本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。现在的手机解锁方式越来越高级了，从以前的输入密码解锁到年9月全球第一款指纹解锁手机iPhone5s的诞生，让指纹解锁真正的成为了一种潮流。指纹解锁之后，现在又推出了面容解锁，每一种解锁方式都是一种全新的技术原理，那么我们今天就来了解指纹识别原理。在了解指纹识别原理之前，我们需要先了解一个电子元件——电容什么是电容电容是一种能够存储电荷的“容器”，简称一下就是电容，那么它是怎么存储电荷的呢？电容是由两个相互靠近的导体构成的，这两个导体一般是由两片面积一样大的导体面对面平行放置，两片导体之间的间隔较小。我们以最简单的一个电容器为例，下面是一个由两片金属版面对面放置构成的一个电容器，中间隔绝着空气，那么它是如何存储电量的呢？两块金属板组成电容器当我们将两片金属板分别用导线连接电池的正负极时，相当于加上了电压电子会从电池的负极流出正电荷将会从电源正极流出两块金属板将会带上不同的电荷，由于正负电荷会相互吸引，两片金属板间的电荷相互作用，将会使更多的正负电荷分别流入两片金属板，这就是一个充电的过程，当金属板积累了一定的电荷之后，电压会逐渐升高，逐渐等于电池的电压，这个时候，电池容器就相当于充满了电，不再会有电荷的流入。当两个金属板的间距越小，正负电荷的作用力就越大，电容器能充入的电荷就越多，电容的容量也就越大，当两片金属板的间距非常小时，它们之间的电场非常强，很容易击穿它们之间的空气，从而导致放电。因此，电容器会在它们之间插入电介质，防止击穿。常见电容器元件对于电容来说，评价的最大标准就是它的容量大小，那我们再来了解一下哪些情况会影响它的容量。影响电容容量的因素电容的容量与很多因素有关系，比如两片导体的材料，导体间的间距，介质的材料等等因素有关，当有外界因素的干扰时，很容易引起其中电荷的变化。一般情况下，只要两片电极板、电极板之间的距离、电极板之间的介质确定了，它的容量就确定了，它能够充入的电荷就是一定的。当有外界因素干扰时，将会影响两片电极中电荷的分布，也就会影响电容的容量。例如，当有一个导体靠近电容时，由于存在对电荷的吸引，因此会增加该电容器的电容，在之前充满电荷的状态下，能够继续流入电荷，于是会存在电流的变化。通过电流的变化我们就能够检测到电容的变化。知道了这个原理，我们就能够理解指纹解锁的作用机理了。指纹模块如何识别我们的指纹首先，我们的手指表面是由凹凸不平的皮肤构成的，每一个人的指纹图案都不一样。因此，指纹的安全性也就有了保障。手指指纹那么，指纹识别模块是如何识别我们的指纹呢？指纹传感器正是运用了我们上面说到的电容器的原理，指纹传感器上，整齐的排列着大量的边长为0.05毫米左右的微小电极形成的电容器，在每个电容器下面又有检测电容量的电路。手机指纹解锁模块指纹传感器中的微电极正是这些电极可以灵敏地捕获手指表明细微的凹凸不平。这些微小的电极就是一个个微小的电容，每一个电容都具有相同的规格，因此，在同一个电路下，它们能够储存的电量也是相同的。这些微小的电极上面用绝缘的玻璃板覆盖着，当我们的手指靠近指纹传感器时，传感器上面的电容将会受到我们手指的影响，由于我们的手指皮肤表面凹凸不平，导致对不同电极的影响也不一样。下面这个就是我们的手机触摸在指纹传感器上时的示意图我们的手机放在指纹识别器上时，我们手指指纹的凸面会离一些电容更近，由于我们的皮肤是导电的，因此会影响下面电容的容量，离得近的凸纹会增大下面电容器的电荷容量，而离的远的也会增加电容的容量，但是增加的没有指纹峰处那么多，因此，指纹的凹凸距离就可以被下面非常多的微笑电容所检测到。简单地来说，电极离皮肤越近，电容越大，离得越远，电容越小，通过检测下面电容的大小便可以计算出我们指纹的形态，从而读取出我们的的指纹。当这些数据与之前录入地进行对比通过后，我们就解开了我们的手机。总结总的来说，指纹解锁的原理就是利用我们的手指指纹与下面的电容器相互作用，从而影响下面电容器的容量，检测电容器变化的装置能够通过电容的变化来计算出我们手指指纹的形态，通过与之前录入指纹的对比，从而达到解开我们的手机的目的。以上就是关于指纹解锁的秘密了，除了利用电容技术，还有利用超声波识别、光学识别指纹等等，以后将会另外详细介绍。
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