Главная » Инструкции » Обслуживание » Как работает акселерометр в смартфоне?

Как работает акселерометр в смартфоне?

Акселерометр – это один из ключевых элементов современной носимой электроники. Фитнес-браслеты, умные часы, смартфоны, наушники, компьютеры, жесткий диск этих компьютеров, автомобили, подводные лодки, даже ракеты – везде используется акселерометр.

Но в рамках этой статьи я расскажу о смартфонах.

Зачем нужен акселерометр

В любом смартфоне (Android или iOS) акселерометр используется в основном для определения положения устройства и автоматического поворота экрана.

На основе акселерометра мы можем отслеживать движение пользователя. Например, именно так работает шагомер для подсчета количества шагов при ходьбе или беге.

Акселерометр подсчитывает шаги

Акселерометр считает шаги

Управление в огромном количестве игр построено тоже на базе этого датчика. Модная фишка в iOS постукиванием по задней крышке (сделать скриншот) в том числе ориентируется на показания акселерометра.

Как устроен акселерометр

Работу акселерометра можно сравнить со строительным уровнем: когда меняется его положение в пространстве, то пузырек воздуха перемещается в колбе.

Строительный уровень

Чтобы понять суть дальше, возьмем какой-нибудь груз и закрепим его на гибком подвесе. Обозначим где верх и где низ.

Конструкция на подвесе

Когда эта конструкция лежит на столе, то ничего с ней не происходит. Но если перевернуть в вертикальное положение, то подвесы прогнутся под весом нашего груза. Все это происходит под действием силы тяжести, которая притягивает все предметы к земле.

Перевернутый груз

Если конструкцию перевернем, то груз будет технически уже отклоняться в другую сторону. Исходя из этого, куда устремился груз – мы можем определить в каком положении у нас вверх, а где низ этой конструкции относительно грузика.

А если устройство резко дернуть вверх, то грузик на короткое время прогнет подвес еще сильнее из-за ускорения. Чем сильнее грузик сместится в противоположную сторону, тем сильнее ускорение.

Резко дернуть вверх

Резко дернуть вверх

Это как в автомобиле: чем быстрее разгон, тем сильнее вас вжимает в кресло.

Суть, я думаю понятна. Но такой прибор может определить положение только в одной плоскости – верх и низ. Для полноценной работы акселерометра в смартфоне нам потребуется три таких прибора, итого получим 3 оси в пространстве (x,y,z).

3 осевой акселерометр

3 осевой акселерометр

Такой акселерометр будет называться трехосевым.

Акселерометр в смартфоне

Возвращаясь к вопросу о том, как это все относится к нашему гаджету, и зачем я все это рассказал. Если посмотреть на внутренности смартфона, то тут не видно никаких грузиков и подвесов. А что если я скажу, что они там есть, только выглядят иначе?

Внутренности смартфона

Существует целый класс устройств под названием МЭМС (Микроэлектротехнические системы). Они представляют собой миниатюрные устройства, содержащие микроэлектронные и микро механические компоненты. Сюда входят и акселерометры, и гироскопы для определения угла наклона, микрофоны, магнитометры, барометры и много чего еще.

МЭМС в смартфоне

МЭМС в смартфоне

Все эти датчики представляют собой крошечные механизмы из кремния или полимеров, которые находятся внутри микросхем нашего устройства. Типичные размеры микромеханических элементов лежат в диапазоне от 1 микрометра до 100 микрометров (100 мкм = 0,1 мм).

Это невероятный микромир, даже существует микродвигатели. Но вернемся к нашему акселерометру. Вот так можно представить МЭМС акселерометра смартфона и смарт-часов, которое отслеживает движение только по одной оси влево-вправо.

МЭМС акселерометр в смартфоне

зеленый – грузик, черный – подвесы

Но как наш смартфон видит, куда отклонился грузик, и дает соответствующее указание операционной системе выполнить какие-либо действия. Именно для этого на представленной выше схеме можно увидеть отростки палочки на грузики и синие, которые зафиксированы неподвижно.

Работает это чудо техники по принципу дифференциального конденсатора. Если простыми словами, чтобы сразу стало понятно, то синие и зеленые палочки имеют разный заряд. Вспоминаем, что отрицательные и положительные заряды всегда притягиваются друг к другу, а одинаковые заряды отталкиваются. Чем ближе положительные и отрицательные друг к другу заряды, тем сильнее их взаимодействие.

Устройство акселерометра

Акселерометр – наглядный пример

То есть емкость конденсатора будет выше, если наши палочки приблизятся к друг другу, и соответственно ниже, если они будут отдаляться.

В состоянии покоя, когда наш телефон лежит на столе, расстояние между зеленой и синей палочкой одинаково, ничего не меняется. Но если я передвину смартфон, то грузик сместится, и зеленая палочка грузика с одной стороны станет ближе к синей, а с другой – дальше от нее.

Работа акселерометра

Соответственно, наш смартфон и замеряет измерение емкости этих палочек между собой и понимает, в какую сторону от своего центрального положения они сместились. А соответственно, и в какую сторону я двигаю свой смартфон.

Кроме того, по скорости изменения емкости можно легко измерять ускорение, с которым я это делаю. Чем быстрее меняется емкость между палочками, тем быстрее я двигаю свой смартфон в какую-либо сторону.

Наглядный пример работы акселерометра

Наглядный пример работы акселерометра

Вот и весь принцип работы акселерометра в наших гаджетах. Принцип простой, но реализация очень и очень интересная. Мы рассмотрели работу датчика только по одной оси, а как я и писал ранее, обычно используется 3 оси: вверх-вниз, влево-вправо и вперед-назад.

Работа в одной оси

Работа в одной оси

В современных смартфонах акселерометр работает в паре с гироскопом, который измеряет изменение углов ориентации предмета.

Поделитесь материалом в соц сетях:

Ваш комментарий:

*

*

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

закрыть рекламу x
закрыть рекламу x
закрыть рекламу x
закрыть рекламу x