Зачем нужен датчик Холла, в каких устройствах он стоит

Датчики представляют собою разнообразные устройства, состоящие из различных микроэлектромеханических компонентов, которые позволяют получать и считывать различные дополнительные данные. Это позволяет сделать более удобной работу с гаджетом и добавить ему функциональности.

Безусловно, общеизвестным является тот факт, что современные смартфоны напичканы множеством датчиков, но их применение и количество зачастую остается загадкой, потому как производители представляют общественности информацию только о самых основных из них, как, например, датчики приближения, гироскоп или же акселерометр.

Сегодня мы хотим вам рассказать, какие датчики могут быть в смартфоне и зачем они нужны.

Основные датчики в телефоне

Датчик ориентации или ускорения – акселерометр. Это самый обыкновенный вид датчика, который наблюдается чуть ли не в каждой модели смартфонов или планшетов. Необходим он для того, чтобы регистрировать пространственные повороты девайса из портретного положения в положение ландшафтное. Зачастую, конкретно акселерометр называется G-sensor. Обычно, существуют три оси, по которым датчиком регистрируется разница между ускорением самого объекта и гравитационным ускорением.

В последующем, процессор вычисляет значение разницы, анализирует, и направляет информацию в программное обеспечение. Согласно этой информации становится известно, в какой момент и куда поворачивать экран. Исходя из принципа работы, можно вывести главный недостаток датчика ориентации. Если значение ускорения крайне мало или его нет, то он останавливает процесс регистрации пространственного расположения девайса, или же погрешность в регистрировании достаточно высока. Это может оказывать отрицательное влияние на точности управления гаджетом в мобильных играх или в момент управления, к примеру, дроном. В таком случае помощь акселерометру оказывает следующий датчик.

Гироскоп. Необходим также для того, чтобы отмечать пространственное расположение девайса, но при этом свободно может осуществлять регистрацию угла наклона устройства по трем осям даже в том случае, если не происходит движение смартфона. Это повышает точность управления при игре на мобильном телефоне, так как разработчики благодаря гироскопу могут получать данные о том, насколько отклонилось устройство от каких-либо координат, и погрешность в таком случае равна примерно одному-двум градусам.

Датчик геомагнитного анализа. Он может реагировать на магнитные поля нашей планеты. Его еще частенько величают электронным компасом, потому что с его помощью девайс может отображать информацию о положении сторон света. Как пример, если есть геомагнитный датчик, смартфон может обходиться без GPS-модуля, определяя местоположение объекта. Это один из главных датчиков современных смартфонов и прочих устройств.

Зачастую для того, чтобы повысить точность, в смартфон устанавливаются еще датчики, работающие по схожему принципу, но обладающие более простым набором функций. Безусловно, пользователь может при помощи магнитометра выполнять его прямые функции – использовать его как металлоискатель, отыскивать проводку в стенах здания или как компас. В мобильных маркетах необходимо для этого искать нужное программное обеспечение.

Датчик приближения. Предоставляет возможность идентификации объекта и вычисления расстояния до него. В него входит излучатель инфракрасных лучей и их приемное устройство. Если приемное устройство не получает сигнал, это означает, что предмет отсутствует, а когда излучение попадает в приемник, то это свидетельствует о том, что существует предмет, отразивший собою луч. Широкое применение он находит, к примеру, отключая подсветку дисплея, когда смартфон поднесен к уху в момент звонка. Некоторые более прогрессивные варианты могут считывать некоторые жесты и в дальнейшем отвечать на это определенным действием. Порой датчик приближения может использоваться в случаях, когда при закрытии чехла необходимо погасить дисплей.

Датчик света или же датчик освещенности. Благодаря ему устройство может определять уровень освещенности окружающей соежы. Это позволяет автоматически изменять яркость подсветки дисплея. Это достаточно удобная функция – не приходится постоянно изменять уровень яркости экрана вручную. В более дорогих моделях смартфонов порой используется прогрессивная и расширенная версия датчика, которому под силу анализировать уровень интенсивности главных цветов (RGB), чтобы в последующем настроить цвета на дисплее или корректировать баланс белого в процессе фотографирования.

Если смартфон обладает только акселерометром, это говорит о том, что модель относится к самой бюджетной категории и обладает возможностью поворота экрана. Безусловно, порой производитель не предоставляет всеобъемлющую информацию о датчиках, которые есть в наличии, поэтому следует прочесть некоторые обзоры, где детально анализируется вся «начинка» мобильного устройства.

Если все датчики, что перечислены выше, имеются в смартфоне, а также в электронику устройства входят некоторые из тех, что будут рассмотрены ниже – это означает, что модель является довольно продвинутой.

Датчики, которые зачастую не встречаются в дешевых смартфонах

Датчик Hall. Позволяет улавливать и анализировать магнитные поля, но обладает весьма упрощенным механизмом работы. Реагирует на магнитное поле лишь в случае его усиления, а осевая напряженность не регистрируется. Будет удобен в случае, когда используются чехол SmartCover – дисплей гаснет в тот момент, когда улавливает приближение встроенного в чехол магнита. Стоит отметить, что если в числе поддерживаемых аксессуаров существует «умная обложка», то этот датчик в телефоне присутствует. Производитель не всегда могут указывать информацию о том, что сенсор встроен в устройство.

Барометр. Датчик, который позволяет определить значение атмосферного давления. Его можно использовать и по непосредственному предназначению, и в случаях, когда требуется определить уровень высоты над уровнем моря или выяснить расположение телефона.

Термометр. Предназначен для того, чтобы с высокой точностью определять температуру в окружающей его среде.

Гигрометр (или датчик влажности). Определяет уровень влажности. Как и предыдущий датчик, был представлен впервые в модели Galaxy S4, но теперь используется во многих смартфонах и прочих устройствах.

Педометр (или шагомер). По одному лишь названию данного сенсора можно догадаться, для чего он используется. Благодаря ему определяется, сделал ли человек шаг. Это автономный датчик, который с высокой точностью идентифицирует шаги, разгружая от работы акселерометр.

Датчик, сканирующий отпечатки пальцев. Конечно, было бы логичнее рассказывать про этот сенсор в статьях, где рассказывается про то, каким образом обеспечивается надлежащий уровень безопасности мобильного устройства. Но данный сенсор по достоинству может называться одним из наиболее необходимых и важных датчиков в современных смартфонах. Он позволяет не только повысить уровень безопасности устройства, но и открывать конкретные приложения, а также подтверждать транзакции.

Датчик, сканирующий сетчатку глаза. Позволяет считать и проанализировать уникальность сетчатки глаза. В моментах, когда необходимо обеспечивать безопасность смартфону. На слуху сенсор уже довольно-таки давно, но пока реализован он в немногих смартфонах.

Датчик, анализирующий биение сердца. Изначально был встроен в модели Galaxy S5 и применялся с той целью, чтобы телефон смог стать окончательно личным помощником и тренером. Приложение под названием S-Health умело получать гораздо больше информации о человеке на всех этапах тренировок, и это позволяло предоставлять пользователю лучшие индивидуальные рекомендации.

Датчик, регистрирующий насыщение крови кислородом. Не обладает аналогами, и также используется в вышеупомянутом приложении. Если подобные приложения появятся, то он сможет успешно работать и с ними.

Дозиметр. Позволяет получить и определить дозу или мощность ионизирующего излучения. Иначе говоря, при его использовании можно измерить фон радиоактивности.

Ряд вспомогательных датчиков смартфонов

Порой, для того, чтобы уровень точности был повышен, смартфоны обеспечиваются дополнительными сенсорами, которые обладают аналогичным, но более упрощенным набором функций.

  • Вспомогательный датчик, позволяющий осуществлять пространственную ориентацию.
  • Сенсор гравитации – указывает величину, а также направление силы тяжести.
  • Указывающий значение ускорения вдоль всех трех осей, при этом не обращая внимания на уровень силы тяжести.
  • Определяющий угол отклонения мобильного девайса в момент его вращения вокруг одной оси из трех.
  • Датчик, который может определять ряд заранее установленных движений, как, например, потряхивание.
  • Для определения жестов и движений.
  • Позволяющий отслеживать и идентифицировать лицо.
  • Датчик, который может получать лишь двойной клик по дисплею.
  • Отслеживающий поворот не всего гаджета, а только его дисплея.

Конечно же, могут существовать и многие другие разнообразные датчики, но все секреты и тайны их использования известны только лишь разработчикам какого-либо программного обеспечения или же операционных мобильных систем.

Дата публикации: 25 ноября 2018.
Категория: Автотехника.

Любой современный автомобиль «напичкан» самыми различными датчиками. Сигналы от них поступают на электронный блок управления (ЭБУ), бортовой компьютер или непосредственно на приборную панель. В данной статье речь пойдет о датчике Холла, его использовании в автомобиле и способах самостоятельной проверки работоспособности этого сенсора.

Принцип работы

Принцип эффекта Холла (он получил свое название в честь ученого, впервые обнаружившего его еще во второй половине XVIII века):

  • Если к полупроводниковой прямоугольной пластинке (в точках A и B) подключить источник постоянного напряжения, то электрический ток, протекающий через нее, будет представлять собой прямолинейное встречное движение отрицательно и положительно заряженных частиц (то есть, электронов и «дырок»).
  • Подсоединенный к точкам C и D вольтметр показывает «0» (это значит, что напряжение отсутствует).

  • Если к пластине подносят постоянный магнит, то создаваемое им поле отклоняет движение заряженных частиц к внешним граням полупроводникового прямоугольника. В результате этого между точками C и D возникает разность потенциалов, то есть, наблюдается наличие напряжения (Vh). Что и фиксируется вольтметром.

Многие датчики в автомобилях работают именно на основе вышеописанного эффекта Холла. Естественно, напряжение на полупроводниковой пластинке минимально и его недостаточно для непосредственной подачи на бортовой компьютер. Современные технологии позволили создать на основе эффекта чип, состоящий из нескольких функциональных устройств:

  • непосредственно полупроводниковой пластинки Холла, которую изготавливают из арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb) или арсенида индия (InAs);
  • усилителя напряжения;
  • триггера Шмидта;
  • регулятора напряжения (для предотвращения выхода из строя при резких скачках напряжения бортовой сети);
  • выходного коммутирующего транзистора.

В результате при изменении интенсивности магнитного поля, воздействующего на полупроводниковую пластинку, на выходе устройства получают «понятные» бортовому компьютеру нули и единицы.

Технологически современные сенсоры Холла представляют собой микросхему с тремя выводами для:

  • подключения напряжения питания;
  • заземления;
  • снятия преобразованного датчиком сигнала.

Применение в автомобиле

В современных автомобилях датчики Холла находят довольно широкое применение. Их используют:

  • В распределителях (или как принято называть в народе трамблерах) бесконтактных систем зажигания бензиновых двигателей.
  • Для контроля оборотов двигателя и вывода показаний непосредственно на тахометр приборной доски.
  • В дизельных моторах в качестве датчиков определения положения коленчатого и распределительного вала, для того, чтобы бортовой компьютер «смог» определить положение первого цилиндра и синхронизировать работу форсунок. Более подробно об это рассказано в представленном ниже видео:

  • В системах АБС.
  • Для синхронизации работы отдельных узлов автоматических коробок передач.

Датчик Холла в системе зажигания

В современных бесконтактных системах зажигания вместо механического размыкателя применяют датчик Холла. Сам сенсор установлен на корпусе трамблера и имеет специальную прорезь, с одной стороны которой установлен постоянный магнит, с другой – микросхема с чувствительным элементом. На оси прерывателя закреплена металлическая коронка с прямоугольными зубцами и прорезями (в соответствии с количеством цилиндров двигателя). Сам принцип работы достаточно прост. При вращении ротора распределителя металлические зубцы коронки проходят через зазор датчика Холла.

В результате:

  • Когда щель между постоянным магнитом и чипом свободна (это происходит в момент прохождения прорези вращающейся коронки через зазор датчика), на выходе сенсора напряжение отсутствует (либо оно минимально). ЭБУ «воспринимает» такой сигнал как логический ноль.
  • И наоборот, когда металлическая пластина входит в зазор датчика и перекрывает магнитный поток, на выходе устройства появляется значительное напряжение, которое поступает на ЭБУ. Блок «включает» в работу высоковольтную катушку и в нужном цилиндре происходит воспламенение воздушно-топливной смеси.

Для информации! Существуют датчики (в зависимости от марки автомобиля и прошивки его «мозгов»), алгоритм работы которых выглядит с точностью «до наоборот» (по сравнению с вышеописанным).

Как проверить самостоятельно

Вполне стандартная ситуация: двигатель плохо заводится, работает нестабильно или периодически глохнет. Описанные симптомы вполне могут быть вызваны неисправностью датчика Холла, установленного в распределителе зажигания. Как проверить его работоспособность? Наиболее правильно (с технической точки зрения) осуществлять это с помощью осциллографа. Однако, такой дорогостоящий измерительный прибор редко встречается «в хозяйстве» автолюбителя. А, вот стандартный мультиметр есть, практически, у всех. Именно с помощью него можно довольно легко проверить работоспособность сенсора. Для этого сначала собираем схему:

Далее все просто:

  • Включаем блок питания (или просто подсоединяем провода к снятому с автомобиля аккумулятору): при этом показания вольтметра должны быть близкими к нулю (как правило, не более 0,3÷0,4 В).
  • Вставляем в щель датчика плоский металлический предмет (подойдет пилка по металлу или нож). Если показания прибора резко увеличиваются (величина напряжения зависит от марки тестируемого сенсора), то датчик Холла исправен. В противном же случае можно сделать заключение, что перебои в работе двигателя происходили именно из-за него, и, следовательно, он подлежит замене на новый.

Если у вас нет мультиметра, то вместо него можно использовать светодиод (рассчитанный на прямое напряжение около 12 В и стоимостью порядка 10÷12 рублей), чтобы проверить датчик по аналогичному алгоритму.

На заметку! В качестве источника питания можно использовать регулируемый лабораторный блок или, в крайнем случае, батарейку типа «Крона» напряжением 9 В.

Проверка датчика положения коленчатого и распределительного вала

Датчики положения распределительного и коленчатого вала, основанные на эффекте Холла работают несколько иначе (по сравнению с сенсорами, которые устанавливают в распределители бесконтактных систем зажигания).

Принцип работы:

  • На вал установлен специальный зубчатый ферромагнитный диск. Причем, в строго определенном месте один или два зубца отсутствуют.
  • В непосредственной близости от торца диска закреплен датчик Холла (с минимальным зазором).
  • При вращении вала напротив сенсора последовательно оказывается либо выступающий зубец диска, либо прорезь. Вследствие чего магнитное поле, действующее на чувствительный элемент, постоянно меняется, и на выходе датчика формируются импульсы напряжения одинаковой длительности и скважности.
  • Когда мимо чувствительного элемента сенсора проходит сектор диска с отсутствующим зубцом, то устройство выдает импульс большей длительности. Этот момент и является «отправной точкой» определения положения вала для ЭБУ.

Проверку сенсора положения (или как его еще называют датчика фаз) можно также осуществить самостоятельно. Подробности вы узнаете из представленного ниже видео: