智能手机上最常见的传感器

手机中的传感器( sensor )是指将手机所处的环境(亮度、磁场、温度、动力等)或手机所执行的行为(移动、翻转、拿起等)轨迹转换成电信号的一系列器件或装置，一般这类传感器都是由敏感元件以及转换元件组成。

1、光线传感器(Ambient Light Sensor)

光线传感器类似于手机的眼睛。可以让手机感测环境光线的强度，用来调节手机屏幕的亮度。运用光线传感器来协助调整屏幕亮度，能进一步达到延长电池寿命的作用。光线传感器也可搭配其他传感器一同来侦测手机是否被放置在口袋中，以防止误触。

光线感应传感器检测实时的光线强度，光强单位是lux，其物理意义是照射到单位面积上的光通量。

光线感应传感器主要用于Android系统的LCD自动亮度功能。

可以根据采样到的光强数值实时调整LCD的亮度。

2、距离传感器(proximity sensor)

透过红外线LED灯发射红外线，被物体反射后由红外线探测器接受，借此判断接收到红外线的强度来判断距离，有效距离大约在10米左右。它可感知手机是否被贴在耳朵上讲电话，若是则会关闭屏幕来省电。

3、重力传感器(G-Sensor)

透过压电效应来实现，可用来切换横屏与直屏方向，运用在赛车游戏中时，则可透过水平方向的感应，将数据运用在游戏里，来转动行车方向。

重力传感器，又称重力感应器，英文名称G-sensor(Gravity sensor)，又名加速度传感器(accelerometer)，是能感知分别来自三个不同轴向上的加速度大小的MEMS传感器。重力传感器在手机上的应用场景很多，比如，(1) 手机横竖状态检测，通过这个状态可以自动调整视频播放画面的方向，(2) 实现计步器功能，(3) 手机落地检测与数据保护。

返回x、y、z三轴的加速度数值。

该数值包含地心引力的影响，单位是m/s^2。

将手机平放在桌面上，x轴默认为0，y轴默认0，z轴默认9.81。

将手机朝下放在桌面上，z轴为-9.81。

将手机向左倾斜，x轴为正值。

将手机向右倾斜，x轴为负值。

将手机向上倾斜，y轴为负值。

将手机向下倾斜，y轴为正值。

加速度传感器可能是最为成熟的一种mems产品，市场上的加速度传感器种类很多。

手机中常用的加速度传感器有BOSCH(博世)的BMA系列，AMK的897X系列，ST的LIS3X系列等。

这些传感器一般提供±2G至±16G的加速度测量范围，采用I2C或SPI接口和MCU相连，数据精度小于16bit。

重力传感器简称GV-sensor，输出重力数据。

在地球上，重力数值为9.8，单位是m/s^2。

坐标系统与加速度传感器相同。

当设备复位时，重力传感器的输出与加速度传感器相同。

4、加速度传感器(Accelerometer Sensor)

作用原理与重力传感器相同，但透过三个维度来确定加速度方向，功耗小但精度低。运用在手机中可用来计步、判断手机朝向的方向。

线性加速度传感器简称LA-sensor。

线性加速度传感器是加速度传感器减去重力影响获取的数据。

单位是m/s^2，坐标系统与加速度传感器相同。

加速度传感器、重力传感器和线性加速度传感器的计算公式:加速度 = 重力 + 线性加速度

5、磁(场)传感器(Magnetism Sensor)

测量电阻变化来确定磁场强度，使用时需要摇晃手机才能准确判断，大多运用在指南针、地图导航当中。

磁力传感器简称为M-sensor，返回x、y、z三轴的环境磁场数据。

该数值的单位是微特斯拉(micro-Tesla)，用uT表示。单位也可以是高斯(Gauss)，1Tesla=10000Gauss。

硬件上一般没有独立的磁力传感器，磁力数据由电子罗盘传感器提供(E-compass)。

电子罗盘传感器同时提供下文的方向传感器数据。

6、陀螺仪(Gyroscope)

陀螺仪能够测量沿一个轴或几个轴动作的角速度，是补充MEMS加速度计的理想技术。结合加速度计和陀螺仪这两种传感器，可以为终端用户提供更真实的用户体验、精确的导航系统及其他功能。手机中的「摇一摇」功能(例如摇动手机就能抽签…)、体感技术，还有VR视角的调整与侦测，都是运用到陀螺仪的作用。

陀螺仪传感器，英文名称Gyro-sensor(Gyroscope sensor)，可以测量手机在三个不同轴向上的角加速度。陀螺仪在手机的应用场景有，(1) 手机拍照时候的防抖算法设计，(2) 游戏操作体验增强(赛车类游戏转向等)。

陀螺仪传感器叫做Gyro-sensor，返回x、y、z三轴的角加速度数据。

角加速度的单位是radians/second。

根据Nexus S手机实测:

水平顺时针旋转，Z轴为正。

水平逆时针旋转，z轴为负。

向左旋转，y轴为负。

向右旋转，y轴为正。

向上旋转，x轴为负。

向下旋转，x轴为正。

ST的L3G系列的陀螺仪传感器比较流行，iphone4和google的nexus s中使用该种传感器。

7、GPS/北斗导航

地球上方特定轨道上运行着24颗GPS卫星，手机中的GPS模块透过卫星的瞬间位置来起算，以卫星发射坐标的时间戳与接收时的时间差来计算出手机与卫星之间的距离。可运用在定位、测速、测量距离与导航等用途。

8、气压传感器(气压计，barometer)

将薄膜与变组器或电容连接在一起，当气压产生变化时，会导致电阻或电容数值发生变化，借此量测气压的数据。GPS也可用来量测海拔高度但会有10米左右的误差，若是搭载气压传感器，则可以将误差校正到1米左右。

9、霍尔传感器(Hall Sensor)

作用原理是霍尔磁电效应，当电流通过一个位于磁场中的导体时，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电势差。主要运用在翻盖解锁、合盖锁定屏幕等功能当中，苹果的Smart cover还有多个品牌的官方手机配件，都运用了这项技术。

10、指纹传感器

目前主流的技术是电容式指纹传感器，然而超音波指纹传感器也有逐渐流行起来趋势。电容式指纹传感器作用时，手指是电容的一极、另一极则是硅芯片数组，透过人体带有的微电场与电容传感器之间产生的微电流，指纹的波峰波谷与传感器之间的距离形成电容高低差，来描绘出指纹的图形。而超音波指纹传感器原理也类似，但不会受到汗水、油污的干扰，辨识速度也更为快速。运用在手机中可用来解锁、加密、支付等等。

11、心率传感器

透过高亮度的LED灯照射手指，因心脏将血液压送到毛细血管时，亮度(红光的深度)会呈现周期性的变化。再透过摄影机捕捉这一些规律性的变化，并将数据传送到手机中进行运算，进而判断心脏的收缩频率，得出每分钟的心跳数。

12、血氧传感器

血液当中血红蛋白与氧合血红蛋白对于红光的吸收比率不同，用红外光与红光LED同时照射手指，并测量反射光的吸收光谱，藉此量测血含氧量。可用于运动或健康领域的应用。

13、紫外线传感器

某些半导体、金属或金属化合物的光电发射效应，在紫外线照射下会释放出大量电子，透过检测这种放电效应可计算出紫外线强度。主要用途也在运动与健康领域。

14、方向传感器

方向传感器简称为O-sensor，返回三轴的角度数据，方向数据的单位是角度。

为了得到精确的角度数据，E-compass需要获取G-sensor的数据，

经过计算生产O-sensor数据，否则只能获取水平方向的角度。

方向传感器提供三个数据，分别为azimuth、pitch和roll。

azimuth:方位，返回水平时磁北极和Y轴的夹角，范围为0°至360°。

0°=北，90°=东，180°=南，270°=西。

pitch:x轴和水平面的夹角，范围为-180°至180°。

当z轴向y轴转动时，角度为正值。

roll:y轴和水平面的夹角，由于历史原因，范围为-90°至90°。

当x轴向z轴移动时，角度为正值。

电子罗盘在获取正确的数据前需要进行校准，通常可用8字校准法。

8字校准法要求用户使用需要校准的设备在空中做8字晃动，

原则上尽量多的让设备法线方向指向空间的所有8个象限。

手机中使用的电子罗盘芯片有AKM公司的897X系列，ST公司的LSM系列以及雅马哈公司等等。

由于需要读取G-sensor数据并计算出M-sensor和O-sensor数据，

因此厂商一般会提供一个后台daemon来完成工作，电子罗盘算法一般是公司私有产权。

15、压力传感器

压力传感器返回当前的大气压强，单位是百帕斯卡hectopascal(hPa)。

16、温度传感器

温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

17、接近传感器

接近传感器检测物体与手机的距离，单位是厘米。

一些接近传感器只能返回远和近两个状态，因此，接近传感器将最大距离返回远状态，小于最大距离返回近状态。

接近传感器可用于接听电话时自动关闭LCD屏幕以节省电量。

一些芯片集成了接近传感器和光线传感器两者功能。

下面三个传感器是Android2.3新提出的传感器类型。

18、旋转矢量传感器

旋转矢量传感器简称RV-sensor。

旋转矢量代表设备的方向，是一个将坐标轴和角度混合计算得到的数据。

RV-sensor输出三个数据:

x*sin(theta/2)

y*sin(theta/2)

z*sin(theta/2)

sin(theta/2)是RV的数量级。

RV的方向与轴旋转的方向相同。

RV的三个数值，与cos(theta/2)组成一个四元组。

RV的数据没有单位，使用的坐标系与加速度相同。

19、NFC

近场通信技术，因为短距离（<10cm），电磁波中电场磁场的独立性，利用磁场进行通信。和其他无线传输技术一样，NFC也有自己的传输频率和标准，优点是很安全，比较常用的有交通卡、门禁、移动支付、充电。

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