侯聰 李九慧 龔龍輝

摘要：隨著現代科技的不斷進步，我們手機的發(fā)展也十分迅速。從之前的幾年一部到現在每一月都有新的型號發(fā)布。現在手機的運行速度越來越快，攝像功能越來越清晰，手機上的功能越來越多。之前的一些十分繁瑣的工作，現在在智能手機上只需要幾步簡單的操作，帶給人們極佳的操作體驗。而這些良好人機交互體驗的背后是手機傳感器技術的不斷發(fā)展進步，手機傳感器就相當于人體的各種感官細胞，了解我們手機上的傳感器可以讓我們對手機的各種功能的原理有更加深刻的認知。

關鍵詞：智能手機；人機交互；傳感器

引言：

作為現代信息化社會的基礎，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判一個國家綜合國力的重要指標之一。上到航空航天技術，下到海底探索考察，大到汽車飛機，小到電腦手機，即使我們沒有感覺，但是我們現在已經處于傳感器的海洋。傳感器的定義是“能感受到規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。”傳感器現在就類似于我們的眼睛，耳朵和鼻子等各種感覺器官，可以代替我們去感受許多我們能感受到和許多我們感受不到的外界信息。例如在我們的手機中就充斥著大量的傳感器來收集外界信息。研究傳感器在手機中的應用對于手機以及傳感器的發(fā)展都至關重要。

傳感器在手機中的應用

1.觸摸屏——電容傳感器

手機電容式觸摸屏的類型分為表面式電容觸摸屏和投射式電容觸摸屏兩種。

對電容觸摸屏來說，其電容屏是一個四層的復合玻璃板，玻璃屏的內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厚的矽土玻璃保護層。ITO是一種透明并且可以導電的材料。從玻璃屏的四個角引出來四個電極，當我們用手指去點觸屏幕時，就會與ITO構成耦合電容。并且由于電容器可以通交流電流，四個導線上的電流就都會奔向觸點，并且理論上電流的大小與到觸點的距離成比例關系。這時，位于手機內部的芯片可以分析計算四個角的電流進而得到觸點的精確位置。精確度基本可以達到99%，且響應速度小于3ms。

而投射電容式觸摸屏是在兩層ITO導電玻璃涂層上蝕刻出兩個不同的ITO導電線路模塊。并且兩個模塊上蝕刻的圖形滿足相互垂直，構成ITO陣列，當手指去觸摸屏幕時，就會與陣列電容發(fā)生耦合，從而使屏幕上的電場發(fā)生改變。通過傳感器和芯片分析電場以及電流的變化，就可以精確計算出觸點位置。并且相比于表面式電容觸摸屏，投射式電容觸摸可以實現多點同時觸控，應用前景也更加廣泛。

2.光線傳感器

手機的光線傳感器也叫做亮度感應器，是用來感應光線強弱的。很多平板電腦和手機都配備了該傳感器，一般位于設備的正上方，傳感器在接收到光照后，將光強信號轉換為電信號，傳輸給CPU，CPU根據信號強弱做出相應指令來自動的調節(jié)屏幕亮度，給使用者帶來最適宜的視覺效果。例如在較強光照下，設備屏幕背光燈就會自動增加，否則就會導致屏幕相對亮度低看不清。

3.距離傳感器

距離傳感器在工作時時會向外界發(fā)射紅外光，在照射到物體上時物體會反射回紅外線，在當有物體靠近手機的時候，物體反射的紅外光就會被檢測元件監(jiān)測到，通過計算光往返傳播的時間，就可以計算出物體離手機的距離。在我們撥打電話的過程中，距離傳感器就會工作，來判斷頭部距離手機的距離，在距離過近的時候就會進行熄屏或者鎖屏措施，以此就能大大減少誤操作的幾率，從而提升持機人的舒適感。

4.加速度傳感器

手機的加速度傳感器有時候也被稱為重力傳感器，在我們平時打游戲或者看電影的時候，經常會將手機橫過來放置，而手機屏幕也會有感覺似的側過來，這種神奇操作的背后就是手機內部的加速度傳感器在作用。手機的加速度傳感器是由一個“重力塊”和壓電晶體構成，在手機產生加速度的時候，重物也會隨著手機產生相同的加速度，并且作用于不同方向的壓電晶體上的力也會不同，因此輸出電壓也會不同，從而完成從加速度信號到電信號的轉換，通過計算電壓信號就能夠得到手機偏轉的方向以及幅度?，F在手機的重力傳感器的精度越來也高，反應速度也越來越快。日常人們在跑步的過程中，身體一上一下的浮動被重力傳感器捕捉到，從而完成步數的記錄，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，指紋識別技術在我們的日常生活都被廣泛使用，并且隨著近些年指紋識別被檢測出的各種漏洞，都將指紋解鎖的安全性問題推向高潮?，F在指紋識別技術大多是采用電容式指紋模塊，利用硅晶元與導電的皮膚下電解液形成電場，因為每個人的指紋各不相同，而指紋的高低起伏變化會導致硅晶元與電解液之間的壓差發(fā)生不同的變化，借此就可根據壓差來繪制出指紋的圖形，進而達到指紋解鎖的目的。

現在最新型的指紋識別技術是射頻指紋識別，射頻指紋模塊是通過傳感器自身發(fā)射出射頻信號，來穿透手指的表皮層到達手指的紋路，通過反射的信號強弱來檢測指紋，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)點就是即使手上有些液體甚至污垢，傳感器都能檢測到指紋。這種指紋識別技術基本可以填補電容式指紋傳感器的不足之處，彌補安全漏洞。并且這種傳感器還能嵌入到手機的屏幕之下，從而減少單獨的指紋解鎖模塊所需空間，給用戶帶來最佳的使用體驗。因此射頻指紋識別傳感器是現在指紋傳感器市場最新穎也是發(fā)展最快的傳感器。

6.磁場傳感器

在外出行的時候經常會分不清東西南北，而現在手機都自帶指南針以及地圖導航，來幫助手機用戶準確確定自己位置及方向。手機的這種功能依靠的是手機內部的磁場傳感器。磁場傳感器由各向異性磁致電阻材料構成，可以將各種磁場以及其變化參數的量轉換為電信號輸出。磁場傳感器在感受到磁場變化時會使自身的電阻發(fā)生具有規(guī)律的變化，從而使輸出的電壓發(fā)生變化。根據這種變化就可以判斷出磁場強度以及朝向等各種地理位置信息。因此廣泛應用于手機導航及手機指南針等各種應用。

結語：

近些年智能手機行業(yè)的的發(fā)展十分迅速，手機可以處理的信息越來越多，處理的速度越來越快，性能也越來越強大，而這些迅速發(fā)展的背后，總是離不開傳感器技術?，F在的手機，之所以能被稱為智能手機，是因為人們覺得它總是知道外部環(huán)境的狀況，并且做出相應的操作，而要做到這一點，都需要傳感器從外界不斷的收集信息，傳輸到處理器進行處理，最后快速的做出相應的指令，例如手機屏幕的自動調光，指紋解鎖，重力感應和語音識別等等功能，從而帶給人們舒適和便利的感受。

參考文獻

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（作者單位：鄭州大學）