Du så en video på YouTube i portrættilstand, og skærmens ejendom var ikke nok. For at løse dette problem gjorde du, hvad enhver person med en smartphone ville gøre. Vend telefonen om på siden.
Så snart du gjorde dette, opslugte videoen hele skærmen, og alle menuindstillingerne var usynlige, men hvordan vidste din telefon om dens orientering?
Nå, udover den høje opdateringshastighedsskærm og en fantastisk brugergrænseflade har din telefon flere sensorer, der registrerer dens orientering i rummet, men hvordan fungerer disse sensorer?
Forstå de grundlæggende naturkræfter
Selvom du kan mærke vinden i dit ansigt og vandet på dine hænder, når det regner, er det, du ikke kan mærke, naturens grundlæggende kræfter.
Disse kræfter omfatter gravitationskraften og den elektromagnetiske kraft. Selvom disse kræfter er uhåndgribelige, påvirker de alt, hvad vi gør. Faktisk registrerer skærmen på din smartphone små ændringer i elektromagnetiske kræfter for at registrere din finger. Ikke kun dette, men din kropsvægt er også defineret på grund af tyngdekraften.
Kort sagt påfører tyngdekraften en kraft på objekter, der får dem til at accelerere med en hastighed på 9,8 m/s^2. På grund af denne acceleration falder tingene tilbage på jorden, når du kaster dem.
På den anden side kan elektromagnetisk kraft ikke føles som tyngdekraften. Når det er sagt, hvis du skulle placere et kompas hvor som helst i verden, ville det opdage Jordens magnetfelt i det område og rette sig ind efter Nordpolen.
Selvom elektromagnetiske kræfter har muliggjort adskillige teknologiske fremskridt, er de ikke alle til gode, og elektromagnetisk stråling i høje doser kan være farligt for den menneskelige krop.
Forstå sensorteknologien på din smartphone
Sensorerne på din smartphone registrerer ændringer i naturens kræfter for at forstå dens orientering i rummet, men hvordan fungerer disse sensorer?
Nå, din smartphone har tusindvis af sensorer på bundkortet, men tre hovedsensortyper, der gør det muligt for din telefon at registrere ændringer i dens orientering.
Disse orienteringsdetektionssensorer bruger Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) til at måle naturens kræfter. Til at måle data bruger MEMS-enheder mekaniske dele indlejret i silicium til at generere et elektrisk signal. Ved hjælp af disse signaler registrerer din smartphone ændringer i de kræfter, der virker på den.
Nedenfor er en kort forklaring på, hvordan disse sensorer fungerer.
- Accelerometer: Som navnet antyder, bruges et accelerometer til at registrere ændringerne i accelerationen på en smartphone. For at detektere disse ændringer bruger accelerometeret inertiloven, som siger, at et legeme i hvile vil forblive i hvile, indtil og medmindre der påføres en ekstern kraft. For at bruge dette koncept er en fast masse suspenderet mellem fjederlignende strukturer i en MEMS-sensor. Derfor forbliver den faste masse på plads, når telefonen accelereres på grund af dens inerti, der komprimerer fjedrene. Denne fjederkompression genererer et elektrisk signal, der fortæller smartphonen, at den bliver accelereret.
- Gyroskop: Gyroskopet overvåger rotationskræfterne på din smartphone. Denne rotation måler Coriolis-kraften, der virker på smartphonen for at vurdere, hvor meget den har roteret omkring sit tyngdepunkt. Kort sagt virker Coriolis-kraften på enhver krop inde i en roterende genstand på grund af dens rotation. Gyroskopet bruger et design, der ligner et accelerometer, men er modificeret til at registrere ændringer, når smartphonen roterer.
- Magnetometer: På grund af strømmene, der flyder i Jordens kerne, opsluger et magnetfelt den. Registrering af disse felter hjælper smartphonen med at forstå dens orientering med den sande nord for Jordens magnetfelt. Smartphones er udstyret med en tre-akset Hall-effektsensor til at registrere disse ændringer. Denne sensor bruger Faradays love for elektromagnetisk induktion til at detektere magnetiske felter. Ifølge denne lov genererer en strømførende leder en elektromotorisk kraft, når magnetfeltet omkring den ændres. På grund af disse ændringer i spændingen kan sensorerne bruges til at detektere dens orientering vedrørende Jordens magnetiske poler.
Nu hvor vi har en grundlæggende forståelse af sensorerne i vores smartphones, kan vi se på, hvordan de arbejder sammen for at registrere din smartphones position.
Hvordan ved din telefon, hvornår den skal dreje skærmen?
Som forklaret tidligere kan accelerometeret registrere ændringer i accelerationen, men disse data kan ikke alene bruges til at detektere orienteringen af en smartphone. Årsagen er, at tyngdekraften altid virker på accelerometeret, og det er svært for sensoren at registrere, hvornår ændringerne i accelerationen er beregnet til at rotere smartphonen.
Smartphones bruger sensorfusion til at løse dette problem, hvilket gør det muligt for forskellige sensorer at kommunikere med hinanden. For at registrere en telefons orientering kommunikerer accelerometeret med gyroskopet og magnetometeret.
Derfor, når en telefon roterer, registrerer accelerometeret ændringer i accelerationen og kommunikerer derefter med gyroskopet. På grund af denne kommunikation kan smartphonen forstå, om ændringerne i accelerationen er beregnet til rotation.
Når det er sagt, er gyroskopet modtageligt for fejl, da det ikke kan tage hensyn til tyngdekraften, der virker på smartphonen. Derfor er der brug for en tredje sensor til at registrere ændringerne i en smartphones orientering. Denne sensor er ingen ringere end magnetometeret på din enhed.
Dette magnetometer bruges til at registrere ændringerne i smartphonens position i forhold til Jordens magnetfelt. Disse data bruges sammen med dataene fra accelerometeret og gyroskopet til at afgøre, om din skærm skal være i portræt- eller landskabstilstand.
Er sensorteknologi fremtiden?
Accelerometeret, gyroskopet og magnetometeret registrerer ændringer i naturens grundlæggende kræfter ved at bruge lovene om inerti og elektromagnetisk induktion.
Smartphones bruger disse grundlæggende love til at aktivere funktioner som autorotation og optisk billedstabilisering. Når det er sagt, tilbyder smartphones nu innovative funktioner ved at kombinere data fra forskellige sensorer.
Et godt eksempel på dette er udgivelsen af nedbrudsdetektion på Apple-enheder, som gør det muligt for data fra disse sensorer at registrere en ulykke og alarmere nødtjenester.
