Датчик холла на телефоне: Что такое датчик Холла в телефоне, для чего нужен и как работает

Что такое датчик Холла в смартфоне и телефоне?

Гаджеты оснащены множеством разнообразных датчиков, которые открывают новые функции и делают использование телефонов проще и комфортнее.

Мы уже составляли список сенсоров, которыми оснащены смартфоны, но не упоминали датчик Холла. Что это такое, для чего он нужен и как работает — все это можно узнать в этой статьей.

Зачем нужен датчик Холла?

Данный сенсор способен определять положение и основан на эффекте Холла, который был открыт в 1878 году. Ученому-физику удалось сделать открытие путем измерения напряжения тока в проводнике, который находился в магнитном поле.

На наших гаджетах применяется упрощенный вариант датчика Холла. Он способен определять наличие магнитного поля, но напряженность поля по разным осям не высчитывает. Вместе с ним на смартфонах часто используется магнитный сенсор, который отвечает за работу компаса.

Датчик Холла в смартфонах

Датчик Холла можно встретить преимущественно во флагманских смартфонах, для которых доступны специальные чехлы с магнитной защелкой — их часто называют умными чехлами или Smart Case. Сенсор умеет определять, закрыта или открыта крышка чехла, и в соответствии с этим включать/отключать дисплей устройства.

Стоит отметить, что не все производители указывают на наличие данного сенсора в характеристиках устройства. Точно в присутствии этого сенсора можно убедиться, если в качестве аксессуаров для гаджета доступны Smart Case.

Датчик Холла помогает навигационным программам быстрее измерять местоположение. Ранее он использовался в телефонах-раскладушках и помогал активировать экран, когда гаджет открывали, и выключать его, когда устройство закрывали.

Другое применение

Первоначально датчики Холла использовались на автомобилях, где они отвечали за измерение угла положения коленвала. Сенсор определяет момент, когда в автомобиле образовалась искра. Правда, это относится к старым машинам. Позже сенсором начали оснащать бесконтактные выключатели и измерители уровня жидкости. Еще они применялись в системах чтения магнитных кодов и даже в двигателях ракет.

Что такое датчик Холла в смартфоне?

Современные мобильные устройства оснащаются большим количеством функциональных блоков, среди которых – не только основные элементы, но и вспомогательные датчики. Если о том, что такое акселерометр, сенсор освещенности и гироскоп знают многие пользователи, то по поводу датчика Холла нередко возникают вопросы.

Что такое датчик Холла

Датчики Холла, используемые в современных смартфонах, это измерительные элементы, которые позволяют определять наличие и интенсивность магнитного поля, а также его изменения. Свое название они получили в честь американского ученого Эдвина Холла, который еще в 1879 году открыл эффект изменения напряжения тока на проводнике при его помещении в магнитное поле.

Магнитный поток, взаимодействующий с датчиком Холла

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне

Но в большинстве мобильных устройств не все возможности датчика Холла реализованы в полной мере. Ограниченное пространство под крышкой, желание снизить потребление заряда аккумулятора, отсутствие широкого интереса и острой потребности в реализации новых функций сводят использование сенсора к двум задачам:

• Первая из них – это цифровой компас. Он используется навигационными программами для ускорения позиционирования и более точного определения направления движения.
• Второй областью применения датчика Холла, наиболее востребованной владельцами смартфонов, является улучшение взаимодействия устройства с магнитными чехлами и другими аксессуарами.
• Использование датчика Холла в телефонах «раскладушках», чтобы включать или выключать экран при закрытии или открытии крышки.

Как смартфон взаимодействует с магнитными чехлами

Самым простым примером реализации взаимодействия чехла с магнитом и смартфона является автоматическая блокировка/разблокировка экрана при закрытии/открытии чехла. Датчик Холла реагирует на приближение магнита, расположенного в флипе, регистрируя усиление поля, и блокирует дисплей. При открытии интенсивность излучения снижается и экран активизируется.

Чехлы с окошком в верхней части, которые оставляют часть дисплея открытой для возможности использования отдельных функций (звонки, проигрыватель, часы) без раскрытия флипа, тоже взаимодействуют с датчиком Холла. Регистрируя наличие/отсутствие повышенного магнитного поля, смартфон определяет, оставлять активным весь экран или только его часть.

Еще одним примером аксессуара, требующего наличия датчика Холла, являются Google CardBoard – доступные очки виртуальной реальности, использующие смартфон. Так как при использовании устройства телефон находится внутри, единственным способом управления остается удаленное взаимодействие магнита, встроенного в единственную «кнопку» аксессуара, с датчиком Холла.

Вопросы и ответы, связанные с датчиками в мобильных телефонах

Что такое датчик?

Датчик в мобильном телефоне — это компонент, который используется с целью распознавания изменений в окружающей среде (например, изменения яркости, магнитного поля, температуры и гравитации) и фиксации передвижений объектов (например, перемещения, встряхивания или поднятия телефона). Датчики конвертируют эти изменения в электронные сигналы, которые обрабатывает телефон.

Датчик мобильного телефона состоит из легко повреждаемых высокоточных деталей, чувствительных к источникам внешних помех. Старайтесь не ронять телефон и не подвергать его воздействию сильного магнитного поля, высокой влажности или экстремальных температур, чтобы не повредить датчики.

Самые распространенные датчики, которые устанавливаются в мобильных телефонах

1. Датчик освещенности

Функции: датчик освещенности фиксирует количество окружающего освещения, благодаря чему яркость экрана вашего телефона настраивается автоматически для того, чтобы обеспечить комфортное использование телефона и снизить нагрузку на глаза. Этот датчик поддерживает функцию автоматической настройки баланса белого во время фотосъемки. Кроме того, совместно с датчиком приближения, датчик освещенности помогает предотвратить случайные действия с телефоном, например, когда телефон находится в кармане.

Принцип работы: датчик создает сильный или слабый ток (в зависимости от количества света, которое он фиксирует) и сообщает телефону информацию о том, что нужно повысить или понизить яркость экрана. Обратите внимание, что, если вы используете неофициальное защитное стекло, датчик освещенности может быть закрыт, и это повлияет на его функционирование.

2. Датчик приближения

Функции: датчик приближения распознает другие предметы, которые находятся поблизости, не контактируя с ними. Благодаря датчику приближения экран вашего телефона автоматически выключается, когда вы подносите его близко к уху.

Принцип работы: датчик приближения состоит из инфракрасного светодиода и инфракрасного детектора. Обычно этот датчик располагается вверху экрана рядом с разговорным динамиком. Датчик определяет расстояние между телефоном и объектом, измеряя изменения сигналов инфракрасного света, который он получает. Рабочее расстояние датчика приближения обычно составляет 10 см.

3. Датчик гравитации (акселерометр)

Функции: этот датчик позволяет телефону автоматически менять ориентацию экрана между горизонтальной и вертикальной, считать количество пройденных шагов, использовать компас и распознавать жесты движения (например, жест взятия телефона или жест переворота телефона). С помощью датчика гравитации вы можете управлять движущимся мячом или гоночным автомобилем в играх, переключать композиции встряхиванием устройства, выключать мелодию звонка переворотом устройства и пр.

Принцип работы: датчик измеряет изменения емкостного сопротивления, вызванные движением по трем осям (X, Y, Z), и определяет текущее значение ускорения и замедления.

4. Гироскоп

Функции: гироскоп позволяет играть в игры, фиксирующие ваши движения, выполнять действия в играх движением телефона и служит для навигации, когда службы GPS недоступны. Гироскоп также применяется в виртуальной реальности, 3D-фотографии, 3D-навигации и т.д. (У некоторых моделей нет этого датчика).

Принцип работы: изначально гироскоп – это устройство, состоящее из быстро вращающегося колеса, установленного в рамку, которая позволяет колесу наклоняться в любом направлении. Импульс такого колеса заставляет его сохранять свое положение при наклоне каркаса, поэтому оно используется для измерения угла наклона и угловой скорости. Датчик, который работает по этому же принципу, применяется и в телефонах. Он способен одновременно определять местоположение, фиксировать движение и ускорение в шести направлениях.

5. Компас

Функции: датчик магнитного поля необходим для точного определения местоположения на карте и для обеспечения работы компаса в телефоне. (У некоторых моделей нет этого датчика).

Принцип работы: датчик магнитного поля измеряет силу и направление магнитного поля, фиксируя изменения электрического сопротивления анизотропного магниторезистивного материала, который находится внутри датчика. Иногда телефон нужно встряхнуть или повернуть, чтобы датчик магнитного поля работал корректно. Чтобы результаты измерений были максимально точными, старайтесь не располагать телефон вблизи объектов с сильным магнитным полем.

6. Датчик Холла

Функции: датчик Холла позволяет автоматически блокировать экран телефона, когда вы закрываете чехол-книжку, и разблокировать – когда открываете. (У некоторых моделей нет этого датчика).

Принцип работы: в датчике Холла на проводник подается ток. Когда проводник помещается в магнитное поле перпендикулярно направлению электронов, они отклоняются от прямой траектории. Как следствие, одна плоскость проводника становится отрицательно заряженной, а другая – положительно заряженной, в результате чего возникает разница в напряжениях. Обратите внимание, что на функции датчика может повлиять использование неофициального чехла-книжки, так как в этом случае может возникнуть магнитное склонение.

7. Барометр

Функции: барометр исправляет ошибки измерения высоты, чтобы снизить погрешность примерно до 1 метра, и работает совместно с датчиком GPS, чтобы определить местоположение, когда вы находитесь под мостом или внутри многоэтажного здания. (У некоторых моделей нет этого датчика).

Принцип работы: барометр состоит из реостата и конденсатора. Он измеряет атмосферное давление с помощью расчета изменений электрического сопротивления и емкости.

Что за датчик Холла в вашем телефоне?

В характеристиках ко многим современным смартфонам указывается присутствие датчика Холла. Что это такое и для чего он вообще там нужен? Некоторые пользователи вообще не знают, что в их телефоне есть такой датчик.

Большинство современных смартфонов благодаря датчику Холла имеют следующие функции:

1. Компас. Благодаря ему местоположение смартфона определяется быстрее разными навигационными программами. То есть GPS-навигатор в телефоне будет работать немного быстрее.
2. Также работу датчика отчетливо видно на смартфонах-раскладушках. Там при закрытии крышки магнит приближается к датчику, и тот отключает дисплей. С современных сенсорных смартфонах эта идея реализуется с помощью магнитных чехлов. Например, магнитные чехлы на iPad отключают на планшете дисплей при закрытии. Это делается благодаря датчику холла, который чувствует вблизи магнит.

В некоторых продвинутых смартфонах используются более продвинутые датчики, которые позволяют не только быстрее работать с GPS, но и управлять функциями смартфона дистанционно. Например, в определенных моделях можно листать фотографии жестами пальцев, не прикасаясь к дисплею.

Что это такое?

Это устройство для определения положения, и его работа основана на эффекте Эдвина Холла. Он применяется в телефоне как магнитометр, и его основная задача здесь сводится к определению магнитного поля, его изменения. Но в телефонах обычно применяются упрощенные датчики, которые могут понять только наличие или отсутствие магнитного поля, а его напряжение по осям не определяется. Реализуется технология просто: если проводник, по которому идет ток, поместить в магнитное поле, то электроны в проводнике будут отклоняться к одной из его граней. Если электроны перемещаются к одной грани, то они накапливают положительные заряд, к другой грани – отрицательный. Разность потенциалов фиксируется датчиком Холла. В телефоне он имеет вид микросхемы. На ее выходе создается сигнал о двух возможных состояниях:

1. Единица (Есть сигнал).
2. Ноль (Сигнала нет).

Ну а далее операционная система смартфона будет выполнять то или иное действие в зависимости от полученной с датчика информации.

Отметим напоследок, что датчик Холла используется не только в смартфонах. Он получил широкое применение в устройстве двигателей внутреннего сгорания (для определения положения коленвала), его используют для работы в реактивных двигателях, в приводах дисководов и т.д.

В телефоне датчик лишним не будет. Обычно о не увеличивает себестоимость смартфона и есть почти в каждой современной модели.

Датчик движения в телефоне. Что такое датчик Холла в смартфоне? Датчики всякие нужны

Современные телефоны очень похожи на компьютеры — устроены по общему принципу: материнская плата, процессор, ОЗУ видеоадаптера.

Но главное отличие — это многочисленные датчики, без которых не обходится ни один смартфон: акселерометр, гироскоп, барометр, датчики температуры, приближение света и т. Д. Все они делают ваш телефон более простым и интеллектуальным в использовании. Сегодня мы поговорим об особенностях и назначении магнитного датчика в современных смартфонах.

Зачем нужен магнитный датчик?

Этот датчик еще называется. Эффект Холла был открыт почти 150 лет назад, но до сих пор активно используется в различных техниках. Датчик Холла обнаруживает магнитное поле, поэтому он может определить положение смартфона в пространстве. Итак, смартфон — просто скачайте специальное приложение из Google play (просто ищите «компас»).

В середине прошлого века датчик Холла использовался в автомобилях — это был первый шаг к внедрению таких технологий в жизнь человека.Дальнейшие разработки стали использовать и в других сферах, в том числе в мобильных технологиях.

Магнитный датчик удобен в сочетании с магнитной защелкой. Благодаря этому вы можете сэкономить время, так как экран телефона автоматически выключится, когда вы его закроете, и включится, когда вы откроете аксессуар. Если в чехле есть окошко, то открытое им пространство может быть активным, то есть можно будет проверять время, приложения и некоторые виджеты, не открывая корпус и не разблокируя смартфон.Следует отметить, что магнит не повреждает ни датчик, ни другие датчики, ни компоненты телефона.

Как включить магнитный датчик на моем телефоне?

Большинство флагманов, выпускаемых как крупными брендами, так и более бюджетными компаниями, имеют магнитный датчик. Работает автоматически. Проверить наличие техники можно по техническим характеристикам конкретного устройства или благодаря простым тестам:

1. Магнитный футляр можно смоделировать, прикрепив к экрану телефона обычный магнит. Если дисплей погас, сработал магнитный датчик.
2. Загрузите приложение компаса, выключите Интернет и проверьте, работает ли оно. UPD. Следует отметить, что в случае с компасом речь идет о более совершенном геомагнитном датчике.

Современный смартфон — это не только звонки и SMS, но и многое другое. Но сегодня мы не будем говорить о том, как выходить в интернет с этих устройств, не об их гипер-коммуникационных возможностях и не о преимуществах той или иной мобильной операционной системы.Статья будет посвящена датчикам и сенсорам, которыми разработчики оснащают современные устройства, чтобы сделать их функционал еще более разнообразным. Так что же такое датчики и датчики? Это микроустройства в самом смартфоне (плеер, планшет, навигатор, ноутбук, цифровая камера, игровая приставка и т. Д.), Которые делают его умным, а также взаимодействуют с внешним миром … Без них смартфон не был бы таким интересным и привлекательным. спрос, так как гаджет будет без связи с окружающей средой. Именно с помощью датчиков и сенсоров появляется связь с окружающим миром, а значит, появляются новые удивительные функции.

Из известных многим основных датчиков и сенсоров, без которых сегодня не обходятся только очень бюджетные мобильные телефоны, можно выделить следующие:

1. Датчик приближения

2. Акселерометр

3. Датчик освещенности

4. Датчик гироскопа

5. Датчик магнитного поля (магнитный компас обычно не считается датчиком, но мы все же включили его в список)

Датчик приближения

Датчик приближения позволяет определять приближение объекта без физического контакта с ним.Например, датчик приближения, установленный на мобильном телефоне, может отключать подсветку экрана, когда телефон приближается к уху пользователя во время разговора. То есть его основная задача — заблокировать смартфон, чтобы пользователь случайно не нажал, скажем, щекой, чтобы положить трубку. Кстати, в этом случае экономится и заряд аккумулятора … Естественно, производители всячески стараются расширить возможности этой функции. Например, год назад в Samsung Galaxy S3 была представлена ​​функция «Прямой вызов», которая при поднесении устройства к лицу позволяет позвонить контакту, информация, журнал вызовов или данные сообщения которого отображаются на экране.Также телефон с этим датчиком можно спокойно положить в карман или чехол, не опасаясь случайно сделать ненужный звонок.

В целом, управление движением — это следующий этап коммуникации между человеком и техникой, над которым сегодня работают многие производители. Например, в прошлом году Pioneer представила линейку автомобильных мультимедийных и навигационных GPS-систем, управление которыми можно осуществлять с помощью жестов. Pioneer назвала свою разработку «Air Gesture». Если пользователь поднесет руку к передней части экрана мультимедийно-навигационной системы, то отобразится окно с названием отображаемых в этот момент композиций и часто используемыми командами управления: «Установить как пункт назначения» и «Установить любимое место как пункт назначения». Как только пользователь убирает руку от экрана, эти команды исчезают, и навигационная карта снова отображается в полноэкранном режиме. Кроме того, перемещая руки по горизонтали, можно вызывать определенные пользовательские функции без нажатия кнопки. Вы можете установить одну из 10 функций, включая «Переключение между навигацией и функцией AV» и «Пропустить текущую песню / Воспроизвести предыдущую песню». Датчик, который определяет движения рук, состоит из двух частей, излучающих инфракрасное излучение, и одной принимающей части между ними.Когда рука движется к передней части экрана, принимающий ИК-датчик обнаруживает отражение инфракрасного света. С помощью горизонтально движущейся руки ИК-датчик определяет изменения во времени инфракрасного излучения от правой и левой излучающих частей, так что становится ясно, в какую сторону движется рука. К слову, производство моделей с пользовательским интерфейсом управления жестами Air Gesture уже началось.

Эта же функция реализована в новом флагмане Samsung Electronics — Galaxy S4. Помимо датчика приближения, рядом с фронтальной камерой есть еще один датчик, который используется для распознавания жестов. Он обнаруживает движения рук, получая инфракрасные лучи, которые отражаются от ладони пользователя, и работает в тандеме с Air Gesture, давая пользователям возможность отвечать на вызовы, менять песни или прокручивать веб-страницу вверх или вниз одним движением руки .

Акселерометр

Пожалуй, это самый распространенный датчик. G-сенсор, как его называют многие производители, сегодня можно найти практически в каждом современном устройстве.Задача акселерометра проста — отследить заданное устройству ускорение. Вроде бы вопрос, а зачем измерять ускорение смартфона? Но давайте подумаем: в тот момент, когда мы переворачиваем телефон, возникает ускорение. Акселерометр регистрирует его и на основе полученных от него данных запускает процесс, например, изменение ориентации экрана. Датчик также используется для масштабирования страниц браузера при наклоне смартфона, обновления списка устройств Bluetooth при встряхивании, в определенных приложениях и, конечно же, в играх, особенно в симуляторах. Кроме того, акселерометр используется как карманная подставка для ног для подсчета количества шагов, сделанных пользователем.

В камерах акселерометр используется для поворота отснятого кадра, а в ноутбуках — для срочной парковки головы. жесткий диск, если вдруг компьютер выйдет из строя. А в автомобилях он служит для срабатывания подушек безопасности при ударе. Проще говоря, акселерометр учитывает положение устройства в пространстве и наклон тела, при этом полагаясь на его ускорение при изменении этого положения.

Датчик освещенности

Задачи этого датчика предельно просты и заключаются в определении степени окружающего освещения и соответствующей регулировке яркости экрана. Благодаря этой автоматической регулировке яркости можно сэкономить электроэнергию, особенно если вы хотите оптимизировать потребление батареи. Это, пожалуй, самый старый датчик в мобильном мире, и хотя у этого датчика, похоже, нет никаких возможностей для улучшения функциональности, производители в этом случае пытаются сделать работу со смартфоном еще более комфортной.

Например, в мобильной операционной системе Apple iOS 6 появилась возможность регулировки автоматической яркости. Ранее датчик освещенности был полностью автоматизирован и регулировал яркость экрана по своему усмотрению. Теперь пользователь может контролировать работу этого датчика. Вы можете легко определить комфортный для вас уровень яркости, и iOS учитывает этот выбор при расчете уровня яркости для новых условий освещения. Однако для того, чтобы датчик работал правильно, необходимо произвести небольшую регулировку устройства.

Датчик гироскопа

Если возможности акселерометра по большому счету исчерпаны, а сфера его применения явно ограничена, то устройство другого инерциального датчика, которым является гироскоп, в смартфонах еще полностью не освоено. История использования гироскопов восходит к концу 19 века. Инерционные датчики в то время были распространены на флоте, так как с помощью гироскопа наиболее точно можно определить расположение сторон света. Позже благодаря такой уникальной функции гироскоп получил широкое распространение в авиации. По своей конструкции гироскоп в мобильных телефонах напоминает классические поворотные, которые представляют собой быстро вращающийся диск, установленный на подвижных рамах. Даже если положение рамок в пространстве изменится, ось вращения диска не изменится. Благодаря постоянному вращению диска, например с помощью электродвигателя, можно постоянно определять положение объекта (в котором находится гироскоп) в пространстве, его наклоны или крены.

в современных приборах лежит микроэлектромеханический датчик, но принцип действия инерционного датчика остается прежним. В это семейство также входят акселерометры, магнитометрические и другие узкоспециализированные датчики. Рынок этих миниатюрных элементов, также известных как МЭМС, получил значительный рост, когда Apple начала устанавливать гироскоп в iPhone 4, а затем и в iPod Touch … Успешные продажи мобильных устройств привели к тому, что производители элементов МЭМС успешно вышли на рынок мобильной связи. рынок.Apple iPhone 4, впервые применивший гироскоп и два микрофона MEMS для подавления шума, оказал огромное влияние на телефонную промышленность. Например, в конце 2010 года на рынке было менее пяти телефонов с гироскопом, а в 2011 году уже было более 50 моделей телефонов и планшетов с гироскопом.

Гироскопы, встроенные в мобильные телефоны, делают игры самыми лучшими. С помощью этого датчика вы можете использовать не только обычное вращение устройства для управления игрой, но и скорость вращения, что обеспечивает более реалистичное управление.Помимо игр, гироскоп используется в браузерах дополненной реальности для более точного позиционирования устройства в пространстве, а также в радиомоделях самолетов, управляемых с помощью смартфонов на платформах iOS и Android.

Датчик магнитного поля компас )

После прихода в наш мир GPS-приемников появились и цифровые компасы, однако в эпоху развития навигационных технологий они уже не так полезны. Магнитометр, как и обычный магнитный компас, отслеживает ориентацию устройства в пространстве относительно магнитных полюсов Земли.

Информация, полученная от компаса, используется в картографических и навигационных приложениях. На практике это устройство неплохо себя зарекомендовало и сегодня незаменимо в ряде игр и приложений, например, в браузере дополненной реальности Layar.

Датчики и датчики прочие

Барометр

Этот датчик также помогает при позиционировании. Барометр начал появляться в смартфонах совсем недавно, с выпуском Samsung Galaxy Nexus, и может сократить время, необходимое для подключения к сигналу GPS.Встроенный барометр измеряет атмосферное давление в месте нахождения владельца смартфона и определяет высоту над уровнем моря. Многие флагманские смартфоны сегодня оснащены не только приемниками GPS и ГЛОНАСС, но и барометром, благодаря которому захват сигнала со спутника и определение исходного местоположения происходит мгновенно. Эта функция также полезна, когда пользователь перемещается по наклонной плоскости, будь то холм или гора, потому что в зависимости от атмосферного давления и высоты он может рассчитать точное количество калорий, которые сжигаются во время прогулки. Ну и соответственно определять давление и погодные условия прямо со смартфона.

Рассмотрим принцип работы этого датчика на примере смартфона Samsung Galaxy S III, где определение перепада давления можно пересчитывать примерно 25 раз в секунду. Эта скорость дает возможность четко определять движение человека вверх и вниз, то есть использовать навигацию не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной. Таким образом, мы получаем объемную навигацию, которая полностью соответствует действительности.Например, при навигации по торговому центру вам будет недостаточно обычного GPS-навигатора, так как он укажет точку на плоскости земли, а не на высоте вашего маршрута. А автомобильные навигаторы умеют ориентироваться на многоэтажных парковках и многоярусных дорогах.

Датчик давления позволяет вам это делать, и вы получите не только точные координаты данного места, но и информацию о том, на каком этаже или высоте пролегает ваш маршрут. Обычно такие датчики включают в себя систему обработки данных, а их размеры находятся в пределах 3x3x1 мм. Миниатюрный датчик реагирует на изменение высоты с точностью до 50 см. Этот метод реализуется путем сравнения внешнего атмосферного давления с вакуумной камерой внутри датчика. Помимо вакуумной камеры и датчиков, в миниатюрный корпус устройства уместились встроенный микропроцессор, аналоговый усилитель, цифровой сопроцессор и элемент энергонезависимой памяти.

Датчик температуры / влажности

Этот датчик — новое дополнение к Samsung Galaxy S4.Он определяет температуру и влажность окружающей среды через небольшое отверстие в основании смартфона. Затем датчик определяет оптимальный уровень комфорта и отображает эту информацию на экране приложения S Health. Кроме того, датчик температуры позволяет исправлять ошибки давления, вызванные изменениями температуры воздуха. Те, кто хочет сразу воспользоваться возможностями датчика температуры, могут обратить внимание на разработки ученых Robocat.

Они создали крошечный электрический термометр Thermodo, который подключается к телефону через порт для наушников. Thermodo состоит из пассивных датчиков температуры, встроенных в стандартный 4-полюсный разъем для наушников в прочном корпусе. Подключение к сети не требуется, устройство питается от телефона и потребляет мало энергии. Когда измерение температуры не требуется, Thermodo можно повесить на клавиши как брелок. С помощью Thermodo вы можете измерять температуру как в помещении, так и на улице.

3D-датчик

Датчик, который непрерывно сканирует окружающее пространство и создает виртуальную модель компьютера с высокой точностью.Нечто похожее есть на Kinect, но новая версия планшета Google Nexus 10 получила сенсор гораздо более компактный и уже есть готовые приложения, которые могут работать на планшете и демонстрировать возможности не только самых современных игр.

Помимо прочего, датчик Capri 3D, который был представлен на конференции Google I / O 2013 компанией PrimeSense, способен регистрировать движения и получать метрические параметры объектов. Между прочим, такое развитие этой технологии подтверждает предположение IBM о том, что к середине этого десятилетия общение с использованием приложений видеоконференцсвязи станет напоминать трехмерные голограммы.

Безопасность

Недавно профессор Swarthmore College (Пенсильвания, США) Адам Дж. Авив продемонстрировал возможность проведения атак с использованием данных, полученных с помощью акселерометра смартфона. Оказалось, что данные, полученные сенсорами смартфона, могут помочь злоумышленникам получить доступ к кодам разблокировки устройства. Они могут узнать пин-коды и пароли пользователя. По словам профессора, получать информацию через датчики намного проще, чем через приложения, загруженные на смартфон.Исследователи проанализировали данные, полученные акселерометром, и составили своеобразный «словарь» движений смартфона при вводе пароля, после чего разработали программное обеспечение, позволяющее расшифровывать Pin-коды с помощью данных, полученных с акселерометра. В ходе исследования ученые смогли правильно определить ПИН-код в 43% случаев, а пароль — в 73%. Система не работает, когда пользователь находится в движении во время использования устройства, поскольку движение создает дополнительные помехи, и очень трудно получить точные данные с акселерометра.

Специалисты по мобильной безопасности также считают, что чем больше датчиков у смартфона, тем больше данных он может захватить, а значит, проблема защиты устройства становится более острой. В настоящее время исследователи разрабатывают методы предотвращения утечки данных, собранных гироскопами, акселерометрами или другими датчиками. Таким образом, можно предположить, что с развитием технологий и расширением функциональности датчиков ситуация с безопасностью будет только усугубляться.

Перспективы

Недавно американский изобретатель Джейкоб Фрейден основал Fraden Corporation и запатентовал систему бесконтактного измерения температуры для мобильных устройств.На задней панели смартфона находится небольшой инфракрасный датчик, который может измерять температуру тела пользователя всего за секунду. Таким образом, в будущем смартфоны вполне могут стать нашими личными помощниками врача. Fraden также намеревается создать приборы для измерения ультрафиолетового излучения и электромагнитного загрязнения. Но сотрудники Next Lab Массачусетского технологического института утверждают, что сенсоры в смартфонах скоро смогут обнаруживать аритмию и тахикардию, что заставит пользователей своевременно обращаться за медицинской помощью.

По мнению экспертов IBM, к 2017 году у смартфонов появится обоняние. Крошечные датчики запаха могут быть встроены в смартфоны и другие мобильные устройства. Обнаруженные следы химических соединений будут переданы в мощное облачное приложение, способное анализировать все, от окиси углерода до вируса гриппа. В результате, если вы чихаете, ваш телефон может сообщить вам о вашей болезни.

Все самое интересное только начинается, а сегодня ведутся работы по самым разным направлениям.Например, не исключено, что в ближайшем будущем ваш смартфон научится моделировать тактильные ощущения с помощью определенного типа датчиков. Вы сможете различать ткани, текстуры и переплетения. А звуковые датчики в сочетании с массивными системами облачных вычислений будут обладать сверхчеловеческими возможностями слуха. Эх, чего нельзя предположить, тем более что масса предположений, расчетов и даже фантазий в последнее время стала сбываться с поразительной скоростью.

Для корректной работы современных мобильных телефонов используются различные функциональные блоки и датчики информации.На их основе системы более высокого уровня иерархии принимают решения об определенных действиях. Сегодня мы поговорим об измерительном элементе, который определяет наличие магнитного поля, его напряженность и изменение.

Выдающийся физик Эдвин Холл в Соединенных Штатах в конце XIX века открыл явление искривления пути носителей заряда в полупроводниках в магнитном поле. Эффект Холла очень мощный. Он отслеживает ориентацию экрана в космосе и измеряет магнитную полярность в ракетных двигателях.Датчики отлично работают в бесконтактных переключателях и датчиках уровня жидкости.

Для измерения напряжения магнитного поля используются 2 типа устройств: аналоговые и цифровые датчики. В первом типе индукция поля преобразуется в напряжение, величина которого зависит от силы и полярности. Во втором случае при смене полярности и уменьшении индукции датчик отключает сенсорный экран.

Миниатюрный датчик нашел свое основное применение в цифровых гаджетах для улучшения их позиционирования и быстрого запуска GPS-навигатора.Отличительной особенностью данного устройства является разностороннее направление действия:

• С его помощью изменяется величина магнитного потока;
• Реализовано бесконтактное управление жестами;
• Яркость экрана автоматически подстраивается под изменение освещенности;
• Ориентация изображения на дисплее меняется при соответствующем повороте гаджета, манипуляциях в играх и других приложениях;
• Точное направление определяется.

Конечно, это далеко не весь список. положительные характеристики, присущие этому датчику.

Зачем в смартфоне нужен датчик Холла?

Сенсор, как высокочувствительная часть телевещателя, расположен непосредственно под крышкой смартфона или планшета, что позволяет быстро реагировать на любые изменения пространства. Датчик экономит заряд аккумулятора, улучшает взаимодействие телефона с магнитным чехлом и различными аксессуарами.

В телефонах-раскладушках также используются датчики Холла.Их наличие облегчает включение / выключение экрана при открытии или закрытии защитной крышки. Аналогичное действие происходит в смартфоне с магнитным корпусом, где датчик молниеносно реагирует на изменение (приближение / удаление) магнитного поля на флипе и регистрирует его. Во время интенсивного излучения дисплей блокируется, при уменьшении — активируется. При этом сам магнит, установленный на откидной стороне корпуса, совершенно не вредит смартфону.

Эффект Холла особенно характерен в случаях с окном вверху, где часть экрана остается открытой.В этом случае можно использовать отдельные функции (звонок, пропущенные звонки, часы, плеер), не открывая флип. Магнитоэлектрическое устройство будет независимо определять, оставить ли весь дисплей активным или частично. Аналогично гаджет работает при использовании крышек без «окон».

Приобретая новый смартфон, вы можете самостоятельно определить наличие или отсутствие датчика Холла. Следует отметить, что не все производители указывают его наличие, поэтому нужно внимательно изучить небольшой список характеристик.Устройство обнаруживается другим методом, после анализа чехлов на мобильное устройство … Например, в чехле Smart Case для смартфона или планшета установлен 100% датчик Холла. Анализ остальных обложек проводится по аналогии.

оснащены множеством различных датчиков, которые открывают новые функции и делают использование телефона проще и удобнее.

Мы уже собрали, какими смартфонами оснащены, но не упомянули датчик Холла.Что это такое, для чего и как работает — обо всем этом можно прочитать в этой статье.

Зачем нужен датчик Холла?

Этот датчик способен определять положение и основан на эффекте Холла, который был открыт в 1878 году. Физик смог сделать открытие, измерив напряжение тока в проводнике, находящемся в магнитном поле.

В наших гаджетах используется упрощенная версия датчика Холла. Он может определять наличие магнитного поля, но не рассчитывает напряженность поля по разным осям.Вместе с ним на смартфонах часто используется магнитный датчик, который отвечает за работу компаса.

Датчик Холла в смартфонах

можно встретить в основном во флагманских смартфонах, для которых доступны специальные чехлы с магнитным замком, которые часто называют умными чехлами или Smart Cases. Датчик способен определять, закрыта или открыта крышка корпуса, и в соответствии с этим включать / выключать отображение устройства.

Следует отметить, что далеко не все производители указывают наличие данного датчика в характеристиках устройства.Именно в наличии этого сенсора вы можете быть уверены, доступны ли смарт-кейсы в качестве аксессуаров для гаджета.

помогает навигационному ПО быстрее определять местоположение. Раньше он использовался в телефонах-раскладушках и помогал активировать экран при открытии гаджета и выключать его при закрытии устройства.

Другое приложение

изначально использовались в автомобилях, где они отвечали за измерение угла положения коленчатого вала.Датчик определяет момент, когда в автомобиле образовалась искра. Правда, это касается старых автомобилей. Позже датчик стали оснащать бесконтактными переключателями и измерителями уровня жидкости. Они также использовались в системах для считывания магнитных кодов и даже в ракетных двигателях.

Полный текст статьи и исходный код программы доступны только зарегистрированным участникам сайта.

Стоимость регистрации символическая 340 рублей.

Для регистрации необходимо сначала пополнить Яндекс.Кошелек на указанную сумму (или кошелек Webmoney R3954122 или QIWI — 13963 (кошелек, а не на счет за телефон!)), А затем отправьте письмо на адрес [защищенный адрес электронной почты] с указанием, на какой кошелек вы производили платеж, и реквизиты которую можно идентифицировать (не прикрепляйте к письму картинки или файлы). Учитывайте комиссию за переводы.

Не отправляйте в письме номера моих кошельков — поверьте, я знаю их без вас.

В ответном письме вы получите учетные данные для чтения статей из запретной зоны на второй год.

Доступ к третьему курсу обучения возможен только после оплаты второго курса и составляет 340 руб.

Доступ к четвертому курсу обучения предоставляется после оплаты третьего курса и составляет 340 руб. пр.

При оплате сразу всех курсов (2-9) цена будет 2700 руб.

Доступ предоставляется минимум на один год. Для тех, кто заплатил за третий и другие курсы, сроки доступа увеличены.

Датчик ориентации — это комбинация датчика магнитного поля, который действует как электронный компас, и акселерометра, который измеряет наклон и вращение.

Если вы знакомы с тригонометрией, вы можете самостоятельно рассчитать необходимые данные и определить положение устройства относительно всех трех осей, основываясь на показаниях акселерометра и датчика магнитного поля. Однако хорошей новостью является то, что Android может делать все вычисления самостоятельно.

С помощью стандартной системы отсчета положение устройства рассчитывается в трех измерениях. Как и в случае с акселерометром, устройство находится в состоянии покоя, экраном вверх на плоской поверхности.

Ось X (направление). Направление устройства при движении вокруг оси X; 0 ° / 360 ° — север, 90 ° — восток, 180 ° — юг, 270 ° — запад.

Ось Y (наклонная). Угол наклона устройства при вращении вокруг оси Y. Он равен 0 °, если устройство лежит на задней крышке, –90 °, если расположено вертикально (верх устройства направлен вверх), 90 ° — если он перевернут, 180 ° / –180 ° — если экран вниз.

Какая польза от датчиков Холла в смартфонах?

Смартфон Датчик Холла

Если пользователь мобильной техники все еще не знает, чем известен знаменитый ученый Эдвин Холл, то пора восполнить этот пробел.Датчики, работа которых основана на открытии зала, теперь стоят в каждом третьем смартфоне — хотя раньше такие датчики устанавливались только на элитных гаджетах.

В списке датчиков, оснащенных смартфоном, иногда можно встретить датчик Холла — пожалуй, самый загадочный из всех известных датчиков. Если функции, скажем, пульсометра и шагомера ясны и очевидны, то назначение датчика Холла известно не каждому пользователю. В этой статье мы узнаем, кто такой Холл и почему датчик, названный в его честь, становится все более популярным.

Немного физики

Эдвин Холл — американский физик. Свое знаменитое открытие он сделал в девятнадцатом веке. Холл обнаружил, что если проводник (например, металлическая пластина), подключенный к источнику постоянного тока, поместить в магнитное поле, сила Лоренца будет действовать на движущиеся электроны. В результате электроны движутся по дуге и вызывают одну из поверхностей пластины. На этой грани электроны будут накапливать отрицательный заряд, а на противоположной — положительный.Разность потенциалов на 2 краях платы называется , напряжение Холла .

Практическое применение эффекта Холла было найдено всего через 15 лет после смерти ученого. Теперь этот эффект основан на работе дисководов ПК, компьютерных кулеров, систем зажигания автомобилей и даже реактивных двигателей. Разработчики относительно недавно догадались, как применить проем Холла на своем смартфоне.

Зачем мне нужен датчик Холла на смартфоне?

Датчик Холла (также называемый магнитным датчиком ) комплектуется многими моделями популярных производителей и некоторыми смартфонами малоизвестных китайских брендов.Этот датчик предназначен для измерения напряжения Холла.

Датчик не измеряет напряжение, а только определяет его наличие или отсутствие, а затем отправляет сигнал на смартфон. При получении сигнала гаджет выполняет запрограммированное действие.

Как правило, использование датчика Холла на телефоне сводится к решению всего двух задач, поэтому для гаджета этот датчик необходим:

• Датчик ускоряет запуск GPS-навигатора и улучшает географическое положение.
• Датчик Холла дает смартфону возможность взаимодействовать с магнитными экранами.

Кроме того, благодаря открытию американского ученого стало возможным управлять жестами — «трюк », который пользователи впервые встретили на Samsung Galaxy S3.

Конечно, возможности эффекта Холла в дизайне смартфонов раскрыты не полностью. Причина тому — ряд технических ограничений. Использование отверстия « полностью » не допускает компактных размеров современных мобильных устройств и аккумуляторов с недостаточной мощностью.

Принцип взаимодействия датчика Холла с мобильными аксессуарами

Благодаря датчику Холла мобильные устройства могут взаимодействовать с так называемыми «умными» чехлами ( Smart Case ). Магнит встраивается в крышку такой заслонки. Как только пользователь закрывает крышку корпуса, появляется эффект Холла, датчик посылает сигнал в систему смартфона — и экран гаджета автоматически блокируется. Конечно, все это происходит за несколько секунд. Когда владелец смартфона открывает крышку крышки, напряжение Холла «ничего не гаснет».Датчик дает команду на разблокировку дисплея.

Умный чехол

Если владелец гаджета использует оконный бокс (как на рисунке выше), то датчик Холла дает команду не выключать полностью дисплей, а переключать его из одного режима в другой. Когда крышка закрыта, в доступной области экрана могут отображаться часы, календарь, музыкальный проигрыватель или список уведомлений.

Беспокоиться о том, что магнит «умного» корпуса повредит начинку смартфона, точно ни за что.Магнитное поле не портит гаджет — это подтверждено многочисленными профессиональными и любительскими тестами.

Датчик Холла экономит аккумулятор гаджета — это главное преимущество этого датчика. Активированный экран с высокой яркостью потребляет внушительное количество драгоценных миллиампер.

В каких смартфонах есть датчик Холла?

К сожалению, не все производители в списке возможностей своих гаджетов указывают, есть ли в устройстве датчик Холла. В кратком списке параметров такой информации точно не найти.Однако пользователь может быть уверен: если оригинальный Smart Case производится для смартфона, значит, это устройство как раз оснащено магнитным датчиком.

Последнее слово

К сожалению, «лучшие умы» индустрии мобильной электроники не смогли (пока?) Узнать, как использовать открытие зала, чтобы полностью раскрыть его потенциал. Автоматическое отключение / переключение дисплея — «разговор с ребенком» по сравнению с тем, что можно сделать, если можно преодолеть технические ограничения.Однако поиск путей реализации холловских наблюдений продолжается — и прогресс не стоит на месте. Об этом может свидетельствовать, например, появление очков виртуальной реальности Google Card Board , управление которыми основано на взаимодействии магнита и датчика Холла.

Датчики на телефоне / планшете и их функции

Что делает датчик?

Датчик — это компонент, используемый в мобильных устройствах, цель которого — обнаруживать изменения в окружающей среде (например, изменения яркости, магнитных полей, температуры и силы тяжести) и движения (например, перемещаемое, переворачиваемое устройство или взяты), и преобразовать их в электронные сигналы, которые могут быть обработаны устройством.

Датчик мобильного устройства состоит из прецизионных компонентов, чувствительных к источникам внешних помех и физическим факторам. Не роняйте устройство и не используйте его в средах с сильными магнитными полями, аномальной влажностью, экстремальными температурами или другими неблагоприятными факторами, чтобы не повредить его датчики.

Обычные датчики мобильных устройств

1. Датчик внешней освещенности

Функция : Автоматически регулирует яркость экрана вашего устройства в соответствии с количеством окружающего света, что позволяет более комфортно смотреть на экран.Датчик не только поддерживает автоматический баланс белого (AWB) при фотосъемке, но также работает с датчиком приближения, чтобы предотвратить неправильные действия, когда, например, устройство находится в вашем кармане.

Как это работает : датчик генерирует сильные или слабые токи в зависимости от количества окружающего света, которое он воспринимает, и устройство соответственно увеличивает или уменьшает яркость экрана. Обратите внимание, что использование неофициального защитного футляра или неподходящей защитной пленки может заблокировать датчик внешней освещенности и повлиять на его работу.

2. Датчик приближения

Функция : Обнаруживает присутствие ближайших объектов. Ваше устройство, оснащенное датчиком приближения, автоматически отключает экран, когда обнаруживает, что оно находится близко к вашему уху. Это помогает предотвратить возможные неправильные действия.

Как это работает : Датчик состоит из инфракрасного светодиода и детектора инфракрасного излучения (ИК) и обычно расположен в верхней части экрана и рядом с приемником.Он определяет расстояние между объектом и устройством, вычисляя изменения в получаемых инфракрасных световых сигналах. Рабочий диапазон датчика приближения обычно составляет 10 см.

3. Датчик силы тяжести (акселерометр)

Функция : позволяет устройству автоматически переключаться между альбомным и портретным режимами, подсчитывать ежедневные шаги, определять ориентацию просмотра, использовать приложения компаса и распознавать жесты движения (например, поднимать и переворачивать устройство). Например, вы можете использовать датчик силы тяжести вашего устройства, чтобы управлять движущимся мячом или управлять гоночной машиной в играх, встряхивать, чтобы переключать песни, щелкать, чтобы отключить мелодии звонка и т. Д.

Как это работает : Датчик измеряет изменения расстояния между пластинами емкости, вызванные движением по трем осям (X, Y и Z), и соответственно определяет мгновенные силы ускорения и замедления.

4. Гироскоп

Функция : Позволяет вам играть в соматические игры с вашим устройством, перемещать устройство, чтобы переключать вид в играх, и перемещаться, когда службы GPS недоступны.Гироскоп также используется в VR-мероприятиях, 3D-фотографии, панорамной навигации и т. Д. (Некоторые модели не имеют этого датчика.)

Как это работает : Гироскоп — это устройство, состоящее из быстро вращающегося колеса, установленного в каркас, который позволяет ему свободно наклоняться в любом направлении. Импульс такого колеса заставляет его сохранять свое положение при наклоне каркаса и поэтому используется для измерения или поддержания ориентации и угловой скорости. Как правило, на устройстве используется трехкадровый гироскоп, который может одновременно определять положения, траектории движения и ускорения в шести направлениях.

5. Компас

Функция : Обеспечивает функции навигации по компасу и карте для более точного определения местоположения. (Некоторые модели не имеют этого датчика.)

Как это работает : Принцип Холла или магнитосопротивления определяет размер и направление магнитного поля, а также определяет напряженность магнитного поля на основе показаний датчика по трем осям. Затем можно определить направление устройства.Иногда вам нужно встряхнуть или повернуть устройство, чтобы компас работал правильно. Чтобы обеспечить точность результатов измерения, не кладите устройство рядом с магнитными предметами.

6. Датчик Холла

Функция : используется в режиме интеллектуальной крышки, когда устройство автоматически блокирует экран, когда вы закрываете откидную крышку, и разблокирует экран, когда вы открываете откидную крышку. (Некоторые модели не имеют этого датчика.)

Как это работает : В датчике на эффекте Холла по проводнику протекает ток.Когда проводник помещается в магнитное поле, перпендикулярное направлению электронов, они отклоняются от прямого пути. Как следствие, одна плоскость проводника станет отрицательно заряженной, а противоположная сторона — положительно заряженной, что приведет к разнице напряжений. Обратите внимание, что на работу датчика может повлиять использование неофициальной откидной крышки.

7. Барометр

Функция : исправляет ошибки измерения высоты, чтобы сузить отклонение до примерно 1 метра, и работает с GPS вашего устройства, чтобы определить вашу высоту, когда вы находитесь под эстакадой или внутри высотного здания. (Некоторые модели не имеют этого датчика.)

Как это работает : Барометр, состоящий из реостата и конденсатора, измеряет атмосферное давление, вычисляя изменения электрического сопротивления и емкости.

8. Датчик отпечатков пальцев

Функция : Проверяет ваш отпечаток пальца для разблокировки экрана и совершения платежей.

Как это работает :

• Емкостные датчики отпечатков пальцев, обычно используемые на устройствах, определяют электрический ток, возникающий при прикосновении пальцев, и создают изображение выступов и впадин, составляющих отпечаток пальца.Затем датчик сравнивает изображение с версией, сохраненной на устройстве.
• Встраиваемые в экран датчики отпечатков пальцев (оптические датчики отпечатков пальцев) распознают отпечатки пальцев по отражению света. Они используются с экранами OLED, где расстояние между пикселями OLED позволяет пропускать свет. Когда пользователь касается значка датчика отпечатка пальца, OLED освещает область касания. Затем экранный датчик под экраном захватывает изображение отпечатка пальца, которое проецируется на датчик.Затем датчик сравнивает изображение с версией, сохраненной на устройстве.

  OLED — это аббревиатура от «органический светодиод». Принцип заключается в том, что органический светоизлучающий слой расположен между двумя электродами, и когда электроны на положительном и отрицательном электродах встречаются в органическом материале, электроны излучают свет.

9. Датчик осанки

Функция : Датчик положения широко используется в беспилотных летательных аппаратах (беспилотных летательных аппаратах), роботах, механических устройствах панорамирования, наклона и масштабировании (PTZ), транспортных средствах и кораблях, наземных и подводных устройствах и устройствах анализа движения человеческого тела, которые должны Измерьте трехмерную позу и ориентацию.

Как это работает : Датчик положения тела — это высокопроизводительная система трехмерного измерения положения тела, основанная на технологии микроэлектромеханических систем (MEMS). Он включает в себя трехосный гироскоп, трехосный акселерометр, трехосный электронный компас или другие датчики движения и получает данные, такие как трехмерное положение и ориентация после температурной компенсации, с помощью встроенного маломощного процессора ARM. На основе алгоритма кватерниона и специальной технологии слияния данных данные трехмерной ориентации позы с нулевым дрейфом, представленные кватернионом и углом Эйлера, выводятся в режиме реального времени.

Что такое датчик холла в мобильных телефонах?

Как правило, мы находим в большинстве спецификаций смартфонов наличие магнитометра, который отвечает за обнаружение магнитного поля, а код / ​​драйвер Android выполняет работу по активации автоматического режима сна / пробуждения. (лично тестировал Nexus 7 (2013 г.))

Но поскольку я обнаружил, что на некоторых веб-сайтах написано, что Moto G имеет датчик холла, я проверил список датчиков на Moto G с помощью приложения, и я не могу найти его в списке (но обнаружил, что присутствует магнитный датчик / компас)

Поскольку датчик Холла на телефонах предназначен для чистого переключения (аналоговая схема + выход CMOS), мне интересно, действительно ли он есть в Moto G.Если да, то для экономии энергии вместо использования программно-коммутируемого действия с помощью магнитометра?

Что касается дизайна официальной откидной крышки Motorola, то на клапане есть два магнита разной силы. Один предназначен для включения / выключения экрана, а другой, более мощный, для фиксации откидной створки над экраном с помощью магнитного действия (что на самом деле очень слабое)

Я обнаружил, что на внутренней стороне есть квадратная металлическая полоса золотисто-бронзового цвета размером 1 см. Флип-кейс (чуть ниже Магнитного датчика / датчика Холла). Я подозреваю, что это будет магнитный экран, предотвращающий включение / выключение экрана, когда пользователь откидывает откидную створку (что крайне НЕЖЕЛАТЕЛЬНО) (это произошло с некоторыми откидными крышками Nexus 7)
[Реальная информация о квадратный металл приветствуется]

ОБНОВЛЕНИЕ (после некоторых дополнительных исследований): Хорошо, мне было любопытно, есть ли у Moto G специальный переключатель на основе эффекта Холла для дисплея. На самом деле это не так, у него есть 3-осевой электронный компас (Asahi Kasei) AK8963 IC (в котором есть элементы Холла и самомагнит).

Микросхема AK8963 имеет блок АЦП, который преобразует информацию аналогового магнитного поля в биты, а затем через блок логики и регистров интерфейса отправляет ее в процессор.

Я считаю, что «Датчик ориентации», указанный в Moto G, снова является продуктом этого пакета AK8963.

Диапазон: 2000 microTesla
Разрешение: 0,0625 microTesla
Мощность: 6,8 мА

Пределы обнаружения магнитного поля для ультрачистых графеновых датчиков Холла

Пределы обнаружения для датчиков Холла микрометрового масштаба

На рисунке 1 обобщен наш основной результат. Мы сравниваем минимальный предел обнаружения магнитного поля S _B ^1/2 для наших устройств (черные маркеры) с соответствующими измерениями для высокопроизводительных датчиков Холла микрометрового масштаба, приведенными в литературе (см. Дополнительную таблицу 1) ^{3,11,12,13,14,15,17,25,26,27} . Мы выбираем опорную частоту 1 кГц, при которой шум 1/ f является доминирующим компонентом шума (см. Ниже). Амплитуда шума 1/ f варьируется в зависимости от устройства в зависимости от системы материалов и внешних факторов, включая историю изготовления, выбор подложки, диэлектрическую среду, типы контактов и условия смещения ¹⁶ .Несмотря на большое разнообразие механизмов, вызывающих шум 1/ f , существуют некоторые часто наблюдаемые зависимости. Обычно амплитуда спектральной плотности мощности шума 1/ f увеличивается для устройств меньшего размера как 1/ A , где A — площадь устройства. Предел обнаружения магнитного поля зависит от квадратного корня из спектральной плотности мощности напряжения Холла, что, в свою очередь, предполагает приблизительное масштабирование предела обнаружения S _B ^1/2 ∝ A ^−1/2 ∝ w ⁻¹ с размером устройства w для датчиков Холла ^5,13 . Таким образом, метрика S _B ^1/2 w обычно используется для оценки характеристик датчиков Холла для различных материалов и размеров устройств ¹⁷ .

Минимальный предел обнаружения магнитного поля S _B ^1/2 при 1 кГц в сравнении с шириной w датчиков Холла, указанных здесь и в литературе. Черные маркеры показывают лучшую производительность наших устройств с графитовым вентилем (кружки; G1 ​​– G3) и с металлическим вентилем (ромбы; M1 и M2) в нулевом фоновом магнитном поле, а красные кружки показывают производительность G1 при 1 Тл и 3 T фоновое поле, как указано.Все остальные маркеры являются оценками лучших характеристик в нулевом фоновом поле устройств, сделанных из структур на основе полупроводников и графена, включая графен, выращенный методом химического осаждения из паровой фазы («G»), эпитаксиальный графен («G / SiC») и hBN. -инкапсулированный расслоенный графен («hBN»). Закрашенные (открытые) маркеры соответствуют измерениям при 4,2 К (300 К). Сплошные линии указывают на маркеры соединения глаз, соответствующие одному и тому же материалу и процессу изготовления. Пунктирными линиями обозначена постоянная S _B ^1/2 w .Маркеры с планками погрешностей экстраполируются из измерений, представленных на разных частотах, при условии, что в шуме преобладает шум 1/ f и масштабируется как f ^{— α} (полосы ошибок отмечают диапазон 0,4 < α <0,6 ).

Согласно этой метрике устройства с аналогичной производительностью расположены вдоль пунктирных диагональных линий с постоянной S _B ^1/2 w на рис. 1, причем наиболее эффективные устройства расположены ближе к нижнему краю. левый угол.При комнатной температуре характеристики устройства G1, графенового датчика Холла с вентилями FLG, аналогичны характеристикам лучших датчиков, изготовленных из InGaAs ²⁶ , InSb ¹⁵ и графена, инкапсулированного в hBN ¹⁷ . При низкой температуре (4,2 К) предел обнаружения устройства G1 уменьшается на порядок, и мы получаем наименьшее значение S _B ^1/2 w , сообщаемое для любого датчика Холла в Дата. Дополнительные устройства с графитовым вентилем (G2 и G3) демонстрируют производительность, соответствующую приблизительному масштабированию предела обнаружения w ^-1 .Однако графеновые устройства с инкапсулированным hBN с металлическими затворами (M1 и M2) демонстрируют более высокие пределы обнаружения, чем устройства с графитовыми затворами при низкой температуре (см. Дополнительную таблицу 2). При комнатной температуре устройство G1 работает аналогично устройствам с инкапсулированным hBN без графитовых затворов (обозначенных «hBN»), о которых ранее сообщалось ¹⁷ . Это согласуется с наблюдением, что графитовые затворы улучшают электронные свойства графена преимущественно при низкой температуре. В частности, графитовые затворы уменьшают внутреннюю неоднородность заряда в графеновых устройствах ^22,23,24 , делая доступными плотности мобильных носителей до ~ 2 × 10 ⁹ см ^-2 и приводя, в свою очередь, к большему достижимому коэффициенту Холла. .Однако при комнатной температуре тепловое возбуждение носителей заряда и рассеяние акустических фононов увеличивают неоднородность заряда и ограничивают подвижность носителей ^20,28,29 .

Кроме того, мы демонстрируем небольшой предел обнаружения даже в фоновом магнитном поле в несколько тесла. Датчики Холла, основанные на высокоподвижных двумерных проводниках, обычно не совместимы с сильными фоновыми магнитными полями, потому что эти датчики демонстрируют квантовый эффект Холла (QHE). QHE создает широкие области пространства параметров, в которых напряжение Холла является постоянным либо в зависимости от магнитного поля, либо от плотности носителей.Здесь мы используем электростатическое стробирование, чтобы настроить плотность носителей на значение, при котором напряжение Холла изменяется в зависимости от магнитного поля. Таким образом, мы достигаем низкого предела обнаружения магнитного поля при высоком фоновом магнитном поле, несмотря на присутствие КЭХ. При низкой температуре и большом фоновом магнитном поле устройство G1 поддерживает предел обнаружения ~ 2–3 мкТл Гц ^–1/2 на частоте 1 кГц. Предел обнаружения больше по сравнению с измеренным при нулевом фоновом магнитном поле как из-за увеличения шума напряжения, так и из-за уменьшения коэффициента Холла (см. Ниже).Тем не менее, предел обнаружения по-прежнему остается сопоставимым с пределом обнаружения многих высокопроизводительных датчиков Холла, испытанных в нулевом магнитном поле.

Структура устройства

На рисунке 2а показана структура наших устройств с графитовым вентилем вместе с оптическим изображением устройства G1 (см. Дополнительный рисунок 1 для получения оптических изображений дополнительных устройств, включая устройства с металлическими вентилями). Каждое устройство с графитовым затвором изготавливается на кремниевой подложке из гетероструктуры, состоящей из расслоенного MLG, инкапсулированного диэлектриками затвора hBN, и электродов затвора FLG, собранных с использованием техники сухого переноса (см. Методы).Комбинация низкой плотности заряженных дефектов в hBN и способности FLG экранировать заряженные примесные беспорядки в кремниевой подложке улучшает подвижность носителей ^20,30 , уменьшает неоднородность заряда ^22,23 и может снизить зарядовый шум в графеновых устройствах. ²¹ . Верхний затвор регулирует плотность носителей в активной области устройства, а заземленный нижний затвор экранирует электрическое поле от кремниевого заднего затвора. Мы подаем 40 В на кремниевый задний затвор, чтобы вызвать высокую концентрацию электронов в части выводов на основе графена.Это снижает сопротивление выводов и краевых контактов ²⁴ , следовательно, снижает шум напряжения (см. Дополнительное примечание 1 и дополнительный рисунок 1).

a Изображение устройства G1 на оптическом микроскопе ( w = 1 мкм, масштабная линейка: 5 мкм). Слева в поперечном сечении: структура поперечного слоя Холла, состоящая из однослойного графена, инкапсулированного гексагональным нитридом бора (hBN) и нескольких слоев графита. Правый разрез: краевые контакты. b Схема измерительной конфигурации с напряжением Холла В _H , двухточечным напряжением В _2p , током смещения I и магнитным полем вне плоскости B . c Напряжение верхнего затвора ( В _g ) Зависимость коэффициента Холла R _H и двухточечного сопротивления R _2p при 4,2 К при малом смещении переменного тока и фоновых полях до В = 100 мТл.На верхней оси показаны соответствующие плотности электронов и дырок.

Отклик по напряжению Холла

Сначала мы оцениваем электронное качество наших устройств при низком фоновом магнитном поле и низкой температуре в криостате с жидким гелием. Мы смещаем устройство небольшим переменным током I и измеряем двухточечное ( V _2p ) и холловское ( V _H ) напряжения, используя стандартные методы низкочастотной синхронизации с применением верхнего затвора. напряжение В _г для настройки плотности носителей (рис.2а, б). Из серии разверток затвора при фиксированном магнитном поле B до 100 мТл (см. Дополнительный рисунок 2), мы определяем коэффициент Холла R _H = I ⁻¹ (∂ V _H / ∂ B ) _{B = 0} и извлеките плотность носителей n = 1 / (e R _H ) (рис. 2c, верхняя панель). При напряжениях на затворе вблизи точки зарядовой нейтральности (CNP) сосуществование электронов и дырок делает напряжение Холла нелинейным в магнитном поле ³¹ .В другом месте напряжение Холла линейно в B, по крайней мере до 100 мТл и R _H ~ n ⁻¹ ~ V _g ⁻¹ , предполагая простую емкостную связь ворота к плотности мобильной связи ¹⁹ . Экстраполяция плотностей электронов и дырок к нулю показывает, что электроны и дырки, по-видимому, достигают зарядовой нейтральности при различных значениях V _g . Это согласуется с вкладами в поведение заряда графенового листа от квантовой емкости и дополнительных ловушек заряда с непостоянной емкостью, которые становятся значительными из-за большой емкости затвора и небольшой неоднородности заряда в наших устройствах ^19,32,33 .Максимальное (минимальное) значение R _H для электронного (дырочного) легирования 240 кОм T ⁻¹ (−340 кОм T ⁻¹ ) подразумевает наименьшую плотность мобильных носителей δn ~ 2,6 × 10 ⁹ см ⁻² (−1,8 × 10 ⁹ см ⁻² ), ограниченная внутренней неоднородностью заряда. Эта низкая неоднородность заряда согласуется с тем, о чем сообщалось в других устройствах с атомарно-гладкими электродами затвора из монокристаллического графита ^22,23 . Двухточечное сопротивление R _2p = V _2p / I (рис.2в, нижняя панель) имеет резкий пик, превышающий 200 кОм на CNP. Узкая ширина этого пика указывает на неоднородность заряда ~ 4 · 10 ⁹ см ⁻² , что согласуется с полученным с использованием R _H . При умеренном электронном или дырочном легировании значение R _2p уменьшается до нескольких кОм, в основном за счет сопротивления графенового канала (~ 1 кОм) и краевых контактов (~ 1-2 кОм).

Затем мы охарактеризуем характеристику напряжения как функцию приложенного постоянного тока смещения до 50 мкА.Отклик напряжения Холла на небольшое изменение магнитного поля δB составляет δV _H = IR _H δB , предполагая, что приложение большего тока смещения в принципе пропорционально увеличивает сигнал напряжения. На практике большое смещение постоянного тока вызывает два изменения транспортных характеристик устройств (рис. 3a): пик R _H уменьшается, а напряжение затвора CNP В _g ⁰ смещается.Направление сдвига В _g ⁰ (рис. 3в) зависит от полярности приложенного тока. Эти изменения согласуются с градиентом потенциала и результирующим градиентом плотности носителей в устройстве ³² (см. Дополнительное примечание 3 и дополнительный рисунок 3). Это изменяет среднее значение R _H в пределах креста Холла и ограничивает его пиковое значение. Несмотря на уменьшение пика R _H , применение большего тока смещения по-прежнему увеличивает абсолютную чувствительность к напряжению IR _H = (∂ V _H / ∂ B ) _{B = 0} (Инжир.3b), что дает большее изменение напряжения Холла на единицу изменения магнитного поля.

a Коэффициент Холла R _H для устройства G1 при переменном смещении постоянного тока при 4,2 К. b Зависимость от тока смещения пикового значения IR _H . c Зависимость от тока смещения напряжения в точке нейтральности заряда В _g ⁰ . Планки погрешностей представляют собой неопределенность в определении точки, в которой R _H пересекает ноль.

Шум напряжения и предел обнаружения

Чтобы определить предел обнаружения, показанный на рис. 1, мы измеряем шумовые характеристики устройств вместе с характеристикой напряжения. Мы измеряем флуктуации напряжения Холла в реальном времени (рис. 4a) и применяем преобразование Фурье (см. Методы), чтобы получить спектральную плотность шума напряжения Холла S _V ^1/2 (рис. 4b ). При низком смещении частота 60 Гц и входной шум предусилителя доминируют в спектре S _V ^1/2 (рис. 4в). Форма спектра шума при более высоком смещении предполагает наличие как фликкер-шума (шум 1/ f ; S _V ^1/2 ∝ f ^−1/2 ), так и случайного телеграфный шум (RTN; S _V ^1/2 постоянная на низкой частоте, S _V ^1/2 ∝ f ⁻¹ на высокой частоте), как ранее сообщалось о датчиках Холла микрометрового масштаба ^11,13,17 и устройствах на основе графена ^16,21,34 .В то время как шум 1/ f , скорее всего, возникает из-за случайных событий зарядки и разрядки ансамбля зарядовых ловушек, RTN характерен для одиночной зарядовой ловушки, более прочно связанной с устройством. Эти события зарядки могут вызывать флуктуации как подвижности носителей, так и плотности носителей, которые заметны в устройствах на основе графена при низкой плотности носителей ^13,16,34 . Колебания заряда, которые модулируют контактное сопротивление и дефектные состояния в подложке или протравленных краях устройства, могут сильно влиять на шум напряжения, особенно вблизи нейтрального заряда, где флуктуации заряда плохо экранируются ^16,34 . Мы обнаружили, что поведение RTN изменяется между последовательными периодами охлаждения и при различных условиях смещения тока и напряжения затвора. В дополнительном примечании 4 мы количественно извлекаем относительные вклады RTN и шума 1/ f для типичного спектра шума.

a Временные диаграммы напряжения Холла (смещение для ясности) и b Спектральная плотность шума напряжения Холла S _В ^1/2 для устройства G1 при фиксированном токе смещения и 4.2 К. Три кривые соответствуют напряжениям затвора, отмеченным в верхней части верхней панели ( d ). Пунктирные линии в b соответствуют ожидаемой зависимости случайного телеграфного шума (RTN) на высокой частоте ( f ⁻¹ ) и шума 1/ f ( f ^−1/2 ). c Сравнение спектров S _V ^1/2 при разных токах смещения. При каждом токе смещения мы устанавливаем В _g так, чтобы R _H ≈ 7.8 кОм T ⁻¹ , что соответствует n ≈ 8 × 10 ¹⁰ см ⁻² . d IR _H и R _{смещение} = В _H ( B = 0) / I для тока смещения 20 мкА. e S _V ^1/2 и предел обнаружения магнитного поля S _B ^1/2 при 1 кГц. f Минимальная зависимость тока смещения S _B ^1/2 при 1 кГц.В панелях d — f планки погрешностей определяются с учетом стандартной ошибки линейной подгонки для R _H и стандартного отклонения S _V ^1/2 в окне шириной 200 Гц с центром в 1 кГц.

На рисунке 4e обобщена зависимость низкотемпературного напряжения затвора S _В ^1/2 при нуле B и соответствующий предел обнаружения магнитного поля S _B ^1/2 = S _V ^1/2 / ( IR _H ) при токе смещения 20 мкА и частоте 1 кГц. На этой частоте наиболее очевидна зависимость S _V ^1/2 ; частота достаточно низкая, чтобы шум напряжения превышал минимальный уровень шума приборов, но достаточно высока, чтобы вклад RTN был небольшим. Форма кривой на рис. 4e аналогична форме сопротивления смещения при нулевом фоновом магнитном поле R _{смещение} = В _H ( B = 0) / I (рис. 4d ).Это смещение, скорее всего, возникает в нашем случае из-за неоднородного протекания тока на уровнях легирования, близких к зарядовой нейтральности, и имеет эффект связи дополнительных шумовых составляющих 1/ f , связанных с продольным сопротивлением ^11,13 .

На рисунке 4f показано, что ток смещения 20 мкА минимизирует предел обнаружения магнитного поля. При этом промежуточном токе смещения увеличение сигнала напряжения выше минимального уровня аппаратного шума благоприятно по сравнению со снижением R _H при большом токе смещения. Примечательно, что минимум S _B ^1/2 не встречается при том же значении V _g , при котором R _H достигает пика. Это означает, что оптимальная рабочая точка датчика Холла уравновешивает настройку от CNP для уменьшения S _V ^1/2 и настройку близко к CNP для увеличения R _H . Минимальное значение: S _B ^1/2 ~ 80 нТл Гц ^−1/2 при 1 кГц (самая нижняя точка на рис.1), насколько нам известно, является наименьшим пределом обнаружения магнитного поля, когда-либо зарегистрированным для датчика Холла микрометрового масштаба при 4,2 К. При комнатной температуре повторение измерений коэффициента Холла и напряжения Холла (см. Дополнительное примечание 5 и дополнительный рисунок 5c, d) показывает, что предел обнаружения, как правило, больше, но все же конкурирует с лучшими датчиками Холла, о которых сообщается в литературе (см. рис. 1).

Характеристики в большом фоновом магнитном поле

Наконец, мы охарактеризуем предел обнаружения небольших изменений магнитного поля при наличии большого фона магнитного поля.Насколько нам известно, об этом не сообщалось ни о каких высокоподвижных датчиках Холла микрометрического масштаба. В большом фоновом магнитном поле сопротивление Холла развивает плато (рис. 5a), разделенное Δ ( V _H / I ) ⁻¹ = 4e ² / h , как и ожидалось для MLG в квантовый режим Холла ¹⁹ . Отклонение плато сопротивления от точного квантования вызвано большим током смещения и широкими расширенными холловскими контактами напряжения в нашем устройстве (рис.2а), которые смешивают значительную часть продольного сопротивления с холловским сопротивлением ³⁵ . Коэффициент Холла R _H = I ⁻¹ (∂ V _H / ∂ B ) (рис. 5b – d) теперь достигает локальных минимумов при значениях ( B , В _г ), что соответствует плато сопротивления. В сильном магнитном поле плато сопротивления сглаживается ( R _H = 0). Повторяя измерения шума напряжения Холла, как описано выше, при 3 Тл получаем S _B ^1/2 ~ 3 мкТл Гц ^−1/2 при оптимальной настройке плотности несущей (рис.5d, В _г ~ 0,8 В). Более высокий предел обнаружения по сравнению с измерениями в нулевом поле является результатом как уменьшенного R _H , так и общего увеличения шума напряжения в большом фоновом магнитном поле, которое коррелирует с большим продольным магнитосопротивлением и также может быть отнесено к заряду флуктуации между локализованными и расширенными квантовыми холловскими состояниями ^36,37 .

a Зависимость от магнитного поля В _H / I в квантовом режиме Холла для устройства G1 при 4,2 К. Кривые охватывают напряжения затвора, соответствующие электронной плотности 0,24–1,14 × 10 ¹² см ⁻² в нулевом поле. b R _H определяется локально в каждой точке ( V _g , B ). c , d R _H и S _B ^1/2 при 1 кГц вдоль горизонтальных линий в ( b ): c B = 1 T , d B = 3 Т.Планки погрешностей определяются с учетом стандартной ошибки линейной аппроксимации для R _H и стандартного отклонения S _V ^1/2 в окне шириной 200 Гц с центром в 1 кГц. Все измерения выполняются при постоянном токе смещения 5 мкА.

Знаете ли вы датчики в смартфоне?

Поскольку люди становятся все более и более зависимыми от мобильных телефонов, различные функции мобильных телефонов также постоянно удовлетворяют потребности людей, а замена тоже быстро развивается.По оценкам, к концу 2023 г. уровень проникновения смартфонов среди взрослого населения в развитых странах будет превысит 90%, что на 5 процентных пунктов больше, чем в 2018 году. К 2023 году смартфон объем продаж достигнет 1,85 миллиарда долларов США, что на 19% больше, чем в предыдущем году. год. Как работает мобильный телефон с таким количеством функций? зал Производитель датчиков кратко ознакомил с некоторыми датчиками в мобильных устройствах. телефоны:

Linear Hall IC

1.Датчик ускорения

Датчик ускорения — электронное устройство, способное измерять ускорение. В мобильных телефонах датчики ускорения могут отслеживать величину и направление ускорения, которое получает телефон.

2. Датчик расстояния

Измерение расстояния осуществляется путем излучения инфракрасного света. Когда объект находится близко, возвращенный инфракрасный свет будет контролироваться компонентом, а затем расстояние до объекта можно судить. Измерение расстояния обычно используется для автоматически отключать экран после подключения телефона.Теперь самое прикосновение экран мобильных телефонов будет иметь эту функцию. «Большое лицо не использует прикосновения экран мобильных телефонов », о котором ходят слухи в Интернете, явно ненадежен. Кроме того, некоторые мембраны сотовых телефонов блокируют датчик расстояния и влияют на работа, поэтому обратите особое внимание.

3. Датчик давления воздуха

Датчик давления воздуха ранее уже проводил соответствующие измерения. Работа датчика давления воздуха проходит через тонкопленочный элемент, чувствительный к давление.Пленка подключена к гибкому резистору. Когда атмосферный изменения давления, это приведет к изменению значения сопротивления. Функция Датчик давления воздуха в основном используется для определения атмосферного давления, тока высота и помощь в определении местоположения по GPS.

4. Датчик света

Датчик света состоит из светового прожектора и светоприемника. В световой проектор фокусирует свет, передает его на светоприемник и наконец получает электрический сигнал через датчик.Цель света датчик предназначен для регулировки яркости самого экрана мобильного телефона в соответствии с к окружающему свету.

5. Китай Датчик Холла

Датчик Холла играет роль интеллектуального спящего режима в мобильном телефоне. Так как переключатель Холла, мобильный телефон становится более умным в соответствии с взаимодействие с магнитным полем. Черный экран закрывается, когда мобильный телефон закрыт, а в открытом состоянии экран яркий.

У нашей компании также есть Linear Hall IC для продажи, свяжитесь с нами.

Причина и следствие: Устранение неисправностей датчиков Холла

Лампа с китовым маслом освещала место над кухонным столом, где Эдвин работал над тонкой прямоугольной полосой из золотой фольги. Он мог видеть свое отражение в полосе, и его мысли на мгновение заблудились, когда он подумал о том, каким усталым он выглядел. Было уже очень поздно, но Эдвин задумал что-то новое, что-то очень новое. Эдвин Холл работал над теорией электронного потока Кельвина, которая была представлена ​​примерно 30 годами ранее, в 1849 году.Во время работы он случайно заметил, что если через золотую полоску протекает ток и магнитное поле помещается перпендикулярно одной стороне полоски, то на краях полоски обнаруживается разность электрических потенциалов. Это открытие было приписано доктору Эдвину Холлу, и теперь оно называется эффектом Холла.

Как и многие другие открытия, блестящее наблюдение доктора Холла пришло не в результате его поиска, а в результате наблюдения чего-то необычного и последующего воздействия на него. Эффект Холла известен уже более 100 лет, но приложения для его использования не были разработаны до последних нескольких десятилетий.Автомобильная промышленность применила эту технологию ко многим системам, используемым в современных транспортных средствах, включая трансмиссию, систему контроля кузова, контроль тяги и антиблокировочную тормозную систему. Чтобы охватить эти различные системы, датчик на эффекте Холла конфигурируется несколькими способами / переключением, аналоговым и цифровым. Это датчики приближения; они не имеют прямого контакта, но используют магнитное поле для активации электронной схемы.

Эффект Холла может быть получен с помощью таких проводников, как металлы и полупроводники, и качество эффекта меняется в зависимости от материала проводника. Материал будет напрямую влиять на протекающие через него электроны или положительные ионы. В автомобильной промышленности обычно используются три типа полупроводников для изготовления элемента Холла / арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb) и арсенида индия (InAs). Самый распространенный из этих полупроводников — арсенид индия. Как и в эксперименте доктора Холла, важно, чтобы проводник был прямоугольным и очень тонким. Это позволяет протекающим через него носителям разделяться и объединяться по краям.

Теперь давайте посмотрим на принцип эффекта Холла (рис. 1 и 2 выше). Если ток течет через проводник, и магнитному полю (магнитному потоку) позволяют двигаться через проводник перпендикулярно потоку тока, заряженные частицы дрейфуют к краям прямоугольной полосы. Эти заряженные частицы собираются на краях поверхности. Магнитный поток передает силу на проводник, которая заставляет напряжение (положительную силу) дрейфовать к одному краю, а электроны (отрицательная сила) дрейфовать к противоположному краю. Сила, действующая на текущий поток, называется силой Лоренца.

Пока к проводнику прикладывается магнитная сила, носители остаются на противоположных сторонах, создавая падение напряжения на проводнике. Этот перепад напряжения и есть напряжение Холла. Он пропорционален току, протекающему через него, напряженности магнитного поля и типу материала проводника. Если любая из этих трех переменных изменится, разность напряжений на проводнике также изменится. Вот почему элемент Холла должен иметь регулируемое напряжение, подаваемое на путь тока.Если ток регулируется и материал проводника задан, остается изменить только магнитную напряженность. Когда магнитная напряженность изменяется до угла 90 ° к пути тока, падение напряжения на проводнике также изменяется. Чем сильнее магнитный поток, тем больше падение напряжения на проводнике.

Генерируемое напряжение Холла является аналоговым сигналом. Этот сигнал Холла очень мал / обычно около 30 микровольт при магнитном поле 1 гаусс. Из-за небольшого генерируемого напряжения сигнал Холла необходимо усилить, если устройство будет использоваться в практических целях.

Тип усилителя, который лучше всего подходит для использования с элементом Холла, — это дифференциальный усилитель (рис. 3 на стр. 56), который усиливает только разность потенциалов между положительным и отрицательным входами. Если нет разницы напряжений между положительным и отрицательным входами усилителя, выходное напряжение усилителя не будет. Однако при наличии разности напряжений эта разница будет линейно усиливаться. Величина усиления определяется дифференциальным усилителем, используемым в схеме.

Элемент Холла подключен напрямую к дифференциальному усилителю, поэтому активность элемента Холла отражается усилителем. Когда магнитное поле отсутствует в элементе Холла, не создается напряжение Холла и отсутствует выходное напряжение из усилителя. Когда к элементу Холла прикладывается магнитное поле, на элементе создается напряжение Холла. Дифференциальный усилитель обнаруживает этот перепад напряжения и усиливает его.

Способ использования датчика Холла определяет изменения схемы, необходимые для обеспечения правильного вывода на управляющее устройство. Этот выходной сигнал может быть аналоговым, например датчик положения ускорения или датчик положения дроссельной заслонки, или цифровым, например датчик положения коленчатого или распределительного вала.

Давайте рассмотрим эти различные конфигурации датчика Холла. Когда элемент Холла должен использоваться для аналогового датчика, который может использоваться для шкалы температуры в системе климат-контроля или датчика положения дроссельной заслонки в системе управления трансмиссией, сначала необходимо изменить схему. Элемент Холла подключен к дифференциальному усилителю, а усилитель — к транзистору NPN (рис.4). Магнит прикреплен к вращающемуся валу. Когда вал вращается, магнитное поле усиливается на элементе Холла. Создаваемое напряжение Холла пропорционально напряженности магнитного поля.

Если бы вал дроссельной заслонки контролировался PCM, магнит вращался бы вместе с валом дроссельной заслонки. На холостом ходу дроссельная заслонка была закрыта. В этом случае напряженность магнитного поля будет низкой, а создаваемое напряжение Холла будет низким. Дифференциальный усилитель будет иметь небольшую разность потенциалов, а выход усилителя будет низким.База транзистора NPN будет получать выходной сигнал усилителя.

Поскольку напряжение на базе низкое, усиление транзистора NPN также низкое. В этом состоянии выходное напряжение TPS будет порядка 1 вольт. Когда двигатель находится под нагрузкой, вал дроссельной заслонки вращается, открывая дроссельную заслонку. При вращении вала дроссельной заслонки магнитное поле усиливается на элементе Холла. Создаваемое напряжение Холла увеличивается пропорционально напряженности магнитного поля. Когда напряжение Холла увеличивается, дифференциальный усилитель получает свою разность потенциалов.Затем усилитель усиливает разницу между отрицательным и положительным входами. Этот возрастающий выходной сигнал отправляется на базу транзистора NPN, который затем усиливает сигнал, создавая выходной сигнал датчика положения дроссельной заслонки. Этот линейный выходной сигнал пропорционален вращению вала дроссельной заслонки.

Выходные данные TPS отправляются в PCM, где он сообщает угол вала дроссельной заслонки. Микропроцессор PCM не может напрямую считывать аналоговое напряжение, отправляемое с TPS. Этот сигнал должен быть преобразован в двоичный формат — 1 и 0.Для этого используется устройство, называемое аналого-цифровым преобразователем. В большинстве случаев используется 8-битный аналого-цифровой преобразователь. Это устройство преобразует уровень напряжения в серию единиц и нулей, которые микропроцессор может декодировать и использовать для определения фактического угла вала дроссельной заслонки.

Когда элемент Холла должен использоваться для цифрового сигнала, например, в датчике положения коленчатого вала или распределительного вала или датчике скорости автомобиля, сначала необходимо изменить схему. Элемент Холла подключен к дифференциальному усилителю, который подключен к триггеру Шмитта.В этой конфигурации датчик выдает цифровой сигнал включения / выключения. В большинстве автомобильных цепей датчик Холла является поглотителем тока или заземляет сигнальную цепь. Для этого к выходу триггера Шмитта подключается NPN-транзистор (рис. 5). Магнит расположен напротив элемента Холла. Спусковое колесо, или цель, расположено так, чтобы затвор мог находиться между магнитным полем и элементом Холла.

Когда заслонка не находится между магнитом и элементом Холла, магнитное поле проникает через элемент Холла, создавая напряжение Холла.Это напряжение подается на положительный и отрицательный входы дифференциального усилителя. Усилитель повышает это дифференциальное напряжение и отправляет его на вход триггера Шмитта (цифрового пускового устройства). Когда напряжение от дифференциального усилителя увеличивается, оно достигает порога включения или рабочей точки. В этой точке срабатывания триггер Шмитта меняет свое состояние, позволяя отправить сигнал напряжения.

Точка срабатывания (отключения) установлена ​​на более низкое напряжение, чем точка включения.Целью этой разницы между точками включения и выключения (гистерезис) является устранение ложного срабатывания, которое может быть вызвано незначительными отклонениями от дифференциального усилителя. Триггер Шмитта включается, и выходное напряжение отправляется на базу NPN-транзистора. Когда на базе транзистора присутствует напряжение, транзистор включен.

Регулятор напряжения блока управления подает напряжение на резистор или нагрузку. Схема резистора подключена к коллектору транзистора NPN, и когда NPN включен, ток течет в коллектор и выходит из эмиттера на землю.В этом состоянии сигнал заземлен. Поскольку резистор находится внутри блока управления, напряжение находится на плече заземления и будет падать очень близко к напряжению заземления.

При вращении спускового колеса затвор перемещается между магнитом и элементом Холла. Так как спусковое колесо сделано из железа, оно притягивает магнитное поле к затвору. В этот момент элемент Холла больше не имеет магнитного поля, проникающего через него, и напряжение Холла не создается. Без напряжения Холла дифференциальный усилитель не имеет выхода на триггер Шмитта.В свою очередь, триггер Шмитта не имеет выхода напряжения на базу NPN-транзистора, и транзистор меняет состояние и закрывается. Затем земля снимается с груза. Это создает разрыв цепи. В разомкнутой цепи присутствует напряжение источника. Если бы регулятор напряжения был источником 5 вольт, то напряжение в разомкнутой цепи было бы 5 вольт. При вращении заслонка выдвигается между магнитом и элементом Холла. Включается цепь, замыкающая заземляющую ногу от нагрузки.Таким образом, напряжение сигнала падает очень близко к земле. Этот цикл повторяется для создания цифрового сигнала от датчика Холла с экранированным полем.

Зубчатый датчик Холла (рис. 6) — это еще один тип цифрового датчика включения / выключения. Над элементом Холла помещается магнит смещения. В этом датчике магнитное поле всегда проникает через элемент Холла, и всегда присутствует напряжение Холла. Когда зуб шестерни или цель проходит под элементом Холла, магнитное поле в элементе усиливается.По мере усиления магнитного поля напряжение Холла увеличивается. Это напряжение отправляется в схему, которая сравнивает выходное напряжение холла без зубцов с выходным напряжением холла.

Для того чтобы этот датчик работал, цель должна пройти мимо элемента Холла. В положении без зубцов конденсатор заряжается для хранения незубчатого напряжения Холла, чтобы можно было сравнить его с зубчатым напряжением Холла. По мере приближения передней кромки зуба к датчику напряжение Холла увеличивается до заданной рабочей точки.В этот момент компаратор отправляет сигнал в схему триггера. Триггер подает сигнал напряжения на транзистор NPN и включает его. Транзистор NPN подключен к цепи резистора в блоке управления.

Одна сторона резистора подключена к регулятору напряжения, другая сторона — к коллектору NPN-транзистора. Когда транзистор меняет состояние и включается, напряжение сигнала сбрасывается на землю. Когда мишень вращается и задняя кромка зубца проходит через датчик Холла, напряжение падает ниже заданной точки срабатывания, и компаратор подает напряжение на цепь запуска и выключает транзистор NPN.Затем транзистор меняет состояние и размыкает цепь. Теперь в сигнальной цепи присутствует напряжение источника. Если стабилизатор — источник 5 В, напряжение сигнала теперь составляет 5 В. Когда зуб проходит под датчиком Холла, цепь активируется и тянет этот 5-вольтовый сигнал на землю. Этот цикл повторяется для создания цифрового выходного сигнала датчика Холла с зубцами шестерни.

Для поиска неисправностей в этих цепях (см. Рис. 7 и 8) необходимо измерить падение напряжения на питании, заземлении и сигнале.Если сигнал правильный на низком и высоком выходах, питание и заземление также будут в норме. Если источником питания является аккумуляторное напряжение, регулятор напряжения расположен внутри датчика Холла. Если питание подается от электронного модуля, регулятор напряжения находится в этом модуле. Если источник питания падает из-за падения напряжения (сопротивления) или из-за проблемы регулятора, выходной сигнал также упадет. Если напряжение питания увеличивается, выходной сигнал также увеличивается. Если напряжение заземления увеличивается из-за падения напряжения (сопротивления), выходной сигнал также увеличивается.

С аналоговым датчиком Холла, если есть падение напряжения или разрыв цепи между датчиком Холла и модулем управления, напряжение сигнала будет правильным на датчике, но неправильным на модуле. Если напряжение на модуле правильное, а напряжение на диагностическом приборе неправильное, то проблема в аналого-цифровом преобразователе внутри блока управления. Перед заменой блока всегда проверяйте питание, массу и сигналы на модуле управления.

Осциллограф необходим для диагностики цифрового датчика.Следующие рекомендации помогут вам поставить диагноз:

• С цифровым датчиком на эффекте Холла, если сигнал на датчике высокий, прерывистый или полностью отсутствует, цепь от модуля управления исправна.
• В разных блоках управления используются разные уровни напряжения сигнала; Обычны 5, 8, 9 и 12 вольт. Этот уровень напряжения сигнала должен быть в пределах 10% от целевого напряжения, иначе блок управления не обнаружит изменение состояния напряжения.
• Если сигнал низкий, прерывистый или полностью неработающий, регулятор напряжения или цепь в блоке управления могут быть неисправны, сигнальный провод может быть разомкнут или заземлен, или датчик эффекта Холла может быть неисправен и тянет сигнал на землю.
• Если уровень напряжения заземления датчика не находится в пределах 10% от напряжения заземления автомобиля, блок управления не обнаружит изменение состояния сигнала.
• Если напряжение остается высоким или низким, убедитесь, что цель движется.
• При выходе из строя нескольких датчиков Холла убедитесь, что цель не попадает в один из них.
• Когда сигнальный провод Холла закорочен или периодически или постоянно замыкается на источник питания, он сгорает в электронных схемах внутри датчика Холла и, как правило, выводит сигнал на землю.Датчик Холла рассчитан на ток 20 миллиампер или меньше. Резистор расположен в сигнальной цепи, поэтому он может ограничивать ток, протекающий через эту цепь. Если сопротивление этого резистора упадет, ток увеличится, что приведет к отказу нескольких датчиков Холла.

Существует множество конфигураций датчиков Холла. Все эти устройства работают по одним и тем же основным принципам, описанным здесь. Когда вы работаете в отсеке для обслуживания, позвольте своему блеску сиять, как у доктора Эдвина Холла.