Du så på en video på YouTube i portrettmodus, og eiendommen på skjermen var ikke nok. For å løse dette problemet gjorde du det enhver person med en smarttelefon ville gjøre. Snu telefonen på siden.
Så snart du gjorde dette, oppslukte videoen hele skjermen, og alle menyalternativene var usynlige, men hvordan visste telefonen din om orienteringen?
Vel, i tillegg til skjermen med høy oppdateringsfrekvens og et flott brukergrensesnitt, har telefonen din flere sensorer som registrerer orienteringen i rommet, men hvordan fungerer disse sensorene?
Forstå de grunnleggende naturkreftene
Selv om du kan føle vinden i ansiktet og vannet på hendene når det regner, er det du ikke kan føle de grunnleggende naturkreftene.
Disse kreftene inkluderer gravitasjonskraften og den elektromagnetiske kraften. Selv om disse kreftene er immaterielle, påvirker de alt vi gjør. Faktisk oppdager skjermen på smarttelefonen små endringer i elektromagnetiske krefter for å oppdage fingeren din. Ikke bare dette, men kroppsvekten din er også definert på grunn av tyngdekreftene.
Enkelt sagt, tyngdekraften påfører en kraft på objekter som får dem til å akselerere med en hastighet på 9,8 m/s^2. På grunn av denne akselerasjonen faller ting tilbake på bakken når du kaster dem.
På den annen side kan ikke elektromagnetisk kraft føles som tyngdekreftene. Når det er sagt, hvis du skulle plassere et kompass hvor som helst i verden, ville det oppdage jordens magnetfelt i det området og justere seg til Nordpolen.
Selv om elektromagnetiske krefter har muliggjort flere teknologiske fremskritt, er de ikke alle for godt, og elektromagnetisk stråling i høye doser kan være farlig for menneskekroppen.
Forstå sensorteknologien på smarttelefonen din
Sensorene på smarttelefonen din oppdager endringer i naturkreftene for å forstå dens orientering i rommet, men hvordan fungerer disse sensorene?
Vel, smarttelefonen din har tusenvis av sensorer på hovedkortet, men tre hovedsensortyper som gjør at telefonen din kan oppdage endringer i retningen.
Disse orienteringsdeteksjonssensorene bruker Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) for å måle naturkreftene. For å måle data bruker MEMS-enheter mekaniske deler innebygd i silisium for å generere et elektrisk signal. Ved å bruke disse signalene oppdager smarttelefonen endringer i kreftene som virker på den.
Nedenfor er en kort forklaring på hvordan disse sensorene fungerer.
- Akselerometer: Som navnet antyder, brukes et akselerometer for å oppdage endringene i akselerasjon på en smarttelefon. For å oppdage disse endringene bruker akselerometeret treghetsloven som sier at en kropp i ro vil holde seg i ro til og med mindre en ekstern kraft påføres. For å bruke dette konseptet er en fast masse hengt opp mellom fjærlignende strukturer i en MEMS-sensor. Derfor forblir den faste massen på plass når telefonen akselereres på grunn av treghet som komprimerer fjærene. Denne fjærkomprimeringen genererer et elektrisk signal som forteller smarttelefonen at den blir akselerert.
- Gyroskop: Gyroskopet overvåker rotasjonskreftene på smarttelefonen din. Denne rotasjonen måler Coriolis-kraften som virker på smarttelefonen for å anslå hvor mye den har rotert rundt tyngdepunktet. Enkelt sagt virker Coriolis-kraften på enhver kropp inne i en roterende gjenstand på grunn av dens rotasjon. Gyroskopet bruker en design som ligner på et akselerometer, men er modifisert for å oppdage endringer når smarttelefonen roterer.
- Magnetometer: På grunn av strømmene som flyter i jordens kjerne, oppsluker et magnetfelt den. Å oppdage disse feltene hjelper smarttelefonen med å forstå dens orientering med det sanne nord for jordens magnetfelt. Smarttelefoner er utstyrt med en treakset Hall-effektsensor for å oppdage disse endringene. Denne sensoren bruker Faradays lover for elektromagnetisk induksjon for å oppdage magnetiske felt. I henhold til denne loven genererer en strømførende leder en elektromotorisk kraft når magnetfeltet rundt den endres. På grunn av disse spenningsendringene, kan sensorene brukes til å oppdage dens orientering angående jordens magnetiske poler.
Nå som vi har en grunnleggende forståelse av sensorene i smarttelefonene våre, kan vi se på hvordan de fungerer sammen for å oppdage posisjonen til smarttelefonen din.
Hvordan vet telefonen når den skal snu skjermen?
Som forklart tidligere kan akselerometeret oppdage endringer i akselerasjon, men disse dataene alene kan ikke brukes til å oppdage retningen til en smarttelefon. Årsaken er at tyngdekreftene alltid virker på akselerometeret, og det er vanskelig for sensoren å oppdage når endringene i akselerasjonen er ment å rotere smarttelefonen.
Smarttelefoner bruker sensorfusjon for å løse dette problemet, som gjør at forskjellige sensorer kan kommunisere med hverandre. For å oppdage en telefons orientering, kommuniserer akselerometeret med gyroskopet og magnetometeret.
Derfor, når en telefon roterer, oppdager akselerometeret endringer i akselerasjonen og kommuniserer deretter med gyroskopet. På grunn av denne kommunikasjonen kan smarttelefonen forstå om endringene i akselerasjon er ment for rotasjon.
Når det er sagt, er gyroskopet mottakelig for feil da det ikke kan vurdere tyngdekraften som virker på smarttelefonen. Derfor er det nødvendig med en tredje sensor for å oppdage endringene i retningen til en smarttelefon. Denne sensoren er ingen ringere enn magnetometeret på enheten din.
Dette magnetometeret brukes til å oppdage endringene i smarttelefonens posisjon i forhold til jordens magnetfelt. Disse dataene, sammen med dataene fra akselerometeret og gyroskopet, brukes til å avgjøre om skjermen må være i stående eller liggende modus.
Er sensorteknologi fremtiden?
Akselerometeret, gyroskopet og magnetometeret oppdager endringer i de grunnleggende naturkreftene ved å bruke treghetslovene og elektromagnetisk induksjon.
Smarttelefoner bruker disse grunnleggende lovene for å aktivere funksjoner som autorotasjon og optisk bildestabilisering. Når det er sagt, tilbyr smarttelefoner nå innovative funksjoner ved å kombinere data fra forskjellige sensorer.
Et godt eksempel på dette er utgivelsen av krasjdeteksjon på Apple-enheter som gjør det mulig for data fra disse sensorene å oppdage en ulykke og varsle nødetater.
