Je keek naar een video op YouTube in portretmodus en de schermruimte was niet genoeg. Om dit probleem op te lossen, deed je wat iedereen met een smartphone zou doen. Leg de telefoon op zijn kant.
Zodra je dit deed, overspoelde de video het hele scherm en waren alle menu-opties onzichtbaar, maar hoe wist je telefoon van de oriëntatie?
Welnu, naast het scherm met hoge verversingssnelheid en een geweldige gebruikersinterface, heeft je telefoon verschillende sensoren die de oriëntatie in de ruimte detecteren, maar hoe werken deze sensoren?
De fundamentele krachten van de natuur begrijpen
Hoewel je de wind op je gezicht kunt voelen en het water op je handen als het regent, kun je de fundamentele natuurkrachten niet voelen.
Deze krachten omvatten de zwaartekracht en de elektromagnetische kracht. Ook al zijn deze krachten ongrijpbaar, ze beïnvloeden alles wat we doen. In feite detecteert het scherm van uw smartphone kleine veranderingen in elektromagnetische krachten om uw vinger te detecteren. Niet alleen dit, maar je lichaamsgewicht wordt ook bepaald door de zwaartekracht.
Simpel gezegd, de zwaartekracht oefent een kracht uit op objecten waardoor ze versnellen met een snelheid van 9,8 m/s^2. Door deze versnelling vallen dingen terug op de grond als je ze weggooit.
Aan de andere kant kan elektromagnetische kracht niet worden gevoeld als de zwaartekracht. Dat gezegd hebbende, als je ergens ter wereld een kompas zou plaatsen, zou het het magnetisch veld van de aarde in dat gebied detecteren en zichzelf uitlijnen met de Noordpool.
Hoewel elektromagnetische krachten verschillende technologische vooruitgang mogelijk hebben gemaakt, zijn ze niet allemaal voorgoed, en electromagnetische straling in hoge doses kan gevaarlijk zijn voor het menselijk lichaam.
De sensortechnologie op uw smartphone begrijpen
De sensoren op je smartphone detecteren veranderingen in de natuurkrachten om de oriëntatie in de ruimte te begrijpen, maar hoe werken deze sensoren?
Nou, je smartphone heeft duizenden sensoren op het moederbord, maar drie hoofdsensortypen waarmee uw telefoon veranderingen in de richting kan detecteren.
Deze sensoren voor oriëntatiedetectie gebruiken Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) om de krachten van de natuur te meten. Om gegevens te meten, gebruiken MEMS-apparaten mechanische onderdelen die in silicium zijn ingebed om een elektrisch signaal te genereren. Met behulp van deze signalen detecteert uw smartphone veranderingen in de krachten die erop werken.
Hieronder wordt kort uitgelegd hoe deze sensoren werken.
- versnellingsmeter: Zoals de naam al doet vermoeden, wordt een versnellingsmeter gebruikt om de veranderingen in versnelling op een smartphone te detecteren. Om deze veranderingen te detecteren, gebruikt de versnellingsmeter de traagheidswet die stelt dat een lichaam in rust in rust zal blijven totdat en tenzij een externe kracht wordt uitgeoefend. Om dit concept te gebruiken, wordt een vaste massa opgehangen tussen veerachtige structuren in een MEMS-sensor. Daarom blijft de vaste massa op zijn plaats wanneer de telefoon wordt versneld vanwege de traagheid die de veren samendrukt. Deze veercompressie genereert een elektrisch signaal dat de smartphone vertelt dat deze wordt versneld.
- Gyroscoop: De gyroscoop houdt de rotatiekrachten op je smartphone in de gaten. Deze rotatie meet de Coriolis-kracht die op de smartphone werkt om te schatten hoeveel deze om zijn zwaartepunt is gedraaid. Simpel gezegd, de Coriolis-kracht werkt op elk lichaam in een roterend object vanwege zijn rotatie. De gyroscoop heeft een ontwerp dat lijkt op een versnellingsmeter, maar is aangepast om veranderingen te detecteren wanneer de smartphone draait.
- Magnetometer: Door de stromen die in de kern van de aarde stromen, overspoelt een magnetisch veld het. Door deze velden te detecteren, kan de smartphone zijn oriëntatie met het ware noorden van het magnetische veld van de aarde begrijpen. Smartphones zijn uitgerust met een drieassige Hall-effectsensor om deze veranderingen te detecteren. Deze sensor gebruikt de elektromagnetische inductiewetten van Faraday om magnetische velden te detecteren. Volgens deze wet genereert een stroomvoerende geleider een elektromotorische kracht wanneer het magnetische veld eromheen verandert. Door deze spanningsveranderingen kunnen de sensoren worden gebruikt om de oriëntatie ten opzichte van de magnetische polen van de aarde te detecteren.
Nu we een basiskennis hebben van de sensoren in onze smartphones, kunnen we kijken hoe ze samenwerken om de positie van uw smartphone te detecteren.
Hoe weet uw telefoon wanneer het scherm moet worden omgedraaid?
Zoals eerder uitgelegd, kan de versnellingsmeter veranderingen in versnelling detecteren, maar deze gegevens alleen kunnen niet worden gebruikt om de oriëntatie van een smartphone te detecteren. De reden is dat de zwaartekracht altijd op de versnellingsmeter inwerkt en dat het voor de sensor moeilijk is om te detecteren wanneer de veranderingen in versnelling bedoeld zijn om de smartphone te laten draaien.
Smartphones gebruiken sensorfusie om dit probleem op te lossen, waardoor verschillende sensoren met elkaar kunnen communiceren. Om de oriëntatie van een telefoon te detecteren, communiceert de versnellingsmeter met de gyroscoop en de magnetometer.
Daarom, wanneer een telefoon draait, detecteert de versnellingsmeter veranderingen in versnelling en communiceert vervolgens met de gyroscoop. Door deze communicatie kan de smartphone begrijpen of de veranderingen in versnelling bedoeld zijn voor rotatie.
Dat gezegd hebbende, de gyroscoop is gevoelig voor fouten omdat hij geen rekening kan houden met de zwaartekracht die op de smartphone inwerkt. Daarom is een derde sensor nodig om de veranderingen in de oriëntatie van een smartphone te detecteren. Deze sensor is niemand minder dan de magnetometer op uw apparaat.
Deze magnetometer wordt gebruikt om de veranderingen in de positie van de smartphone ten opzichte van het aardmagnetisch veld te detecteren. Deze gegevens, samen met de gegevens van de versnellingsmeter en de gyroscoop, worden gebruikt om te beslissen of uw scherm in staande of liggende modus moet staan.
Is sensortechnologie de toekomst?
De versnellingsmeter, gyroscoop en magnetometer detecteren veranderingen in de fundamentele natuurkrachten door gebruik te maken van de traagheidswetten en elektromagnetische inductie.
Smartphones gebruiken deze fundamentele wetten om functies zoals autorotatie en optische beeldstabilisatie mogelijk te maken. Dat gezegd hebbende, bieden smartphones nu innovatieve functies door gegevens van verschillende sensoren te combineren.
Een goed voorbeeld hiervan is de release van crashdetectie op Apple-apparaten waarmee gegevens van deze sensoren een ongeval kunnen detecteren en hulpdiensten kunnen waarschuwen.
