Co to jest efekt Halla i do czego służy w smartfonach?
Spis treści:
Tłumaczymy działanie jednego z bardziej tajemniczych czujników wbudowanych w twojego smartfona. Jak działa czujnik Halla? Smartfony i inne urządzenia elektroniczne robią się coraz sprytniejsze. Dzięki zaawansowanym algorytmom, coraz większej pamięci i mocy obliczeniowej, są w stanie reagować na twoje potrzeby często szybciej, niż sam je sobie uświadomisz. Ale nie mogłyby tego robić, gdyby nie cała bateria czujników, którymi nafaszerowane są ich obwody scalone. Smartfon jest w stanie mierzyć temperaturę, wysokość, położenie geograficzne i ruchy, jakie nim wykonujesz. Ale ma też talenty których nie widać na pierwszy rzut oka. Dzięki wykorzystaniu pewnych efektów fizycznych, twój smartfon widzi więcej, niż ty. Jest w stanie nawet rozpoznawać pola magnetyczne i reagować na ich obecność. To zasługa tak zwanego czujnika Halla. Ale jak działa ten stosunkowo tajemniczy czujnik i do czego w praktyce jest stosowany?
Co to jest efekt Halla?
W 1879 roku naukowiec Edwin Hall odkrył, że jeśli magnes jest umieszczony prostopadle do przewodnika o stałym przepływie prądu, elektrony przepływające w przewodniku są odciągane w jedną stronę, tworząc w ten sposób różnicę potencjałów w ładunku (tj. napięcie). Efekt Halla wskazuje zatem na obecność i wielkość pola magnetycznego w pobliżu przewodnika.
Co to oznacza w praktyce? Pomiar energii elektrycznej jest naprawdę łatwy. Pomiar magnetyzmu jest nieco trudniejszy. Dzięki efektowi Halla można go precyzyjnie zmierzyć. Pole magnetyczne odchyla tor lotu elektronów, które zwykle lubią poruszać się w liniach prostych. Ale w polu magnetycznym, pole elektromagnetyczne wytwarzane przez elektryczność reaguje na obecność pól z magnesów i zakrzywia się (przez tzw. siłę Lorentza). Im większe pole magnetyczne, tym większe odchylenie elektronów; im silniejszy prąd, tym więcej elektronów musi się odchylić. W każdym wypadku powstaje większa różnica potencjałów (znana jako napięcie Halla). Innymi słowy, napięcie Halla jest proporcjonalne do wielkości zarówno prądu elektrycznego, jak i pola magnetycznego. Znając jedną z tych wartości, możesz łatwo określić drugą.
Edwin Hall odkrył ten efekt w 1889 roku. 20 lat przed odkryciem elektronu. Jego praca wyprzedziła swój czas i nikt tak naprawdę nie wiedział, co z nią zrobić, aż do opracowania materiałów półprzewodnikowych takich, jak krzem. Dziś odkryty przez niego efekt stanowi podstawę wielu bardzo zróżnicowanych elektronicznych urządzeń.
Polecane smartfony
Co to jest czujnik Halla?
Czujnik Halla jest urządzeniem elektronicznym zaprojektowanym do wykrywania efektu Halla i przekształcania jego wyników w dane. Te dane mogą posłużyć do włączania i wyłączania obwodów, mogą być przetwarzane przez komputer i powodować rozmaite efekty przewidziane przez producenta urządzenia i oprogramowania.
W praktyce, czujniki halla to proste, niedrogie chipy, które korzystając z pól magnetycznych, są używane do wykrywania zmiennych, takich jak bliskość, prędkość lub przemieszczenie układu mechanicznego. Czujniki Halla są bezkontaktowe, co oznacza, że nie muszą stykać się z żadnym elementem fizycznym. Mogą wytwarzać sygnał cyfrowy lub analogowy w zależności od ich konstrukcji i zamierzonej funkcji.
Najprostszym sposobem użycia jednego z tych urządzeń jest wykrycie pozycji czegoś. Na przykład, możesz umieścić czujnik Halla na ramie drzwi i magnes na drzwiach, aby czujnik wykrył, czy drzwi są otwarte, czy zamknięte na podstawie obecności pola magnetycznego. Takie urządzenie nazywa się czujnikiem zbliżeniowym. W przeciwieństwie do kontaktronów, które są mechaniczne, czujniki Halla są całkowicie elektroniczne i nie mają ruchomych części, więc powinny być bardziej niezawodne.
Czujniki efektu Halla można znaleźć w telefonach komórkowych, , urządzeniach GPS, fabrycznych liniach montażowych, samochodach, urządzeniach medycznych i wielu gadżetach Internetu Rzeczy. Oczekuje się, że rynek czujników z efektem Halla będzie rósł o ponad 10% rocznie, osiągając 7,55 mld USD do 2026 r.
Jakie są zastosowania czujników halla?
Czujniki Halla są tanie, solidne i niezawodne, małe i łatwe w użyciu, więc znajdziesz je w wielu różnych maszynach i urządzeniach codziennego użytku, od zapłonów samochodowych przez klawiatury komputerowe i roboty fabryczne po rowery treningowe
Czujniki halla są od dawna stosowane we wszystkich komputerach: w komputer musi zawsze wiedzieć dokładnie, w jakiej pozycji znajduje się napędzający dysk silniczek, a co za tym idzie talerz dysku. Czujnik Halla umieszczony w pobliżu wirującej części silnika będzie w stanie bardzo precyzyjnie wykryć jego orientację poprzez pomiar zmian pola magnetycznego. Takie czujniki mogą być również używane do pomiaru prędkości. Często można je spotkać w elektronicznych prędkościomierzach i miernikach prędkości wiatru. Czujniki Halla trafiły nawet do silników rakiet kosmicznych.
Czujniki Halla w smartfonach - do czego służą?
Po co producenci instalują czujniki Halla w smartfonach? Jest kilka powodów.
Czujnik przyspiesza uruchomienie nawigacji GPS i poprawia pozycjonowanie geograficzne. Czujnik Halla zapewnia smartfonowi możliwość interakcji z osłonami magnetycznymi. Dzięki czujnikowi Halla urządzenia mobilne mogą współpracować z tzw. „inteligentnymi” obudowami Smart Case. W ich pokrywę wbudowany jest magnes. Gdy tylko użytkownik zakryje obudowę, czujnik wysyła sygnał do systemu smartfona - a ekran gadżetu jest automatycznie blokowany. Gdy właściciel smartfona otworzy klapkę obudowy, czujnik wydaje polecenie odblokowania wyświetlacza. Jeśli obudowa ma wbudowane “okienko” pokazujące np. wyświetlony na ekranie zegar, czujnik Halla wydaje polecenie, aby nie wyłączać całkowicie wyświetlacza, ale przełączać go z jednego trybu na inny. W ten sposób czujnik Halla oszczędza baterie twojego smartfona.
Innym urządzeniem wykorzystującym efekt halla są gogle wirtualnej rzeczywistości przeznaczone do wykorzystania ze smartfonem. Na przykład popularne, kartonowe gogle Google Cardboard korzystały właśnie z czujników Halla.
Czujnik, precyzyjnie określając położenie smartfona w przestrzeni może też w pewnym stopniu funkcjonować jako kompas. W pewnym stopniu czujnik Halla może też umożliwiać sterowanie telefonem gestami bez dotykania ekranu.
Ponadto dzięki odkryciu amerykańskiego naukowca możliwe stało się zarządzanie gestami - „trik”, z którym użytkownicy po raz pierwszy spotkali się na Samsungu Galaxy S.
Większość “flagowych” telefonów posiada wbudowany czujnik magnetyczny. Chcesz sprawdzić, czy twój telefon też go ma? Wystarczy prosty magnes. Jeśli, po przypięciu go do ekranu ekran zgaśnie, oznacza to, że telefon jest wyposażony w czujnik Halla który właśnie (błędnie) zinterpretował kontakt z magnesem jako zamknięcie inteligentnej obudowy.
Inne czujniki w twoim smartfonie
Smartfon jest dosłownie napakowany różnymi czujnikami: czujnik Halla to tylko początek. Oto kilka sensorów które znajdują się w większości produkowanych dziś urządzeń.
Czujnik zbliżeniowy Czujnik zbliżeniowy pozwala określić podejście obiektu bez fizycznego kontaktu z nim. Na przykład czujnik zbliżeniowy zainstalowany w telefonie komórkowym może wyłączyć podświetlenie ekranu, gdy telefon zbliży się do ucha użytkownika podczas rozmowy. Ponadto telefon z tym czujnikiem można bezpiecznie włożyć do kieszeni czy etui , bez obawy o przypadkowe wykonanie niepotrzebnego połączenia. Te same czujniki mogą także stanowić podstawę systemu wykrywania gestów, dzięki któremu możesz sterować smartfonem bez dotykania ekranu.
Akcelerometr Występuje w prawie każdym nowoczesnym urządzeniu. Zadanie akcelerometru jest proste - śledzić przyspieszenia nadane urządzeniu. A to oznacza, że śledzi każdy ruch, jaki wykonasz smartfonem i przekłada go na przykład na zmianę orientacji ekranu, gdy trzymasz telefon poziomo. Służy też jako kieszonkowy licznik kroków.
Czujnik światła Określa stopień oświetlenia otoczenia i dokonuje odpowiedniej regulacji jasności ekranu. Dzięki tej automatycznej regulacji jasności można oszczędzać energię
Żyroskop Bardzo precyzyjnie określa położenie urządzenia w przestrzeni i jego przechył. .
Żyroskopy wbudowane w telefony komórkowe są często wykorzystywane przez producentów gier, bo pozwalają na sterowanie nimi za pomocą ruchów całego urządzenia. Są też stosowane w różnego rodzaju aplikacjach rzeczywistości rozszerzonej, a do sterowania.. zdalnie sterowanymi modelami samolotów i samochodów, które mają opcję sterowania aplikacją.
Barometr Barometr zaczął pojawiać się w smartfonach całkiem niedawno. Mierzy ciśnienie atmosferyczne w otoczeniu smartfona i określa wysokość nad poziomem morza. Często jest wykorzystywany włącznie z chipami GPS do precyzyjniejszego określenia pozycji w trzech wymiarach. Zazwyczaj wykrywa zmiany wysokości z dokładnością do nawet 50 cm.
Czujnik temperatury / wilgotności Wykrywają temperaturę otoczenia i poziom wilgotności poprzez mały otwór znajdujący się u podstawy smartfona. Pomagają na przykład aplikacjom fitnesowym lepiej określać optymalny poziom wysiłku podczas treningu.
Znajdziesz w Morele
smartfony Samsung - iPhony - smartfony Oppo - smartfony Realme - sluchawki bezprzewodowe
Komentarze (0)