Датчики в смартфонах: для чего они нужны и как устроены

Современные смартфоны даже бюджетного класса содержат большое количество различных датчиков. Они позволяют точно определять текущее местоположение, передавать информацию об активности в фитнес-приложении, распознавать жесты и много другое. Далее будут рассмотрены сенсоры, которые можно встретить в смартфонах.

Акселерометр – датчик, который измеряет проекцию кажущегося ускорения. Проще говоря, фиксируется положение в пространстве и расстояние, на которое было перемещено устройство. Данный модуль сегодня присутствует даже в бюджетных устройствах, но в этом случае есть заметная погрешность при измерении.

Акселерометр относится к категории MEMS-сенсоров и представляет собой миниатюрный механический узел с парными пластинами, которые выполняют роль конденсаторов, и грузиками. В каждой паре одна из пластин зафиксирована, вторая может изгибаться при воздействии ускорения. Это приводит к изменению параметров конденсаторов, что постоянно отслеживается электроникой. Собранные данные используются для определения движения устройства по трем осям.

Следующий датчик – гироскоп. Принцип устройства и некоторые возможности схожи с акселерометром. Только гироскоп больше ориентирован на точное определение текущего положения смартфона в пространстве.

По сути, гироскоп в таких устройствах представляет собой небольшой блок, внутри которого свободно перемещается объект. Это приводит к изменению емкости конденсаторов, что и используется для определения положения корпуса телефона.

Гироскоп активно используется для управления в играх и виртуальной реальности. Обычно гироскоп и акселерометр работают совместно, дополняя друг друга.

Еще один датчик для ориентации в пространстве – магнитометр (компас). Работает с магнитным полем и используется в навигации совместно с GPS и акселерометром. Именно он позволяет не только показать текущее положение на карте, но и указать, в каком направлении смотрит пользователь.

Барометр сегодня можно встретить только во флагманских устройствах. Помогает модулю GPS более точно определять положение, добавляя значение текущей высоты.

В основе работы барометра лежит фиксация атмосферного давления – на высоте оно ниже. Проще говоря, данный сенсор представляет собой обычную гибкую мембрану в небольшом корпусе. Под действием атмосферного давления она изгибается, отклонение фиксируется и используется для измерения текущего атмосферного давления.

GPS – модуль, непосредственно отвечающий за определение текущего местоположения устройства. При работе используется сложная система, которая использует набор спутников. Современные смартфоны могут поддерживать различные системы спутниковой навигации, включая ГЛОНАСС (Россия), BDS (Китай) и Galileo (Европа).

В недорогих устройствах обычно GPS работает только через канал L1, что ухудшает точность позиционирования. В дорогих смартфонах используется два диапазона – L5 и L1. При работе через канал L5 приоритет отдается сигналу, который первым достиг нужного спутника. Это позволяет исключить отраженные сигналы, что заметно повышает точность работы системы.

Датчик приближения сегодня можно встретить в большинстве смартфонов. Обычно он находится над дисплеем рядом с фронтальной камерой. Именно этот сенсор отвечает за автоматическое отключение дисплея в процессе разговора, что позволяет предотвратить ложные нажатия.

В большинстве случаев используется классический набор – инфракрасный излучатель и приемник (фотодиод). Если рядом с излучателем отсутствуют препятствия, излучаемый свет рассеивается, в противном случае он отражается и попадает на фотодиод.

Некоторые компании пытаются экономить на таких сенсорах, определяя некорректные нажатия на экран при помощи программных алгоритмов. Также иногда данную функцию возлагают на гироскоп и акселерометр. Обычно это ухудшает качество определения, о чем свидетельствуют многочисленные жалобы пользователей.

Еще один полезный модуль – датчик освещенности. Как понятно из названия, он определяет текущий уровень внешнего освещения и используется для автоматической регулировки яркости экрана, делая работу со смартфоном более комфортной.

Последний модуль в данном обзоре – датчик Холла. Стандартный сенсор данного типа предназначен для измерения напряженности магнитного поля. В смартфонах используется упрощенная версия датчика Холла, который только фиксирует появление магнитного поля. Используется для взаимодействия с различными аксессуарами. К примеру, есть чехлы, которые закрывают основную часть экрана. Смартфон в этом случае изменяет компоновку элементов рабочего стола, группируя важную информацию в нужной области дисплея.