越強(qiáng)大，而這些迅速發(fā)展的背后，總是離不開(kāi)傳感器技術(shù)?，F(xiàn)在的手機(jī)，之所以能被稱(chēng)為智能手機(jī)，是因?yàn)槿藗冇X(jué)得它總是知道外部環(huán)境的狀況，并且做出相應(yīng)的操作，而要做到這一點(diǎn)，都需要傳感器從外界不斷的收集信息，傳輸?shù)教幚砥鬟M(jìn)行處理，最后快速的做出相應(yīng)的指令，例如手機(jī)屏幕的自動(dòng)調(diào)光，指紋解鎖，重力感應(yīng)和語(yǔ)音識(shí)別等等功能，從而帶給人們舒適和便利的感受。

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（作者單位：鄭州大學(xué)）