科普：手機傳感器

傳感器Sensor就是手機裏那些能夠被測量而且能按照必定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常這類傳感器都是由敏感元件以及轉換元件組成。

手機上的那些可以經過芯片來感應的元器件，如反應距離值、光線值、溫度值、亮度值和壓力值等。

在手機上增長傳感器是須要知足一些特定條件的，好比操做系統自己的支持、須要開發對應的應用去配合傳感器的數據記錄、保證傳感器測算的精讀、控制傳感器的尺寸以及成本等。

1.NFC（Near Field Communication）

原理：即近場通訊，是一種近距離高頻無線通訊技術。這個技術由非接觸式射頻識別（RFID）演變而來，由飛利浦半導體、諾基亞和索尼共同研製開發，其基礎是RFID及互連技術。該技術在在13.56MHz頻率運行於10釐米距離內。其傳輸速度有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者424 Kbit/秒三種。NFC具備傳輸速度快、安全性能強、功耗低等特色。NFC在單一芯片上結合感應式讀卡器、感應式卡片和點對點的功能，能在短距離內兼容設備進行識別和交換數據。NFC採用主動和被動兩種讀取模式。

用途：

1.數據傳輸，數據傳輸可在兩部手機間近距離傳輸包括圖片、音樂、通信錄等。

2.交通刷卡：支持NFC功能的手機可以在公交地鐵上代替公交卡進行支付。而NFC手機公交刷卡相較於普通的公交卡或一卡通也有不少的便利之處，首先在公交卡沒錢的狀況下，它可讓用戶免去排隊煩惱，直接在手機上進行充值。其次，可以查看餘額信息。最後它也免去了人們出門有時忘帶公交卡的麻煩。

3.移動支付：目前移動支付已經成爲人們生活中的常行爲，支付寶、微信支付火遍大街小巷。近期，Apple Pay、Samsung Pay和小米支付等移動支付的流行，又讓移動支付火了一把。而不管是Apple Pay、Samsung Pay仍是小米支付，使用了都是手機的NFC功能。相較微信、支付寶的二維碼掃碼支付，NFC支付也有不少優點。首先安全性方面更高，具備不可複製性同時也沒法獲取用戶信息；此外，NFC支付更加便捷，沒法聯網，只要在支持銀聯閃付的pos機上刷卡支付便可。

4.門禁卡：此功能用到的是NFC的卡模式，具有NFC功能的智能手機可讀取和寫入門禁卡信息，而後即可化身門禁卡使用了。

5.瀏覽海報信息：該功能是在NFC的讀卡器模式，在該模式下，具有讀寫功能的NFC手機可從TAG中採集數據 而後根據應用的要求進行處理。有些應用能夠直接在本地完成，而有些應用則須要經過與網絡交互才能完成。基於該模型的典型應用包括電子廣告讀取和車票 電影院門票售賣等。如，在電影海報或展覽信息背後貼有TAG標籤，用戶能夠利用支持NFC協議的手機得到有關詳細信息 或是當即聯機使用信用卡購票。此外，還能獲取公交站站點信息、公交地圖等信息。

6.萬物互聯：除了上述功能外，NFC功能還可使手機與其它支持NFC功能的設備相鏈接，如一些支持藍牙的音箱可經過NFC與手機相連，與相應的打印機相連可直接打印手機裏的照片等。

2.光線感應器（Ambient Light Sensor）

原理：光敏三極管，接受外界光線時，會產生強弱不等的電流，從而感知環境光亮度。

用途：一般用於調節屏幕自動背光的亮度，白天提升屏幕亮度，夜晚下降屏幕亮度，使得屏幕看得更清楚，而且不刺眼，有的還能夠自由控制按鍵呼吸燈的明暗狀態。也可用於拍照時自動白平衡。還能夠配合下面的距離傳感器檢測手機是否在口袋裏防止誤觸。

光線傳感器其實跟人的眼睛有些類似。人的眼睛在不一樣光線環境下，可以調節進入眼睛的光線。而光線傳感器則是根據不一樣光線環境來調整手機屏幕的亮度，從而減低電量的消耗，加強手機的續航能力。

應用手機：蘋果iPhone XR、vivo X2三、華爲Mate 20、三星GALAXY Note 9等。

3.距離感應器（Proximity Sensor）

原理：距離傳感器的組成很是簡單，由一個紅外LED燈和紅外輻射光線探測器組成。位置大概在手機聽筒的附近。紅外LED燈發射紅外線，被近距離物體反射後，紅外探測器經過接收到紅外線的強度，測定距離，通常有效距離在10cm內。距離傳感器同時擁有發射和接受裝置，通常體積較大。

用途：通話中防止誤操做，檢測手機是否貼在耳朵上正在打電話，以便自動熄滅屏幕，防止誤觸到屏幕影響通話。也可用於皮套、口袋模式下自動實現解鎖與鎖屏動做，達到避免誤觸及省電的目的。

距離傳感器通常是配合着光線傳感器來使用，位於手機正面聽筒周圍，這樣就存在一個問題，手機的額頭上開了太多洞或黑色長條不太好看，因此蘋果一直在千方百計減小開孔、或者隱藏開孔。黑色面板的手機能夠輕易隱藏這兩個傳感器，蘋果從iPhone5開始，將光線傳感器作成了白色，很好的隱藏了起來，但不少國產手機廠商暫時沒法作到，他們只能選用更小尺寸的傳感器，將光線+距離傳感器放在一塊兒作成更小的長條形，或者和攝像頭同樣大的大圓形，這樣相對好看一些。錘子的傳感器也是長條形，但直接放在了聽筒裏面，也算是隱藏了起來。

應用手機：華爲Mate 20、蘋果iPhone XR、一加6T等。

4.重力傳感器

原理：利用壓電效應實現，傳感器內部一塊重物和壓電片整合在一塊兒，經過正交兩個方向產生的電壓大小，來計算出水平方向。

用途：手機橫豎屏智能切換、拍照照片朝向、重力感應類遊戲（如滾鋼珠）、信息接收（搖一搖），經過重力傳感器來實現更豐富的交互控制。

應用手機：榮耀Magic 二、三星GALAXY Note 九、魅族16th等。

5.加速度傳感器

原理：和重力傳感器略微有些重疊，但事實上卻又不同，也是壓電效應，經過三個維度肯定加速度方向，但功耗更小，但精度低。加速度傳感器是多個維度測算的，主要測算一些瞬時加速或減速的動做。

用途：最典型的就是計步器功能了，加速度傳感器能夠檢測交流信號以及物體的振動。人在走動的時候會產生必定規律性的振動，而加速度傳感器能夠檢測振動的過零點，從而計算出人所走的步或跑步所走的步數，從而計算出人所移動的位移，而且利用必定的公式能夠計算出卡路里的消耗。

好比測量手機的運動速度，在遊戲裏能經過加速度傳感器觸發特殊指令。平常應用中的一些甩動切歌、翻轉靜音等也都用到了這枚傳感器。

應用手機：蘋果iPhone XR、一加6T、小米MIX 三、蘋果iPhone XS等。

6.指紋傳感器

指紋傳感器是實現指紋自動採集的關鍵器件，目前主要分爲兩類，光學指紋傳感器和半導體指紋傳感器。

光學指紋傳感器：主要是利用光的折射和反射原理，光從底部射向三棱鏡，並經棱鏡射出，射出的光線在手指表面指紋凹凸不平的線紋上折射的角度及反射回去的光線明暗就會不同。CMOS或者CCD的光學器件就會收集到不一樣明暗程度的圖片信息，就完成指紋的採集。

半導體指紋傳感器：這類傳感器，不管是電容式或是電感式，其原理相似，在一塊集成有成千上萬半導體器件的「平板」上，手指貼在其上與其構成了電容（電感）的另外一面，因爲手指平面凸凹不平，凸點處和凹點處接觸平板的實際距離大小就不同，造成的電容/電感數值也就不同，設備根據這個原理將採集到的不一樣的數值彙總，也就完成了指紋的採集。

從2013年開始，指紋傳感器開始在智能手機中爆發式增加。它能夠自動採集用戶指紋，以此實現保護隱私的目的。不過如今具備指紋傳感器的手機並不只僅是解鎖設備，而是和移動支付相互結合，包括Apple Pay、Sumsang Pay在內都是以指紋傳感器爲前提來交互。

應用手機：華爲Mate 20、三星GALAXY Note 九、小米MIX 三、OPPO R17 等。

7.陀螺儀傳感器（Gyroscope）

原理：角動量守恆，一個正在高速旋轉的物體（陀螺），它的旋轉軸沒有受到外力影響時，旋轉軸的指向是不會有任何改變的。陀螺儀就是以這個原理做爲依據，用它來保持必定的方向。陀螺儀傳感器是一個簡單易用的基於自由空間移動和手勢的定位和控制系統，它本來是運用到直升機模型上；還記得當時iPhone 4剛推出時的殺手級應用麼？沒錯它就是陀螺儀。平時手機裏標配的都是三軸陀螺儀，可追蹤6個方向的位置、移動軌跡及加速度變化。

用途：體感、搖一搖（晃動手機實現一些功能）、平移/轉動/移動手機可在遊戲中控制視角、VR虛擬現實、在GPS沒有信號時（如隧道中）根據物體運動狀態實現慣性導航。平常咱們玩的一些射擊或賽車遊戲都須要用到這種陀螺儀，不少應用也藉助陀螺儀傳感器來工做，例如3D拍照、全景導航等。

應用手機：華爲Mate 20、OPPO R1七、vivo X2三、蘋果iPhone XR等。

8.磁場傳感器（MagneTIsm Sensor）

原理：利用各向異性磁致電阻材料來測量平面磁場，感覺到微弱的磁場變化時會致使自身電阻產生變化，從而檢測出磁場強度以及方向位置，因此手機要旋轉或晃動幾下才能準確指示方向。

用途：通常用在常見的指南針或是地圖導航中，幫助手機用戶實現準肯定位。若是你不分東南西北，用地圖中的電子羅盤能夠輕鬆實現定位。還有金屬探測器APP。

應用手機：OPPO R17等。

9.GPS位置傳感器

原理：地球特定軌道上運行着24顆GPS衛星，每一顆衛星都在時刻不停地向全世界廣播本身的當前的位置座標及時間戳信息。手機GPS模塊經過天線接收到衛星的座標信息。GPS模塊中的芯片根據高速運動的衛星瞬間位置做爲已知的起算數據，根據衛星發射座標的時間戳與接收時的時間差計算出衛星與手機的距離，採用空間距離後方交會的方法，肯定待測點的位置座標。

用途：地圖、導航、測速、測距。隨着4G網絡普及，GPS被應用在更多場景，好比與智能硬件配合實現遠程定位監控，或是設備丟失後定位查找。這裏須要分清一個概念，手機通常標配的是A-GPS，所謂A-GPS是在接收導航衛星信號的基礎上經過移動網絡更快速的定位，比普通的GPS更先進一些。

應用手機：榮耀Magic 二、魅族16th等。

10.氣壓傳感器

原理：氣壓傳感器以前一直被用在軍工手機當中，分爲變容式或變阻式氣壓傳感器，將薄膜與變阻器或電容鏈接起來，氣壓變化致使電阻或電容的數值發生變化，從而得到氣壓數據。

用途：通常GPS能計算出你的位置，但對於一些高度上的變化是須要氣壓傳感器來測算。安裝了氣壓傳感器的手機能測算你一天上了多少個樓層，或是用於室內定位等，而內部的氣壓傳感器主要是測試設備封閉程度。GPS計算海拔會有十米左右的偏差，氣壓傳感器主要用於修正海拔偏差（將至1米左右），固然也能用來輔助GPS定位立交橋或樓層位置。

應用手機：華爲Mate 20、蘋果iPhone XR、蘋果iPhone XS等。

11.溫度傳感器

今年MWC上一款支持熱成像測試的三防手機讓人記憶深入，它用到的就是溫度傳感器。溫度傳感器是用來檢測手機自己溫度變化的，能夠看出手機的發熱程度。擴展功能方面，溫度傳感器也能檢測外界空氣中的溫度變化，甚至是用戶當前的體溫。

12.霍爾傳感器

原理：霍爾磁電效應，當電流經過一個位於磁場中的導體的時候，磁場會對導體中的電子產生一個垂直於電子運動方向上的的做用力，從而在導體的兩端產生電勢差。

用途：有些手機會隨機標配一些保護套，當合上保護套時手機會自動鎖屏，打開保護套以後設備又會自動解鎖。

應用手機：榮耀Magic 二、魅族16th、華爲Mate 20等。

13.紫外線傳感器

原理：利用某些半導體、金屬或金屬化合物的光電發射效應，在紫外線照射下會釋放出大量電子，檢測這種放電效應可計算出紫外線強度。

用途：運動、健康類。經過攝像頭拍戶外光源從而換算成放電效應測出紫外線強度。如今應用這種傳感器的手機並很少見，並且測算的穩定性也有待進一步觀察。

14.心率傳感器

原理：用高亮度LED光源照射手指，小心臟將新鮮的血液壓入毛細血管時，亮度（紅色的深度）呈現如波浪般的週期性變化，經過攝像頭快速捕捉這一有規律變化的間隔，再經過手機內應用換算，從而判斷出心臟的收縮頻率。

用途：運動、健康類。心率傳感器在穿戴設別中比較常見，但在手機上的應用通常是設置在手機背部的位置，經過高亮度的LED光源照射手指的方式轉換爲對應數據來測算心率，測試的時候須要手指保持平穩，不然測試出的結果會有較大誤差。

15.血氧傳感器

原理：血液中血紅蛋白和氧合血紅蛋白對紅外光和紅光的吸取比率不一樣，用紅外光和紅光兩個LED同時照射手指，測量反射光的吸取光譜，就能夠測量血氧含量。

用途：運動、健康。