傳感器在手機中的應用

李景山 花卉

摘 要：傳感器的應用越來越廣泛，現在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、距離傳感器、磁傳感器等。給用戶帶來了豐富的應用和體驗。

關鍵詞：手機；傳感器；應用；

中圖分類號：TP211+.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-02-00-01

傳感器在生活中的應用越來越廣泛，現在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：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學物理量，并能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，就可以很方便地進行測量、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、加速度傳感器等。

一、聲傳感器

就是手機話筒。打電話時，能把聲音信號轉變為電信號。現在手機常用的是駐極體電容式麥克風。駐極體話筒體積小，結構簡單，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離開。這樣，金屬薄膜與金屬極板之間就形成一個電容。高分子塑料膜上生產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，電容兩極間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，同時進行放大，就把聲音信號轉變為電壓信號了。

二、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，能夠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CMOS傳感器，英文全稱是“Complementary Metal Oxide Semiconductor”，中文即“互補金屬氧化物半導體”， CMOS傳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CMOS傳感器上，利用感光二極管進行光電轉換，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。比如在明亮的室外，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。在拍照時，光線傳感器根據環境亮暗來確定曝光時間及LED閃光燈是否打開，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，環境光線通過透鏡匯聚照射在芯片上。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。

三、觸摸傳感器

現在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，能夠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。

四、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饋。重力傳感器的一個應用是：用手機觀看圖片、視頻或瀏覽網頁時，把手機從豎著拿變為橫著拿時，頁面內容就自動反應過來，從豎屏顯示變換為橫屏顯示，方便人們瀏覽，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，放在兩片相互垂直的壓電薄片上，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，計算出壓電片與水平方向的夾角，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。

五、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模式如搖晃、甩動、翻轉等。達到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，手機也跟著上下移動，加速度傳感器能記錄上下移動的頻率，根據人的步頻，就可估算出人的速度、一段時間前進距離和消耗的熱量。

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隨距離的變化而變化。這樣手機某一方向加速度信號就轉變為電壓信號了。現在的加速度傳感器通常把X、Y、Z三個相互垂直方向傳感器集成到一起，使傳感器能夠感知手機在三維空間的運動情況。

六、結束語

以上列舉了目前手機上常用的傳感器。相信在不久的將來，將會有更多的傳感器應用到手機上。比如探測身邊環境的溫度傳感器、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。能測量體溫、血壓、監控心率的傳感器，像身邊的保健醫生隨時呵護我們的健康。傳感器就像手機的眼睛和耳朵，讓手機變得越來越聰明，功能越來越強大。

參考文獻：

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