sensores en celulares
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CÓMO INFLUYE EN LA EXPERIENCIA DE USUARIO LA MEDICIÓN
DE VARIABLES FÍSICAS
Los sensores de los celulares
Maestría en Física Contemporánea – UNLPMateria: Física multidisciplinaria, a cargo del prof Dr. Sciutto
Trabajo de la Ing. Juana Gallego
Terminología
Transductor: es un dispositivo que convierte una forma de energía a otra.
Sensor: es un transductor que convierte un fenómeno físico en una señal eléctrica. Es una interfaz entre el mundo físico y el informático
Actuador: es un transductor que convierte una señal eléctrica en un fenómeno físico.
Tipos de sensores
La acción del ambiente sobre un sensor causa que este genere una señal:Eléctrica, que se mide directamente:
Tensión eléctrica (voltaje) (V) Corriente (I) o carga (Q)
En un parámetro eléctrico que podemos medir: Cambios de resistencia: V ~ I Cambios de capacitancia: V ~ ∫I dt, I ~ dV/dt Cambios de inductancia: V ~ dI/dt, I ~ ∫V dt
Los sensores de los celulares
Los celulares poseen una variedad de sensores para interactuar con no sólo con el usuario sino con el medio en que se encuentran. Esto es transparente a la mayoría de sus propietarios.¿Cuáles son esos sensores?
Tecnología MEMS: ASIC (application-specific integrated circuit) + Sensor
Micrófono
Empecemos por el más antiguo: Los micrófonos, que nos permiten tener una conversación telefónica.
Micrófono
Los celulares usan micrófonos MEMSTienen dos membranas conductoras, una
encima de la otra que actúan como capacitores.
Las vibraciones producidas (diferencias de presión) producidas por los sonidos hacen que la capacidad cambie
Pantalla táctil
Los smartphones se caracterizan por sus pantallas táctiles: el sensor que indica dónde está apoyado nuestro dedo, que permite acceder a los comandos de todas las aplicaciones actuales.
Pantalla táctil
ResistivaCapacitiva
(ya no se usa)
Acelerómetro
Es el encargado de conocer la orientación del dispositivo.
Acelerómetro
Emula pequeños tubos con muelles y bolas de forma que cuando movemos el dispositivo, las bolas comprimen o expanden los muelles para definir la posición.
Acelerómetro
El componente de fabricación principal es el silicio.
Giroscopio
Se basa en el principio de conservación de momento angular
Lo que mide es la variación la velocidad angular o de rotación del dispositivo móvil.
Giroscopio
Cuando el usuario rota el celular, la masa de prueba se desplaza en las direcciones X, Y y Z debido a fuerzas de Coriolis (marco de referencia no inercial).
Luego un procesador ASIC mide indirectamente el desplazamiento de la masa de prueba a través de la variación de la capacidad de una red de capacitores.
Giroscopio
Así se ven las partes microscópicas dentro del celular:
Acelerómetro vs. Giroscopio
Acelerómetro: Mide aceleraciones lineales No reconoce la diferencia entre gravedad y otra
aceleraciónGiroscopio:
Mide aceleraciones rotacionales No reconoce movimientos lineales
A + G: Se complementan para caracterizar el movimiento del celular
Magnetómetro
Este sensor es capaz de detectar campos magnéticos.
Hay algunas aplicaciones que lo usan para detectar metales.
También es utilizado para bloquear el celular ante campos magnéticos importantes que puedan afectar su funcionamiento.
Magnetómetro
Utiliza el efecto Hall (*) para detectar el campo magnético de la Tierra en los tres ejes (X, Y y Z).
El sensor de Efecto Hall produce una tensión que es proporcional a la magnitud y polaridad del campo magnético a lo largo del eje en donde cada sensor se direcciona.
La tensión es convertida a señal digital representando la intensidad del campo magnético
Otras tecnologías incluyen dispositivos resistivos que cambian su resistencia según los cambios en el campo magnético.
(*) Se conoce como efecto Hall a la aparición de un campo eléctrico por separación de cargas en el interior de un conductor por el que circula una corriente, en presencia de un campo magnético perpendicular al movimiento de las cargas. Este campo eléctrico que también es perpendicular al movimiento de las cargas y al campo magnético aplicado y se denomina campo Hall.
Sensor de proximidad
Este sensor puede medir la distancia que existe entre el equipo y algún otro objeto, como por ejemplo nuestro cuerpo.
Cuando acercamos el equipo a nuestra oreja para contestar una llamada, el dispositivo apaga la luz de la pantalla para ahorrar batería y para no tocar comandos de pantalla por accidente.
Sensor de proximidad
Sensor de proximidad
Estos sensores de proximidad se basan en un LED infrarrojo y también en un receptor IR.
Sensor de luz
Su función es detectar la intensidad de la luz del ambiente para ajustar el brillo de la pantalla. Cuando sea utilizado en un área muy iluminada, la pantalla aumentará su brillo, por el contrario, opacará la pantalla cuando sea utilizada en áreas más oscuras. Debido a su diseño, los cambios de brillo se realizan de modo gradual a fin de evitar el parpadeo y es posible que no los advierta fácilmente.
Esta función es muy importante para el ahorro de batería de los celulares
En algunos modelos, el sensor es RGB, es decir que detecta varios colores (en concreto detecta el rojo, el azul, el verde y el blanco) en la luz para ajustar el brillo en pantalla de forma eficaz y mejorar la nitidez.
Sensores de luz UV e IR
Sensor ultravioleta: Fue una de las grandes novedades del Samsung Galaxy Note 4 y permite conocer en todo momento el riesgo que sufre nuestra piel expuesta a los rayos solares. Solo bastan unos segundos y el sensor “mirando” al sol para conocer si debemos echarnos crema o alejarnos de la luz.
Sensor infrarrojo: Presente en bastantes dispositivos de nueva generación, este sensor permite controlar ciertos dispositivos del hogar como televisores o máquinas de aire acondicionado, actuando como control remoto.
Barómetro
Los últimos smartphones de gama alta también son capaces de medir la presión atmosférica a través de este sensor. Los datos que mide el dispositivo sirven para determinar en qué nivel por encima del mar se encuentra el teléfono, lo que se traduce en la mejora de la precisión del GPS. Los primeros smartphones en utilizarlo fueron el Motorola XOOM y el Samsung Galaxy Nexus.
Barómetro
Usamos transductores que convierten la presión en tensión mediante diversos métodos: Medidores de deformación (Strain Gauges):
basados en la variación de resistencia de un conductor o semiconductor cuando sufre deformaciones mec.
Diafragmas capacitivos: actúan como los platos de un capacitor. La deformación cambia el espacio entre platos.
Piezo-resistivo: Son diafragmasmicroscópicos de silicona con strain gauges piezo-resistivos entre ellos
Termómetro
Este sensor suele estar presente en todos los dispositivos móviles, incluso algunos cuentan con varios. Una de sus principales funciones es la de controlar la temperatura interior del dispositivo y la batería para evitar daños.
Mide el cambio en un parámetro que es proporcional a la temperatura. Por ejemplo un cambio en un potencial o en una corriente
Puede ser por contacto o sin contacto
Sensor de humedad del aire
Mide la cantidad de agua que hay en el ambiente.
Se utiliza, por ejemplo, en la aplicación S Health de Samsung para saber si el usuario está o no en su 'zona de confort', es decir, si hay la temperatura óptima de aire y humedad.
Los sensores de humedad pueden ser capacitivos o resistivos.
Pueden medir humedad relativa, absoluta o punto de rocío.
Podómetro
Siguiendo con el tema de la salud, este sensor es el encargado de medir con precisión los pasos que da el usuario. El Nexus 5 de Google es uno de los pocos teléfonos que tiene un verdadero podómetro incorporado, ya que normalmente se encuentra en los 'wearables', como las pulseras cuantificadoras o los 'smartwatches'.
Pulsómetro
Sirve para medir las pulsaciones. El Galaxy S5, lo incorpora en su parte trasera para medir el ritmo cardiaco del usuario a través de los vasos sanguíneos de los dedos.
El funcionamiento de un sensor de ritmo cardiaco se basa en los cambios de color cuando el dedo está iluminado por el flash LED. Es decir, cuando tenemos una pulsación, hay un momento en el que nuestro dedo oscurece y ese cambio, lo detecta la aplicación.
Sensor de huellas digitales
Se trata de una de las últimas características incorporadas para temas de seguridad móvil.
El iPhone 5S y el Samsung Galaxy S5 cuentan con un sensor de huellas dactilares que permite darle muchos usos, como el desbloqueo de pantallao para pagar con el móvil. El usuario desliza o apoya su dedo en el smartphone y este reconoce su huella.
Sensor de huellas digitales
Este sensor se encarga de escanear nuestra huella dactilar propia y única de cada persona y la usa como método de desbloqueo del dispositivo. Nos olvidaríamos de patrones, PIN o contraseñas y usaríamos una contraseña única, nuestra huella.
Esta serie de detectores de huellas se basan en sensores capacitivos, que reconocen las líneas de nuestra huella y las recopila en una imagen digital que almacenarán para compararla con cada dedo que intente desbloquear nuestro dispositivo.
Android y los sensores
TipoCONSTANTE Utilidad dim.
desde
APIacelerómetroTYPE_ACCELEROMETER
medir aceleraciones por grave-dad y cambios de movimiento 3 3
campo magnéticoTYPE_MAGNETIC_FIELD brújula, detectar campor magnéticos 3 3giroscopioTYPE_GYROSCOPE detectar giros 3 3orientaciónTYPE_ORIENTATION
indicar dirección a la que apunta el dispositivo 3 3
luz ambientalTYPE_LIGHT ajustar iluminación pantalla 1 3proximidadTYPE_PROXIMITY
si hay un objeto a menos de 5 cm (al hablar por teléfono)
booleano 3
Android permite acceder a los sensores internos del dispositivo a través de las clases Sensor,SensorEvent, SensorManager, y la interfaz SensorEventListener, del paquete android.hardware.La clase Sensor acepta ocho tipos de sensores. Los sensores disponibles varían en función del dispositivo utilizado:
Android y los sensores
presión atmosféricaTYPE_PRESSURE altímetro, barómetro 1 3temperatura internaTYPE_TEMPERATURE
evitar sobrecalentamientos(obsoleto desde API14) 1 3
gravedadTYPE_GRAVITY
medir la aceleración debida a la gravedad 3 9
acelerómetro linealTYPE_LINEAR_ACCELERATION
medir aceleraciones descontando la gravedad 3 9
vector de rotaciónTYPE_ROTATION_VECTOR detectar giros 3 9
temperatura ambientalTYPE_AMBIENT_TEMPERATURE medir la temperatura del aire 1 14
humedad relativaTYPE_RELATIVE_HUMIDITY
medir el punto de rocío, humedad absoluta y relativa. 1 14
Constante evolución
La tecnología avanza todos los días, y aunque no todos los desarrollos llegan al mercado y a nuestras manos, es fascinante explorar el rico mundo de los celulares, una herramienta poderosa.
Para testear qué sensores tiene tu celular, recomiendo bajar esta aplicación:
Sensor box (para Android)
Los sensores de los celulares
La información recopilada en esta presentación se encuentra actualizada a noviembre de 2015. Diversas fuentes en internet fueron consultadas, desde publicaciones de divulgación a manuales de celulares.
¡Gracias por tu atención!
Ing. Juana I. [email protected]