Что такое акселерометр в смартфоне. Акселерометр в телефоне - что это? Датчик акселерометра в телефоне

Сейчас трудно представить нашу жизнь без смартфонов и планшетов. А из года в год они становятся все совершеннее. Увеличивается объем оперативной памяти, прибавляется количество ядер у процессора (и повышается их таковая частота), устанавливаются графические процессоры для обработки графики (в том числе и 3D), камеры становятся двойными, что позволяет делать четкие фотографии в большом разрешении, совершеннее становятся экраны и многое другое. Причем надо заметить, все эти совершенства комплектуются в довольно тонкий корпус в несколько миллиметров. Но есть две маленькие детальки, без которых не обходится ни один смартфон или планшет – это датчики акселерометр и гироскоп. Впрочем, они устанавливаются и в другие электронные устройства, например, в квадрокоптеры. Они устанавливаются даже в некоторые жесткие диски. Рассмотрим что такое акселерометр в телефоне, как он устроен и для чего применяется.

Применение датчика акселероментра в телефоне

Акселерометр в телефоне это, что позволяет измерять кажущееся ускорение (т. е. разницу между истинным и гравитационным ускорением устройства). Он дает возможность программному обеспечению «чувствовать» перемещение сматрфона в пространстве, а также управлять устройством с помощью поворота, потряхивания или даже постукивания. Например, смена ориентации экрана при повороте смартфона осуществляется за счет встроенного датчика акселерометра. С его помощью осуществляется управление в некоторых играх, например, таких как Doodle Jump. В ней главный герой прыгает вверх по платформам, а ваша задача управлять им, поворачивая телефон влево или вправо.

Итак, датчик акселерометра в телефоне в основном используется для следующих задач:

• Автоповорот экрана;
• Управление в некоторых играх путем наклона устройства;
• Отслеживание физической активности (например, для подсчета шагов во время прогулки или тренировки);
• Управление смартфоном (или некоторыми приложениями) с помощью специально предусмотренных жестов, таких как встряхивание, поворот и т. д.

Устройство и принцип работы акселерометра

Внешне акселерометр представляет собой очень крошечный датчик, размером примерно со спичечную головку.

Устройство датчика довольно простое. Он состоит из:

• Пружины (которая крепится к неподвижной части);
• Массы;
• Демпфера.

Демпфер необходим для того, чтобы погасить собственные колебания грузика (массы). При изменении положения устройства или его поворота происходит деформация пружины. Все это фиксируется и преобразовывается в электрический сигнал, а после обрабатывается с помощью программ.

Но так работает только одна ось. Чтобы телефон мог ориентироваться в трехмерном пространстве, добавляются еще две оси (всего их три). В итоге получается своеобразный гироскоп.

Выше мы рассмотрели по каким принципам работает акселерометр, из каких деталей он состоит. Понятное дело, что такую конструкцию в тонкий смартфон не засунешь. Поэтому инженеры разработали специальный миниатюрный вариант. Устроен он следующим образом:

Если кратко, то работает он так: специальная перегородка с отведенными в сторону контактами крепится к неподвижному корпусу (сам корпус на упругих приставках). Сами же отводы размещены между контактами, которые снимают показания изменения напряженности поля. Производство таких датчиков производится на специальном оборудовании.

(разность между абсолютным ускорением объекта и гравитационным ускорением, точнее ускорением свободного падения). Существуют трёхкомпонентные (трёхосевые) акселерометры, которые позволяют измерять ускорение сразу по трём осям.

Некоторые акселерометры также имеют встроенные системы сбора и обработки данных. Это позволяет создавать завершённые системы для измерения ускорения и вибрации со всеми необходимыми элементами.

Применение

Акселерометр может применяться как для измерения проекций абсолютного линейного ускорения, так и для косвенных измерений проекции гравитационного ускорения. Последнее свойство используется для создания инерциальных навигационных систем , где полученные с их помощью измерения интегрируют, получая инерциальную скорость и координаты носителя, при регистрации амплитуд выше собственной резонансной частоты можно измерять непосредственно собственную скорость акселерометра.

Электронные В устройствах управления игровых приставок акселерометр совместно с гироскопом используются для управления в играх без использования кнопок - путем поворотов в пространстве, встряхиваний и т. д. Например, в контролерах Wii Remote и Playstation Move присутствует акселерометр.

Акселерометры используют в жестких дисках для активации механизма защиты от повреждений, полученных в результате ударов, встрясок и падений. Акселерометр реагирует на внезапное изменение положения устройства и паркует головки жесткого диска, что позволяет предотвратить повреждение диска и потерю данных. Такая технология защиты используется в основном в ноутбуках , нетбуках и на внешних накопителях.

Акселерометр в промышленной вибродиагностике является вибропреобразователем, измеряющим виброускорение в системах неразрушающего контроля и защиты.

Параметры

Основными параметрами акселерометра являются

• Пороговая чувствительность (разрешение) - величина минимального изменения кажущегося ускорения, которое способен определить прибор.
• Смещение нуля - показания прибора при нулевом кажущемся ускорении.
• Случайное блуждание - среднеквадратичное отклонение от смещения нуля.
• Нелинейность - изменения зависимости между выходным сигналом и кажущимся ускорением при изменении кажущегося ускорения.

Примечания

Ссылки

• Использование аналогового акселерометра как инклинометра

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Акселерометр" в других словарях:

Акселерометр … Орфографический словарь-справочник

- (от лат. accelero ускоряю и...метр) прибор для измерения ускорений (перегрузок) летательных аппаратов и др … Большой Энциклопедический словарь

АКСЕЛЕРОМЕТР, устройство, используемое для измерения ускорения. Простейшим примером может служить свинцовая гиря, подвешенная к предмету, падающему с ускорением угол ее отклонения от вертикали пропорционален ускорению. Более сложное устройство,… … Научно-технический энциклопедический словарь

- (от латинского accelero ускоряю и греческого metreo измеряю) прибор для измерения ускорений подвижных объектов. А. широко применяют на летательных аппаратах. Принцип действия А. основан на использовании законов инерции. Различают А. для измерения … Энциклопедия техники

Сущ., кол во синонимов: 5 акселерограф (3) акцелерометр (1) гироакселерометр … Словарь синонимов - (от лат. accelero ускоряю и...метр), прибор для измерения ускорений (перегрузок) летательных аппаратов и др. * * * АКСЕЛЕРОМЕТР АКСЕЛЕРОМЕТР (от лат. accelero ускоряю и греч. metron мера, metreo измеряю), прибор для измерения ускорений… … Энциклопедический словарь

- (лат. accelerare ускорять + ...метр) прибор для измерения ускорений (перегрузок), возникающих на самолетах, космических летательных аппаратах, ракетах и других движущихся объектах, а также прв испытаниях машин, двигателей в т. д. Новый словарь… … Словарь иностранных слов русского языка

На сегодняшний день акселерометр стал неотъемлемой частью смартфонов и планшетов, а впервые он был установлен в мобильный телефон Nokia 5500 . Благодаря наличию акселерометра этот телефон можно было использовать как шагомер. Однако наличие этой функции в мобильном телефоне привлекала только любителей утренних пробежек, а пика популярности акселерометры достигли только после выхода Apple iPhone.

Сегодня уже невозможно представить "продвинутую" , в которой управление не было бы реализовано наклоном телефона или планшета. Акселерометр значительно облегчает процесс управления различными играми на мобильных устройствах. Благодаря ему, пользователь имеет возможность воздействовать на процесс игры путем перемещения девайса в то или иное положение относительно двух плоскостей. Например, с помощью акселерометра можно управлять гоночной машиной просто поворачивая мобильный телефон или планшет вправо или влево.

Акселерометр - это прибор , измеряющий ускорение объекта при каком-либо перемещении. Сфера применения акселерометра чрезвычайно широка. Она охватывает не только мобильные телефоны и планшеты, но и ноутбуки, видеорегистраторы, автомобили и самолеты. Например, в ноутбуках акселерометр предотвращает повреждение жесткого диска и потерю данных при падении.

Исходя их вышеизложенного, можно сделать вывод. Встроенный в смартфон или планшет акселерометр нужен для выполнения следующих :

1. Во время пробежек смартфоны и планшеты с акселерометром вы можете использовать как шагомер. Осуществляя контроль за количеством пройденных шагов за определенный отрезок времени, вы сможете улучшить результаты тренировок и оказать влияние на ход спортивных занятий.

2. Акселерометр упраздняет процесс управления игрой , благодаря ответному воздействию мобильного устройства на смену его положения. Развороты экрана помогают геймеру получить максимум удовольствия от игры.

3. Благодаря наличию акселерометра воссоздается определенное на данный момент положение мобильника в пространстве. Например, если вы решили использовать телефон лежа на спине, то датчик пространственного положения перевернет интерфейс девайса, облегчая комфортность восприятия отображаемой на дисплеи информации. Просмотр видео станет более привлекательным, если экран мобильного устройства будет развернут в положении альбомного формата.

Однако у каждого владельца мобильного телефона и планшета, которые используют устройства исключительно для общения, чтения и набора текстов, просмотра фотографий, возникает желание отключить функцию движения, так как при малейшем изменении положения девайса изображение на экране начинает "прыгать" и приходиться его "ловить". Чтобы отключить акселерометр необходимо зайти в пункт "Настройки", отключить функцию "Автоповорот" и в разделе "Приложения" задать необходимое положение экрана .

Для тех, кто не обнаружил акселерометра в своем мобильном устройстве, бесполезно пытаться установить его с помощью какого- то программного обеспечения . Никакая прошивка не сможет добавить эту функцию в мобильное устройство, если самого датчика в нем нет. Другое дело, если при сбоях работы акселерометра нарушается управление, что особенно неприятно во время игр. Например, если вы играете в гонки и держите планшет абсолютно горизонтально, а управляемый вами автомобиль все время уходит в сторону, то это признак того, что акселерометр планшета необходимо откалибровать.

Чтобы откалибровать акселерометр, необходимо произвести следующие простые действия:
1. Скачайте из маркета бесплатную GPS Status & Toolbox и запустите ее.

2. Положите телефон или планшет на абсолютно ровную поверхность. Если у устройства сзади выступает камера или крышка не очень ровная, то попробуйте снять крышку, не вынимая батарею, или найдите другой выход, чтобы найти возможность расположить девайс ровно.

3. Зайдите в пункт "Меню", затем в "Инструменты" ("Tools") и выберите "Калибровка акселерометра " среди трех предложенных вариантов: компас, A-GPS и акселерометр.

4. После этого на экране появиться сообщение с просьбой установить устройство на ровную поверхность. Если ваш мобильник или планшет уж лежат на ровной поверхности, никаких повторных действий производить уже не требуется. Нажмите кнопку "ОК" и дождитесь сообщения "Акселерометр откалиброван ".

Термин «акселерометр» произошел от латинского accelero, что в переводе означает «ускоряю». Акселерометр – это прибор, с помощью которого измеряется кажущееся ускорение. Другими словами, он призван помочь программному обеспечению смартфона определить положение, а также расстояние перемещения мобильного устройства в пространстве.

Часто этот датчик путают с гироскопом. Однако, это разные датчики, хотя взаимодополняют друг друга, и даже могут выполнять одни и те же функции. Их отличие заключается в принципе работы, а также в эффективности выполнении конкретных задач. Могут использоваться совместно, для достижения наиболее точных результатов.

Датчик значительно расширяет возможности смартфона. Ниже перечислены основные функции, за которые он отвечает.

• Автоматическая смена ориентации экрана при повороте девайса.
• Управление игровым процессом при помощи наклонов.
• Реагирование устройства на определенные жесты, и выполнение соответствующих действий (смена музыкального трека, отключение будильника или отклонение звонка). Примеры жестов: постукивание по корпусу или его встряхивание, переворот смартфона экраном вниз.
• Определение и визуальная демонстрация изменений положения человека в пространстве через навигационные приложения (Google Карты и др.).
• Возможность отслеживания физической активности. Классический пример – подсчет пройденной дистанции при помощи шагометра.

Как работает акселерометр, принцип его строения

На картинке ниже изображена схематическая конструкция самого простого акселерометра.

Он состоит из инертной массы (в данном примере ее роль выполняет грузик), который прикреплен к подвижному, упругому элементу (например, к пружине). Пружина, в свою очередь, фиксируется на неподвижной детали. Для подавления колебаний грузика используется демпфер. Когда происходит встряска, наклон или поворот объекта, в который встроен акселерометр, инертная масса реагирует на силу инерции. С увеличением интенсивности и силы наклона, поворота или сотрясения увеличивается радиус деформации пружины.

Затем грузик принимает свою прежнюю позицию, благодаря пружине. Специальный датчик фиксирует уровень смещения инертной массы от ее положения в состоянии «покоя». Затем эти данные преобразуются в электрический сигнал, и передаются на обработку электроникой, и программным обеспечением. Благодаря полученным данным программа может «вычислить» изменения в физических изменениях расположения объекта.

Еще есть такое понятие, как ось чувствительности прибора. Если ось только одна, датчик сможет передать данные об изменении положения объекта в пространстве только в пределах чувствительности оси. Чтобы увеличить чувствительность датчика, и получить точные данные о силе и направлении наклона объекта, необходимо две, а еще лучше три оси. Объединив в один прибор сразу три оси, можно вычислить положение объекта в трехмерном пространстве.

Акселерометр в смартфонах

По техническим и иным причинам описанная выше конструкция датчика неприменима в мобильных устройствах. Она заменяется миниатюрным чипом, внутри которого находится инертная масса.

Принцип действия чипа схож с классическим датчиком: инертная масса меняет свою позицию во время ускорения. Благодаря этому смартфон и получает данные о положении в пространстве. Но между классическими приборами и чипами существует огромная разница не только в конструкции, но и в методе производства.

Изготовление подобных датчиков – полностью автоматизированный процесс. Чтобы получить рабочий экземпляр, используется химическая реакция между силиконом и другими элементами. Процесс требует высочайшей точности в расчетах и пропорциях. Вручную, при помощи физического воздействия на материалы сделать это фактически невозможно.

Вывод

Акселерометр в мобильном устройстве, представляющий собой лишь крохотный чип, имеет существенное влияние на взаимодействие между человеком и смартфоном. С его помощью управление аппаратом переходит на новый, более комфортный уровень. А игры и приложения получают множество дополнительных возможностей, которые можно реализовать при помощи акселерометра.

Акселерометр - прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения. Кажущееся ускорение есть ускорение, вызванное равнодействующейсилнегравитационной природы, действующая намассуи равное этой силе отнесённой к величине этой массы. Современные акселерометры позволяют измерять ускорение сразу в трех плоскостях.

Принцип действия простейшего акселерометра изображен на рисунке 1.

Рисунок 1 Принцип действия простейшего акселерометра

Груз закреплен на пружине. Демпфер подавляет колебания груза. Чем больше кажущееся ускорение, тем сильнее деформируется пружина, изменаяя показания прибора.

Используемый акселерометр – акселерометр на переменных конденсаторах. Это обеспечивает компактность и высокую точность измерений.

При воздействии на подвижный элемент сенсора массой F = ma возникает смещение x i , пропорциональное ускорению.

где 𝛃– жесткость подвески,a– ускорение смещения сенсора,w 0 – собственная частота колебаний сенсора, определяющая чувствительность механической части системы.

При малых смещениях подвижной части электрический сигнал пропорционален величине смещения, которое, в свою очередь, пропорционально ускорению.

В отличие от других типов вибродатчиков, пьезоэлектрический акселерометр эффективен при измерениях всех колебательных величин механических колебаний самых различных объектов измерения, практически в любых необходимых динамическом и частотном диапазонах.

Акселерометр различают по:

Виду движения

линейный;

По технологии изготовления

пьезоэлектрические акселерометры;

пьезорезистивные акселерометры;

акселерометры на переменных конденсаторах.

Пьезорезистивные акселерометры обычно имеют малый диапазон чувствительности, поэтому они больше подходят для детектирования ударов, чем определения вибрации. Отличаются широким диапазоном частот (от нескольких Гц до 30 кГц), при этом частотная характеристика может оставаться неизменной, что позволяет измерять сигналы большой продолжительности.

Наиболее распространенный тип акселерометра, используемый для измерения механической вибрации и ударов – пьезоэлектрический акселерометр. Это определяется качествами, свойственными этому типу датчиков вибрации.

Основные преимущества пьезоэлектрических акселерометров:

широкий частотный диапазон;

линейная амплитудная характеристика в широком динамическом диапазоне;

возможность при использовании интеграторов, включенных на выход акселерометра, получить сигнал, пропорциональный виброскорости и виюроперемещению;

способность работать в тяжелых окружающих условиях (температура, влажность);

высокая механическая надежность и долговечность (нет движущихся частей);

отсутствие необходимости в источнике питания, т.к. пьезоакселерометр является датчиком генераторного типа.

Пьезоэлектрический акселерометр состоит из инерционной массы, пьезоэлемента и основания, жестко между собой соединенными, и закрытого корпуса. Пьезоэлемент из поляризованной пьезокерамики или пьезокристалла выполняет роль пружины, соединяющей массу с основанием. В силу своей инертности при воздействии вибрации на основание пьезоакселерометра, инерционная масса отстает в своем движении от основания, это вызывает деформацию пьезоэлемента и возникновение на его обкладках заряда, пропорционального ускорению.

Рисунок 2 Основной принцип работы пьезоэлектрических акселерометров

Акселерометры на переменных конденсаторах – продукт самых современных технологий. Они отличаются высокой чувствительностью, узкой полосой пропускания (от 15 до 3кГц) и отличной температурной стабильностью. Погрешность чувствительности в полном температурном диапазоне до 180 0 С не превышает 1.5 %. Акселерометры этого типа отлично подходят для измерения низкочастотной вибрации, движения и фиксированного ускорения, однако их стоимость ввиду новизны препятствует широкому распространению.

Рисунок 3 Основной принцип работы акселерометров на переменных конденсаторах

Существуют определенные требования к установке акселерометров при диагностировании объекта контроля. Эти требования включают в себя следующее:

акселерометр должен воспроизводить, насколько это возможно, движение испытуемой конструкции в месте установки датчика;

установка акселерометра должна влиять на колебания конструкции в минимальной, насколько это возможно, степени;

отношение сигнала с выхода акселерометра к воспринимаемым им колебаниям не должно быть искажено влиянием собственной резонансной частоты установленного акселерометра.

Для реализации указанных принципов необходимо выполнить следующие требования:

акселерометр и его крепление должны быть максимально жесткими и твердыми, а поверхность крепления – максимально чистой;

само крепление должно вносить минимальные искажения в движение конструкции, для чего рекомендуется использование симметричных креплений;

масса акселерометра вместе с устройством крепления должна быть мала в сравнении с динамической массой конструкции.

Поверхность, на которую устанавливается датчик, должна быть проверена на гладкость и наличие загрязнений и, если необходимо, подвергнута дополнительной шлифовке.