Вы смотрели видео на YouTube в портретном режиме, и места на экране было недостаточно. Чтобы решить эту проблему, вы сделали то, что сделал бы любой человек со смартфоном. Переверните телефон на бок.
Как только вы это сделали, видео заполнило весь экран, и все пункты меню были невидимы, но как ваш телефон узнал о его ориентации?
Ну, помимо экрана с высокой частотой обновления и отличного пользовательского интерфейса, в вашем телефоне есть несколько датчиков, определяющих его ориентацию в пространстве, но как эти датчики работают?
Понимание фундаментальных сил природы
Хотя вы можете чувствовать ветер на своем лице и воду на своих руках, когда идет дождь, вы не можете чувствовать фундаментальные силы природы.
Эти силы включают гравитационную силу и электромагнитную силу. Хотя эти силы неосязаемы, они влияют на все, что мы делаем. На самом деле экран вашего смартфона обнаруживает небольшие изменения электромагнитных сил, чтобы обнаружить ваш палец. Не только это, но и вес вашего тела также определяется силами гравитации.
Проще говоря, гравитация воздействует на объекты силой, заставляя их ускоряться со скоростью 9,8 м/с^2. Из-за этого ускорения вещи падают обратно на землю, когда вы их бросаете.
С другой стороны, электромагнитная сила не может ощущаться так же, как сила гравитации. Тем не менее, если вы поместите компас где-нибудь в мире, он обнаружит магнитное поле Земли в этой области и выровняется по Северному полюсу.
Хотя электромагнитные силы сделали возможным несколько технологических достижений, не все они навсегда. электромагнитное излучение в больших дозах может быть опасен для организма человека.
Понимание сенсорной технологии на вашем смартфоне
Датчики на вашем смартфоне обнаруживают изменения в силах природы, чтобы понять ее ориентацию в пространстве, но как эти датчики работают?
Ну, у вашего смартфона есть тысячи датчиков на материнской плате, но три основных типа датчиков, которые позволяют вашему телефону обнаруживать изменения в его ориентации.
Эти датчики определения ориентации используют микроэлектромеханические системы (МЭМС) для измерения сил природы. Для измерения данных устройства MEMS используют механические детали, встроенные в кремний, для генерации электрического сигнала. Используя эти сигналы, ваш смартфон определяет изменения сил, действующих на него.
Ниже приводится краткое объяснение того, как работают эти датчики.
- Акселерометр: Как следует из названия, акселерометр используется для обнаружения изменений ускорения на смартфоне. Чтобы обнаружить эти изменения, акселерометр использует закон инерции, который гласит, что покоящееся тело будет оставаться в покое до тех пор, пока не будет применена внешняя сила. Чтобы использовать эту концепцию, фиксированная масса подвешивается между пружинными структурами в датчике MEMS. Следовательно, неподвижная масса остается на месте, когда телефон ускоряется за счет своей инерции, сжимающей пружины. Это сжатие пружины генерирует электрический сигнал, сообщающий смартфону, что он ускоряется.
- Гироскоп: Гироскоп отслеживает вращательные силы на вашем смартфоне. Это вращение измеряет силу Кориолиса, действующую на смартфон, чтобы оценить, насколько он повернулся вокруг своего центра тяжести. Проще говоря, сила Кориолиса действует на любое тело внутри вращающегося объекта за счет его вращения. Гироскоп использует конструкцию, аналогичную акселерометру, но модифицированную для обнаружения изменений при вращении смартфона.
- Магнитометр: Из-за токов, протекающих в ядре Земли, магнитное поле поглощает его. Обнаружение этих полей помогает смартфону определить свою ориентацию относительно истинного севера магнитного поля Земли. Смартфоны оснащены трехосным датчиком Холла для обнаружения этих изменений. Этот датчик использует законы электромагнитной индукции Фарадея для обнаружения магнитных полей. Согласно этому закону проводник с током создает электродвижущую силу при изменении магнитного поля вокруг него. Из-за этих изменений напряжения датчики можно использовать для определения его ориентации относительно магнитных полюсов Земли.
Теперь, когда у нас есть общее представление о датчиках в наших смартфонах, мы можем посмотреть, как они работают вместе, чтобы определить положение вашего смартфона.
Как ваш телефон узнает, когда поворачивать экран?
Как объяснялось ранее, акселерометр может обнаруживать изменения в ускорении, но сами по себе эти данные нельзя использовать для определения ориентации смартфона. Причина в том, что силы гравитации всегда действуют на акселерометр, и датчику трудно определить, когда изменения ускорения предназначены для поворота смартфона.
Смартфоны используют слияние датчиков для решения этой проблемы, что позволяет различным датчикам взаимодействовать друг с другом. Чтобы определить ориентацию телефона, акселерометр связывается с гироскопом и магнитометром.
Таким образом, когда телефон вращается, акселерометр определяет изменения ускорения и связывается с гироскопом. Благодаря этой связи смартфон может понять, предназначены ли изменения ускорения для вращения.
Тем не менее, гироскоп подвержен ошибкам, так как не может учитывать силы гравитации, действующие на смартфон. Поэтому необходим третий датчик для обнаружения изменений ориентации смартфона. Этот датчик не что иное, как магнитометр на вашем устройстве.
Этот магнитометр используется для обнаружения изменений положения смартфона относительно магнитного поля Земли. Эти данные вместе с данными акселерометра и гироскопа используются для принятия решения о том, должен ли ваш экран находиться в портретном или ландшафтном режиме.
Будущее за сенсорными технологиями?
Акселерометр, гироскоп и магнитометр обнаруживают изменения фундаментальных сил природы, используя законы инерции и электромагнитной индукции.
Смартфоны используют эти фундаментальные законы для включения таких функций, как автоповорот и оптическая стабилизация изображения. Тем не менее, смартфоны теперь предлагают инновационные функции, объединяя данные с разных датчиков.
Ярким примером этого является выпуск обнаружения сбоев на устройствах Apple, который позволяет данным от этих датчиков обнаруживать аварии и предупреждать службы экстренной помощи.