Датчики акселерометр что это. Акселерометр в смартфоне: принцип работы, функции и применение

alexxlabДатчик
Что такое акселерометр в смартфоне и как он работает. Для чего нужен акселерометр в телефоне, фитнес-браслете и умных часах. Как выглядит акселерометр и какие функции выполняет в мобильных устройствах. Чем отличается от гироскопа.

Содержание

Что такое акселерометр и как он работает

Акселерометр — это датчик, измеряющий ускорение и изменение положения устройства в пространстве. Принцип его работы основан на инерции — при движении устройства внутренние элементы датчика смещаются относительно корпуса, что позволяет определить направление и величину ускорения.

В смартфонах используются миниатюрные электронные акселерометры, состоящие из:

  • Неподвижного корпуса
  • Подвижной массы с электродами
  • Неподвижных электродов
  • Схемы обработки сигнала

При движении смартфона подвижная масса смещается, изменяя емкость между электродами. Эти изменения преобразуются в электрический сигнал, который обрабатывается и передается процессору устройства.

Для чего нужен акселерометр в смартфоне

Основные функции акселерометра в современных смартфонах:


  • Автоматический поворот экрана при изменении положения устройства
  • Подсчет шагов и определение физической активности
  • Управление в играх наклоном устройства
  • Реакция на встряхивание и другие жесты
  • Определение свободного падения для защиты жесткого диска
  • Улучшение работы навигационных приложений

Благодаря акселерометру смартфон «понимает» свое положение в пространстве и может адаптировать интерфейс и функции под текущее положение.

Акселерометр в фитнес-браслетах и умных часах

В носимых устройствах акселерометр выполняет следующие задачи:

  • Подсчет шагов и пройденной дистанции
  • Определение интенсивности движений
  • Мониторинг сна и его фаз
  • Включение экрана при повороте запястья
  • Распознавание конкретных видов активности

Акселерометр является ключевым датчиком в фитнес-трекерах, позволяя отслеживать физическую активность пользователя в течение дня.

Как выглядит акселерометр в смартфоне

Акселерометр в современных мобильных устройствах представляет собой миниатюрный чип размером всего несколько миллиметров. Внешне он выглядит как небольшая микросхема, интегрированная в системную плату смартфона.


Несмотря на крошечные размеры, такой акселерометр способен измерять ускорение по трем осям с высокой точностью. Компактность позволяет встраивать его даже в самые тонкие смартфоны и носимые устройства.

Принцип работы акселерометра в телефоне

Работа акселерометра в смартфоне основана на следующих принципах:

  1. При движении устройства инерционная масса внутри датчика смещается относительно корпуса
  2. Это смещение изменяет емкость или сопротивление между электродами
  3. Изменение параметров преобразуется в электрический сигнал
  4. Сигнал обрабатывается и передается процессору смартфона
  5. Программное обеспечение интерпретирует данные и определяет параметры движения

Современные акселерометры в смартфонах способны измерять ускорение по трем осям координат, что позволяет точно определять положение устройства в пространстве.

Функции акселерометра в мобильных устройствах

Рассмотрим подробнее основные функции, которые выполняет акселерометр в смартфонах и носимых устройствах:

Автоматический поворот экрана

Акселерометр определяет, в каком положении находится смартфон — вертикально или горизонтально. Это позволяет автоматически поворачивать изображение на экране для удобного просмотра.


Подсчет шагов

Анализируя колебания при ходьбе, акселерометр может подсчитывать количество сделанных шагов. Это основа работы шагомеров в смартфонах и фитнес-трекерах.

Управление в играх

В мобильных играх акселерометр позволяет управлять наклоном устройства, что особенно удобно в гоночных симуляторах и других играх, требующих реакции на изменение положения.

Реакция на жесты

Встряхивание, постукивание, переворот экраном вниз — акселерометр позволяет распознавать различные жесты и привязывать к ним определенные действия.

Отличия акселерометра от гироскопа

Акселерометр и гироскоп — это разные датчики, которые часто используются совместно в мобильных устройствах:

  • Акселерометр измеряет линейное ускорение и определяет положение устройства относительно земли
  • Гироскоп измеряет угловую скорость вращения вокруг осей устройства
  • Акселерометр лучше определяет статическое положение
  • Гироскоп точнее отслеживает быстрые повороты и вращения
  • Комбинация двух датчиков позволяет получить более точные данные о движении

В современных смартфонах обычно используется комплексный датчик, объединяющий акселерометр и гироскоп в одном чипе. Это позволяет получить шестиосевую систему определения движения и положения устройства.


Калибровка акселерометра в смартфоне

Иногда акселерометр в смартфоне может некорректно определять положение устройства. В таком случае может потребоваться его калибровка. Процесс калибровки зависит от модели смартфона и операционной системы:

Калибровка на Android

Для калибровки акселерометра на Android-смартфонах можно использовать специальные приложения, например GPS Status & Toolbox. Процесс калибровки обычно включает следующие шаги:

  1. Положите смартфон на ровную горизонтальную поверхность
  2. Запустите приложение для калибровки
  3. Следуйте инструкциям на экране, поворачивая устройство в разных плоскостях
  4. Дождитесь завершения процесса калибровки

Калибровка на iPhone

На iPhone специальных инструментов для калибровки акселерометра нет. Обычно достаточно перезагрузить устройство. Если проблема сохраняется, можно попробовать сбросить все настройки в меню «Настройки» > «Основные» > «Сброс».

Регулярная калибровка акселерометра поможет поддерживать точность его показаний и корректную работу всех функций, зависящих от определения положения устройства.



в фитнес браслете, в телефоне и в часах

ГлавнаяОбзоры

Средняя оценка+3

Сохранить в закладкиСохраненоУдалено 0

Средняя оценка+3

0 19612

Когда-то это слово вызывало ассоциацию с лабораториями, испытательными стендами, скоростной техникой – и уж точно не с предметами, которые мы носим в карманах. Сейчас в порядке вещей, если вы носите с собой сразу три устройства, в состав которых входит акселерометр. Итак, мы расскажем что такое акселерометр и зачем он нужен в телефоне, в фитнес-браслете и часах и разберемся чем он отличается от гироскопа. А также произведем калибровку в смартфоне на Android и iPhone.

Содержание страницы

  • 1 Что такое акселерометр
  • 2 Принцип работы
  • 3 Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах
  • 4 Как выглядит акселерометр в телефоне
  • 5 Как узнать, есть ли акселерометр в телефоне
  • 6 Настройка/калибровка акселерометра на смартфоне
    • 6. 1 Калибровка Android
    • 6.2 Калибровка G Sensor для игр
    • 6.3 Калибровка iPhone
  • 7 Чем отличается акселерометр от гироскопа
  • 8 Вывод

Что такое акселерометр

Если говорить простым языком, то акселерометр – это прибор для измерения ускорения. Он применяется как датчик изменения положения устройства в пространстве и таким образом определяет направление, степень, скорость отклонения. Именно акселерометр отвечает за разворот картинки на экране вашего смартфона при повороте корпуса или как еще пример, включает экран фитнес-браслета или смарт-часов, когда вы наклоняете запястье.

Сегодня акселерометр в телефоне – это обязательный элемент. Однако ещё десять-двенадцать лет назад первые смартфоны, в которых был G-сенсор, воспринимались как чудо. Давайте разбираться, зачем нужен этот датчик, если столько лет обходились без него.

Принцип работы

Образно говоря, акселерометр в смартфоне – это необходимый элемент для качественного отображения картинки. Впрочем, есть для него и другие применения. Современные телефоны вполне способны работать как шагомеры или отслеживать качество сна по тому, как вы ворочаетесь под одеялом.

Смотрите видео, где подробно рассказывается о принципе работы акселерометра:

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.

Как выглядит акселерометр в телефоне

Акселерометр в телефоне выглядит как обычный чип. В зависимости от модели смартфона может на вид незначительно отличаться.

Вот так выглядит акселерометр в телефоне

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.

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.

Настройка/калибровка акселерометра на смартфоне

Калибровка Android

Калибровка акселерометра на Android нужна, например, в случае, если смартфон начал неправильно считать шаги или неверно определять положение корпуса. Штатных программ для этого нет, но, чтобы откалибровать акселерометр, существуют специальные приложения, однако лучшим вариантом признаётся приложение GPS Status & Toolbox (Скачать Google Play). В его разделе Toolbox есть специальный инструмент, который так и называется – «Калибровка акселерометра». Положите телефон на ровную поверхность и следуйте инструкциям.

Посмотрите видео инструкцию, как быстро откалибровать телефон. 

Калибровка G Sensor для игр

Посмотрите видео: калибровка G Sensor для игр на Android.

Калибровка iPhone

Инструментов для калибровки iPhone нет, но в случае чисто программного сбоя обычно спасает простая перезагрузка. Если проблема осталась, пишите в комментариях, постараемся помочь.

Чем отличается акселерометр от гироскопа

Как правило, акселерометр в смартфоне работает в паре с гироскопом. Эту практику ввела Apple в модели iPhone 4, и не прогадала. Комбинация двух датчиков сейчас стала настолько обыденной, что не все пользователи понимают разницу между этими двумя приборами.

Если вкратце, то в гироскопе ключевой массивный элемент закреплён и сопротивляется попытке поворота, порождая силу Кориолиса, которую можно измерить. Современный гироскоп способен в общем случае на более точное измерение угла наклона и более быструю реакцию. А сочетание этих двух датчиков даёт гораздо лучший результат, чем использование только одного.

Поэтому в современных смартфонах обычно устанавливается комплексный измеритель, в который входят оба датчика. Первую такую модель выпустила компания InvenSense в 2010 году, и в ней два 3-осных датчика формировали шестиосный комплекс. Разумеется, первыми инновацию оценили пользователи Apple, но вскоре она стала стандартом для всей индустрии.

Конечно, если вы спутаете акселерометр и гироскоп в «бытовом» смысле, это не страшно. Но вообще это совершенно разные измерительные приборы, и измеряют они разные значения, хотя и служат примерно для одной цели.

Вывод

Подведем итог.  Акселерометр, это один из ключевых элементов современной носимой электроники, который расширяет функциональность и возможности управления. Сейчас он есть во всех смартфонах и смарт-часах, а в фитнес-трекерах является главным датчиком всей системы. Если остались вопросы, задавайте в комментариях, мы с радостью на них ответим.

  • Была ли полезной информация ?
  • ДаНет

в фитнес браслете, в телефоне и в часах

ГлавнаяОбзоры

Средняя оценка+3

Сохранить в закладкиСохраненоУдалено 0

Средняя оценка+3

0 19612

Когда-то это слово вызывало ассоциацию с лабораториями, испытательными стендами, скоростной техникой – и уж точно не с предметами, которые мы носим в карманах. Сейчас в порядке вещей, если вы носите с собой сразу три устройства, в состав которых входит акселерометр. Итак, мы расскажем что такое акселерометр и зачем он нужен в телефоне, в фитнес-браслете и часах и разберемся чем он отличается от гироскопа. А также произведем калибровку в смартфоне на Android и iPhone.

Содержание страницы

  • 1 Что такое акселерометр
  • 2 Принцип работы
  • 3 Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах
  • 4 Как выглядит акселерометр в телефоне
  • 5 Как узнать, есть ли акселерометр в телефоне
  • 6 Настройка/калибровка акселерометра на смартфоне
    • 6.1 Калибровка Android
    • 6.2 Калибровка G Sensor для игр
    • 6.3 Калибровка iPhone
  • 7 Чем отличается акселерометр от гироскопа
  • 8 Вывод

Что такое акселерометр

Если говорить простым языком, то акселерометр – это прибор для измерения ускорения. Он применяется как датчик изменения положения устройства в пространстве и таким образом определяет направление, степень, скорость отклонения. Именно акселерометр отвечает за разворот картинки на экране вашего смартфона при повороте корпуса или как еще пример, включает экран фитнес-браслета или смарт-часов, когда вы наклоняете запястье.

Сегодня акселерометр в телефоне – это обязательный элемент. Однако ещё десять-двенадцать лет назад первые смартфоны, в которых был G-сенсор, воспринимались как чудо. Давайте разбираться, зачем нужен этот датчик, если столько лет обходились без него.

Принцип работы

Образно говоря, акселерометр в смартфоне – это необходимый элемент для качественного отображения картинки. Впрочем, есть для него и другие применения. Современные телефоны вполне способны работать как шагомеры или отслеживать качество сна по тому, как вы ворочаетесь под одеялом.

Смотрите видео, где подробно рассказывается о принципе работы акселерометра:

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.

Как выглядит акселерометр в телефоне

Акселерометр в телефоне выглядит как обычный чип. В зависимости от модели смартфона может на вид незначительно отличаться.

Вот так выглядит акселерометр в телефоне

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.

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.

Настройка/калибровка акселерометра на смартфоне

Калибровка Android

Калибровка акселерометра на Android нужна, например, в случае, если смартфон начал неправильно считать шаги или неверно определять положение корпуса. Штатных программ для этого нет, но, чтобы откалибровать акселерометр, существуют специальные приложения, однако лучшим вариантом признаётся приложение GPS Status & Toolbox (Скачать Google Play). В его разделе Toolbox есть специальный инструмент, который так и называется – «Калибровка акселерометра». Положите телефон на ровную поверхность и следуйте инструкциям.

Посмотрите видео инструкцию, как быстро откалибровать телефон. 

Калибровка G Sensor для игр

Посмотрите видео: калибровка G Sensor для игр на Android.

Калибровка iPhone

Инструментов для калибровки iPhone нет, но в случае чисто программного сбоя обычно спасает простая перезагрузка. Если проблема осталась, пишите в комментариях, постараемся помочь.

Чем отличается акселерометр от гироскопа

Как правило, акселерометр в смартфоне работает в паре с гироскопом. Эту практику ввела Apple в модели iPhone 4, и не прогадала. Комбинация двух датчиков сейчас стала настолько обыденной, что не все пользователи понимают разницу между этими двумя приборами.

Если вкратце, то в гироскопе ключевой массивный элемент закреплён и сопротивляется попытке поворота, порождая силу Кориолиса, которую можно измерить. Современный гироскоп способен в общем случае на более точное измерение угла наклона и более быструю реакцию. А сочетание этих двух датчиков даёт гораздо лучший результат, чем использование только одного.

Поэтому в современных смартфонах обычно устанавливается комплексный измеритель, в который входят оба датчика. Первую такую модель выпустила компания InvenSense в 2010 году, и в ней два 3-осных датчика формировали шестиосный комплекс. Разумеется, первыми инновацию оценили пользователи Apple, но вскоре она стала стандартом для всей индустрии.

Конечно, если вы спутаете акселерометр и гироскоп в «бытовом» смысле, это не страшно. Но вообще это совершенно разные измерительные приборы, и измеряют они разные значения, хотя и служат примерно для одной цели.

Вывод

Подведем итог.  Акселерометр, это один из ключевых элементов современной носимой электроники, который расширяет функциональность и возможности управления. Сейчас он есть во всех смартфонах и смарт-часах, а в фитнес-трекерах является главным датчиком всей системы. Если остались вопросы, задавайте в комментариях, мы с радостью на них ответим.

  • Была ли полезной информация ?
  • ДаНет

что это такое, зачем нужен и где применяется

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.

В этой статье: показать

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:

  1. Навигационные устройства летательных аппаратов. Самолеты, вертолеты и даже ракеты не обходятся без сложных систем навигации. Акселерометр и гироскоп служат для них основой.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.

  1. Установите приложение и запустите его.
  2. Перейдите в меню программы, нажав на три горизонтальные полоски в левом верхнем углу, и выберите пункт «Калибровка акселерометра».
  3. Приложение предложит положить телефон на ровную, горизонтальную поверхность и нажать на кнопку «Откалибровать».
  4. 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.

  1. Скачиваем, устанавливаем и запускаем приложение.
  2. 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.
  3. Нажимаем на левый верхний угол и попадаем в основное меню, где необходимо выбрать раздел «Калибровка акселерометра».
  4. Убедитесь в том, что устройство лежит на идеально ровной поверхности и выберете пункт «Откалибровать».
  5. 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.

  1. Скачиваем, устанавливаем и запускаем приложение.
  2. Открываем основное меню приложения, нажав на верхний левый угол. Находим пункт «Калибровка компаса» и нажимаем на него.
  3. Для калибровки компаса необходимо по очереди повернуть устройство 1-2 раза по 3-м осям и нажать на кнопку «ОК».
  4. 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

Акселерометр. Виды и типы. Работа и применение. Особенности

Акселерометр – это измерительный прибор позволяющий определить проекцию кажущегося ускорения. В простейшем исполнении он представляет собой грузик, закрепленный на упругом подвесе. При его отклонении от первоначального положения на упругом подвесе можно определить направление изменения положения, а также величину ускорения.

Акселерометр существует трех основных разновидностей. Они бывают одноосные, двуосные и трехосные. Наиболее часто используемыми являются трехкомпонентные устройства. Они имеют возможность измерять проекцию кажущегося ускорения в 3-х плоскостях.

Данное оборудование бывает:
  • Механическим.
  • Электронным.
  • Пьезоэлектрическим.
  • Термальным.

Механический акселерометр является самой простой и полностью соответствует классической конструкции, которая была придумана изначально. У нее подвешенный груз закрепляется на эластичном подвесе. При изменении положения корпуса прибора под воздействием инерции подвешенное тело компенсирует перекос, тем самым воздействия на пружину на которой оно крепится. В результате специальный механизм определяет подобные колебания и переводит их в показатель линейного ускорения.

Электронные предусматривают совмещение механических частей прибора с датчиками. Они позволяют осуществить более точное и быстрое измерение параметров перемещения положения закрепленной массы. Подобные устройства в разы более компактные, и внешне могут представлять собой миниатюрный чип для микросхемы, габариты которого не превышают размер ногтя на мизинце.

Пьезоэлектрические имеют внутри твердый стержень, который постоянно находится под давлением и воздействует на пьезокристалл. В результате вибрации осуществляется выработка электрического тока. Измеряя параметры напряжения проводится определение фактических показателей ускорения.

Термальные имеют в своей конструкции миниатюрный пузырек воздуха. При ускорении он отклоняется от своего положения, что фиксируется чувствительными датчиками.

Сфера применения устройства

Развитие технологий привело к внедрению акселерометра в различные виды оборудования, позволяя расширить их технические возможности. Если сразу после изобретения подобные датчики применялись только на паровозах с целью определения скорости их движения, то сейчас такие приборы можно встретить повсеместно.

Акселерометр в телефонах и планшетах

Долгое время акселерометры относились к оборудованию, которое не интересно окружающим. С развитием электронных технологий подобная тенденция пошла на убыль, сделав этот прибор известным среди широких масс. В первую очередь этому поспособствовало появление современных смартфонов, в корпусе которых имеется такое устройство.

Именно благодаря акселерометрам при изменении положения экрана смартфон переводит ориентацию изображения с книжной на альбомную. Впервые данный прибор был применен в мобильном телефоне компанией Nokia. Устройство было установлено в телефон Nokia 5500. Помимо переключения ориентации экрана, акселерометры обеспечивают возможность управления в играх, в частности гонках, где для управления транспортом нужно делать уклоны смартфоном.

При изучении инструкции телефонов, планшетов и прочей мобильной компьютерной техники можно увидеть информацию о наличие так называемого G-датчика. Он и есть тот самый акселерометр.

Именно акселерометр позволяет с помощью специального приложения использовать смартфоном в качестве строительного уровня.

Установка в фитнес-браслетах

Также причиной популяризации акселерометра стала мода на фитнес браслеты и умные часы. Данное устройство предназначено в первую очередь для обеспечения реализации функции шагомера. Осуществляя шаги, тело человека придает ускорение инертной массе внутри чувствительного чипа.

Программное обеспечение реагирует на особый тип колебаний, который может возникать на инертной массе только при выполнении шага. В остальных случаях, к примеру, при небольших покачиваниях рукой колебания не засчитываются. Все же обмануть шагомер возможно сделав такое телодвижение, чтобы прибор засчитал его как шаг. Но фактическое количество ложных шагов, которые считаются на протяжении дня, не слишком высокое, что создает минимальную погрешность измерений. Акселерометры у современных даже дешевых шагомеров не реагируют на мелкую встряску, к примеру, если прибор лежит в сумке, а не закреплен на руке.

Применение в видеорегистраторах

Акселерометры можно встретить и в конструкции многих видеорегистраторов. Казалось бы, такое оборудование явно не нуждается в подобном датчике. На самом деле производители регистраторов нашли весьма интересное применение для акселерометра. Он связан с программным обеспечением отвечающим за проведение съемки и сохранение видео данных. Датчик ускорения настроен таким образом, что при появлении неестественных инертных нагрузок, к примеру, при резком торможении или маневре на скорости, подается соответствующий сигнал. В результате видеорегистратор записывает видео в особенный файл. Благодаря этому результаты съемки сохранятся, и прибор не сможет автоматически их удалить, чтобы очистить память для дальнейшей регистрации.

Использование в сфере автомобилестроения

Акселерометр является обязательной частью современного автомобиля, в котором уделяется особое внимание безопасности. В этом случае применяется полноразмерный пьезоэлектрический прибор. Благодаря акселерометру обеспечивается нормальная работа пневмоподвески, круиз-контроля и пр.

Установка для сохранения данных на жестком диске

Винчестеры ноутбуков, нетбуков, а также съемные жесткие диски зачастую имеют в своей конструкции акселерометр. Задача такого датчика заключается, в случае падения компьютера, подать предупредительный сигнал на жесткий диск.  Тот является командой для остановки головок винчестера. Это позволяет предотвратить серьезные повреждения диска и сохранить записанные на нем данные.

Применение в сфере строительства

Также акселерометры применяются в качестве оборудования, которое осуществляет измерение колебаний зданий. Устройство могут использовать как отдельное диагностическое оборудование и как постоянный датчик. Также прибор данной конструкции может применяться для мониторинга систем целостности трубопроводов. С его помощью оценивают и эффективность работы мостов.

Применение в сейсмостанциях

С помощью акселерометра осуществляется фиксация землетрясений. Такие датчики входят в устройство современных сейсмографов. Они отличаются повышенной точностью, что дает возможность определить силу колебаний по шкале Рихтера. Такие приборы отличаются от классического строения акселерометра. Закрепленное тело остается неподвижным, в то время как в результате колебаний двигается только корпус самого устройства.

На сейсмостанциях применяются одноосные акселерометры. Одни применяются только для фиксации горизонтальных колебаний, а другие вертикальных.

Использование в летательных аппаратах

Также акселерометр можно встретить в конструкции беспилотных устройств. Благодаря работе датчика осуществляется контроль плоскости движения аппарата. Это существенно облегчает дистанционное управление, особенно если прибор находится вне предела зоны видимости. Наличие акселерометра позволяет избежать неправильного направления движения аппарата, а также дает ему возможность автоматически вернуться к точке запуска, если управление было потеряно или была нажата соответствующая кнопка.

Поведение в невесомости

Для обеспечения работы акселерометра важно наличие притяжения. Сначала теоретически, а потом и экспериментально на космических станциях было подтверждено, что акселерометры не способны действовать в условиях невесомости. В космосе в любом положении, а также при встряске показания устройства всегда равны нулю. В связи с этим традиционные датчики наклона на основе акселерометра, которые применяются повсеместно, на космических аппаратах совершенно бесполезны.

Причины погрешности прибора

При работе акселерометра могут возникать отклонения показаний его измерения. На это в первую очередь может влиять влажность и температура окружающей среды. Это меняет свойства материалов, которые применяются при изготовлении приборов. Также помехи создает внешнее магнитное поле. Для минимизации его влияния конструкции датчика могут иметь различные технические дополнения. Также погрешность измерений получается в результате вибрации объекта измерения.

Технические особенности устройств

Акселерометры могут отличаться между собой не только по направлению их использования, но и техническими особенностями. При выборе данного устройства, к примеру, при ремонте различного оборудования, которое им уже комплектовалось, стоит отдавать предпочтение аналогичному датчику. Также возможен выбор устройств с более высоким динамическим диапазоном. Этот показатель отражает максимальную амплитуду колебаний, на которую способен отреагировать прибор. Также важным показателем является чувствительность прибора. Различные изделия отличаются между собой по диапазону частоты, которая измеряется в Гц.

Похожие темы:
  • Эффект Холла. Виды и применения. Работа и особенности
  • Гироскоп. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Что такое акселерометр? Определение — Типы — Применение

Большинство современных устройств используют датчики для контроля и управления различными физическими величинами, такими как давление, температура, влажность, интенсивность света, направление и т.д. Один из таких датчиков, используемый для измерения ускорения устройств, называется датчиками акселерометра.

Когда-то давно вы бы нашли такие датчики только в современных машинах, таких как космические ракеты или реактивные самолеты. Теперь они есть практически в каждом смартфоне, ноутбуке, автомобиле и игровой консоли. Давайте копнем глубже и выясним, что это такое, как они работают, и для чего они используются?

Что такое акселерометр?

Определение: Акселерометр — это электромеханический инструмент, который измеряет ускорение (скорость изменения скорости). Ускорение может быть статическим, как ускорение, вызванное гравитацией, или может быть динамическим, как движение и вибрации, вызванные внешним фактором.

Измеряя величину гравитационного ускорения, инструмент может вычислить угол, под которым он наклонен относительно Земли. Например, акселерометр, установленный на поверхности Земли, будет измерять ускорение 9,81 м / с2 в прямом направлении вверх.

Измеряя величину динамического ускорения, можно определить, насколько быстро и в каком направлении движется устройство. Например, трехосевой акселерометр может определять величину и направление (во всех трех осях) ускорения как векторную величину.

Цель

Акселерометры используются в различных отраслях промышленности и научных исследованиях. Они в основном используются в электронных устройствах для определения ориентации, ускорения координат, ударов и вибрации.

Акселерометры, встроенные в смартфоны, например, выясняют, когда переключать макет экрана с ландшафтного на портретный. Данные, предоставляемые этими датчиками, могут помочь определить, идет ли устройство вверх или падает вниз.

Высокочувствительные акселерометры интегрированы в инерциальные навигационные системы ракет и реактивных двигателей. Беспилотные летательные аппараты также используют такие устройства для стабилизации полета.

Как работает акселерометр?

Механический акселерометр состоит из пружины, прикрепленной массой. Эта пружина обычно подвешивается внутри наружного корпуса. Когда все устройство ускоряется, корпус сразу же движется в том же направлении. Масса, однако, остается в своем положении (на короткое время), растягивая пружину с силой, соответствующей ускорению.

Принцип работы механического акселерометра

Измеряя длину пружины растяжения, мы можем определить ускорение. Это может быть сделано различными способами. Сейсмометр, например, использует тот же принцип для измерения землетрясений.

Когда происходит землетрясение, он трясет корпус сейсмометра, но масса движется дольше. К массе прикрепляется ручка, чтобы проследить ее движение на бумажном графике.

Современные акселерометры генерируют электрические или магнитные сигналы вместо того, чтобы использовать след от ручки на бумаге.

Самые распространенные типы акселерометров

Большинство коммерческих устройств оснащены емкостными, пьезорезистивными и пьезоэлектрическими приборами для преобразования механического движения в электрический сигнал.

1. Пьезоэлектрические акселерометры используют пьезоэлектрический эффект определенных материалов для измерения ускорения, вибрации или механического удара. Эти материалы накапливают электрический заряд (пьезоэлектричество) в ответ на приложенное механическое напряжение.

Принцип работы пьезоэлектрического акселерометра

К массе прикрепляется пьезоэлектрический материал, например, цирконат-титанат свинца. При движении акселерометра масса оказывает механическое давление на этот материал. В результате этого материал вырабатывает крошечное электрическое напряжение, которое можно расшифровать, чтобы вычислить соответствующее ускорение.

2. Пьезорезистивные акселерометры работают по аналогичному принципу. Они используют изменение сопротивления пьезорезистивных материалов для преобразования механического напряжения в выходное напряжение постоянного тока. Эти типы акселерометров подходят для измерений удара, где уровень g и диапазон частот значительно высоки.

Endevco 727 | легкий пьезорезистивный акселерометр, идеально подходящий для измерения удара при испытаниях на падение

Пьезоэлектрические компоненты, напротив, не имеют себе равных по высокотемпературному диапазону и малому весу в упаковке.

3. Емкостные акселерометры основаны на изменении электрической емкости в ответ на ускорение. Они содержат два компонента: первичную (стационарную) пластину, прикрепленную к корпусу, и вторичную пластину, соединенную с массой, которая свободно перемещается внутри корпуса.

Емкость изменяется с расстоянием между двумя металлическими пластинами, и, измеряя емкость, можно определить приложенное ускорение. Эти типы акселерометров могут измерять постоянное, а также медленное переходное и периодическое ускорение.

Трехосный емкостный акселерометр

Современные акселерометры бывают всех трех форм. Они часто представляют собой микроэлектромеханические системы (MEMS), содержащие несколько компонентов, каждый размером от 1 до 100 микрометров. Акселерометры, встроенные в планшеты и смартфоны, обычно имеют площадь менее 100 миллиметров.

Микромеханический акселерометр чувствителен только к одному направлению в плоскости. Двухосевой акселерометр построен путем интеграции двух устройств перпендикулярно, а трехосный акселерометр может быть сделан путем добавления другого устройства вне плоскости. Интегрированный модуль может быть гораздо более точным, чем три отдельных устройства, объединенные после упаковки.

Для достижения сверхвысокой чувствительности можно использовать квантовое туннелирование. Однако этот процесс является чрезвычайно сложным и дорогостоящим.

С помощью существующих технологий мы можем измерять ускорения до тысяч g. Инженерам и производителям приходится идти на компромисс между максимальным измеряемым ускорением и чувствительностью устройства.

Применение

Акселерометры используются в различных областях, от инженерной и бытовой электроники до биологии и медицинских технологий. Ниже приведены наиболее часто используемые датчики акселерометров.

Навигация

Инерциальная навигационная система (также называемая инерциальной эталонной платформой) использует компьютер и акселерометры для непрерывного измерения местоположения, ориентации и скорости движущегося объекта без каких-либо внешних ориентиров.

Инженерия

Акселерометры широко используются для измерения вибрации на машинах, автомобильных двигателях и зданиях. В автомобильном секторе акселерометры с высоким значением g используются для обнаружения дорожно-транспортных происшествий и установки подушек безопасности в нужное время.

Они также используются для контроля работоспособности оборудования и регистрации вибрации вращающихся инструментов, таких как компрессоры, турбины, которые, если их не обслуживать, могут привести к дорогостоящему ремонту. Некоторые акселерометры специально настроены (встроены в гравиметры) для измерения гравитационных сил.

В космических аппаратах акселерометры используются для обнаружения апсиса — точки на орбите спутника, в которой он наиболее удален от Земли.

Бытовая электроника

Они используются практически во всех ноутбуках, мобильных телефонах и камерах для определения положения и ориентации устройства и отображения контента в вертикальном положении на экранах. Игровые приставки, такие как пульт дистанционного управления PlayStation DualShock , используют трехосевой акселерометр, чтобы сделать рулевое управление более реалистичным в гоночных играх.

Многие производители ноутбуков используют акселерометры для защиты жестких дисков от повреждений. Если датчик обнаруживает внезапное падение, головки жесткого диска припаркованы, чтобы избежать повреждения диска и потери данных.

Биология и медицинское применение

В биологических науках все чаще используются акселерометры. Данные, получаемые с помощью высокочувствительных трехосных акселерометров, позволяют ученым различать поведенческие модели животных, когда они находятся вне поля зрения.

Многие автоматические внешние дефибрилляторы содержат акселерометр для определения глубины сдавления грудной клетки СЛР.

Несколько компаний производят часы для спортсменов, которые состоят из акселерометров для измерения скорости и пройденных дистанций бегунов. Современные будильники фазы сна также интегрированы с акселерометрическими датчиками, так что они могут обнаружить движение спящего и разбудить человека в цикле не-быстрого сна.

рецепты приготовления для систем позиционирования / Хабр

В этой заметке мы поговорим об инерциальных датчиках. О том, что они измеряют и о том, как эти физические величины можно использовать.

Большинство современных мобильных телефонов имеют на борту триады акселерометров, гироскопов и магнитометров, часто в дополнение к ним ставится и датчик атмосферного давления.

С последним датчиком все предельно ясно: почти у каждого из нас дома или на даче висит барометр и миллиметры его ртутного столба прочно связаны с дождем, непогодой и общим самочувствием любимой бабушки. А вот что измеряют акселерометр, гироскоп и магнитометр, и как использовать эту информацию для определения ориентации устройства в пространстве?


Акселерометр

В википедии сказано, что акселерометр — это прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения. Типичный акселерометр состоит из трех взаимно перпендикулярных измерительных осей, регистрирующих гравитационное и линейные ускорения.

С помощью измерений трехосного акселерометра можно определить его ориентацию относительно опорного вектора, которым в данном случае является гравитационное ускорение. Тогда, однако, ориентация будет разрешена не полностью — останется неопределенность относительно угла поворота вокруг оси, параллельной направлению ускорения свободного падения.

Подробнее это пояснено на рисунке ниже. Представим, что в нашем распоряжении есть измерительное устройство с акселерометром, имеющим три оси X, Y и Z. На рисунке данные оси обозначены красным, зеленым и синим цветом и образуют левую тройку векторов. Очевидно, что если для определения ориентации доступен только вектор ускорения свободного падения, то будет существовать бесконечное число возможных ориентаций измерительного устройства, при которых ось Z акселерометра будет измерять значение ускорения свободного падения, но разрешить абсолютную ориентацию устройства мы не сможем.



Магнитометр

Чтобы разрешить ориентацию полностью, нужен второй базисный вектор, который не будет параллелен первому. Таким вектором может являться, например, вектор магнитного поля нашей планеты. Если известно его направление, то ориентация будет разрешена однозначно.

Зная ориентацию одной системы координат относительно другой становится возможным переводить измерения из системы координат устройства в глобальную. А знания об ускорениях в глобальной системе координат позволят путем интегрирования восстановить скорость и получить информацию об относительном местоположении.


Гироскоп

Гироскоп позволяет измерить скорость вращения устройства, соответственно для того, чтобы привести скорость к углу поворота мы должны её интегрировать. С этим положением связана основная проблема ориентации только при помощи гироскопа — из-за постоянного интегрирования не совсем точных измерений угловых скоростей, вызванных смещением нуля или температурными эффектами, мы получим дрейф ориентации, или, другими словами, она будет «уплывать» от истинного значения.

Преимущество использования всех трех датчиков в фильтре ориентации кроется в том, что:


  • Благодаря измерениям гироскопа становится возможной одновременное подавление скачков ориентации с сохранением реактивности фильтра, фактически мы получаем аналог низкочастотного фильтра без какой-либо задержки, при визуализации наблюдается «плавность» при вращении объекта. Хороший фильтр для быстрого старта — фильтр Мадвика, но на мой взгляд, еще более интуитивным является фильтр Махони, так как в нем ошибка ориентации рассчитывается не с помощью градиента, а путем простого векторного умножения.

    Подобные фильтры можно использовать и для объединения измерений пар датчиков. Например, на следующем рисунке показан результат оценки высоты с использованием фильтра Калмана, где в качестве измерений используются данные об атмосферном давлении, а в качестве внешнего воздействия — измерения акселерометра. Кстати на хабре есть подобное решение, там акселерометр и барометр используют для стабилизации высоты квадрокоптера.
  • Становится возможным включение в вектор состояния системы параметров датчиков: таких как смещение нуля акселерометра и гироскопа. Используемые фильтры, построенные на базе комплементарных или фильтра Калмана, постепенно сходятся к истинному значению смещения нуля датчика.
  • Можно эффективно организовать сбор калибровочных данных. Так, при сборе калибровочных данных для магнитометра для максимально равномерного покрытия поверхности шара можно использовать данные об ориентации устройства и инициировать процесс калибровки только после того, когда все требуемые сегменты шара будут содержать как минимум одно измерение.
  • Появляется возможность в той или иной мере разрешить основные проблемы при определении ориентации: оценить направление внешнего ускорения или определить, присутствует ли в данной точке локальное магнитное возмущение, а значит, не следует доверять измерениям магнитометра.

Как можно еще использовать данные от инерциальных датчиков?

Помимо традиционной и хорошо изученной задачи определения ориентации устройства, инерциальные датчики могут использоваться для:


  • Сбора данных о магнитной карте помещения. Пример такой карты приведен на рисунке ниже. Видно, что в различных частях здания изменяется не только магнитуда магнитного поля (в мкТл), но и направление вектора магнитной индукции (обозначено розовой линией). Такую карту можно использовать для уточненного позиционирования объекта в дополнении к традиционным картам радиосигнала.

  • Восстановления траектории движения объекта. Таким объектом может быть пешеход или автомобиль. В отдельных случаях, например при креплении устройства на ноге и предварительной точной калибровке датчиков можно добиться ошибки возврата в точку начала движения, не превышающую десятков сантиметров для длины пути превышающей 100 метров. Пример восстановленной траектории методом ZUPT(при сбросе ошибки в периоды неподвижности), дополненным измерениями датчика атмосферного давления приведен на следующем рисунке (траектория движения включала в себя проход по коридору, спуск по лестнице, еще один проход и подъем на лифте). Подобный метод уже упоминался на хабре здесь.


    При произвольном креплении устройства на теле человека ошибка возврата к исходной точке, как правило, куда больше и составляет 15-20% от пройденной дистанции. Такое её значение обусловлено, во-первых, ошибкой в определении длины шага, а во-вторых, ошибкой в определении направления движения.


  • Инициирования каких-либо событий или управления устройством. Это возможно сделать при помощи «рисования» устройством какой-либо фигуры или образа в воздухе, например символ ∞ может использоваться для запуска калибровки магнитометра, продольные взмахи устройством — для генерации экстренного сообщения, тройной «тап» — для выключения. Данные задачи решаются при помощи заранее обученных классификаторов.


  • Определения текущей активности пользователя. Например, при использовании устройств в офисе может быть полезным знание о том, насколько много человек двигался в течение рабочего дня и типе движения — какую часть времени он провел стоя, сидя, сколько времени потратил на различные переходы по зданию.

В будущих статьях планируется раскрыть темы того, как работать с инерциальными датчиками — обсудить способы их калибровки (хотя это уже и обсуждалось на хабре), посмотреть на существующие способы восстановления траектории движения человека, изучить подходы к детектированию и устранению возмущений магнитного поля, а также обсудить архитектуру встроенного ПО для своевременного таймштампирования и обработки их измерений.

Автор — Александр Миков.

Акселерометр

: что это такое и как он работает

Акселерометр — это устройство, которое измеряет вибрацию или ускорение движения конструкции. Сила, вызванная вибрацией или изменением движения (ускорением), заставляет массу «сжимать» пьезоэлектрический материал, который создает электрический заряд, пропорциональный действующей на него силе. Так как заряд пропорционален силе, а масса постоянна, то и заряд пропорционален ускорению. Эти датчики используются по-разному, от космических станций до портативных устройств, и есть большая вероятность, что у вас уже есть устройство с акселерометром. Например, практически во всех современных смартфонах есть акселерометр. Они помогают телефону узнать, испытывает ли он ускорение в каком-либо направлении, и именно поэтому дисплей вашего телефона включается, когда вы его переворачиваете. В промышленных условиях акселерометры помогают инженерам понять стабильность машины и позволяют отслеживать любые нежелательные силы/вибрации.

Узнать больше об акселерометрах

КАК ВЫБРАТЬ АКСЕЛЕРОМЕТР?
  1. Какая амплитуда вибрации должна контролироваться?
  2. Какой частотный диапазон нужно отслеживать?
  3. Каков температурный диапазон установки?
  4. Каков размер и форма контролируемого образца?
  5. Существуют ли электромагнитные поля?
  6. Есть ли в этом районе высокий уровень электрических помех?
  7. Заземлена ли поверхность, на которой должен быть установлен акселерометр?
  8. Окружающая среда вызывает коррозию?
  9. Требуются ли в данном районе искробезопасные или взрывозащищенные приборы?
  10. Является ли участок влажным или моющимся?

Как работает акселерометр?

Акселерометр работает с использованием электромеханического датчика, предназначенного для измерения статического или динамического ускорения. Статическое ускорение — это постоянная сила, действующая на тело, подобно силе тяжести или трению. Эти силы предсказуемы и в значительной степени однородны. Например, ускорение свободного падения постоянно и равно 9.0,8 м/с, а сила гравитации почти одинакова во всех точках Земли.

Силы динамического ускорения неравномерны, лучшим примером является вибрация или удар. Автомобильная авария — отличный пример динамического ускорения. Здесь изменение ускорения является внезапным по сравнению с его предыдущим состоянием. Теория акселерометров заключается в том, что они могут определять ускорение и преобразовывать его в измеримые величины, такие как электрические сигналы.

Акселерометры Типы

Существует два типа пьезоэлектрических акселерометров (датчиков вибрации). Первый тип представляет собой акселерометр заряда с «высоким сопротивлением». В акселерометрах этого типа пьезоэлектрический кристалл производит электрический заряд, который напрямую связан с измерительными приборами. Выход заряда требует специальных помещений и приборов, наиболее часто встречающихся в исследовательских учреждениях. Этот тип акселерометра также используется в приложениях с высокими температурами (> 120 ° C), где нельзя использовать модели с низким импедансом.

Акселерометр второго типа представляет собой акселерометр с низким импедансом. Акселерометр с низким импедансом имеет акселерометр заряда в качестве входной части, но имеет крошечную встроенную микросхему и полевой транзистор, который преобразует этот заряд в напряжение с низким импедансом, которое может легко взаимодействовать со стандартными приборами. Этот тип акселерометра обычно используется в промышленности. Источник питания акселерометра, такой как ACC-PS1, обеспечивает надлежащее питание микросхемы от 18 до 24 В при постоянном токе 2 мА и устраняет уровень смещения постоянного тока. мВ/g рейтинг акселерометра. Все акселерометры OMEGA(R) имеют низкий импеданс.

Основные области применения акселерометров

Акселерометры

находят множество применений в промышленности. Как уже говорилось, вы можете найти их в самых сложных машинах для ваших карманных устройств. Давайте посмотрим на некоторые из реальных приложений акселерометров. Цифровые устройства: Акселерометры в смартфонах и цифровых камерах отвечают за вращение дисплея в зависимости от ориентации, в которой вы его держите.

Транспортные средства: Изобретение подушек безопасности на протяжении многих лет спасло миллионы жизней. Акселерометры используются для срабатывания подушек безопасности, поскольку датчик посылает сигнал при внезапном ударе. Дроны: Акселерометры помогают дронам стабилизировать свою ориентацию во время полета. Вращающееся оборудование: Акселерометры, используемые во вращающихся машинах, обнаруживают волнообразные колебания. Промышленные платформы: Для измерения устойчивости или наклона платформы. Мониторинг вибрации: Машины, которые движутся, создают вибрации, и эти вибрации могут быть вредными для машин, если оставить их усиливаться без присмотра. Акселерометры полезны для мониторинга вибраций и все чаще используются на промышленных предприятиях, турбинах и т. д.

Выберите правильный акселерометр

Акселерометр премиум-класса
Эти акселерометры изготовлены из отборных кристаллов премиум-класса и используют схему с низким уровнем шума для создания акселерометра премиум-класса с низким уровнем шума. Их корпус из нержавеющей стали 316L герметично закрыт от окружающей среды, поэтому они могут выдерживать суровые промышленные условия. Они также имеют искробезопасные варианты FM и CSA. ACC793 представляет собой стандартную конфигурацию с верхним кабелем, а ACC797 — конфигурация низкопрофильного бокового кабеля.

Акселерометр промышленного класса
Акселерометры промышленного класса являются рабочими лошадками промышленности. Они используются во всем, от станков до шейкеров для краски. OMEGA предлагает на выбор четыре модели. ACC101 (на фото) — это высококачественный недорогой акселерометр для приложений общего назначения. ACC 102A герметичен для суровых условий, имеет фиксированный кабель и весит всего 50 грамм. Верхний кабель ACC786A и боковой кабель ACC787A герметично закрыты, а съемные кабели защищены от непогоды.

Акселерометр высокой вибрации
Акселерометры, используемые для контроля высоких уровней вибрации, имеют более низкий выходной сигнал (10 мВ/г) и меньшую массу, чем промышленные акселерометры. ACC103 весит 15 г и может контролировать уровень вибрации до 500 г. Это конструкция с креплением на шпильке, предназначенная для использования на вибростендах, вибрационных лабораториях и тяжелых промышленных станках. ACC104 весит всего 1,5 г и предназначен для крепления на клей. Обе модели имеют частотный диапазон от 3 до 10 кГц и динамический диапазон +/- 500 g.

Часто задаваемые вопросы

Установка акселерометра
Датчик должен быть установлен непосредственно на поверхности машины для правильного измерения вибрации. Это может быть достигнуто с помощью нескольких типов креплений:

— Плоское магнитное крепление
— 2-полюсное магнитное крепление
— Клеи (эпоксидные/цианоакрилатные)
— Монтажная шпилька
— Изолирующая шпилька

Магнитные крепления обычно являются временными креплениями.
Магнитные крепления используются для крепления акселерометров к ферромагнитным материалам, обычно используемым в станках, конструкциях и двигателях. Они позволяют легко перемещать датчик с места на место для считывания нескольких местоположений. Двухполюсные магнитные крепления используются для крепления акселерометра к изогнутой ферромагнитной поверхности.

Клей и резьбовые шпильки считаются постоянными креплениями.
Клеи, такие как эпоксидные или цианоакрилатные, обеспечивают удовлетворительное склеивание для большинства применений. Пленка должна быть как можно тоньше, чтобы избежать нежелательного демпфирования вибраций из-за гибкости пленки. Чтобы снять акселерометр, закрепленный на клею, используйте гаечный ключ на плоских гранях корпуса и поверните его, чтобы разорвать клейкое соединение. НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ МОЛОТОК. Удары по акселерометру повредят его.

Монтажные шпильки являются предпочтительным способом крепления.
Для них требуется просверлить конструкцию и нарезать резьбу, но они обеспечивают надежное крепление. Обязательно соблюдайте указанные настройки крутящего момента, чтобы не повредить датчик и не сорвать резьбу.

Датчик вибрации против. Акселерометр

Устройство, которое вы видите как датчик вибрации, не что иное, как акселерометр. Поскольку акселерометры очень хорошо измеряют изменение скорости, эту характеристику лучше всего использовать для измерения вибраций, поскольку скорость всегда постоянно меняется.

  • Подробнее: акселерометры
  • Выберите правильный акселерометр
  • Часто задаваемые вопросы об акселерометрах

Посмотреть эту страницу на другом языке или в другом регионе

Как работает акселерометр и для чего он используется?

Что такое акселерометр? Это устройство, позволяющее измерять и анализировать линейное и угловое ускорение. Эта функция необходима для многих основных устройств и систем, используемых почти во всех сферах жизни, будь то бытовая техника, профессиональные промышленные приложения или приложения для исследований и разработок.

В этой статье вы найдете ответы на следующие вопросы:

  • Что такое акселерометр?
  • Как работает акселерометр?
  • Какие бывают типы акселерометров?

Что такое акселерометр?

Акселерометры применяются при измерении статического гравитационного ускорения, позволяющего определить угол отклонения измеряемого объекта от вертикальной плоскости, а также при измерении динамического ускорения вследствие удара, движения, удара или вибрации, т.е. малые амплитуда и частота (до 100 Гц) колебаний.

  • Как работает акселерометр при измерении вибрации? Устройство реализовано непосредственно на вибрирующем объекте, что позволяет акселерометру преобразовывать энергию вибрации в электрический сигнал, пропорциональный мгновенному ускорению объекта.

  • Что делает акселерометр? Измерение вибрации обычно используется для диагностики работы машин, оборудования или конструкций, подвергающихся высоким нагрузкам, таких как стальные конструкции, мачты, мосты или здания. Акселерометры также используются, в том числе, для защиты жестких дисков от повреждений, в медицинском и спортивном оборудовании, камерах и видеорегистраторах, смартфонах, пультах дистанционного управления, контроллерах и навигационных системах.

  • Что такое акселерометр? Это просто датчик ускорения, который измеряет собственное движение в пространстве. Существует три основных типа акселерометров, о которых вы можете узнать далее в этой статье.

Перейти в каталог »

Как работает акселерометр?

Принцип работы акселерометра не слишком сложен. Он измеряет силу ускорения в единицах (g) и проводит измерения в одной, двух или трех плоскостях. В настоящее время наиболее часто используемыми акселерометрами являются 3-осевые акселерометры, которые выполнены в виде системы из трех отдельных акселерометров, каждый из которых измеряет ускорение в различном направлении — в X, Y и Z плоскости. Примером 3-осевого акселерометра является модель OKYSTAR OKY3230 .

Если ускорение в какой-либо плоскости работает в направлении, противоположном тому, в котором направлен датчик, акселерометр будет измерять ускорение с отрицательным значением. В противном случае ускорение будет измерено с положительным значением.

Если к акселерометру не приложено внешнее ускорение, прибор будет измерять только стандартное ускорение свободного падения, т.е. силу тяжести. Если предположить, что 3-осевой акселерометр расположен так, что датчик по оси X указывает влево, датчик по оси Y направлен вниз, а датчик по оси Z направлен вперед, при этом к устройству не применяются никакие силы, акселерометр покажет следующее: X = 0 г , Y = 1 г , Z = 0 г . Если тот же акселерометр наклонить влево, он покажет следующие значения: X = 1 g , Y = 0 g , Z = 0 g . Точно так же, если устройство наклонено вправо, ось X покажет X = -1 g . Такие зависимости в измерении ускорений используются алгоритмами систем управления ускорителями.

Какие бывают типы акселерометров?

Три основных типа акселерометров: емкостные акселерометры MEMS, пьезоэлектрические акселерометры и пьезорезистивные акселерометры.

Емкостные акселерометры MEMS

Емкостные акселерометры MEMS являются самыми дешевыми, наиболее распространенными и самыми маленькими в своем роде. Как работает емкостный акселерометр MEMS? Принцип его действия сводится к изменению положения подвешенной на пружинах пробной (сейсмической) массы. Один конец пружины прикреплен к пластине гребенчатого конденсатора, а другой конец прикреплен к массе. Под действием силы, действующей на датчик, сейсмическая масса перемещается, что вызывает изменение расстояния между пластиной и массой, а значит, и изменение емкости. 9Модели 0041 SPARKFUN ELECTRONICS INC. DEV-09267 или SPARKFUN ELECTRONICS INC. BOB-13926 являются примерами акселерометров MEMS.

SF-DEV-09267 SF-BOB-13926

Емкостные акселерометры MEMS в основном применяются в носимых устройствах, мобильных устройствах и бытовой электронике. Одним из самых больших преимуществ акселерометров MEMS является возможность их монтажа непосредственно на печатной плате.

К недостаткам МЭМС-систем можно отнести низкую точность измерений, особенно в случае измерений более высоких амплитуд и частот, что делает их непригодными для специализированных промышленных применений.

Пьезорезистивные акселерометры

Другим типом акселерометров являются пьезорезистивные датчики. Как работает пьезорезистивный акселерометр? Принцип действия аналогичен тензодатчику, т. е. датчику, измеряющему напряжения. Этот тип акселерометра выполнен с использованием пьезорезистивного материала, который под действием внешней силы деформируется, что приводит к изменению сопротивления.

Затем изменение преобразуется в электрический сигнал, полученный приемником, интегрированным с акселерометром. Пьезорезистивные акселерометры отличаются широким диапазоном измерений, благодаря чему они способны регистрировать вибрации высоких амплитуд и частот, что полезно, в том числе, при различных краш-тестах.

Еще одним преимуществом пьезорезистивных ускорителей является их способность измерять медленно меняющиеся сигналы, что позволяет применять их в инерциальных навигационных системах для расчета скорости и движения компонентов системы.

Как работает пьезорезистивный акселерометр делает его устойчивым к изменениям температуры окружающей среды, что требует температурной компенсации. Кроме того, пьезорезистивные акселерометры имеют проблемы с обнаружением слабых сигналов и намного дороже, чем емкостные акселерометры MEMS.

Пьезоэлектрические акселерометры

Что такое пьезоэлектрический акселерометр? Этот датчик является одним из наиболее часто используемых датчиков для измерения уровня вибрации. Поэтому пьезоэлектрические акселерометры широко используются в промышленности для диагностики и контроля машин и оборудования. Как работает пьезоэлектрический акселерометр? Работает аналогично пьезорезистивным системам. Однако под действием ускорения они не изменяют своего сопротивления, а генерируют электрическое напряжение определенной величины.

Измерительный элемент этих датчиков обычно представляет собой цирконат-титанат свинца (PZT). Цирконат титанат свинца деформируется и генерирует электрический заряд. Пьезоэлектрические акселерометры обладают высокой чувствительностью и точностью, что делает их пригодными для широкого спектра применений — от чрезвычайно сложных и точных сейсмических измерений до краш-тестов и испытаний на удар в неблагоприятных условиях.

Выходной сигнал пьезоэлектрических акселерометров обычно подвергается усилению и температурной компенсации. Расчет смещения объекта облегчается подачей сигнала на вход интегратора.

Другие акселерометры

Другие типы акселерометров включают структуры IEPE, которые обычно используются для измерения вибрации. Также заслуживают внимания пьезоэлектрические акселерометры нагрузки, хорошо работающие при экстремальных температурах.

Символ: Описание:
OKY3230 Датчик: акселерометр; 3,3÷5В постоянного тока; I2C; ММА8451 ​​
SF-DEV-09267 Датчик: акселерометр; аналог; АДXL335; лилипад; 20мм
SF-BOB-13926 Датчик: акселерометр; 1,95÷3,6 В постоянного тока; I2C; ММА8452Q; ±2,±4,±8г

Поделитесь этой статьей

Что такое акселерометр? — Определение и принцип работы