Diese App erkennt alles

• 22. August 2014

Die App AndroSensor liest bei Smartphones alle Sensoren aus und ermöglicht Experimente mit der Umgebungslichtstärke.

Smartphones verfügen über eine Reihe von Sensoren, beispielsweise für Beschleunigungen, Magnetfelder, Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Verfügt das Gerät zudem über einen Lichtstärkesensor, so lassen sich mit AndroSensor interessante Experimente ausführen.

In Smartphones und Tablet-Computern sind häufig so genannte Ambient-Light-Sensoren (ALS) integriert, um die Bildschirmhelligkeit des Geräts an das Umgebungslicht (Ambient Light) anzupassen. Die App AndroSensor ermittelt aus dem elektrischen Signal des ALS eine in Lux gemessene Beleuchtungsstärke. Neben einer Darstellung des zeitlichen Verlaufs und einer Momentanwertanzeige können die Messdaten für Detailanalysen per USB-Kabel exportiert werden.

Ambient-Light-Sensoren bestehen im Wesentlichen aus einem Spektralfilter, der an das Helligkeitsempfinden des menschlichen Auges angepasst ist, und einem Fototransistor. Damit messen solche Sensoren den einfallenden Lichtstrom pro Fläche, also die Beleuchtungsstärke, die wir als Helligkeit interpretieren. Der meist kreisförmige Sensor befindet sich normalerweise neben der Frontkamera und ist nur wenige Millimeter groß.

Messen und Exportieren
Nach dem Öffnen der App zeigt diese eine Liste aller im Gerät integrierten Sensoren (Abbildung 1).

Diese Live-Anzeige informiert über die momentanen Messwerte aller Sensoren und zeigt deren Energiebedarf in mA an. Verdeckt man den ALS mit dem Finger, sollte die Beleuchtungsstärke auf nahezu 0 lux abfallen. So lässt sich im Zweifelsfall die Position des ALS bestimmen. Am rechten Rand kann man über das „?“-Symbol weitere Informationen über den jeweiligen Sensor, wie Messbereich oder Typnummer, abrufen und über das „Graph“-Symbol der zeitliche Verlauf der Messdaten einblenden. Wegen fehlender Auswertemöglichkeiten des Diagramms eignet sich Letzteres allerdings eher für einen qualitativen Eindruck der Messung.

An der oberen Leiste des Startbildschirms befindet sich das Einstellungsmenü (Schraubenschlüssel-Symbol) und die Navigationsleiste („Pfeil nach unten“-Symbol) zum Starten der Messwertaufzeichnung und zum Verändern der Anzeige. So lassen sich beispielsweise Schriftgröße und Anzahl der Nachkommastellen einstellen.

Zunächst empfiehlt es sich, die Aufnahmerate über das Einstellungsmenü auf den Maximalwert von 20 Hz zu setzen. Die Messwertaufnahme wird anschließend über den Aufnahmeknopf gestartet und nach Beenden des Experiments gestoppt. Die dadurch erzeugte CSV-Datei wird im geräteinternen Speicher hinterlegt, umfasst die zeitaufgelösten Messdaten aller Sensoren und kann via USB-Kabel auf einen PC übertragen werden.

Ein einfaches Standardexperiment ist die Überprüfung des invers quadratischen Abstandsgesetzes: Auf einer optischen Bank misst man in verschiedenen Abständen d die Beleuchtungsstärke E durch eine Punktlichtquelle mit einem ALS, um die Beziehung E(d)=I₀ d ^-² nachzuweisen. Dabei stellt sich heraus, dass sich Smartphones zur quantitativen Untersuchung der Lichtstärke mindestens genauso gut eignen wie traditionelle Methoden mit Photodioden. Als weiteres Anwendungsbeispiel wird in das Gesetz von Malus verifiziert. Es besagt, dass die Intensität I polarisierten Lichts nach Durchgang durch einen um den Winkel α gedrehten Polarisator gemäß I = I₀ cos(α) beschrieben wird. Der ALS befindet sich dabei in dem Strahlengang und misst die Beleuchtungsstärke infolge der Beleuchtung durch einen Laser und damit indirekt auch die Lichtstärke des durchkommenden Laserlichts.

Ambient-Light-Sensoren eignen sich auch zur Bestimmung von Abstrahlcharakteristika verschiedener Lichtquellen. Bei Bildschirmen wünscht man oft, dass auch seitliche Beobachter die dargestellten Informationen noch wahrnehmen können. Wenn solche Anzeigen aber vertrauliche Daten preisgeben (wie etwa bei Bankautomaten), ist es von Interesse, dass die seitliche Abstrahlung weitgehend blockiert wird. Dann kommen sogenannte Blickschutzfolien zum Einsatz, die auf das Anzeigedisplay aufgebracht werden und nur dem frontalen Beobachter – ähnlich einer Jalousie – den Blick auf die Daten gewähren. Mit Hilfe eines ALS können die Abstrahlcharakteristika von Bildschirmen mit und ohne Blickschutzfolie quantitativ erfasst und miteinander verglichen werden.

Pascal Klein, Jochen Kuhn, TU Kaiserslautern; Thomas Wilhelm, Uni Frankfurt; Stephan Lück, Uni Würzburg

Der vollständige Originalbeitrag mit weiterführender Literatur ist in der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit erschienen (nur frei für Abonnenten).