В смартфонах и планшетах могут применяться сразу несколько датчиков, которые помогают устройству считывать дополнительную информацию. Некоторое время назад мы рассказывали об . Сегодня поговорим о другом датчике, а именно — о датчике Холла.
Что это такое?
Датчик Холла, использующийся в современных мобильных устройствах, представляет из себя измерительный элемент, который способен определять наличие, интенсивность и изменение интенсивности магнитного поля. Датчик назван по имени американского физика Эдвина Холла, в честь которого был назван открытый в 1879 году «эффект Холла» — явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.
Суть в следующем: если в магнитное поле поместить пластину под напряжением, электроны в пластине начнут отклоняться перпендикулярно направлению магнитного потока. Плотность электронов на разных сторонах пластины будет различаться, что в свою очередь приводит к разности потенциалов, которую улавливает датчик Холла.
Вот как выглядит датчик:
Для чего нужен датчик Холла в планшете или смартфоне?
Сам по себе датчик обладает достаточно широкими возможностями, хотя обычно его применяют по своему прямому назначению, измеряя напряженность магнитного поля. В частности, датчик используется в ракетных двигателях, в системе зажигания ДВС, для измерения уровня жидкости и т.п.
Встречается датчик и в современных мобильных устройствах, однако его возможности реализованы не в полной мере. Датчик фактически используется только в двух задачах.
- Первая — это ставший уже привычным для обладателей смартфонов цифровой компас, который в том числе применяется для улучшения позиционирования.
- Вторая задача, куда более актуальная, — это взаимодействие с популярными чехлами для смартфонов и планшетов.
Магнитные чехлы
Вы наверняка видели так называемые магнитные чехлы как для смартфонов, так и для планшетов. Они позволяют блокировать и разблокировать устройство при открытии/закрытии чехла. При этом в некоторых случаях на чехле есть окошко, где выводится определенная информация, например, время или уведомления.
Как это возможно? Установленный в устройстве датчик Холла реагирует на магнит, который расположен в самом чехле. Когда магнит расположен близко к устройству, датчик регистрирует усиление излучения, в результате чего блокирует дисплей. Когда пользователь открывает флип-чехол (чехол-книжка), датчик фиксирует уменьшение интенсивности излучения и разблокирует экран.
Акселерометр измеряет ускорение и позволяет смартфону определять характеристики движения и положения в пространстве. Именно этот датчик работает, когда вертикальная ориентация меняется на горизонтальную при повороте устройства. Он же отвечает за подсчёт шагов и измерение скорости движения во всевозможных приложениях-картах. Акселерометр даёт информацию о том, в какую сторону повёрнут смартфон, что становится важной функцией в различных приложениях с .
Этот сенсор сам состоит из маленьких датчиков: микроскопических кристаллических структур, под влиянием сил ускорения переходящих в напряжённое состояние. Напряжение передаётся акселерометру, который интерпретирует его в данные о скорости и направлении движения.
Гироскоп
Этот датчик помогает акселерометру ориентироваться в пространстве. Он, например, позволяет делать на смартфон . В играх с гонками, где управление происходит с помощью перемещения устройства, работает как раз гироскоп. Он чувствителен к поворотам устройства относительно своей оси.
В смартфонах используются микроэлектромеханические системы, а первые подобные приборы, сохраняющие ось при поворотах, появились ещё в начале XIX века.
Магнитометр
Последний в тройке сенсоров для ориентации в пространстве - магнитометр. Он измеряет магнитные поля и, соответственно, может определить, где находится север. Функция компаса в различных приложениях с картами и отдельные программы-компасы работают с помощью магнитометра.
Подобные датчики есть в металлодетекторах, так что можно найти специальные приложения, превращающие смартфон в такой прибор.
Магнитометр действует в тандеме с акселерометром и GPS для определения географического положения и навигации.
GPS
Где бы мы были без технологии GPS (Global Positioning System)? Смартфон соединяется с несколькими спутниками и высчитывает своё положение на основании углов пересечения. Бывает, что спутники недоступны: например, при большой облачности или внутри помещений.
GPS не использует данные мобильной сети, поэтому геолокация работает и вне зоны покрытия сотовой связи: даже если саму карту загрузить не получится, точка геолокации всё равно будет.
При этом функция GPS тратит много заряда аккумулятора, поэтому лучше её отключать вне надобности.
Ещё один способ геолокации, хотя и не очень точный, - это определение расстояния от вышек сотовой связи. Смартфон добавляет к данным GPS другую информацию, например силу мобильного сигнала, для уточнения местоположения.
Барометр
Многие смартфоны, в том числе iPhone, имеют этот сенсор, измеряющий атмосферное давление. Он нужен для регистрации изменения погоды и определения высоты над уровнем моря.
Бесконтактный выключатель
Этот сенсор обычно находится около динамика в верхней части смартфона и состоит из инфракрасного диода и датчика света. Он использует невидимый человеку луч, чтобы определить, находится ли устройство возле уха. Так смартфон «понимает», что во время разговора по телефону нужно отключить дисплей.
Датчик освещённости
Как можно догадаться по названию, этот сенсор измеряет уровень освещённости окружающей среды, что позволяет автоматически настраивать комфортную яркость дисплея.
Датчики с каждым новым поколением смартфонов становятся всё более эффективными, маленькими и менее энергозатратными. Поэтому не стоит думать, что, например, функция GPS в устройстве, которому уже несколько лет, будет работать так же хорошо, как в новом. И даже если в информации о новых смартфонах не указывают характеристики всех этих датчиков, будьте уверены, что именно они позволяют вам пользоваться многими впечатляющими функциями современных гаджетов.
2 года назад
У всех современных мобильных устройств много функциональных блоков. И среди них не только основные элементы. Есть также и вспомогательные датчики.
Многие пользователи, в частности, знают, что такое гироскоп, акселерометр, сенсор освещенности. К сожалению, далеко не всем известно, что такое датчик Холла. И потому у них очень часто появляются вопросы.
Датчики Холла нашли применение в современных смартфонах. Именно так называют измерительные элементы, которые предоставляют возможность определить, есть ли магнитное поле, какая у него интенсивность, а также все его изменения.
Свое название датчики получили в честь ученого из Америки Эдвина Холла. Именно им в далеком 1879 году был открыт эффект, когда напряжение тока на проводнике изменялось, если его помещали в магнитное поле.
Предназначение датчика Холла в смартфоне
Суть данного эффекта заключается в следующем: если пластину под напряжением поместить в магнитное поле, то электроны в пластине станут отклоняться перпендикулярно направлению магнитного потока.
На разных сторонах пластины плотность электронов будет разная. А это приводит к тому, что и потенциалы, которые улавливает датчик Холла, будут разные.
У этого сенсора достаточно большие возможности. Однако при этом надо подчеркнуть, что все зависит от уровня реализации. Среди таких возможностей, например, измерение величины электромагнитной индукции. Причем у самых разных приборов.
Есть также возможность реализовать бесконтактное управление. Есть немало и других функций. Основанный на датчике Холла магнитометр в современных смартфонах можно встретить очень часто. Во флагманских устройствах – особенно часто.
Отметим, что только незначительная часть мобильных устройств использует все возможности датчика Холла сполна. Пространство под крышкой ограничено. Есть желание уменьшить потребление заряда аккумулятора. Нет ни большого интереса, ни острой потребности, чтобы реализовать новые функции. А в итоге сенсор используется при выполнении двух задач.
Первая задача – это цифровой компас. В нем нуждаются навигационные программы, чтобы ускоренно позиционировать и более точно определять направления движения. «Холодный» старт GPS происходит быстрее за счет магнитометра.
Вторая задача – улучшить взаимодействие устройства с магнитными чехлами и другими аксессуарами. Эта сфера использования датчика Холла чаще всего востребована теми, кто владеет смартфоном.
Датчик Холла используется и в телефонах «раскладушках», когда нужно включить или выключить экран при закрытии или открытии крышки.
Взаимодействие смартфона с магнитными чехлами
Самый простой пример того, как взаимодействует чехол с магнитом и смартфон, – это автоматическая блокировка/разблокировка экрана, когда закрываешь/открываешь чехол. Если магнит, расположенный в флипе приближается, то датчик Холла реагирует и регистрирует усиление поля, а потом блокирует дисплей. Интенсивность излучения уменьшается при открытии, и экран активизируется.
Чехлы, у которых окошко в верхней части, оставляют часть дисплея открытой. Это для того, чтобы была возможность применить отдельные функции, например, проигрыватель, часы, звонки, проигрыватель и при этом не раскрывать флип. Они тоже взаимодействуют с датчиком Холла.
Смартфон регистрирует есть или нет повышенное магнитное поле и определяет, весь экран оставлять активным или лишь его часть.
Еще одним примером аксессуара, требующего наличия датчика Холла, являются Google CardBoard – доступные очки виртуальной реальности, которые применяют на смартфон. Это тоже аксессуар, который требует, чтобы у него был датчик Холла. Ведь когда используешь девайс, телефон находится внутри. И тогда единственный метод управлять – это удаленное взаимодействие с датчиком Холла магнита, который встроен в единственную «кнопку» аксессуара.
Такое приспособление, как датчик Холла – это магнитоэлектрический механизм, принцип которого был впервые открыт физиком Холлом, в честь которого он и был впоследствии назван. В этом материале мы расскажем, что такое датчик Холла, какие его основные принципы работы, как работает данное устройство в мобильном телефоне и автомобиле. Также вы ознакомитесь с основными видами подобных агрегатов.
Основные принципы работы датчиков Холла
Принцип работы прибора заключается в наличии званного элемента, который связывается с электрической схемой.
Сам датчик Холла – это такая микросхема, способная на выходе создавать тот или иной информационный сигнал. Зафиксированное магнитное поле – это и есть основа принципа работы данного механизма. Чтобы определить скорость перемещения неподвижных элементов той или иной конструкции, к ней прикрепляют датчик Холла и магниты к подвижной части.
Также движущиеся контакты и части могут просто намагничиваться и не будет необходимости дополнять конструкцию чем-либо. А с целью измерения скорости вращения потребуется несколько постоянных магнитов и сам датчик Холла. В таком случае принцип работы такого приспособления будет следующим:
- в свободном состоянии пластинка будет перемещаться между двумя полюсами;
- также она будет экранировать магнитное поле;
- во время каждого оборота будет происходить электрический импульс в тахометр.
А чтобы увеличить точность показателей нужно увеличить количество используемых магнитов.
Применение датчиков Холла для мобильных телефонов и прочей техники
Прибор может выдавать такие состояния сигнала:
- единица при наличии сигнала (горящий светодиод);
- ноль при его отсутствии и потухший светодиод.
Эта особенность выдачи сигнала сделала данное устройство незаменимым элементом для мобильных телефонов и прочей цифровой техники. Датчики можно размещать в одном корпусе с логическими элементами и микроконтроллерами, а также цеплять прямо к ним.
Примеры использования данного устройства для телефонов и техники такие:
Также еще очень широко используются эти приборы в электрических двигателях и в автомобилях в качестве датчиков положения , об этом мы расскажем более подробно чуть позже.
Классификация датчиков Холла
Это устройство работает в паре с магнитным полем. Оно подразделяется на две основные категории:
- аналоговое;
- цифровое.
Аналоговый прибор способен перерабатывать индукцию в напряжение, а величина, которую он способен показать, зависит от полярности магнитного поля и силы. Также учитывайте и дистанцию его установки.
Благодаря цифровым приборам можно определить есть ли вообще поле .
Работают они так:
- Датчик выдаст логическую единицу при условии достижения индукции нужного порога.
- Если порог не достигается, то выдается логический ноль.
- Если индукция слабая, а прибор имеет низкую чувствительность, то можно и не зафиксировать поле.
Огромный недостаток цифрового прибора – это наличие нечувствительной межпороговой зоны.
Цифровые приборы, в свою очередь, подразделяются биполярные на две категории:
- биполярные датчики Холла , способные реагировать на изменение полярности магнитного поля. Так, одна полярность отключает прибор, а вторая наоборот включает;
- униполярные могут включаться лишь при наличии определенной полярности и выключаются они при снижении индукции.
Особенности применения датчика Холла в автомобиле
В машине датчик Холла работает по принципу обычного ключа – замыкателя и размыкателя. Магнит при этом вращается в трамблере
и влияет на закрепленный стационарным способом сам датчик. Когда последний начинает «чувствовать» магнитное поле, он начинает подавать импульсы, которые, в свою очередь, вызывают искру для зажигания.
Для автомобиля датчик Холла является одним из ключевых элементов системы его зажигания и присутствует в любой модели независимо от комплектации и стоимости.
Иногда этот прибор может применяться в цифровых автомобильных спидометрах или тахометрах, а также применяться для проверки скорости движения передаточных данный и с целью контроля работы антиблокировочной системы машины.
Кроме того, данный агрегат отличается высокой надежностью. Он способен работать далеко не один год, а ломается, как правило, из-за сильного физического воздействия или вследствие сильных загрязнений. Очень часто датчик устанавливается так, чтобы его можно было с легкостью в любой момент снять и сменить . Исключение составляют только те приборы, которые используются для контроля наиболее сложных автомобильных систем.
Как проверить датчик Холла самостоятельно
Есть несколько методов проверки проверка устройства на предмет работоспособности. Каждый из них вы можете применять самостоятельно в зависимости от тех или иных обстоятельств:
Особенности применения датчиков Холла
Если подобный прибор применяется в узле конструкции, то за ним нужно очень тщательно следить. Помните о частых и регулярных проверках, а также профилактических мероприятиях для схемы, которая ответственна за подключение.
При обслуживании старайтесь не испортить конструкцию устройства. Поэтому, чтобы не допустить его порчу, отсоединение прибора от питания должно производиться
после выключения зажигания. Благодаря этому вы не допустите перепадов тока, соответственно, прибор не сломается.
Неработающие агрегаты в большинстве случаев не ремонтируют, поскольку на практике ремонт совершенно бесполезен. Сломанное устройство просто утилизируют, а на его место ставят новое.
Ключевое преимущество датчиков Холла заключается в том, что при соблюдении допустимых рабочих значений тока и напряжении, его может хватить на огромное количество включений и выключений телефонов, смартфонов, ноутбуков и других приборов. В отличие от геркона, в приборе отсутствуют электромеханические контакты, которые быстро изнашиваются.
Итак, мы вкратце рассказали о том, что такое датчик Холла, по какому принципу он работает, и какую функцию он способен выполнять в автомобилях, а также мобильных телефонах и прочих видах цифровой техники.
В перечне сенсоров, которыми оснащён смартфон, подчас можно встретить датчик Холла – пожалуй, самый загадочный из всех известных датчиков. Если функции, скажем, пульсометра и шагомера понятны и очевидны, то назначение датчика Холла известно отнюдь не всякому пользователю. В этой статье мы расскажем, кто же такой Холл и почему датчик, названный его именем, становится всё более популярным.
Эдвин Холл – американский учёный-физик. Своё знаменитое открытие он сделал ещё в 19-м веке. Холл обнаружил, что если проводник (например, металлическую пластину), подключенный к источнику постоянного тока, поместить в магнитное поле, то на движущиеся электроны начнёт воздействовать сила Лоренца. Как следствие, электроны станут двигаться по дуге и тяготеть к одной из граней пластины. У этой грани электроны будут накапливать отрицательный заряд, а у противоположной – положительный. Разность потенциалов на 2-х краях пластины именуется холловским напряжением .
Кратко и ёмко об эффекте Холла рассказывает этот ролик:
Практическое применение эффекту Холла нашли лишь спустя 15 лет после гибели учёного. Сейчас на этом эффекте основана работа приводов дисководов ПК, кулеров компьютерной техники, систем зажигания автомобилей, даже ионных реактивных двигателей. О том, как применить открытие Холла в смартфоностроении, разработчики догадались относительно недавно.
Для чего нужен датчик Холла в смартфоне?
Датчиком Холла (его же называют магнитным датчиком ) оснащаются многие модели популярных производителей и некоторые смартфоны малоизвестных китайских марок. Этот сенсор предназначен для того, чтобы фиксировать холловское напряжение.
Датчик не измеряет напряжение, а лишь определяет его наличие или отсутствие, после чего подаёт смартфону сигнал. Получив сигнал, гаджет выполняет некоторое запрограммированное действие.
Как правило, использование датчика Холла на телефоне сводится к решению всего 2-х задач – вот зачем этот датчик нужен гаджету:
- Сенсор ускоряет старт GPS-навигатора и улучшает геопозирование.
- Датчик Холла обеспечивает возможность взаимодействия смартфона с магнитными чехлами.
Кроме того, благодаря открытию американского учёного стало возможным управление жестами – «фишка», которую пользователи впервые встретили на Samsung Galaxy S3 .
Разумеется, потенциал эффекта Холла в смартфоностроении раскрыт не полностью. Причина тому – ряд технических ограничений. Использовать открытие Холла «по полной» не позволяют компактные размеры современных мобильных устройств и аккумуляторы недостаточной мощности.
Принцип взаимодействия датчика Холла с мобильными аксессуарами
Благодаря датчику Холла мобильные устройства могут взаимодействовать с так называемыми «умными» чехлами (Smart Case ). В крышку подобного флипа вмонтирован магнит. Как только пользователь прикрывает крышку чехла, возникает эффект Холла, датчик передаёт сигнал об этом системе смартфона – и экран гаджета автоматически блокируется. Естественно, всё это происходит за считанные доли секунды. Когда владелец смартфона открывает крышку чехла, холловское напряжение «сходит на нет». Датчик даёт команду разблокировать дисплей.
Если владелец гаджета использует чехол с окошком (как на рисунке выше), то датчик Холла даёт команду не на полное отключение дисплея, а на его переключение с одного режима на другой. При закрытой крышке на доступную область экрана могут выводиться часы, календарь, музыкальный проигрыватель или список уведомлений.
Переживать по поводу того, что магнит «умного» чехла нанесёт вред начинке смартфона, точно ни к чему. Магнитное поле не портит гаджет – это было доказано многочисленными профессиональными и любительскими тестами .
Датчик Холла позволяет экономить заряд аккумулятора гаджета – это главное преимущество, которое предоставляет данный сенсор. Активированный экран смартфона при высокой яркости потребляет внушительное количество драгоценных миллиампер.
Какие смартфоны имеют датчик Холла?
К сожалению, не все производители в списках характеристик своих гаджетов указывают, есть ли у устройства датчик Холла. В кратком перечне параметров такой информации точно не найти. Однако пользователь может быть уверен: если под смартфон выпускается оригинальный Smart Case, значит, магнитным датчиком этот девайс точно оснащён.
Вот лишь некоторые из современных моделей, которые имеют датчики Холла:
Заключение
К сожалению, «лучшие умы» отрасли мобильной электроники так и не сумели придумать (пока?), как применить открытие Холла, чтобы реализовать его потенциал полностью. Автоматическое отключение / переключение дисплея – «детский лепет» по сравнению с тем, что можно было бы сделать, если бы удалось преодолеть технические ограничения. Однако поиски способов реализации холловского наблюдения ведутся – и прогресс не стоит на месте. Об этом может свидетельствовать, например, появление очков виртуальной реальности Google Card Board , управление которыми базируется на взаимодействии магнита и датчика Холла.
