用口袋里的手机测量世界

使用场景、工作原理说明,以及构建基于手机的测量平台过程中的坦诚记录——为每个传感器工具和引导式活动定制的专属文章。

从这里开始

全景地图,以及构建其他一切所基于的原则。

物体、工具和活动:Sentio 是如何构建的

三个概念解释了整个应用:工具负责测量,物体负责记忆,活动则将多个工具串联成一项任务。包含实际案例,以及为什么工具列表一直在增加。

手机到底能测量什么?

一部现代手机配备了麦克风、摄像头、手电筒、振动马达和加速度计。经过精心组合,它就是一个微型实验室——从单传感器工具到双手机设置的完整地图。

为什么测量应用应该在断网状态下工作

分析在设备上运行,结果在不足一秒内呈现,并且除非你登录并点击同步,否则没有任何内容会离开手机。为什么“离线优先”是支撑整个系统的核心约束。

手机 vs. 专业仪器:一份坦诚的对比

频率和时间几乎是零成本的,而绝对振幅则代价高昂。这里阐述了手机在哪些方面真正具有竞争力、在哪些方面它只是一个筛查工具,以及在哪些情况下校准仪器才是唯一正确的答案。

倾听:声音与运动

麦克风与加速度计——被动听音,以及手机自身对外界的激振。

敲击测试:敲击声如何告诉你成熟度

随着水果成熟,共振和阻尼会发生变化,手机麦克风可以听到这两者。敲击测试是如何工作的,以及为什么每一次扫描同时也是在训练数据。

这是什么材质做的?敲敲听听看

实木还是贴面,真石还是层压板——不同材料的鸣响声各不相同。针对材料的敲击测试,以及一项引导式活动——该活动要求多次敲击结果一致后才会判定其材质类别。

频率指纹:频谱能告诉你什么

工频蜂鸣声、电机、风扇和杂音都有其频谱特征。录下一段持续的声音,查看能量分布在何处,并将同一台机器与其健康状态下的表现进行对比。

振动特征:放下手机,让它去感知

洗衣机、压缩机、3D打印机——加速度计可以读取麦克风漏掉的低频结构传导振动,多次测量则能揭示出性能漂移。

触觉响应:通过自身震动来听音的手机

振动电机产生激振,同时加速度计和麦克风记录物体如何做出回应——这是一种可以区分空心与实心的主动探测方式。

频段声级:像声学家那样测量声音——差不多是这样

真正的声学发生在频带中,而不是单一的分贝数值。自动识别的16音扫频、逐频段信噪比门限,以及一份坦诚的与 IEC 61672 Class 1 声级计差距的对比图。

观察:将相机作为仪器

颜色、光线、闪烁、计数、尺寸测量和读取——以及作为可控光源的手电筒。

色彩与光线:作为色度计和照度计的相机

针对油漆和农产品的单点测色,针对书桌和植物的环境亮度——以及为什么同一套设置的对比结果才是最值得信赖的论据。

闪烁的光线与旋转的物体

测定 LED 的闪烁时间、解码指示灯的闪烁模式、估算风扇的旋转速率——以及超越帧率限制的频闪实验。

手电筒开、手电筒关:反射率和半透明度

一组手电筒关闭和开启的对比图画框可以分离出表面如何反射已知光线;当贴紧镜头时,相同的光学原理还可以用来验蛋、观察叶片和胶片。

用手电筒和相机读取脉搏

将手指按在镜头上,相机就会变成光电探测器,监测血容量的变化——同样的物理原理也可以读取任何贴紧镜头脉动的物体。这只提供频率,绝非诊断。

计数、测量、读取:摄像头的文职工作

对视野中的物体进行计数、对照银行卡测量物体大小、读取水电表的数字——这些相机完成的小任务,能让数据直接进入目录,而不是全凭脑子记。

口袋里的照度计——以及它为什么拒绝显示 "lux"

照度计是以标准人眼的方式来衡量光线的;而相机则不然。手机照度计坦诚测量的是什么,以及在什么情况下经过认证的照度计才是唯一正确的答案。

用相机测量尺寸:一张信用卡和一些文艺复兴时期的几何学

照片记录的是角度,而不是尺寸——除非照片中包含一个已知尺寸的物体。尺寸测量工具背后的相似三角形技巧,以及何时游标卡尺、卷尺和激光测距仪更胜一筹。

传递信息的光:从电视遥控器到两部手机

让光线以已知的频率闪烁,接收器就能从任何环境杂散光中将其识别出来——这就是红外遥控器和 Li-Fi 背后的秘诀,也是调制光工具的工作原理。

用手电筒定格动作:频闪实验

频闪仪通过以旋转速率闪烁来定格旋转。仅供研究的频闪工具尝试使用手机的手电筒来实现这一点——并且坦诚地说明了谐波、延迟以及为什么它仍处于实验阶段。

活动:实际任务的引导式步骤

当任务需要按正确的顺序进行多次测量时——而这款 App 拒绝凭空猜测。

凭听觉调校自行车辐条,提供切实可行的指令

拨动辐条,它会发出由其张力决定的音高。一项引导式活动会将该过程转化为针对每根辐条的说明——从你站立的位置来看,应该朝哪个方向转动扳手。

两部手机,一堵墙:测量隔音性能

一部手机发出已知的扫频信号,另一部在两侧聆听。同一接收器的比例抵消了两台设备的校准误差——无需同步、无需线缆,也无需实验室。

玻璃透明度与四分之一圈旋转偏振测试

一部手机闪烁屏幕,另一部透过玻璃片观察——其比例即为透明度。将发射源旋转 90°,同一套装置就能测出样本是否会发生偏振。

手机也能完成的、站得住脚的听力筛查

六个频段、自适应阶梯法、环境音检查,以及通过手机自身麦克风进行的回环测试——这就是无需扬声器和耳塞的听力筛查如何获得其误差棒的过程。它并非听力图,且应用中也已明确说明。

手机同时测量距离的视力测试

视力是一个角度,因此不结合距离的话,视力表字母的大小就毫无意义——在这里,屏幕就是视力表,前置摄像头则是卷尺,持续追踪你与屏幕的距离。

这是什么材料?引导式活动深度剖析

三次一致的轻击、具有一票否决权的振动探测,以及优先级高于分类器的参考物体——材料识别活动是如何将多项工具串联起来,从而得出站得住脚的最终结论。