Оценка этой статьи по мнению читателей:
Казалось бы, акселерометрам в смартфонах уже «сто лет» и все, кому интересно было узнать, что это такое и как оно работает, давно прочли какую-то статью или посмотрели ролик в YouTube.
Мне действительно так казалось, пока я не почитал самые популярные выдачи Google по этому запросу. К удивлению, это были либо совершенно бестолковые и поверхностные статьи, перепечатанные копирайтерами, пишущими параллельно о моде и политике, либо статьи в стиле «как максимально сложно рассказать о простом».
Такая ситуация, конечно же, не может не радовать, ведь у нас появился отличный повод для новой интересной статьи!
Итак, что такое акселерометр — знают, наверное, все. Этот датчик используется в телефонах для определения положения устройства и автоматического поворота экрана. Также некоторые смартфоны используют акселерометр для определения падения, чтобы автоматически спрятать выдвигающуюся моторизированную селфи-камеру. Среди наших обзоров было много таких аппаратов.
Кроме того, акселерометр является сердцем всех смарт-часов и фитнес-трекеров, ведь именно он отслеживает любое движение пользователя. Да и на смартфонах есть шагомеры, также использующие акселерометр.
Остается лишь один и самый главный вопрос:
Как работает акселерометр?
Давайте на секундочку отбросим все эти технологии и подумаем, как вообще можно сделать устройство, которое бы показывало, скажем, угол своего наклона. Самое простое, что приходит на ум — это стеклянная колбочка с пузырьком воздуха внутри:
Если представить, что слева находится верхняя часть колбы (обозначим ее красным цветом), а справа — нижняя (синий цвет), тогда можно очень легко определять положение колбы в пространстве:
Когда пузырек окажется возле «красной» стороны — колба стоит вверх головой, а когда возле «синей» — она перевернута вверх ногами.
С этим, думаю, всё предельно ясно. Чтобы аналогия ближе отображала суть реального акселерометра, давайте заменим колбу с жидкостью и пузырьком на грузик, который закреплен на гибкой подвеске:
На картинке наше устройство лежит горизонтально на боку, поэтому грузик не провисает. Но если развернуть его в вертикальное положение, гибкие стержни сразу же прогнутся под весом грузика:
Из-за этого мы всегда будем знать, в каком положении находится наше устройство. Ведь грузик будет опускаться вниз под действием силы тяжести, которая прижимает все объекты, включая нас с вами, к центру земли. Да, мы не проваливаемся сквозь пол или асфальт, так как есть гораздо более мощная сила, отталкивающая нас от других объектов, но об этом чуть позже.
Обратите внимание на то, что наше примитивное устройство уже может не только показывать, держим ли мы его нормально или вверх ногами, но также и измерять ускорение!
Представьте, что будет, если мы резко поднимем это устройство вверх, когда грузик уже провисает на стержнях под своей тяжестью? Верно, он на короткое время прогнет гибкие стержни еще сильнее, а затем вернется к своему изначальному положению:
Точно также поведут себя стержни, если мы положим устройство на бок и затем резко переместим его влево. В этом случае, из-за ускорения, грузик на мгновение прогнет стержни в обратную сторону.
Это интуитивно понятно, так как каждый из нас на себе ощущал подобный эффект при разгоне автомобиля, когда во время быстрого ускорения нас прижимает к сидению, то есть, мы движемся в противоположную сторону ускорению автомобиля.
Получается, мы уже можем не только говорить о самом факте ускорения, но даже и вычислить его силу. Ведь чем сильнее грузик сместится в противоположную сторону, тем сильнее ускорение. Это как с автомобилем — чем быстрее разгон, тем сильнее нас прижимает к сидению.
Вот мы и разобрали базовый принцип работы акселерометра! Какой-то грузик под действием силы тяжести провисает на тонком гибком стержне. Если мы развернем телефон на 180 градусов, тогда стержни прогнутся в противоположную сторону.
Но, заметьте, что такое устройство сможет определять только верх и низ, а также ускорение вверх или вниз. Стержни не будут прогибаться влево или вправо, а также наше устройство не будет реагировать на ускорение вперед/назад (вглубь экрана):
К сожалению, одним акселерометром нам не обойтись, так как он будет измерять положение и ускорение устройства только по одной оси (в нашем примере — оси Y или вверх/вниз. И такие акселерометры действительно существуют — это одноосевые акселерометры.
Если мы хотим измерять положение и/или ускорение по всем осям (X, Y и Z или влево/вправо, вверх/вниз и от нас/к нам), тогда нам нужны 3 акселерометра или 3 отдельных грузика, которые будут размещаться внутри смартфона или фитнес-трекера соответствующим образом:
Такой акселерометр будет называться уже 3-осевым. В более дорогих фитнес-браслетах и смарт-часах есть 6-осевые датчики. Это значит, что помимо 3-осевого акселерометра, у них также есть 3-осевой гироскоп. Но об этом сенсоре мы поговорим как-нибудь в другой раз.
А как выглядит реальный акселерометр?
Я много времени уделил довольно простой (даже банальной) аналогии с грузиками, но что на самом деле размещается внутри смартфона или браслета? Вы же не думаете, что там внутри есть крохотная коробочка, в которой жестко закреплены гибкие стержни с подвешенными грузиками?
А зря! Ведь именно так и есть, только сами стержни и грузики выглядят немножко по-другому.
Существует целый класс устройств под названием MEMS (микроэлектромеханические системы). Сюда входят не только акселерометры, но и гироскопы, микрофоны, барометры и другие датчики. Отдельные «запчасти» этих крошечных механизмов могут быть в 100 раз тоньше человеческого волоса!
То есть, суть MEMS и заключается в том, чтобы использовать классические механизмы, но очень маленького размера.
Вот как схематически можно представить MEMS-акселерометр смартфона или смарт-часов, который отслеживает движение только влево-вправо:
Зеленым цветом здесь показан грузик, а темно-серым — гибкие стержни, которые прогибаются при ускорении смартфона или наклонах влево-вправо. Не обращайте пока внимание на синие палочки и на странную форму грузика.
Стержни и грузик могут выглядеть по-разному. Вот снимок под микроскопом реального MEMS-акселерометра, который также отслеживает движение/ускорение по одной оси X (влево-вправо):
Здесь мы видим немного другую форму грузика, а вместо стержней используется гибкая подвеска. Обведу их разными цветами, чтобы было понятней, где что находится:
Существуют и другие формы, но принцип один и тот же.
На этом моменте может показаться, что принцип работы акселерометра понятен. В смартфоне или фитнес-трекере на самом деле установлен микроскопический механизм, состоящий из грузика и гибкого подвеса. Но как использовать этот механизм?
Представьте, что вы роняете телефон и он падает на землю. Естественно, минимум один из акселерометров срабатывает, так как его грузик из-за ускорения смартфона отклоняется в обратную сторону. Но что дальше? Как смартфон знает, куда, как сильно и какой конкретно грузик отклонился?
Мы видим это глазами, но у смартфона внутри корпуса нет глаз. Или как фитнес-браслет при взмахе рукой «знает», что какой-то из микроскопических грузиков куда-то отклонился?
Для ответа на эти вопросы нам нужно разобраться еще с одним интересным физическим явлением. Давайте сконструируем что-то вроде примитивного аккумулятора, который можно очень быстро заряжать и разряжать. Сделать его можно буквально за пару минут из подручных средств.
Необходимо взять две металлические пластинки, прикрепить к ним провода и… всё! Если мы разместим эти пластины достаточно близко друг к другу, но только так, чтобы они не соприкасались, тогда у нас получится такая интересная «батарейка»:
Интересна она по той причине, что заряжать ее можно мгновенно (за доли секунд), но и отдает свой заряд она также мгновенно. Использовать такую «батарейку» в качестве аккумулятора невозможно, ведь она не способна отдавать заряд постепенно в течение долгого времени.
Как же это работает?
Когда мы подключаем к двум пластинкам настоящую батарейку, к одной из этих пластинок устремляются триллионы электронов — крошечных «сгустков» энергии.
В то же время батарейка начинает «вытягивать» электроны из другой пластинки. Это происходит по той причине, что разные концы батарейки имеют разный заряд — отрицательный («минус») и положительный («плюс»).
Положительный заряд батареи будет притягивать к себе электроны с синей пластинки (они имеют отрицательный заряд), а отрицательный заряд, на котором у батарейки уже очень много электронов, будет стремиться избавиться от них и выталкивать электроны на красную пластинку:
В общем, весь этот процесс закончится тогда, когда уже будет не хватать «давления» (напряжения) в батарейке, с которым она выталкивает одни электроны и притягивает другие.
Когда мы отключим батарейку от пластинок, то одна из них теперь будет хотеть избавиться от лишних электронов, а другая наоборот — их притянуть. Но сделать это напрямую не получится, ведь между пластинками есть «изоляция» — воздух:
Если бы мы подключили к этим пластинкам, например, лампочку, тогда она бы на мгновение ярко засветилась. Половина электронов от красной пластинки устремятся к синей, чтобы их везде оказалось поровну и пластинки «не испытывали» никакого давления. А движение электронов по проводам — это и есть ток, который «зажжет» лампочку.
Какое отношение всё это имеет к механическому акселерометру?
Чтобы соединить все точки рассказа, нужно знать еще одну маленькую деталь.
Дело в том, что мы легко можем узнать ёмкость нашей самодельной «батарейки» (я называю ее батарейкой для простоты восприятия, на самом деле такое незамысловатое устройство называется конденсатором). Под словом «ёмкость» я имею в виду количество заряда, которое пластинка может накопить, а затем отдать.
Как вы думаете, от чего зависит эта ёмкость? Конечно, сразу интуитивно напрашивается ответ — от размера пластинок. Ведь чем она крупнее, тем больше туда физически может поместиться электронов:
Мы видим, что справа больше электронов, а значит, эти две пластинки могут накопить больший заряд, соответственно, ёмкость правого конденсатора («батарейки») — выше.
Но есть еще один способ изменить ёмкость пластинок, не меняя их размер. Он следует из закона Кулона, суть которого заключается в том, что сила, с которой одни заряженные частички притягиваются к другим, зависит от расстояния между ними.
Дело в том, что между этими двумя пластинками появляется электрическое поле — невидимая сила, притягивающая разноименно заряженные частички (+ и —) и отталкивающая одноименно заряженные частички (— и — или + и +). Для этой силы ни воздух, ни другая изоляция не является помехой или преградой.
Именно поэтому невозможно сделать конденсатор из одной пластинки. Мы просто не «затолкаем» туда электроны, так как они будут моментально отталкиваться обратно. Но когда появились две пластинки с разными зарядами, появилась и сила, удерживающая этот переизбыток зарядов.
Согласно закону Кулона, чем ближе будут пластинки, тем выше будет сила взаимодействия между заряженными частичками, которая удерживает их, и мы сможем затолкать еще больше электронов при том же размере пластинок:
Это должно быть понятно даже интуитивно, так как все мы пробовали соединять два магнитика. Чем ближе они друг ко другу (при условии, что мы соединяем их разные полюса или «плюс» и «минус»), тем сильнее они притягиваются друг ко другу.
И вот теперь наших знаний достаточно, чтобы ответить на вопрос, как же на самом деле работает акселерометр в смартфонах и фитнес-браслетах.
Давайте посмотрим на 3D-модель вот такого микромеханического акселерометра:
Здесь мы видим «грузик» синего цвета на гибких подвесках (также синего цвета) по краям. Это акселерометр, который работает только по оси X, то есть, грузик смещается влево-вправо (на картинке он уже смещен вправо).
А теперь обратите внимание на темно-серые палочки. Я нарисую схематически вот этот кусочек, чтобы остальная часть акселерометра нам не мешала:
Так вот, синяя верхняя вертикальная палочка на грузике — это и есть одна из пластинок «батарейки» (конденсатора), которую мы только что подробно рассмотрели. Соответственно, серая палочка вверху — вторая пластинка (см. картинку ниже).
На эти пластинки подается заряд и, когда грузик движется вправо, верхние пластинки прижимаются друг к другу, но не соприкасаются. А внизу происходит обратная ситуация — две пластинки отдаляются друг от друга:
Так как две верхние пластинки приблизились вплотную друг к другу, то и заряд на них максимальный, то есть, мы говорим, что ёмкость верхнего конденсатора максимальна. А на двух нижних пластинках, напротив, заряд минимален, так как расстояние между ними увеличилось, соответственно, сила взаимодействия также снизилась.
Акселерометр непрерывно измеряет емкость такой пары конденсаторов — двух верхних и двух нижних пластинок. И по ним очень легко определяет, насколько грузик отклонился от состояния покоя:
- Если ёмкость верхних пластинок максимальна, а нижних — минимальна, значит, грузик ушел максимально вправо
- Если ёмкость верхних пластинок минимальна, а нижних — максимальна, значит, грузик ушел максимально влево
- Если ёмкость верхних и нижних пластинок одинакова, значит грузик находится в состоянии покоя и акселерометр не зафиксировал никакого движения по оси X (влево-вправо)
Кроме того, мы можем легко определять ускорение устройства по степени (амплитуде) отклонения грузика.
Еще раз посмотрим это на увеличенной 3D-модели:
Акселерометр мобильных устройств работает с ничтожно малыми емкостями и зарядами, так как эти пластинки микроскопического размера. Поэтому в акселерометре не одна пластинка, а множество. И все верхние пластинки соединены между собой в одну, как и все нижние — между собой.
Грузик также является одной общей пластинкой, которая подключается к питанию с одной стороны стержня (на картинке этот контакт я подписал словом «грузик», хотя сам грузик синего цвета находится, естественно, посередине):
То есть, по сути, акселерометр состоит из двух конденсаторов («батареек»): одной большой верхней пластины с ребрами и грузика, а также одной большой нижней пластины с ребрами и того же грузика. Смартфон непрерывно измеряет ёмкости этих двух конденсаторов и сразу же понимает, что произошло какое-то движение, как только емкости меняются.
Вот и весь принцип работы этого крохотного инженерного чуда! Теперь дело остается за малым. Нужно просто связать определенное изменение ускорение акселерометра по всем осям с определенным действием.
К примеру, вот так выглядит изменение ускорения по всем 3 осям акселерометра моего фитнес-браслета, когда я просто иду:
Мы видим, что ускорение заметно изменяется только по одной оси X (показано синим цветом). А вот какие показания акселерометра будет регистрировать фитнес-браслет, когда я побегу:
Здесь мы видим, что из-за увеличения скорости движения рук увеличилась и сила ускорения. Кроме того, заметно изменяется ускорение не только по оси X, но и по оси Y (показано желтым цветом). Ведь при ходьбе мои руки были опущены вниз, а во время бега — полусогнуты.
Таким образом, браслету не составляет никакой трудности, например, автоматически определить ходьбу или бег. Ведь «рисунок» изменения ускорения по всем осям очень характерен для каждого вида активности.
При желании трекеры могли бы очень легко определять даже такие занятия, как чистка зубов или игра в теннис (при ударе ракеткой происходит характерное движение кистью, которое очень легко отследить по акселерометру).
Алексей, глав. ред. Deep-Review
P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на наш научно-популярный сайт о мобильных технологиях, чтобы не пропустить самое интересное!
Акселерометры или датчики ускорения встроены практически во все современные устройства. Они не только обеспечивают ориентацию в пространстве, но и делают гаджеты «умными». РБК Тренды объясняют, как это работает
- Что это
- Как работает
- Для чего нужен
Что такое акселерометр
Акселерометр — это прибор для измерения ускорения, который работает как датчик изменения положения устройства в пространстве. Акселерометр определяет направление, степень, скорость отклонения устройства и отвечает за разворот картинки на экране смартфона или включает экран фитнес-браслета при повороте запястья. Благодаря этому устройству гаджет распознает, сколько его хозяин прошел шагов или занимается ли он сейчас спортом.
Акселерометры измеряют ускорение, что на практике означает изменение скорости или направления. Это могут быть удары и вибрации, резкое увеличение или уменьшение скорости, силы, которые могут указывать на слишком быстрый поворот.
Существует множество типов акселерометров. Самыми простыми являются одноосевые, которые могут обнаруживать изменения скорости в одном измерении. Например, одноосевый акселерометр, установленный в локомотиве, может обнаруживать изменения скорости поезда. При этом акселерометры в телефоне или планшете измеряют скорости по трем осям направления. Таким образом, трехосевой акселерометр в смартфонах может предоставлять информацию о движении объекта в пространстве.
Акселерометры присутствуют во всех современных смартфонах и «умных» гаджетах. Первый такой прибор появился в телефоне Nokia 5500, который вышел в 2006 году. Он выполнял роль шагомера в спортивном режиме. Однако акселерометры стали стандартом в iPhone. Начиная с модели iPhone 4, он используется вместе с гироскопом, где измеряется сопротивление силе поворота. Это обеспечивает большую точность измерений.
Как работает акселерометр
Датчик механического акселерометра содержит элемент инертной массы или грузик, который удерживается пружинами (от одной до трех, в зависимости от количества осей). Пружины фиксируются на неподвижной детали. Они измеряют движение элемента относительно устройства. Чем больше прогиб пружин, тем больше отклонение и, следовательно, тем выше регистрируемое ускорение. При этом скорость (например, при тренировке) высчитывается исходя из изменений этого ускорения во времени с учетом сил гравитации.
Однако электронный акселерометр в смартфоне вместо инертной массы использует набор проводников, которые движутся под воздействием ускорения и изменяют напряженность поля вокруг себя. По этому показателю можно определить, в какую сторону сдвинулись проводники, а также — какое движение вызвало этот сдвиг.
Акселерометр не способен точно измерять угол поворота устройства в пространстве, а оценивает его примерно. В этом случае экран смартфона при повороте телефона может перевернуться не сразу. Однако установка акселерометра вместе с гироскопом, который определяет угол и скорость поворота устройства, решает эту проблему.
Датчик акселерометра может перестать работать по многим причинам: падение устройства, сильные удары, попадание в корпус воды, а также неправильная конфигурация. В последнем случае его можно настроить самостоятельно с помощью специальных приложений. Эта опция доступна на Android-устройствах, а iOS-устройства следует перезагрузить.
У современных моделей акселерометров погрешность измерений составляет 3–10%, а у более простых она близка к 30%. Так, если носить смартфон на шнурке на шее, то погрешность будет выше, а если положить в карман — ниже. При этом положение устройства в пространстве никакой роли не играет. Кроме того, точность измерений зависит от рельефа местности — чем ровнее поверхность, тем ближе показатели к реальным. Свою роль играет и температура — в сильную жару данные могут искажаться. Наконец, на подсчеты акселерометра влияет то, разговаривает ли человек по телефону во время ходьбы.
Кстати, в условиях невесомости показания любого акселерометра будут равны нулю. Это связано с тем, что ускорение объекта вызывается лишь гравитационной силой и равно гравитационному ускорению, а кажущегося ускорения, которое измеряет датчик, просто не существует.
Именно поэтому в iPad, которые отправляли на МКС, отключали функцию автоповорота экранов.
Для чего нужен акселерометр
Акселерометры встраивают не только в мобильные устройства. Их применяют в целом ряде отраслей промышленности. Акселерометры наряду с гироскопами являются важнейшими компонентами систем навигации и управления самолетов, ракет и других летательных аппаратов, а также морского транспорта. Они помогают ориентироваться и рассчитывать координаты объектов благодаря их ускорению там, где нет внешних ориентиров. Кроме того, акселерометры задействуют для проверки систем устойчивости при воздействии вибрации в строительстве и на предприятиях.
Также акселерометры встраивают в системы управления жестких дисков компьютеров, чтобы при падениях или ударах они активировали механизм защиты от повреждений. Такая технология защиты используется в основном в ноутбуках, нетбуках и на внешних накопителях.
Акселерометрами оснащается вся современная бытовая техника, даже стиральные машины, утюги и тепловентиляторы. Например, в утюгах датчик при падении отключает питание, чтобы не допустить возникновения пожара.
В устройствах управления игровых приставок акселерометры используются для управления в играх без использования кнопок с помощью контроллеров.
Акселерометр в смартфоне
В настройках смартфона акселерометр по умолчанию выключен. Обычно он обозначается как «Поворот экрана». Однако датчик обеспечивает не только автоматическую смену ориентации экрана при повороте. Он отвечает за реализацию целого ряда функций:
-
отслеживание физической активности (подсчет шагов);
-
определение положения владельца в пространстве с помощью навигационных приложений (Google Карты и так далее);
-
реагирование на жесты для выполнения команд, например, отключения музыки (постукивание, встряхивание корпуса, его переворот экраном вниз);
-
управление игровым процессом при помощи наклонов.
Акселерометр в фитнес-браслете
Акселерометр присутствует во всех фитнес-браслетах и «умных» часах. Он также обеспечивает работу нескольких функций:
-
подсчет шагов;
-
мониторинг сна (благодаря распознаванию движения руки);
-
работу функции «Умный будильник» (будит владельца гаджета в фазе быстрого сна);
-
включение экрана при вращении кисти руки.
Акселерометр в планшете
Датчик акселерометра фиксирует положение планшета в пространстве и включает поворот экрана. Кроме того, он:
-
контролирует масштабирование страниц в браузере при наклоне корпуса;
-
реагирует на встряхивания и удары (отмена действия, смена обоев и так далее);
-
реагирует на сильные удары и активирует автопарковку головок жесткого диска, чтобы защитить его от повреждений.
Акселерометр в видеорегистраторе
Акселерометр применяется системах видеорегистраторов автомобилей для сбора данных. Эти системы могут включать в себя многоосевые акселерометры для измерения скорости, ускорения и замедления машины, а также гироскопы для определения вращения и ориентации.
Акселерометр позволяет:
-
определить, насколько быстро ехал водитель и двигался ли он, если случилось столкновение;
-
сохранить запись на карте памяти видеорегистратора при ударах и экстренно активировать ее при изменении поведения автомобиля;
-
в сочетании с машинным зрением и искусственным интеллектом — обнаружить рискованное поведение, например, отсутствие торможения на знаке остановки.
Акселерометр в наушниках
Первая гарнитура с акселерометром была выпущена компанией Jawbone в 2011 году. С тех пор датчик стали встраивать в продвинутые модели наушников. Он позволяет:
-
реагировать на движения (встряхивание, постукивание), чтобы отвечать на вызовы, переключать их и завершать;
-
автоматически убавлять громкость звука, если пользователь снимает гарнитуру;
-
активировать шумоподавление во время разговора, распознавая голосовые вибрации.
В AirPods Max и Pro система пространственного аудио с акселерометром и гироскопом отслеживает движения головы и перемещения сопряженного устройства, чтобы положение звука всегда было привязано к экрану, даже если пользователь отвернулся.
Акселерометр в медицине
Акселерометры используются в различных медицинских устройствах. Их встраивают в носимые устройства, которые распознают падения и обычно используются пожилыми людьми. Датчик считывает изменение положения тела, а устройство автоматически отправляет сообщение в экстренные службы.
Кроме того, акселерометры встраивают в системы распознавания положения медицинских датчиков на теле человека. Это требуется, чтобы устройства были установлены правильно и выдавали корректные показатели. Так, исследование 2014 года показало, что датчики захвата передвижений у больных рассеянным склерозом или остеоартритом лучше всего размещать на лодыжках, так как они точнее фиксируют действия.
В последние годы для медицинского применения одобрили ряд устройств на основе акселерометров для имплантов, в том числе кардио- и нейростимуляторов, которые обеспечивают лучший мониторинг состояния пациентов.
Кроме того, в перспективе акселерометры можно будет встраивать в «умную» ткань медизделий. Исследование с участием пациентов с варикозом, которые носят компрессионные чулки, показало, что акселерометры довольно точно предсказывают время износа изделий.
Исследования показывают, что пока использовать обычные фитнес-браслеты с целью медицинского мониторинга довольно сложно. Хотя самые популярные показатели активности у потребительских и медицинских устройств практически совпадают, но более сложные данные выглядят неточными. Так, показатели шагометра часов Fitbit и специализированного устройства ActivPAL оказались схожи, но достоверность мониторинга ЭКГ в Apple Watch Series 4 вызвала вопросы. Однако исследователи предполагают, что в будущем фитнес-браслеты и умные часы станут частью общей экосистемы мониторинга пациентов в качестве автономных или «мультисенсорных» устройств.
Современные смартфоны и планшеты на ОС Android и других платформах, обеспечивают своим владельцам огромное количество возможностей, которые уже давно вышли за пределы обычного общения и интернет-сёрфинга. Для повышения функциональности гаджетов применяется множество дополнительных устройств – от такого приспособления как датчик приближения до акселерометра и гироскопа.
С их помощью удобнее разговаривать по мобильной связи, делать фото и даже играть. Некоторые функции таких датчиков похожи, но в основном они дополняют друг друга – поэтому установленный акселерометр в телефоне не исключает наличие в конструкции и гироскопа.
Принцип действия датчика
Пользователь, впервые столкнувшийся с термином «акселерометр» в списке характеристик смартфона, может заинтересовать, что это такое, как работает и выглядит. Ответить на эти вопросы несложно – устройство, получившее название от латинского слова «accelero» («ускоряю»), применяется для измерения кажущегося ускорения.
Определяя этот параметр, датчик помогает программному обеспечению контролировать положение телефона в пространстве и расстояние, на которое был перемещён мобильный гаджет.
Между тем, даже зная, что такое акселерометр, некоторые пользователи не отличают его от гироскопа. На самом деле оба датчика могут измерять одни и те же величины, но полностью заменить друг друга не способны.
При этом гироскоп в телефоне необходим для определения угла поворота гаджета относительно определённой плоскости. А акселерометр требуется для контроля положения в пространстве путём измерения ускорения движения. Совместное использование устройств помогает программному обеспечению гаджета получить более точные результаты.
Рис. 1. Один из примеров работы акселерометра.
Рассматривая действие акселерометра и что это такое по большому счёту, стоит познакомиться с принципом действия классического приспособления:
- Основная часть датчика представляет собой инертную массу (например, грузик), прикреплённую к упругому элементу.
- Упругая деталь типа пружины фиксируется на неподвижном элементе.
- Пружина зафиксирована на неподвижной части конструкции.
- Колебания груза подавляются демпфером.
- При наклонах, встряске и поворотах гаджета инертная масса реагирует на силу инерции.
- Чем больше интенсивность и сила наклона, встряски или поворота, тем сильнее деформируется пружина.
- После возвращения массы на место под воздействием пружины уровень смещения относительно обычного положения фиксируется специальным датчиком.
Рис. 2. Конструкция стандартного акселерометра.
С другой стороны, ответ на вопрос по поводу акселерометра в телефоне – что это и как выглядит, будет немного отличаться. В данном случае он представляет собой миниатюрный элемент на плате с расположенной внутри инертной массой и выглядит обычно как маленький чёрный квадрат.
Основной принцип работы элемента мало отличается от стандартного – при изменении положения инертной массы определяется величина смещения, по которому рассчитываются показатели положения гаджета. Такие датчики стоят практически на любом виде мобильной техники – на телефоне или планшете.
Рис. 3. Внешний вид датчика для смартфона.
к оглавлению ↑
Применение устройства
Определившись с тем, что представляет собой акселерометр в телефоне, стоит узнать и как им пользоваться – для этого можно привести несколько примеров:
С помощью датчика осуществляется управление в играх – смена положения мобильного устройства вызывает определённые действия со стороны игрового персонажа или управляемого игроком транспортного средства. Так, например, наклоном телефона можно изменять направление движения автомобиля в гоночных симуляторах.
Рис. 4. Игра Asphalt 8, управление в которой выполняется с помощью акселерометра.
Во время спортивной пробежки акселерометр используется в смартфонах и планшетах для контроля пройденной дистанции. При этом определяется примерное количество сделанных шагов – и, хотя погрешность может быть довольно высокой (зависит от скорости движения), полученные результаты можно использовать для повышения результатов тренировки.
Наличие таких датчиков на смартфонах и планшетах позволяет изменять ориентацию изображения. Расположив мобильный гаджет горизонтально, пользователь при помощи акселерометра автоматически получает альбомный формат картинки или текста. При вертикальном расположении экрана ориентация изменится на книжную.
В других устройствах датчик применяют и для выполнения тех же задач, для чего нужен акселерометр на телефонах, и для других целей. Так, в авиации он необходим для работы навигационных систем, а в промышленности используется в качестве вибропреобразователя.
В системах управления жёсткими дисками HDD акселерометр требуется для компенсации вызываемых ускорениями объекта колебаний и защиты хранящихся на накопителе данных.
Видеорегистраторы с помощью этого датчика способны определять время ускорения и торможения, фиксировать остановки и столкновения. На джойстиках игровой приставке акселерометр необходим для управления игровым процессом.
к оглавлению ↑
Включение и отключение датчика
Способ, как узнать есть ли акселерометр на телефоне, заключается в повороте экрана в другое положение. Если изображение при этом не изменилось, значит датчик отсутствует – или на смартфоне просто отключена функция «Автоповорота».
У большинства моделей поворот экрана при изменении положения автоматически включается и выключается с помощью меню настроек или верхней панели на главном экране:
В первом случае следует перейти в «Настройки», выбрать пункт «Экран» и включить поворот изображения.
Рис. 5. Включение через настройки.
Во второй ситуации достаточно потянуть пальцем за верхнюю панель, увеличив её размер на весь экран, и включить соответствующую функцию.
Рис. 6. Включение через верхнюю панель.
Совет: Иногда автоматическая реакция акселерометра на движения мобильника не требуется – и даже может мешать. В таких случаях датчик можно отключить, воспользовавшись одним из тех меню, в которых можно включать автоповорот.
к оглавлению ↑
Настройка и калибровка
Практически все новые телефоны с гироскопом имеют и встроенный датчик контроля ускорения. При отсутствии акселерометра в телефоне, что говорит о бюджетной стоимости модели или её выпуске много лет назад, добавить эту функцию не получится ни перепрошивкой, ни изменением настроек.
Зато при наличии датчика, если он не работает или неправильно реагирует на изменение положения устройства, можно выполнить его калибровку.
Автоматическая настройка Андроид акселерометра выполняется в три этапа:
1Скачайте с гугл плей бесплатное приложения для калибровки (например, GPS Status & Toolbox).
2Установите телефон с акселерометром на ровную поверхность.
3Перейдите в меню настроек утилиты и выберите пункт калибровка акселерометра.
Рис. 7. Меню приложения.
На дисплее гаджета появится сообщение о необходимости установки на ровную поверхность. После подтверждения запускается калибровка. Завершение процесса сопровождается появлением соответствующей надписи.
Рис. 8. Работа приложения GPS Status & Toolbox.
к оглавлению ↑
Выводы
Зная, что такое акселерометр, можно сделать определённые выводы по поводу его наличия в современных мобильных устройствах. Наличие датчиков определения положения смартфонов и планшетов позволяет упростить просмотр на телефоне видео или чтение книг, а иногда даже помогает в игровом процессе.
Однако перед использованием акселерометра его иногда приходится настраивать. На это потребуется всего несколько минут и скачивание бесплатной утилиты.
Тематическое видео:
Практически в каждом описании характеристик современного смартфона, фитнес-браслета или умных часов можно встретить упоминание датчика под названием акселерометр. Еще его могут называть «датчик ускорения» или G-сенсор. Что это такое, как работает акселерометр и зачем нужен в телефоне, часах или браслете, читайте далее.
Суть понятия «акселерометр»
Акселерометр – это прибор, предназначенный для измерения кажущегося ускорения. Кажущееся ускорение – это разница между гравитационным и истинным ускорениями объекта.
Пружина крепится к неподвижной поверхности, к пружине крепится масса. С другой стороны ее поддерживает демпфер, который гасит собственные вибрации груза. Во время ускорения массы деформируется пружина. На этих деформациях и основываются показания прибора. Три таких прибора, объединенные в одну систему и сориентированные по осям позволяют получать информацию о положении предмета в трехмерном пространстве.
Принципиально акселерометр состоит из пружины, подвижной массы и демпфера.
Наиболее широкое применение такой тип приборов нашел в нескольких областях:
- Навигационные устройства летательных аппаратов. Самолеты, вертолеты и даже ракеты не обходятся без сложных систем навигации. Акселерометр и гироскоп служат для них основой.
- Автомобильные спидометры и видеорегистраторы также используют акселерометры. Первые определяют скорость по отклонению массы, а вторые определяют важные события (экстренное торможение, резкая смена скорости) и записывают их в отдельные файлы.
- Промышленные системы контроля вибрации различных станков, производственных линий и агрегатов. На показаниях прибора работают системы защиты, которые отключают питание или изменяют характеристики работы при достижении критических значений.
- В информационных технологиях такие приборы применяются для защиты жестких дисков от падений и сотрясений. Они отдают команду считывающим головкам занять безопасное положение во время падения.
Это значительно снижает потерю данных и повреждения диска. В эту же категорию можно отнести и акселерометры на телефонах и планшетах.
Принципиально простое устройство производится во множестве специализированных компоновок, каждая из которых предназначена для определенных целей.
Для чего нужен акселерометр в смартфоне
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 выглядит акселерометр в телефоне
Акселерометр в телефоне выглядит как обычный чип. В зависимости от модели смартфона может на вид незначительно отличаться. Принцип работы представить себе проще на примере механического варианта: в нём есть массивный элемент, закреплённый упругими подвесами, давление на которые можно измерить. В зависимости от задачи, подвесов может быть от одного до трёх.
Электронный акселерометр вместо массивного тела использует набор проводников, которые могут двигаться под воздействием ускорения и изменять напряжённость поля вокруг себя. По показаниям напряжённости можно определить, в какую сторону сдвинулись проводники и какое движение корпуса вызвало этот сдвиг. Комплексный датчик, включающий гироскоп, может иметь больше осей – до шести.
Вот так выглядит акселерометр в телефоне.
Трёхосный акселерометр довольно точно определяет как положение тела в пространстве в каждый момент, так и его изменение. При этом он постоянно собирает и отправляет информацию о давлении на подвесы. Что это даёт? Так, например, датчик акселерометра в телефоне помогает не только определить положение корпуса устройства в пространстве, но и скорость, с которой вы перемещаетесь, и сотрясения, производимые вашими шагами, и намеренные встряхивания смартфона.
Именно поэтому, повернув корпус телефона, вы наблюдаете, как картинка на экране тоже поворачивается. Именно поэтому вы можете в гоночной игре рулить, используя смартфон или геймпад как рулевое колесо. Именно поэтому фитнес-трекер умеет подсчитывать ваши шаги или отслеживать качество сна.
Как узнать, есть ли акселерометр в телефоне
Практически во всех смартфонах и планшетах, выпущенных в эпоху Android и iOS, этот датчик есть. Даже в самом первом айфоне, выпущенном в 2007 году, и в первом Samsung Galaxy S, вышедшем в 2010-м.
Если вы сомневаетесь, есть ли он в вашем устройстве, то просто почитайте официальное описание. В ранних Андроид-смартфонах поворот экрана не обязательно включался по умолчанию, поэтому, если вы повернули свой телефон и дисплей не отреагировал, это ещё ни говорит об отсутствии акселерометра. Вероятнее всего, что он отключен в настройках телефона. Найдите похожую иконку, как на рисунке ниже и активируйте.
Принцип работы
Основным принципом для оснащения современных телефонов данным прибором является компактность, так как у многих смартфонов толщина корпуса не превышает восьми миллиметров, а там должно разместиться огромное количество разной электроники. Именно поэтому разработчики создали миниатюрную конструкцию акселерометра, который поместили в специальный чип.
Принцип его работы заключается в том, что к неподвижному корпусу крепится перегородка с отведенными в сторону проводниками, которые помещаются между контактами, считывающими показания изменений ускорения. Создавать такие миниатюрные версии прибора вручную практически невозможно, поэтому их делают на автоматизированных конвейерных линиях, а за основу берут реакции силикона и других веществ.
Преимущества и возможности
Плюсы такого устройства заключается в том, что пользователь смартфона в любой момент сможет узнать о положении гаджета в пространстве. При том, что в играх и во время просмотров фильмов можно регулировать не только поворот экрана, но и скорость этого поворота, а это позволяет создать максимально точное управление телефоном.
Наличие датчика определения положения смартфона позволяет упростить процесс пользования им, а точнее – сделать максимально комфортными такие действия как чтение книг, просмотр видео и пользование приложениями. Иногда, прежде чем акселерометр начнет работать, его нужно настроить, однако этот процесс занимает несколько минут.
Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах
Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах помогает считать количество пройденных шагов. Собственно, это акселерометр в браслете и в smart-часах отслеживает ваши движения даже во сне. А программная обработка его показаний помогает распознать, идёте вы или бежите, с какой скоростью, как много шагов подряд сделали.
Когда вы поднимаете руку к лицу и дисплей автоматически включается – это тоже благодаря распознаванию жестов с помощью того же маленького, но полезного модуля.
Функции акселерометра и их применение
Наличие данного датчика в смартфоне является достаточно полезной функцией, поскольку с его помощью удается повысить комфортность использования устройства.
Человек, который успел ощутить всю прелесть телефона с акселерометром, уже не сможет использовать устаревшие модели, не имеющие G-сенсора, в силу отсутствия важных функций, являющихся уже привычными в современном мире.
При подсчёте шагов смартфон также обращается к данным, получаемым от акселерометра.
Шагомер
Первым применением акселерометру станет использование его для определения количества пройденных шагов. Эта функция пригодится любителям спорта или людям, которые занимаются фитнесом. Также большое количество современных телефонов имеют приложения, позволяющие следить за собственным здоровьем, где обязательно присутствует шагомер. Точность показаний не является идеально точной, но позволяет корректировать собственный режим тренировок для повышения их результативности.
Управление изменение угла наклона смартфона в гоночных симуляторах повышает уровень погружения в игровой процесс и улучшает точность вхождения в поворот.
Управление в играх
Ещё одной важной функцией является возможность управления игровым процессом посредством изменения угла наклона. Особенно удобно это в гоночных играх, где смартфон с акселерометром станет заменой руля, подключаемого к ноутбуку или стационарному ПК с целью упрощения процесса и ощущения большего погружения в игру. Эффективность управления будет зависеть от амплитуды совершаемых движений.
Автоматический поворот экрана удобен для просмотра видео или работы с документами.
Автоповорот экрана
Просмотр фотографии или видеоролика становится более комфортным при изменении ориентации экрана на горизонтальную. Это упрощает восприятие информации и позволяет меньше напрягать зрение. Отвечает за подобный процесс акселерометр. Также посредством изменения положения картинки на экране становится проще работать с документами или электронными таблицами.
Одной из областей применения встроенного акселерометра является определение угла наклона
Улучшение навигации
Посредством встроенного акселерометра улучшается работа геопозиционирования устройства в пространстве. Это может понадобиться при работе даже самого простого компаса, который будет реагировать на изменение положения устройства относительно системы координат.
Настройки телефона предполагают управление жестами, которое активируется также посредством акселерометра
Физическое управление смартфоном
Некоторые современные флагманы имеют возможность управления работой отдельных встроенных приложений посредством жестов или изменение положения устройства. Акселерометр применяется для смены трека музыкального плеера, отключения будильника, выключения звука входящего звонка при перевороте аппарата экраном вниз.
В большинстве случаев осуществление физического управления смартфоном следует активировать в настройках, для чего следует предварительно внимательно ознакомиться с руководством по эксплуатации или советами внутреннего помощника.
Включение или отключение опции автоматического поворота производится в настройках.
Особенности акселерометра
Акселерометр – это, если можно так сказать, способность планшета или телефона переворачивать изображение на экране. Акселерометр больше всего применяется при «серфинге» сайтов. Страницы сайтов обычно делают для прямоугольных мониторов, читать информацию с планшета становиться не совсем удобно, тут-то и понадобиться акселерометр, переверните ваш планшет, сайт сам примет доброжелательный вид и сразу станет удобно воспринимать информацию находящиеся на сайте.
Первый реагирует на изменение положения, а второй на линейное ускорение. Благодаря таким свойствам планшет или телефон точно реагирует на тонкие движение и изменение положения.
Как настроить?
Все современные гаджеты оборудованы акселерометром, если его нет, это говорит либо об очень бюджетной модели смартфона, либо о том, что он был выпущен много лет назад. Для того, чтобы добавить датчик контроля ускорения, не поможет новая прошивка или изменения в настройках, если он не был внедрен в процессе сборки, то с этим уже ничего сделать нельзя.
Если же он был встроен изначально, то его функции необходимо просто отрегулировать в настройках. Для этого следует зайти в Google Play и скачать любое приложение для калибровки. После этого запустить программу, установить смартфон на ровную поверхность и зайти в настройки утилиты, выбрать графу «калибровка акселерометра». После таких действий на экране должно появиться оповещение, которое нужно подтвердить, после чего начнется запуск настройки.
Чем отличается акселерометр от гироскопа
Многие путают акселерометр с гироскопом в телефоне. Если акселерометр определяет положение устройства в пространстве и расстояние, на которое оно было перемещено, то гироскоп, дополнительно к этим параметрам, еще и замеряет угол поворота смартфона/планшета.
Наличие обоих датчиков в аппарате позволяет точнее его позиционировать в пространстве, повышая комфортность работы с гаджетом и увеличивая его функциональность, например, позволяя просматривать виртуальную реальность с помощью специальных очков. В недорогих смартфонах или планшетах обыкновенно присутствует только один из этих датчиков.
Настройка и калибровка акселерометра
Если датчик работает неправильно или с запозданием, например, автоматический поворот экрана притормаживает, то можно попробовать исправить этот дефект калибровкой с использованием специальных утилит. Рассмотрим калибровку датчика с помощью приложения GPS Status & Toolbox, установить которую можно из официального каталога Google Play.
- Установите приложение и запустите его.
- Перейдите в меню программы, нажав на три горизонтальные полоски в левом верхнем углу, и выберите пункт «Калибровка акселерометра».
- Приложение предложит положить телефон на ровную, горизонтальную поверхность и нажать на кнопку «Откалибровать».
- О завершении процесса приложение сообщит соответствующим уведомлением внизу экрана.
На сегодня во всех смартфонах и планшетах имеется датчик ускорения, даже в самых дешевых моделях, разве что лишь в самых древних аппаратах его может не быть. Можно сказать, что акселерометр – это один из самых важных элементов современных мобильных устройств.
Как выполнить калибровку акселерометра
Данный датчик является одним из самых полезных, ведь с его помощью определяется ориентация устройства в пространстве, да и многое игры используют данный сенсор для управления, к примеру, для контроля автомобиля на трассе. Если по каким-то причинам он работает не корректно вам стоит выполнить следующие действия. Для выполнения данного действия вам потребуется программа GPS Status & Toolbox.
- Скачиваем, устанавливаем и запускаем приложение.
- Теперь необходимо положить смартфон/планшет на ровную поверхность, чтобы в дальнейшем откалибровать датчик как можно правильнее. Значения наклона должны приравниваться к нулю, как показано на скриншоте.
- Нажимаем на левый верхний угол и попадаем в основное меню, где необходимо выбрать раздел «Калибровка акселерометра».
- Убедитесь в том, что устройство лежит на идеально ровной поверхности и выберете пункт «Откалибровать».
- Практически мгновенно программа выполнит необходимые действия, а на экране устройства появится надпись «Акселерометр откалиброван».
Как выполнить калибровку компаса
Компас является полезным инструментом для путешественников и охотников, которые не хотят заблудиться в лесу и могут спокойно ориентироваться с его помощью. Но что делать если компас не работает или показывает направление неверно? Выход прост! Достаточно сделать калибровку используя программу GPS Status & Toolbox.
- Скачиваем, устанавливаем и запускаем приложение.
- Открываем основное меню приложения, нажав на верхний левый угол. Находим пункт «Калибровка компаса» и нажимаем на него.
- Для калибровки компаса необходимо по очереди повернуть устройство 1-2 раза по 3-м осям и нажать на кнопку «ОК».
- На этом процесс калибровки компаса можно считать завершенным.
Для проверки всех датчиков на работоспособность вам следует загрузить и установить программу GPS Status & Toolbox. Зайти в основное меню, нажав на верхний левый угол и выбрать «Диагностика датчиков». Напротив, каждого из датчика будет стоять либо зеленая галочка, свидетельствующая об исправности, либо красный восклицательный знак, символизирующий о возможной неисправности конкретного датчика.
Включение и отключение датчика
Способ, как узнать есть ли акселерометр на телефоне, заключается в повороте экрана в другое положение. Если изображение при этом не изменилось, значит датчик отсутствует – или на смартфоне просто отключена функция «Автоповорота».
У большинства моделей поворот экрана при изменении положения автоматически включается и выключается с помощью меню настроек или верхней панели на главном экране: В первом случае следует перейти в «Настройки», выбрать пункт «Экран» и включить поворот изображения.
Включение через настройки.
Во второй ситуации достаточно потянуть пальцем за верхнюю панель, увеличив её размер на весь экран, и включить соответствующую функцию.
Включение через верхнюю панель.
Иногда автоматическая реакция акселерометра на движения мобильника не требуется – и даже может мешать. В таких случаях датчик можно отключить, воспользовавшись одним из тех меню, в которых можно включать автоповорот.
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.
Видео
Источники
- http://geek-nose.com/akselerometr-v-telefone-chto-eto-princip-raboty-foto/
- https://mobcompany.info/interesting/chto-takoe-akselerometr-v-smartfone-princip-ego-stroeniya-i-raboty.html
- https://iSmartWatch.ru/18620-akselerometr
- https://VGrafike.ru/preimushhestva-nalichija-akselerometra-v-telefone/
- https://tehno.guru/ru/akselerometr-v-telefone/
- https://androidologia.ru/kak-vklyuchit-giroskop-na-androide.html
- https://infodroid.ru/akselerometr-v-telefone/
- https://TvoySmartphone.ru/uroki/157-kak-otkalibrovat-datchiki-na-android.html
- https://www.computer-setup.ru/akselerometr-v-telefone-chto-eto-takoe
Что такое акселерометр в телефоне
Этот термин изначально происходит от латинского слова «accelero», которое в дословном переводе означает «ускоряю». Прибор, именуемый акселерометр, используется для измерения кажущегося ускорения или разницы между гравитационным и истинным ускорением физического тела или объекта.
Другое название прибора – G-сенсор. Реализация функции в смартфоне предполагает определение угла наклона аппарата относительно поверхности земли путем сопоставления трёх координат: X, Y и Z, или ширины, длины и высоты соответственно.
Специальное программное обеспечение отвечает за смену ориентации изображения на экране в зависимости от полученных датчиком координат.
Но «умный» прибор, обладающий компактными размерами (меньше 10-копеечной монеты), способен реагировать не только на изменение положения корпуса в системе координат. Дополнительно он воспринимает внешние воздействия, такие как встряхивание, толчок или поворот. В зависимости от настройки программных процессов и требований установленного приложения, каждое действие рождает ответную реакцию.
В каждом смартфоне присутствует ещё один датчик, способный улавливать изменение угла наклона, который именуется гироскоп. Его задача идентична и состоит в определении положение устройства относительно земной поверхности. Современные аппараты, для улучшения работы используют данные, получаемые сразу от двух датчиков, поэтому можно сказать, что они дополняют друг друга.
Принцип устройства и действия датчика
В классическом исполнении этот небольшой по размерам датчик имеет простую конструкцию и состоит из трёх компонентов: пружины, подвижной массы и демпфера.
Пружина закрепляется на неподвижной рамке. На её свободный конец прикрепляется грузик или масса, движение которого ограничено демпфером, необходимым для погашения вибраций, создаваемых при раскачивании.
При появлении ускорения наблюдается движение массы, приводящее к деформации пружины, что фиксируется измерительным блоком, преобразующим эти колебания в конкретные величины.
По завершению манипуляции за счёт пружины инертная масса занимает своё первоначальное положение. Датчик необходим для фиксации изменения уровня смещения относительно состояния покоя.
Также, когда речь заходит об акселерометре, вводится такое понятие, как ось чувствительности прибора. Всего их три, по числу составляющих системы координат. При наличии одной оси встроенный датчик сумеет передать изменение положение только в пределах чувствительности данной координаты.
К сведению!
Для достижения нормальной работы требуется три оси чувствительности, тогда происходит полноценное вычисление изменения положения устройства в трёхмерной системе координат.
Современные мобильные устройства имеют небольшие габариты, поскольку каждый производитель старается сделать свой флагман ультратонким. Поэтому разместить внутри корпуса классический акселерометр не представляет возможным. Он заменяется небольшой микросхемой, внутри которого имеется инертная масса, но нет пружины в стандартном её понимании, хотя чувствительные датчики могут чётко определять изменение угла наклона устройства.
Датчики для акселерометров изготавливаются в автоматическом режиме роботизированными станками. Для получения рабочего экземпляра требуется проведение химической реакции, при которой происходит взаимодействие силикона и иных элементов. Поскольку качество и точность будет зависеть от правильности расчётов и пропорций, то в условиях столь минимального размера добиться этого посредством физического воздействия невозможно.
Функции акселерометра и их применение
Наличие данного датчика в смартфоне является достаточно полезной функцией, поскольку с его помощью удается повысить комфортность использования устройства.
К сведению!
Человек, который успел ощутить всю прелесть телефона с акселерометром, уже не сможет использовать устаревшие модели, не имеющие G-сенсора, в силу отсутствия важных функций, являющихся уже привычными в современном мире.
Шагомер
Первым применением акселерометру станет использование его для определения количества пройденных шагов. Эта функция пригодится любителям спорта или людям, которые занимаются фитнесом. Также большое количество современных телефонов имеют приложения, позволяющие следить за собственным здоровьем, где обязательно присутствует шагомер. Точность показаний не является идеально точной, но позволяет корректировать собственный режим тренировок для повышения их результативности.
Управление в играх
Ещё одной важной функцией является возможность управления игровым процессом посредством изменения угла наклона. Особенно удобно это в гоночных играх, где смартфон с акселерометром станет заменой руля, подключаемого к ноутбуку или стационарному ПК с целью упрощения процесса и ощущения большего погружения в игру. Эффективность управления будет зависеть от амплитуды совершаемых движений.
Автоповорот экрана
Просмотр фотографии или видеоролика становится более комфортным при изменении ориентации экрана на горизонтальную. Это упрощает восприятие информации и позволяет меньше напрягать зрение. Отвечает за подобный процесс акселерометр. Также посредством изменения положения картинки на экране становится проще работать с документами или электронными таблицами.
Улучшение навигации
Посредством встроенного акселерометра улучшается работа геопозиционирования устройства в пространстве. Это может понадобиться при работе даже самого простого компаса, который будет реагировать на изменение положения устройства относительно системы координат.
Физическое управление смартфоном
Некоторые современные флагманы имеют возможность управления работой отдельных встроенных приложений посредством жестов или изменение положения устройства. Акселерометр применяется для смены трека музыкального плеера, отключения будильника, выключения звука входящего звонка при перевороте аппарата экраном вниз.
К сведению!
В большинстве случаев осуществление физического управления смартфоном следует активировать в настройках, для чего следует предварительно внимательно ознакомиться с руководством по эксплуатации или советами внутреннего помощника.
Включение и отключение функции
Не всегда функция автоповорота экрана включена по умолчанию, поэтому требуется изменение настроек смартфона, чтобы активировать акселерометр. Это можно сделать двумя способами:
- Посредством перехода в меню настроек, где необходимо выбрать пункт «Экран» и просто включить автоматический поворот экрана при изменении положения устройства.
- Путем активации нужной пиктограммы через шторку уведомлений, где находятся иконки для быстрого доступа к определенным функциям. Автоповорот экрана изображен в виде чуть склоненного смартфона и стилизованных штрихов, обозначающих движение.
В некоторых моментах автоматическое изменение изображения будет мешать. Для отключения этой функции можно воспользоваться указанными выше способами.
Калибровка датчика
Если существует проблема корректной работы датчика, следует производить его настройку и калибровку. Это достаточно простой процесс, который автоматизирован и потребует от пользователя выполнения минимума действий:
- Скачивание из PlayMarket бесплатного приложения.
- Установка смартфона на ровной поверхности.
- Включение утилиты и переход к пункту «Калибровка».
Далее весь процесс происходит в автоматическом режиме с оповещением пользователя о его завершении посредством появления соответствующей надписи.
Акселерометр не работает: что делать
Бывают ситуации, когда датчик перестаёт работать корректно или вообще отказывается функционировать даже после проведения калибровки. Проблема может быть вызвана программным сбоем или же выходом из строя самой микросхемы. В зависимости от причин появления необходим различный подход к устранению неполадки.
Программный сбой
В этом случае пользователю следует вспомнить последние установленные приложения, которые могли вызвать конфликт оборудования или программного кода. Первым делом рекомендуется удалить все новые приложения и опробовать акселерометр.
Если эти действия не привели к нужному результату, тогда вторым вариантом решения проблемы станет сброс до заводских настроек.
К сведению!
Перед осуществлением данной операции необходимо скопировать всю необходимую и важную информацию из памяти устройства на компьютер или внутрь облачного хранилища.
Для сброса телефона к заводскому состоянию следует выполнить следующие действия:
- зайти в меню настроек смартфона;
- выбрать пункт «Восстановление и сброс»;
- активировать кнопку «Сброс до заводских настроек»;
- подтвердить действие.
Через некоторое время пользователь получает полностью восстановленный телефон в том состоянии, в котором он был после приобретения.
Ещё одним способом «лечения» программного сбоя является обновление прошивки. При этом желательно подключить смартфон к сети WiFi, поскольку новая прошивка может «весить» гигабайты. Чтобы осуществить обновление программного обеспечения, необходимо перейти к пункту меню «Сведения о телефоне», далее выбрать строчку «Обновление ПО». Последует проверка наличия новых версий и, если они имеются, пользователю останется только скачать их на устройство и завершить процесс обновления.
Аппаратный сбой
Второй причиной, по которой может перестать работать акселерометр, является аппаратный сбой. Единственным способом восстановления нормального функционирования является обращение в специализированную мастерскую, где после проведения диагностических мероприятий мастер решит, какой вид ремонта требуется. Чаще всего осуществляется замена детали на новую, после чего работа аппарата восстанавливается.
Акселерометр является важной деталью, которая необходима для удобного использования современного умного устройства. Также подобные приборы применяются в космической отрасли, промышленности для контроля над вибрацией. Встретить акселерометр можно в жёстком диске, где он применяется для защиты от падений или сотрясений. Ещё раз узнать, что это такое, можно из представленного видео.
Содержание
- Что такое акселерометр и как он устроен
- Типы акселерометров
- Применение акселерометров в смартфонах
- Как откалибровать акселерометр
- Итог
Современные смартфоны – это достижение инженерной мысли, напичканное миниатюрными датчиками, микросхемами, сенсорами, один из которых отвечает за пространственно-скоростные изменения объекта или его ускорение. Акселерометр: что это такое в телефоне, как работает и зачем нужен, разбираемся в деталях.
Что такое акселерометр и как он устроен
Акселерометр – это электромеханическое устройство, используемое для измерения сил ускорения. Такие силы могут быть статическими, например непрерывная сила тяжести, или, как в случае со многими мобильными устройствами, динамическими – для определения движения или вибрации.
Из всех компонентов смартфона акселерометр, вероятно, является самым технологически захватывающим, но также недооцененным гаджетом на устройстве. Если вы хотите, чтобы изображение на смартфоне отображалось в альбомной или портретной ориентации, все, что нужно сделать, – это повернуть устройство. Вы когда-нибудь задумывались, как гаджет распознает, что его наклонили именно в этом направлении? Как раз акселерометр в телефоне и отвечает за то, чтобы правильно реагировать на поворот корпуса.
Акселерометры состоят из трех основных компонентов:
- корпуса: движется вместе с устройством, в котором он установлен. Он является основанием датчика и движется с той же скоростью, что и устройство;
- подвижной части: смещается при движении корпуса относительно основания акселерометра. Степень смещения зависит от того, насколько наклонено устройство;
- сенсоров: отслеживают, насколько сместилась подвижная часть, и передают информацию программному обеспечению.
В смартфонах акселерометры крепятся на плату и представляют собой миниатюрный черный квадрат с инертной массой, величина смещения которой фиксируется датчиками.
Типы акселерометров
В смартфонах, как правило, используют два типа акселерометров: пьезоэлектрические или емкостные. Оба эти слова звучат очень сложно, но на практике они довольно просты.
Принцип работы емкостных акселерометров разберем на примере. Вам знакомы игрушки-лабиринты с шариками? Представьте себе один из них в виде пустого квадрата без перегородок. Когда вы его наклоняете, мяч перекатывается и ударяется об одну из сторон, в результате чего срабатывает датчик. Конечно, в смартфонах нет маленьких головоломок-лабиринтов, но есть нечто похожее. Вместо мяча в них используется сетка или грузик, закрепленный на опорах. При движении смартфона сетка немного сдвигается и тянет за собой опору. При этом между частями сетки установлены маленькие «пальчики», которые чувствуют, где находится сетка, и фиксируют любое ее движение.
В зависимости от того, по каким осям перемещается подвижная часть акселерометра, различают одноосевые (вверх/вниз), двухосевые (вверх/вниз, вправо/влево) и трехосевые (вверх/вниз, вправо/влево, внутрь/наружу).
Пьезоэлектрический акселерометр – это прибор, фиксирующий пространственную ориентацию устройства, основываясь на пьезоэлектрическом эффекте.
Представьте, если бы вы стояли спиной к стене, держа матрас на расстоянии вытянутой руки с закрытыми глазами. Матраса не видно, но чувствуется, если он движется. Если толкать или тянуть матрас, это вызовет напряжение в руках. Вы почувствуете, либо как матрас отрывается, либо как приближается к вам.
Пьезоэлектрические акселерометры работают аналогично. Они используют механизм, который толкает и притягивает проводник, который, в свою очередь, излучает электричество в зависимости от приложенного напряжения. Именно степенью возникающего напряжения и измеряется движение устройства в системе координат.
Применение акселерометров в смартфонах
В эпоху диджитализации акселерометр в смартфоне – это must-have, без которого функциональность устройства будет неполноценной. Между прочим, компания Apple интегрировала его во все свои устройства iPhone, iPad и iPod еще с 4-го поколения.
Рассмотрим основные моменты, для чего же используется акселерометр в мобильных устройствах.
- Изменение ориентации мобильного приложения. Цифровые помощники, аудио-, видеоплееры управляют пользовательским интерфейсом мобильного приложения с помощью акселерометра. Он регулирует ориентацию контента, делая его удобным для пользователя.
- Поскольку акселерометр в смартфоне фиксирует движение, он используется как шагомер для подсчета шагов и скорости движения. Это позволяет детально анализировать, сколько сожжено калорий, сколько пройдено километров, с какой скоростью движется объект и т. д. Датчик широко используется в приложениях для здоровья и фитнеса, а также в спортивных.
- В некоторых устройствах акселерометр используют как датчик наклона, чтобы устранить дрожание камеры при съемке, управлять смартфоном жестами (например, перевернуть смартфон, чтобы отключить звук входящего звонка), играть в аркадные игры, контролируя скорость движения при помощи угла наклона устройства, и т. д.
- В навигационных приложениях – определяет положение объекта в пространстве, скорость его движения и даже топографию местности.
- В экстренных ситуациях (при падении гаджета) автоматически включает систему защиты. Например, некоторые смартфоны «прячут» выдвигающуюся селфи-камеру если распознают резкую потерю высоты.
Задумывались ли вы, что такое простое устройство, как акселерометр, – неотъемлемая часть навигационных приборов в авиации и космонавтике? Спидометры, видеорегистраторы, смарт-часы, промышленное оборудование, информационные технологии – все эти гаджеты и оборудование также работают с устройствами, в компоновке которых присутствуют акселерометры.
При необходимости датчик акселерометра можно отключить с помощью меню настроек. Это может понадобиться в том случае, когда функция поворота экрана не нужна или мешает выполнению определенных задач.
Интересно, что непосредственно за угол наклона устройства отвечает другой датчик – гироскоп. Он фиксирует данные о положении смартфона относительно земной поверхности. Как правило, гироскоп идет в паре с акселерометром и дополняет данные до шестиосевой системы координат.
Как откалибровать акселерометр
Что такое акселерометр в телефоне, мы разобрались, теперь остановимся на том, как откалибровать устройство для получения точных данных.
Если программным обеспечением смартфона не предусмотрена функция калибровки, то для этого понадобится скачать и установить любое подходящее приложения, доступное в маркете.
Как правило, процесс калибровки занимает несколько минут. Необходимо положить смартфон на ровную горизонтальную поверхность, запустить процесс, следовать инструкциям на экране и получить уведомление о завершении калибровки.
Как понять, что акселерометр нуждается в калибровке?
- Датчик работает неправильно: некорректно отображаются показатели скорости движения, траектории и пройденного расстояния.
- При изменении положения гаджета автоматический поворот экрана запаздывает.
- Сенсорное управление смартфоном подтормаживает, особенно в аркадных играх.
Итог
Очевидно, что такое устройство, как акселерометр в мобильном гаджете, – это не просто удобная функция, а полноценная система взаимосвязи между человеком и прибором: от шагомера до навигации, управления жестами и системы безопасности. Крохотный чип (меньше 10-копеечной монеты) мгновенно реагирует на изменения положения устройства в пространстве, улавливает толчки, встряхивания, повороты. И на каждое такое действие происходит ответная реакция, обусловленная программным обеспечением смартфона.
Акселерометр в смартфоне: что это и для чего нужен
На чтение 3 мин Опубликовано 13.11.2020
Предмет обсуждения: устройство акселерометра в смартфоне и что это такое. Смартфоны на платформе OC Android и iOS давно и уверенно вошли в нашу жизнь. Владельцы популярных гаджетов не понаслышке знакомы с автоповоротом экрана. Особенно его ценят любители игр за возможность управления поворотом гаджета. Ответственный за это свойство – акселерометр.
Содержание
- Устройство и принцип работы акселерометра в смартфоне
- Назначение и функции
- Где используется
Устройство и принцип работы акселерометра в смартфоне
С латинского «accelero» обозначает «ускоряю». Используется для определения кажущегося убыстрения. Датчик контролирует нахождение устройства в пространстве. Рассчитывает отрезок пути передислокации смартфона.
Акселерометр включает:
- корпус;
- датчики;
- пассивную массу.
Прибор выпускается в виде микросхемы, с вмонтированной пассивной массой. Она изменяет свое местоположение в процессе убыстрения.
Отводы от пассивной массы расположены между контактами. Когда они перемещаются, напряженность поля между контактами меняется. Это является показателем для замеров. Показания фиксируются. Так гаджет получает информацию о пространственном нахождении.
Преобразователи изготавливаются на автоматизированных станках, без участия человека, из-за очень маленьких размеров. Здесь нужна сверхточная работа. Чтобы получить рабочее изделие, требуется провести химическую реакцию, при которой силикон взаимодействует с другими составляющими частями. Качество зависит от правильности расчетов и соблюдения соотношений.
Назначение и функции
Данный прибор улучшает работу устройства, добавляет комфортности для пользователя. Владелец гаджета со встроенным датчиком уже не сможет пользоваться другим, у которого нет этой важной функции. Прибор служит для:
- изменения положения экрана в автоматическом режиме;
- управления в игре при наклоне;
- реагирования смартфона на некоторые действия (постукивания, встряхивания);
- определения и демонстрации изменения положения человека в пространстве;
- контроля физической активности.
Первый акселерометр появился на мобильном телефоне Nokia 5500 как шагомер. Это его стандартное применение. Затем новшество стали использовать как уровень. Датчик на телефоне способен изменить ориентацию изображения.
Расположив гаджет горизонтально, получаем альбомный формат картинки. При вертикальном положении – получаем книжный.
Где используется
Использование акселерометра широко практикуется в современной жизни. Прибор применяется во многих областях. Укажем наиболее востребованные:
- авиация. Прибор служит основой навигационных устройств самолетов, вертолетов, ракет;
- промышленность. Применяется как контролирующий орган вибраций во время работы агрегатов, станков. Если устройство показывает критические показатели, срабатывает система защиты;
- автомобили. Видеорегистраторы с акселерометрами определяют время ускорения, торможения. Фиксируют остановки, столкновения;
- спорт. Контролирует длину дистанции;
- информационные системы. Предотвращает падение, встряску жестких дисков. Приказывает считывающим головкам принять безопасное положение;
- компьютерные игры. Применяя его как джойстик, можно управлять игровой деятельностью.
Наличие акселерометра в устройстве облегчает просмотр видеоизображений, чтение литературы, управление игровой деятельностью. Прибор имеет широкие возможности для применения. Взаимодействие пользователя и гаджета переходит на современный, гораздо более удобный уровень.