Датчик холла в телефоне: что это и для чего он нужен?

Измерение тока с помощью эффекта Холла

Тот факт, что эффект Холла зависит от магнитного поля, означает, что его можно использовать в качестве бесконтактной технологии. Таким образом, он не является «навязчивым», в отличие от наиболее распространенного способа измерения тока, который заключается в использовании шунта (низкоомного резистора) и измерении падения напряжения на нем. Использование эффекта Холла для измерения тока по своей природе надежно в приложениях большой мощности, поскольку оно не опирается на потенциал земли в качестве эталона.

Для обычного датчика тока на основе эффекта Холла это означает размещение датчика перпендикулярно магнитному полю и использование концентратора, обычно ферромагнитного сердечника, имеющего форму кольца или квадрата, расположенного вокруг проводника, несущего измеряемый ток (рисунок ниже). Датчик обычно держат в небольшом воздушном зазоре, образованном между двумя концами ферромагнитного сердечника.

С датчиком тока IMC-Холла чувствительный элемент расположен параллельно протекающему току. В этом случае ферромагнитный сердечник не требуется; однако для защиты от перекрестных помех может потребоваться защита. Это означает, что его можно использовать для измерения тока, протекающего по шине или дорожке печатной платы, просто расположив датчик над шиной или дорожкой. Этот тип датчика активируется технологией IMC-Hall с использованием встроенного магнитного концентратора (IMC), разработанного компанией Melexis.

По сути, это магнитное поле, генерируемое током, который обнаруживается благодаря эффекту Холла, а не самим протекающим током.

Чем отличаются магнитные и геомагнитные датчики

Часто сенсоры, встроенные в смартфон, в некоторой мере дублируют и дополняют друг друга. Например, геомагнитный датчик может работать также в тандеме с датчиком Холла. Арсенал устройства пополняется дополнительными аппаратными датчиками со схожим принципом работы, при этом упрощённой функциональности, с целью повышения точности.

Так, владелец Android-девайса может найти в списке имеющихся сенсоров магнитный и геомагнитный анализаторы, отличающиеся предназначением и вариациями применения.

Магнитный датчик позволяет улавливать и анализировать магнитные поля, при этом имея упрощённый механизм работы. Его задача заключается в регистрации усиления магнитного поля, тогда как на осевую напряжённость сенсор не реагирует. Современные мобильные устройства оснащаются им для взаимодействия с аксессуарами, такими как чехол SmartCover в виде книжки. Когда «умная обложка» закрывается, датчиком регистрируется приближение магнита, интегрированного в чехол, сигнал подаётся системе и экран смартфона гаснет. Это избавляет пользователя от необходимости вручную блокировать дисплей устройства, исключает случайные нажатия и экономит заряд батареи. При открытии обложки магнит на флипе удаляется от сенсора, магнитное поле изменяется. Это регистрируется датчиком, он подаёт команду системе и экран загорается снова. В некоторых чехлах предусмотрено окошко ля отображения определённых участков дисплея (часы, сообщения, пропущенные звонки и прочие) – возможность также обеспечена датчиком Холла, определяющим необходимость полностью блокировать экран или оставить отдельную область активной.

Наличие датчиков в мобильном телефоне

Геомагнитный сенсор являет собой более совершенную конструкцию, позволяющую регистрировать магнитное поле Земли, с высокой точностью определяя стороны света

Это обеспечивает возможность использования смартфона как компаса, но перед применением важно откалибровать датчик

Датчик Холла в телефоне

Поскольку телефон представляет собой компактное портативное устройство, очевидно, что и все его детали должны быть выполнены в уменьшенном варианте.

Так, датчик Холла в телефоне является всего лишь микросхемой, которая в таком мини формате выполняет хоть и ограниченный список функций, но при этом все равно остаётся незаменим. Перечислим главные его задачи:

• Автоматическая регулировка яркости дисплея смартфона в зависимости от освещения.
• Блокировка экранf при закрытии крышки телефона и его активация при открытии. Характерно для раскладушек.
• Обеспечивает автоматический поворот экрана при соответствующих движениях, меняющих вертикальное положение гаджета на горизонтальное и наоборот. А также считывание направления движений во время игры.
• Работает в качестве цифрового компаса, даёт точное положение в GPS-навигаторе.
• Взаимодействует с магнитным чехлом (при его наличии), таким образом, экономит заряд устройства.

Возможно, вам будет интересна статья «Как распечатать фото с телефона на принтере».

IC, MST & MLC Тесты

Датчик Холла IC обнаруживает магнитные поля и в основном используется для обнаружения магнитных откидных крышек, чтобы автоматически переводить телефон в режим сна, когда магнит в откидной крышке касается телефона. Сам по себе тест мало что дает, и он просто подтверждает, что датчик работает правильно.

MST, что означает магнитную защищенную передачу, позволяет устройствам временно считывать ваш телефон как кредитную карту. Этот датчик необходим при использовании платежных сервисов, таких как Samsung Pay. MLC, с другой стороны, является технологией, которая используется в датчиках отпечатков пальцев. В этой области не так много тестов, которые, похоже, больше ориентированы на разработчиков.

Применение эффекта Холла в автомобильной промышленности

Благодаря использованию технологии встроенного магнитного концентратора многие приложения в автомобильной промышленности могут использовать эффект Холла. Работая в трех измерениях, датчик Холла может использоваться для определения положения педалей, вращения рулевой колонки и состояния тормозного рычага, а также положения сидений с электроприводом.

Он также может применяться под капотом для контроля вращающихся частей насосов и двигателей, а также для измерения тока, потребляемого электрифицированными частями силового агрегата, такими как инвертор, система контроля аккумулятора (BMS) или бортовое зарядное устройство (OBC).

Где он применяется?

Мы с вами установили, что такое датчик Холла в смартфоне. Однако гаджеты — это не единственная сфера применения изобретения, которое также отличается возможностью бесконтактного управления каким-либо устройством.

Надо сказать, что эффект Холла был открыт сравнительно давно — в 1879 году. А впервые применили его на практике только спустя 75 лет после этого события. Полезен он оказался для автомобилей — датчик использовали для измерения угла расположения коленвала, распредвала. В более старых моделях машин датчик Холла определял момент образования искры.

Далее по пути прогресса прибор стали применять и в сложных системах:

• бесконтактные выключатели;
• системы, предназначенные для чтения магнитных кодов;
• устройства, используемые для бесконтактного определения в проводниках силы тока;
• измерители уровня жидкости;
• ионные ракетные двигатели.

Аналоговые и цифровые решения

Датчики на основе эффекта Холла фиксируют разницу потенциалов. Аналоговое решение, рассмотренное выше, основано на преобразовании индукции поля в напряжение с учетом полярности и силы поля.

Принцип работы цифрового датчика состоит в фиксации присутствия или отсутствие поля. В случае достижения индукцией определенного показателя датчик отмечает наличие поля. Если индукция не соответствует необходимому показателю, тогда цифровой датчик показывает отсутствие поля. Чувствительность датчика определяется его способностью фиксировать поле при той или иной индукции.

Цифровой датчик Холла может быть биполярным и униполярным. В первом случае срабатывание и отключение устройства происходит посредством смены полярности. Во втором случае включение происходит при появлении поля, отключается датчик в результате того, что индукция снижается.

IC, MST & MLC Тесты

А этот датчик обнаруживает магнитные поля и в основном используется для обнаружения магнитных откидных крышек, чтобы автоматически переводить телефон в режим сна, когда магнит в откидной крышке касается телефона. Сам по себе тест мало что дает, и он просто подтверждает, что датчик работает правильно.

MST, что означает магнитную защищенную передачу, позволяет использовать ваш смартфон как платежную карту. Этот датчик необходим при использовании платежных сервисов, таких как Samsung Pay. MLC, с другой стороны, является технологией, которая используется в датчиках отпечатков пальцев. В этой области не так много тестов, которые, похоже, больше ориентированы на разработчиков.

Достоинства и недостатки

Плюсы:

• универсальность (одновременно определяют положение, направление и так далее);
• износостойкость. Нет движущихся узлов, это твердотельные прочные устройства, что обеспечивает чрезвычайную долговечность;
• почти полная независимость от необходимости обслуживания;
• датчик тока на эффекте Холла работает при вибрациях, в пыльных, влажных, агрессивных условиях, при высоких температурах.

Минусы:

• у стандартных приборов максимум расстояния до замеряемого тока около 10 см. Но все зависит от магнита: если он мощный и создает широкое поле, то дистанция увеличивается;
• характерная «болезнь» — точность, поскольку есть зависимость от магнитного поля, и другие внешние подобные явления могут вносить искажения. Это же касается высоких температур, так как они меняют сопротивление проводников, соответственно, и подвижность носителей заряда, но тут страдает чувствительность. Впрочем, такое встречается редко или влияние ничтожное, в целом не особо влияет на работу.

Доступ к секретному меню диагностики

Прежде чем мы начнем, важно отметить, что эта функция может быть недоступна на вашем устройстве. Некоторые операторы блокируют режим диагностики на основе кода на своих смартфонах и планшетах Samsung

Чтобы начать, просто откройте приложение телефона Samsung. Затем введите с помощью клавиатуры набора номера, и телефон немедленно перейдет в режим диагностики

Обратите внимание, что процесс происходит автоматически, поэтому нет необходимости нажимать зеленую кнопку вызова, чтобы ввести команду. Поэтому, если вы вводите код и ничего не происходит, эта функция отключена на вашем устройстве

Ниже приведены тесты, которые вы можете выполнить на своем смартфоне  после ввода кода

Обратите внимание, что на некоторых скриншотах могут отсутствовать данные из-за соображений безопасности или характера тестов

Линейные (аналоговые) датчики Холла

В линейных датчиках напряжение Холла (напряжение на гранях А и С) будет зависеть от напряженности магнитного поля. Или простыми словами, чем ближе мы поднесем магнит к датчику, тем больше будет напряжение Холла. Это и есть прямолинейная зависимость.

В линейных датчиках Холла выходное напряжение берется сразу с операционного усилителя. То есть в линейных датчиках вы не увидите триггер Шмитта, а также выходного переключающего транзистора. То есть все это будет выглядеть примерно вот так:

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку.

Теоретически, если подавать ну очень сильный магнитный поток на датчик Холла, то напряжение Холла будет бесконечно большим? Как бы не так). Выходное напряжение будет лимитировано напряжением питания. То есть график будет выглядеть примерно вот так:

Как вы видите, до какого-то момента у нас идет линейная зависимость выходного напряжения датчика от плотности магнитного потока. Дальнейшее увеличение магнитного потока бесполезно, так как оно достигло напряжения насыщения, которое ограничено напряжением питанием самого датчика Холла.

Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого провода, например, токовые клещи.

Существуют также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах, называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально плотности магнитного потока.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

А что, если?..

Не стоит встряхивать, бить или тереть телефон, если вдруг датчик перестал функционировать. Шаманские танцы с бубном и чтение магических мантр также не окажут желаемого результата. Проблематичную ситуацию, когда не работает акселерометр, можно решить лишь двумя способами:

• Программный ремонт (настройка, прошивка и обновление ПО телефона).
• Аппаратное восстановление работоспособности пространственного датчика (замена модуля управления, техническое обслуживание).

Причем второй вариант — прерогатива специалистов-электронщиков.

Впрочем, давайте рассмотрим еще несколько немаловажных аргументов в пользу столь важного устройства

Датчик света

Как следует из названия, этот датчик отвечает за обнаружение окружающего света. Нажмите на «Light Sensor», чтобы начать тестирование, а затем выставьте ваш телефон на свет различной яркости. Уровни должны регистрироваться по очереди, начиная с «Уровня 1» для слабого освещения вплоть до «Уровня 3» для чрезвычайно яркого освещения.

Гироскоп

Гироскоп измеряет вращение вашего устройства и работает вместе с акселерометром, чтобы составить полноценную картину движения. Есть несколько способов проверить гироскоп: вы можете выполнить тест вручную, нажав «Display» или «Graph», или вы можете повернуть телефон и прочитать результаты в виде чисел или линейного графика.

Кроме того, вы можете выбрать автоматическое тестирование функциональности гироскопа, выбрав «Gyro Selftest» для осей x и y .

Магнитный датчик

Нажав на «Selftest» в разделе «Magnetic Sensor», вы запустите автоматическую проверку магнитного датчика. Если вы хотите провести тестирование вручную, нажмите «Power Noise Test», а затем поводите магнитом вокруг телефона. Например, на S8 магнитный датчик расположен вдоль левого верхнего угла телефона, о чем свидетельствуют магнитные пики на графике, когда магнит находится вблизи этой области.

HRM

Это проверяет датчик сердечного ритма вашего смартфона и может быть выполнен двумя способами. Нажав на кнопку «Start» на вкладке «HRM», вы попадете на страницу «HRM Test»,  где сможете проверить пульсометр своего смартфона, положив палец на датчик. Запустив тест «HRM EOL», вам нужно будет поставить телефон в автономный режим и держать его полностью неподвижным, в противном случае он будет регистрировать сбои.

Сканер отпечатков пальцев

Нажмите на «Normal Scan», чтобы начать тестирование, которое будет выполнено автоматически. Нажав на «Sensor Information» вам покажут детали, как например, версию прошивки.

Как проверить наличие датчика Холла в устройстве

Обычно датчик не устанавливается в смартфоны бюджетного или среднего ценового диапазона. Либо в таких устройствах используется урезанная конфигурация сенсора. Что бы проверить наличие датчика в устройстве необходимо установить приложение для тестирования – Aida64 или Antutu.

При использовании Aida64 в меню нажмите на пункт «датчики».

В новом меню просмотрите список доступных датчиков.

В приложении Antutu нажмите на пункт «Мое устройство».

Опуститесь вниз до категории «Датчики». В случае с рассматриваемым смартфоном Motorola Turbo 2 датчик Холла именуется «Магнитометром».

Если же вы только планируете купить телефон и интересуетесь поддержкой датчика Холла, в таком случае лучше обратится в службу поддержки производителя.

Обзор «полезностей» пространственного контроллера

Давайте рассмотрим несколько благоприятных моментов при использовании основных функциональных способностей акселерометра:

1. Во время пробежек целесообразно использовать шагомер. Осуществляя контроль посредством данного приложения, вы всегда будете владеть информацией о количестве пройденных шагов, что станет своеобразным стимулом улучшать результат тренировок и качественно влиять на общий ход занятий спортом.

2. Датчик акселерометра в телефоне упраздняет порой сложный, но вместе с тем трудоемкий процесс управления игрой, приближая пользователя к пониманию абсолютного комфорта. Естественные телодвижения позволяют геймеру получить максимум удовольствия. Эффективность воздействия заключается не в силе нажатия или правильно выбранной кнопки, а исключительно зависит от выбора оптимальной амплитуды движения и точности процесса позиционирования. Легкость и непринужденность игрового момента позволяют считать акселерометр неоспоримым преимуществом в управлении игровым сценарием.

Какие бывают типы датчиков Холла

Датчики Холла подразделяются на два типа:

1. Аналоговые датчики Холла В этом типе датчиков использовано преобразование магнитной индукции напрямую в напряжение. Свое применение аналоговые датчики нашли в измерительных технических устройствах. Это, например, датчики тока, датчики вибрации, датчики угла поворота.
2. Цифровые датчики Холла Цифровой датчик Холла имеет всего два положения, которые показывают наличие или отсутствие магнитного поля. Практически это аналог геркона, но если в герконе присутствует механический контакт, то цифровой датчик Холла бесконтактный.

датчик с эффектом Холла Подразделяются такие датчики на три вида:

• Униполярный – когда сила магнитного поля достигает определенной величины датчик срабатывает. Такие датчики откликаются только на один полюс. Если к датчику поднести магнит другим полюсом, то датчик на него не реагирует. Когда сила магнитного поля снижается датчик возвращается в исходное положение.
• Биполярный – в этом случае имеет значение полярность магнитного поля. Один полюс включает датчик, другой полюс выключает.
• Омниполярный датчик Холла – реагирует на любой магнитный полюс. Т.е. любой полюс может включать и выключать датчик. Это может быть, как южный, так и северный полюс.

Как правило цифровой датчик Холла имеет три вывода и внешне похож на транзистор.

сенсор Холла с выводами

На два вывода датчика подается питание, которое может быть, как однополярным, так и двуполярным. Третий вывод сигнальный. Такой тип датчиков часто применяется в бесконтактных системах зажигания, как датчик скорости в автомобилях и т.д.

Что это за датчик?

Датчик Холла — датчик определения положения который основан на эффекте Эдвина Холла. Используется в смартфоне в роли магнитометра, как основа для работы электронного компаса и не только. Его задача — фиксировать наличие магнитного поля и определять его изменение.

Эффект Холла был открыт еще 1879 году в тонких пластинках золота, но использовать его в технике смогли только через 75 лет, когда наладили производство полупроводниковых пленок с нужными для него свойствами. Ему нашли применение в автомобилях — он помогал делать измерения угла положения распредвала/коленвала.

В смартфоне используется упрощенный аналог устройства, определяющий только наличие магнитного поля без определения напряженности по осям. Реализация довольно проста: помещенный в магнитное поле проводник, по которому проходит электрических ток, способствует тому, что электроны отклоняются к одной из граней пластины. Электроны в этой части накапливают отрицательный заряд, на противоположной грани — положительный. Процесс продолжается до момента, пока образовавшееся электрическое поле не компенсирует магнитную составляющую силы Лоренца. Образованная разность потенциалов (которую именуют холловским напряжением) на краях пластины фиксируется датчиком Холла. В телефоне он реализован микросхемой, на выходе которой создается сигнал в двух состояниях:

• единица (1 — есть сигнал);
• ноль (0 — сигнала нет).

В зависимости от считанной информации с датчика смартфон выполняет запрограммированное действие.

Сейчас этот эффект применяется в разных технических реализациях. Кроме современных телефонов, повседневное применение нашлось:

• в системах электронного зажигания ДВС;
• в приводах дисководов;
• двигателях кулеров компьютерной техники;
• в электроизмерительных приборах для реализации бесконтактного измерения силы тока;
• в ионных реактивных двигателях.

Как проверить датчик Холла

Проверка датчика Холла возможна при помощи стандартных функций смартфона, которые используют сенсор. Данный оператор выходит из строя крайне редко, поэтому проверка сводится к обнаружению, встроен ли он в смартфон или нет.

Если телефон уже у вас на руках, то достаточно поднести магнит к экрану, при наличии контроллера, он должен погаснуть. Причем достаточно даже небольшого кусочка магнита. Если убрать его, экран снова должен заработать. В период прикасания магнитом устройство можно стандартно разблокировать через кнопку.

Самый простой способ достичь цели, если доступа к устройству нет – это посмотреть описание смартфона, в параметрах «Датчики» или «Другое» должна быть соответствующая строка. Информация доступна на бесплатных интернет ресурсах или на официальном сайте. Также можно изучить бумажную документацию. К сожалению, не всегда указываются полные характеристики смартфона и записи о датчике может просто не быть, так как устройство является второстепенным. Наиболее полная информация доступна в электронной документации от производителя, её можно загрузить на официальном сайте.

Дополнительно удостовериться в наличии или отсутствии датчика можно при помощи следующих методов:

На практике использование сенсора может быть удобным благодаря магнитным-чехлам. По внешнему виду чехол не имеет значительных отличий, но в нём встроен магнит. При открытии верхней крышки экран активируется, при закрытии блокируется. Если на смартфоне нужно выполнить пару простых действий, можно даже не открывать чехол, при наличии нём окошка, а достаточно просто нажать на кнопку блокировки и 2 раза тапнуть по дисплею.

Стоит учесть, что частое использование датчика Холла приводит к быстрой потере заряда, поэтому предпочтительно ограничить работу и лишний раз предотвратить его активацию.

Что такое геомагнитный датчик

Встраиваемый в мобильное устройство геомагнитный датчик (geomagnetic fields sensor, магнитометр) являет собой сенсор, реагирующий на магнитные поля Земли, то есть, улавливающий электромагнитное излучение. Поскольку с его помощью можно определить стороны света и узнать текущее направление девайса, он именуется также «электронный компас».

Измерения магнитных полей, выполняемые датчиком, позволяют хорошо ориентироваться на местности, что обеспечит точную навигацию и очень выручит в отсутствии модуля GPS на устройстве, ведь с магнитометром легко определить текущее местонахождение смартфона и направление движения (при этом подразумевается использование Wi-Fi и вышек сотовой связи).

Заключение по основным датчикам

Итак, наличие у смартфона или планшета исключительно акселерометра говорит о том, что это устройство самого низкого ценового диапазона и умеет только «вращать экран». Это удел дешевых смартфонов и планшетов. Конечно, есть вероятность, что производитель не дал вменяемой информации о типах используемых датчиков – в этом случае нужно начинать читать обзоры, в которых подробно изучается аппаратная начинка устройства с помощью приложения System Info for Android, к примеру.

Наличие у смартфона акселерометра, геомагнитного датчика, датчика приближения и освещенности, говорит о его достаточной оснащенности, но он все еще не очень хорош для управления квадракоптером или игр, где управление наклоном/поворотом возложено на перемещение смартфона пользователем. Эту проблему решает гироскоп – устройства с гироскопом точно отслеживают малейшие отклонения.

Наличие всех вышеперечисленных сенсоров, большого набора вспомогательных датчиков (рассмотрены в конце статьи) и большинства нижеперечисленных сенсоров свидетельствует в пользу того, что перед вами продвинутый аппарат, использование которого станет удовольствием, а его возможности превзойдут все ваши ожидания – это лучшие планшеты и смартфоны.

Датчик Холла

(Hall sensor) – улавливает магнитное поле, как магнитометр, но имеет простой принцип действия, то есть реагирует только на усиления поля, а не регистрирует напряженность по осям. Применяется для использования обложек типа Smart Cover – позволяет отключать экран при приближении к нему встроенного в обложку магнита

Этот сенсор указывается производителями редко, поэтому обращайте внимание на доступные аксессуары для смартфона или планшета – если среди них есть «умный чехол», то датчик Холла присутствует

Барометр

(pressure sensor) – датчик, измеряющий атмосферное давление. Может применяться как по прямому назначению, так и в качестве помощника модулям GPS/ГЛОНАСС для ускорения определения местоположения устройства и высоты над уровнем моря (альтиметр).

Термометр

(ambient temperature sensor) – датчик температуры окружающей среды. Впервые появился у Galaxy S4 для улучшения работы приложения S-Health, но теперь применяется во множестве других дорогих смартфонов.

(гигрометр) – также впервые появился в Galaxy S4 в качестве расширения функционала S-Health.

Шагомер

(педометр, step detector) – говорящее название сенсора намекает, что он определяет шагнул человек или нет. Это действительно отдельный сенсор, позволяющий точнее определить шаги и уменьшить нагрузку на акселерометр, который является шагомером в большинстве смартфонов без выделенного сенсора. В помощь шагомеру иногда добавляются Step Counter sensor и, даже, pedestrian activity motion sensor – счетчик шагов и датчик активности пешехода (вероятно, оценивает темп ходьбы). Такой датчик есть, например, в LG Nexus 5 и Galaxy Note 3.

Сканер отпечатков пальцев

(fingerprint sensor, Touch ID) – сенсор, считывающий уникальный рисунок отпечатка пальца. Странно видеть сканер отпечатков в статье про датчики – его лучше было бы отнести к разделу статьи про обеспечение безопасности устройства. Однако этот сенсор по праву может считаться одним из важнейших датчиков современного смартфона. С его помощью можно не только обезопасить свой смартфон, но также применять для открытия определенных приложений или подтверждения платежа.

Сканер сетчатки глаза

(retina scanner) – считыватель уникальной сетчатки глаза, это первое место пьедестала обеспечения безопасности. Такой датчик уже давно на слуху, но его практической реализации в смартфонах или планшетах, пока что, замечено не было.