購機指南:手機中常見的傳感器原理和用途

隨著科技不斷進步，智能手機得以飛速發展，對於用戶來說最直觀的變化，就是智能手機的功能越來越多、性能越來越強大，對於用戶生活便捷愈發重要。雖然說處理器強大的性能與整合性讓智能手機獲得更強的運算能力，但是要說提升用戶交互體驗的，卻是隱藏在手機背後的那些傳感器。

買手機別總盯著跑分 這些傳感器同樣重要

一直以來，很多用戶在購買手機時，只去關注手機外觀、尺寸、處理器、續航以及拍照方面的因素，卻忽視了傳感器的存在，要知道內置傳感器的多少也是千元機與高端手機重要區別之一；可以這麼理解，傳感器越多，手機提供的相應監測數據也就越准確，用戶的使用體驗也會越好，所以在購買智能手機時，其內置多少傳感器需要用戶重點去考量；下面，筆者整理了手機中常見的傳感器原理和用途，希望對小伙伴們在購買手機時有所幫助。

不管是千元機還是萬元機都必備的傳感器：

光線傳感器

光線傳感器和距離傳感器應該使我們最為常見的兩個傳感器，在絕大數手機額頭都能看到光線傳感器和距離傳感器的開孔，光線傳感器用於調節屏幕自動背光的亮度，白天提高屏幕亮度，夜晚降低屏幕亮度，隨光線變化調節亮度，使得屏幕看得更清楚。還能夠配合距離傳感器保證在兜裡不被誤觸。光線傳感器的工作原理是光敏三極管，接受外界光線時，會產生強弱不等的電流，從而感知環境光亮度。

光學傳感器和距離傳感器

距離傳感器

當你在通話時，把手機放到耳邊屏幕就會熄滅，這就是距離傳感器在發揮作用，一是為了省電，二是為了防止臉部造成屏幕誤觸。它的原理是紅外LED燈發射紅外線，被近距離物體反射後，紅外探測器通過接收到紅外線的強度，測定距離，一般有效距離在10cm內。

指紋傳感器

指紋識別功能已經成為智能手機的標配，其作用是用於手機解鎖、文件加密、安全支付等場景下。目前手機指紋識別技術有兩種，一種是電容指紋傳感器，其原理是手指構成電容的一極，另一極是硅晶片陣列，通過人體帶有的微電場與電容傳感器間形成微電流，指紋的波峰波谷與感應器之間的距離形成電容高低差，從而描繪出指紋圖像。

iPhone 5采用電容式指紋識別

另一種是超聲波指紋傳感器，其原理是直接掃描並測繪指紋紋理，甚至連毛孔都能測繪出來。因此超聲波獲得的指紋是3D立體的，而電容指紋是2D平面的。超聲波不僅識別速度更快、而且不受汗水油污的干擾、指紋細節更豐富難以破解。

GPS傳感器

GPS傳感器主要作用是通過天線來接收到衛星的坐標信息幫用戶定位。地球特定軌道上運行著24顆GPS衛星，每一顆衛星都在時刻不停地向全世界廣播自己當前的位置坐標及時間戳信息。隨著4G網絡普及，除了應用在地圖、導航、測速測距上，GPS被應用在更多場景，比如與智能硬件配合實現遠程定位監控或設備丟失後定位查找等。

重力傳感器

圖為 iPhone 5s主板

平時我們使用手機看電影或者玩游戲時，都會把手機橫過來操作，屏幕顯示也隨著切換過來，這就用到了重力傳感器；另外，在玩一些游戲時，可以通過重力傳感器來實現更豐富的交互控制，例如地鐵跑酷、神廟逃亡等游戲。重力傳感器的原理是利用壓電效應實現，傳感器內部一塊重物和壓電片整合在一起，通過正交兩個方向產生的電壓大小，來計算出水平方向。

陀螺儀

加速傳感器可以提供方向信息，但是陀螺儀測量方向時更精准。陀螺儀可以告訴你設備旋轉了多少度，朝哪個方向旋轉。如果設備沒有陀螺儀傳感器，就沒有辦法觀看360度視頻，沒有辦法享受VR體驗，沒法搖一搖了。

陀螺儀的工作原理是角動量守恆，一個正在高速旋轉的物體（陀螺），它的旋轉軸沒有受到外力影響時，旋轉軸的指向是不會有任何改變的。陀螺儀就是以這個原理作為依據，用它來保持一定的方向。三軸陀螺儀可以替代三個單軸陀螺儀，可同時測定6個方向的位置、移動軌跡及加速度。

加速度傳感器

圖為 iPhone 5加速度傳感器

加速度傳感器是多個維度測算的，主要測算一些瞬時加速或減速的動作。比如測量手機的運動速度，在游戲裡能通過加速度傳感器觸發特殊指令。其原理是與重力傳感器相同，也是壓電效應，通過三個維度確定加速度方向，但功耗更小，但精度低。

磁場傳感器

磁場傳感器一般用在常見的指南針或是地圖導航中，幫助手機用戶實現准確定位。工作原理是各向異性磁致電阻材料，感受到微弱的磁場變化時會導致自身電阻產生變化，所以手機要旋轉或晃動幾下才能准確指示方向。

以下傳感器中低端智能手機可能都沒有：

圖為 iPhone 7主板

溫度傳感器

溫度傳感器可以用來檢測手機本身溫度變化，可以看出使用情況下，手機的發熱程度。擴展功能方面，溫度傳感器也能檢測外界空氣中的溫度變化，甚至是用戶當前的體溫。其原理是利用物質各種物理性質隨溫度變化的規律把溫度轉換為可用輸出信號。

氣壓傳感器

在智能手機中，氣壓計並不是太常見。之前一直被用在軍工手機當中，現在也只有高端手機才配備。氣壓計可以測量大氣壓。通過氣壓計，我們可以知道設備所處的海拔是多少，提高GPS精准度。其工作原理是分為變容式氣壓傳感器以及變阻式氣壓傳感器。氣壓變化會導致電阻或電容測算數值發生改變，從而獲得氣壓數據。

心率傳感器

心率傳感器在穿戴設別中比較常見，但在手機上的應用一般是設置在手機背部的位置，用於運動和健康方面，其原理是用高亮度LED光源照射手指，當心髒將新鮮的血液壓入毛細血管時，亮度呈現如波浪般的周期性變化，通過攝像頭快速捕捉這一有規律變化的間隔，再通過手機內應用換算，從而判斷出心髒的收縮頻率。

血氧傳感器

與心率傳感器一樣，血液中的血紅蛋白和氧合血紅蛋白對紅外光和紅光的吸收比例不同，用這種紅外光與紅光的兩個LED燈光同時照射手指的話，也可以測量出反射光的吸收光譜，從而測量血氧含量，用途同樣是運動和健康。

紫外線傳感器

紫外線傳感器利用光電發射效應來測算，通過攝像頭拍戶外光源從而換算成放電效應測出紫外線強度。現在應用這種傳感器的手機並不多見，而且測算的穩定性也有待進一步觀察。

霍爾傳感器

霍爾傳感器與磁場傳感器有些類似，霍爾傳感器可以將變化的磁場轉化為輸出電壓，從而在導體兩端產生電勢差。有些手機會隨機標配一些保護套，當合上保護套時手機會自動鎖屏，打開保護套之後設備又會自動解鎖，在翻蓋手機中，也會使用霍爾傳感器。

計步傳感器

在智能手機中計步傳感器並不是很常見，事實上是非常少見。計步器是一個傳感器，它可以計算用戶行走的步數。大多智能手機用加速傳感器測量步數，所以存在一些誤差，不過計步器才是專業的計步工具，計步相比加速傳感器更加精准。

寫在最後

前八種傳感器幾乎是目前絕大多數手機的標配，後七種傳感器則比較少見，主要針對戶外、運動、健康一類的特殊用戶群體，一般在高端手機中比較常見。如今的手機早已不是單一的通訊產品，更多的是生活必不可少的工具，可以說是人們的全能助理。

最後想說的是，正是因為這些隱藏在手機背後的“黑科技”讓我們在使用智能手機時才更加得心應手，所以在購買手機時，不要只盯著外觀、拍照、跑分不放，這些傳感器對於手機和用戶體驗來說同樣重要。