Portré módban nézett egy videót a YouTube-on, és a képernyő ingatlana nem volt elég. A probléma megoldása érdekében azt tette, amit bármely okostelefonnal rendelkező személy tenne. Fordítsa a telefont az oldalára.
Amint ezt megtette, a videó beborította az egész képernyőt, és az összes menüopció láthatatlan volt, de honnan tudott a telefon a tájolásáról?
Nos, a nagy frissítési gyakoriságú képernyőn és a nagyszerű felhasználói felületen kívül a telefon számos érzékelővel rendelkezik, amelyek érzékelik a térben való tájolását, de hogyan működnek ezek az érzékelők?
A természet alapvető erőinek megértése
Habár érzed a szelet az arcodon és a vizet a kezeden, ha esik, de amit nem, az a természet alapvető erői.
Ezek az erők magukban foglalják a gravitációs erőt és az elektromágneses erőt. Noha ezek az erők megfoghatatlanok, mindenre hatással vannak, amit teszünk. Valójában az okostelefon képernyője érzékeli az elektromágneses erők kis változásait, hogy észlelje az ujját. Nem csak ezt, hanem a testsúlyodat is meghatározzák a gravitációs erők.
Egyszerűen fogalmazva, a gravitáció olyan erőt fejt ki a tárgyakra, amelyek 9,8 m/s^2 sebességgel gyorsulnak fel. Ennek a gyorsulásnak köszönhetően a dolgok visszaesnek a földre, amikor eldobod őket.
Másrészt az elektromágneses erőt nem lehet úgy érezni, mint a gravitációs erőket. Ez azt jelenti, hogy ha a világon bárhol elhelyezne egy iránytűt, az észlelné a Föld mágneses terét ezen a területen, és az Északi-sarkhoz igazodna.
Bár az elektromágneses erők számos technológiai előrelépést tettek lehetővé, ezek nem mind jók, és elektromágneses sugárzás nagy dózisban veszélyes lehet az emberi szervezetre.
Az érzékelő technológia megértése az okostelefonon
Az okostelefon érzékelői érzékelik a természeti erők változásait, hogy megértsék az űrben való tájolását, de hogyan működnek ezek az érzékelők?
Nos, az okostelefonodnak van több ezer érzékelőt az alaplapján, hanem három fő érzékelőtípus, amelyek lehetővé teszik a telefon számára, hogy észlelje a tájolás változásait.
Ezek a tájolásérzékelő érzékelők mikroelektromechanikai rendszereket (MEMS) használnak a természeti erők mérésére. Az adatok mérésére a MEMS eszközök szilíciumba ágyazott mechanikus alkatrészeket használnak elektromos jel generálására. Ezen jelek segítségével okostelefonja érzékeli a rá ható erők változásait.
Az alábbiakban röviden bemutatjuk, hogyan működnek ezek az érzékelők.
- Gyorsulásmérő: Ahogy a neve is sugallja, egy gyorsulásmérőt használnak a gyorsulás változásainak észlelésére egy okostelefonon. E változások észlelésére a gyorsulásmérő a tehetetlenség törvényét használja, amely kimondja, hogy a nyugalomban lévő test mindaddig nyugalomban marad, amíg külső erőt nem fejtenek ki. Ennek a koncepciónak a használatához egy rögzített tömeget felfüggesztenek a rugószerű szerkezetek közé egy MEMS-érzékelőben. Ezért a rögzített tömeg a rugókat összenyomó tehetetlensége miatt a helyén marad, amikor a telefont felgyorsítják. Ez a rugónyomás elektromos jelet generál, amely jelzi az okostelefonnak, hogy felgyorsul.
- Giroszkóp: A giroszkóp figyeli az okostelefon forgási erőit. Ez a forgás méri az okostelefonra ható Coriolis-erőt, hogy megbecsülje, mennyit forgott el a súlypontja körül. Egyszerűen fogalmazva, a Coriolis-erő bármely forgó tárgy belsejében lévő testre hat a forgása miatt. A giroszkóp a gyorsulásmérőhöz hasonló kialakítást használ, de úgy módosították, hogy észlelje a változásokat, amikor az okostelefon forog.
- Magnetométer: A Föld magjában folyó áramok miatt mágneses tér nyeli el. Ezeknek a mezőknek az észlelése segít az okostelefonnak megérteni a tájolását a Föld mágneses mezejének valódi északi részén. Az okostelefonok háromtengelyes Hall-effektus érzékelővel vannak felszerelve, hogy észleljék ezeket a változásokat. Ez az érzékelő az elektromágneses indukció Faraday törvényeit használja a mágneses mezők érzékelésére. E törvény szerint az áramot vezető vezető elektromotoros erőt hoz létre, amikor a körülötte lévő mágneses tér megváltozik. Ezeknek a feszültségváltozásoknak köszönhetően az érzékelők segítségével megállapítható a Föld mágneses pólusaihoz viszonyított tájolása.
Most, hogy alapvető ismereteink vannak okostelefonjaink érzékelőiről, megnézhetjük, hogyan működnek együtt az okostelefon helyzetének észlelésében.
Honnan tudja a telefon, hogy mikor kell elfordítani a képernyőt?
Amint azt korábban kifejtettük, a gyorsulásmérő képes észlelni a gyorsulás változásait, de ezek az adatok önmagukban nem használhatók az okostelefon tájolásának észlelésére. Ennek az az oka, hogy a gravitációs erők mindig hatnak a gyorsulásmérőre, és az érzékelő nehezen érzékeli, hogy a gyorsulás változásai mikor forgatják az okostelefont.
Az okostelefonok szenzorfúziót használnak a probléma megoldására, ami lehetővé teszi, hogy a különböző érzékelők kommunikáljanak egymással. A telefon tájolásának észleléséhez a gyorsulásmérő kommunikál a giroszkóppal és a magnetométerrel.
Ezért, amikor egy telefon forog, a gyorsulásmérő érzékeli a gyorsulás változásait, majd kommunikál a giroszkóppal. Ennek a kommunikációnak köszönhetően az okostelefon képes megérteni, hogy a gyorsulás változásait forgásra szánják.
Ennek ellenére a giroszkóp érzékeny a hibákra, mivel nem tudja figyelembe venni az okostelefonra ható gravitációs erőket. Ezért egy harmadik érzékelőre van szükség az okostelefon tájolásában bekövetkezett változások észleléséhez. Ez az érzékelő nem más, mint a készüléken lévő magnetométer.
Ez a magnetométer arra szolgál, hogy észlelje az okostelefon helyzetében bekövetkezett változásokat a Föld mágneses mezőjéhez képest. Ezek az adatok, valamint a gyorsulásmérő és a giroszkóp adatai alapján eldönthető, hogy a képernyőnek álló vagy fekvő módban kell lennie.
A szenzortechnológia a jövő?
A gyorsulásmérő, giroszkóp és magnetométer a tehetetlenség és az elektromágneses indukció törvényei alapján érzékeli a természet alapvető erőinek változásait.
Az okostelefonok ezeket az alapvető törvényeket használják az olyan funkciók engedélyezésére, mint az autorotáció és az optikai képstabilizálás. Ennek ellenére az okostelefonok innovatív funkciókat kínálnak a különböző érzékelőktől származó adatok kombinálásával.
Ennek kiváló példája az összeomlás-észlelés kibocsátása az Apple eszközökön, amely lehetővé teszi az érzékelők adatainak észlelését a balesetek és a segélyszolgálatok riasztásában.
