Акселерометр в телефоне

Польза акселерометра

Стоит рассмотреть несколько «полезностей» этого датчика:

1. При совершении утренних пробежек удобно включить шагомер. Контролируя свое перемещение с помощью этого приложения, можно узнать много сведений (пройденное расстояние, число шагов и т. д.), которые послужат стимулом для улучшения результата от занятий.
2. Акселерометр также делает игровой процесс максимально комфортным. Полностью естественные движения тела позволяют игроку по-настоящему насладиться игрой. В этом случае эффективность основывается на амплитуде. Непринужденность и легкость делает процесс игры очень удобным и легким.
3. В случае, если вам хочется занять какое-то удобное положение, к примеру, завалиться на бок, а устройство все же нужно использовать, акселерометр автоматически развернет его интерфейс, упрощая восприятие информации.
4. Просматривать видео гораздо приятнее, если дисплей девайса развернется в альбомную ориентацию. Использование графических таблиц и написание текстов также удобнее с применением датчика акселерометра.

Измеряемые параметры

Схематично, параметры, измеряемые акселерометрами, можно сгруппировать в следующие классы:

• измерение вибрации: объект вибрирует, если он производит колебательные движения относительно положения равновесия. Вибрацию измеряют в транспортной и аэрокосмической промышленности, а также на промышленном производстве.
• измерение ударных ускорений: внезапное возбуждение структуры, создающее резонанс. Ударный импульс может создаваться взрывом, ударом молотка по предмету или в результате столкновения с другим объектом.
• измерение движения: медленное перемещение со скоростью от доли секунды до нескольких минут, например, перемещение руки робота или подвеска автомобиля.
• сейсмоисследования: измерения малых перемещений и низкочастотной вибрации. Такие измерения требуют специализированных малощумящих акселерометров с высокой разрешающей способностью. Акселерометры для сейсмоисследований контролируют движения мостов, полов, а также определяют землетрясения.

Причины неполадки акселерометра и их устранение

Иногда датчик может плохо производить функции, или полностью перестает работать, даже после калибровки. Проблемы могут произойти из-за программного сбоя, а также из-за поломки микросхем. Метод устранения стоит подбирать в соответствии с причиной, которая спровоцировала неполадки.

Программный сбой

Чтобы понять, что привело к нарушению работы акселерометра, пользователь должен вспомнить, какие приложения он недавно устанавливал. Именно они вызывают конфликт в работе оборудования или программного обеспечения. Для начала следует удалить новые программы, а после проверить работу датчика.

Если данные меры не помогут, и не улучшат функционирование прибора, то придется провести сброс или форматирование. Но перед проведением операции требуется информацию, файлы с телефона скопировать на компьютер или перенести на облачное хранилище.

Сброс или форматирование проводится в следующей последовательности:

• Для начала открывается меню параметров мобильного устройства;
• После выбирается опция «Восстановление и сброс»;
• Далее активируется «Сброс до заводских настроек»;
• В конце все действия подтверждаются, и запускается форматирование.

Через определенный период все сведения сбрасываются. В телефоне не будут сохранены файлы и программы, которые были загружены пользователем.

Пользователь может воспользоваться другим вариантом  восстановления ПО — обновление прошивки. Для этого смартфон требуется подключить к сети Wi-Fi. И после нужно воспользоваться следующей инструкцией:

• В опциях нажимается форма «Сведения о телефоне»;
• Затем выбирается опция «Обновление ПО»;
• Далее необходимо проверить наличие новых версий;
• После обнаружения выбирается подходящая версия и скачивается на гаджет;
• Заканчивается процесс обновления.

Аппаратный сбой

Есть еще одна причина — аппаратный сбой. Чтобы восстановить нормальное функционирование, требуется обратиться в мастерскую, где специалисты проведут необходимые меры.

На начальном этапе проводится диагностика, она поможет установить причину и степень поломки, а также определит, какие ремонтные работы нужно будет провести. Обычно выполняется замена детали на новую. Если все будет сделано правильно, то работа устройства восстановится.

Принцип измерений

Первый шаг к правильному выбору акселерометра – это определение наиболее подходящего параметра измерений. Сегодня используются три технологии построения акселерометра:
— пьезоэлектрические акселерометры – самый распространенный на сегодняшний день вид акселерометров, которые широко используются для решения задач тестирования и измерений. Такие акселерометры имеют очень широкий частотный диапазон (от нескольких Гц до 30 кГц) и диапазон чувствительности, а также выпускаются в различных размерах и формах. Выходной сигнал пьезоэлектрических акселерометров может быть зарядовым (Кл) или по напряжению. Датчики могут использоваться для измерений как удара, так и вибрации.
— пьезорезистивные акселерометры обычно имеют малый диапазон чувствительности, поэтому они больше подходят для детектирования ударов, чем определения вибрации. Еще одна область их применения – испытания на безопасность при столкновении. В большинстве своем пьезорезистивные акселерометры отличаются широким диапазоном частот (от нескольких сотен Гц до 130 кГц и более), при этом частотная характеристика может доходить до 0 Гц (т.н. DC датчики) или оставаться неизменной, что позволяет измерять сигналы большой продолжительности.
— акселерометры на переменных конденсаторах относятся к компонентам новейших технологий. Как и пьезорезистивные акселерометры, они имеют DC ответ. Такие акселерометры отличаются высокой чувствительностью, узкой полосой пропускания (от 15 до 3000 Гц) и отличной температурной стабильностью. Погрешность чувствительности в полном температурной диапазоне до 180°C не превышает 1.5 %. Акселерометры на переменных конденсаторах используются для измерений низкочастотной вибрации, движения и фиксированного ускорения.

Измерение движения, фиксированного ускорения и низкочастотной вибрации

Для таких целей наиболее подходящим выбором станут акселерометры с переменной емкостью. Они позволяют измерять медленные изменения ускорения и низкочастотную вибрацию, при этом уровень их выходного сигнала достаточно высок. Также, такие датчики обеспечивают высокую стабильность в широком диапазоне рабочих температур.
При установке VC акселерометра в положение, когда его ось чувствительности параллельна оси земного притяжения, выходной сигнал датчика будет равен усилию в 1 г. Такая закономерность известна как DC отклик. Благодаря такой особенности, акселерометры на переменных конденсаторах часто используются для измерений центробежной силы или ускорений и замедлений подъемных устройств.

Параметры

• Масштабный коэффициент — коэффициент пропорциональности между измеряемым кажущимся ускорением и выходным сигналом (электрическим сигналом, частотой колебаний (для струнного акселерометра) или цифровым кодом).
• Пороговая чувствительность (разрешение) — величина минимального изменения кажущегося ускорения, которое способен определить прибор.
• Смещение нуля — показания прибора при нулевом кажущемся ускорении.
• Случайное блуждание — среднеквадратичное отклонение от смещения нуля.
• Нелинейность — изменения зависимости между выходным сигналом и кажущимся ускорением при изменении кажущегося ускорения.

Типы акселерометров

• Объемная микрообработка емкостная
• Объемный микромашинный резистивный пьезоэлектрический элемент
• Основание системы массы емкостной пружины
• Ответ постоянного тока
• Электромеханический сервопривод (балансировка сервоприводов)
• Высокая гравитация
• Высокая температура
• Лазерный акселерометр
• Низкая частота
• Магнитная индукция
• Модально настроенные ударные молоты
• Нулевой баланс
• Оптический
• Маятниковый интегрирующий гироскопический акселерометр (PIGA)
• Пьезоэлектрический акселерометр
• Quantum (облако атомов рубидия, охлаждение лазером)
• Резонанс
• Акселерометры подушки сиденья
• Акселерометр в режиме сдвига
• Тензодатчик
• Поверхностная акустическая волна (ПАВ)
• Емкостная микрообработка поверхности ( MEMS )
• Тепловой ( процесс субмикронной CMOS )
• Трехосный
• потенциометрический тип
• Акселерометр типа LVDT

Как работает гироскоп в смартфоне

Так выглядит гироскоп смартфона

Гироскоп в смартфонах и других умных устройствах сильно отличается от обычных, хоть и выполняет ту же функцию. Механическая энергия в нем преобразуется в электрическую, что формируется в в алгоритм работы. В умных устройствах гироскоп представляет собой подвижные вещества, которые смещаются под наклоном, меняя электрическую емкость конденсаторов, связанную с процессором вашего смартфона. Самый просто вариант гироскопа выглядит как две подвижные единицы, которые меняют положение и посылают сигнал датчикам. При повороте устройства двигается и весь гироскоп, который посылает сигнал об изменившемся местоположении. Благодаря этому нехитрому устройству вы можете и переворачивать, чтобы работали интересные фичи, встроенные в операционную систему вашего смартфона. Если вы планируете , например, очками или шлемом, то гироскоп будет играть в этом важную роль, отслеживая повороты головы и направляя виртуальный взгляд именно туда, куда направлен ваш взор. Что еще интересного скрывает VR? Читайте наши — пишем то, о чем еще никто не знает!

Как работает акселерометр

Это устройство контролирует положение гаджета в пространстве. Его действие основано на земной гравитации, а показания считываются благодаря изменению положения подвижных контактов при изменении положения датчика.

Устройство этого датчика несложное. Внутри корпуса имеется подвижная перегородка, перемещения которой ограничены упругими контактами. При смещении этой перегородки под действием гравитации в любом направлении происходит изменение напряжения между её контактами и подвижными. Анализируя данные этих контактов, можно узнать, в каком положении находится датчик в любой момент времени.

Конечно, датчик этот крохотный и изменения, которые в нём происходят, очень малы. Поэтому используются усилители, которые превращают малые колебания в достаточно большие. Это значительно повышает точность измерений и позволяет более точно узнать положение датчика.

Всё остальное – дело программистов, которые на основе показаний акселерометра внедряют разные полезные функции в операционную систему или в приложения.

Акселерометр можно в любой момент выключить. Для этого под верхней шторкой Android есть функция «Автоповорот», которая по умолчанию включена. Но иногда она может мешать, например, при чтении книги, и её можно легко отключить, а потом также легко включить.

Как работает акселерометр

Акселерометр, который так же называется G-сенсор, работает довольно просто: проводится измерение координат в пространстве, и вычисляется разница между гравитационным и абсолютным ускорением.

На основе этих данных система понимает, в каком положении находится мобильное устройство.

Все это происходит моментально, а на флагманах Андроид акселерометр дополняют датчики, измеряющие уровень линейности и усилителей тяжести, благодаря чему определение положения в пространстве происходит еще быстрей.

Эта комплектующая незаменима, а ее основа механическая. Ни одно программное обеспечение не способно определять положение в пространстве так точно и быстро, как это делает G-сенсор.

Ударные ускорения

Для измерений ударных ускорений используются две технологии, модельный ряд представлен компонентами на различный уровень силы удара и с различными выходными характеристиками. Выбор акселерометра для ударных ускорений, в первую очередь, зависит от ожидаемого уровня ударного ускорения.

• Низкий уровень <500 г
• Столкновение <2000 г
• Поле в дальней зоне 500–1000 г, датчик на расстоянии 2 метров от точки удара
• Поле в ближней зоне >5000 г, датчик на расстоянии менее 1 метра от точки удара

Для измерения малых ударных ускорений можно использовать акселерометры общего применения. Акселерометр должен иметь линейный диапазон до 500 г и ударопрочность 500 г. Обычно для этого используются датчики с выходным сигналом по напряжению, поскольку они не чувствительны к кабельным вибрациям. Для аттенюации резонанса рекомендуется использовать усилитель с фильтром нижних частот.

Для тестовых испытаний машин на безопасность используются пьезорезистивные акселерометры. Для измерений ударов в дальней зоне применяются специализированные акселерометры со встроенным фильтром и сдвиговой модой. Электронный фильтр уменьшает собственную резонансную частоту акселерометра для предотвращения перегрузки оборудования.

Акселерометры для измерений в ближней зоне имеют рабочий диапазон до 20,000 г. Здесь выбор зависит от специфики проводимого теста, поэтому используются как пьезоэлектрические, так и пьезорезистивные датчики. Обычно такие приборы имеют встроенный механический фильтр.

Также как и при измерении вибрации, частотная характеристика является важнейшим параметром датчиков ударного ускорения. Желательно, чтобы такие датчики имеют широкий диапазон частот (около 10 кГц).

Определение и история

Основной функцией данного прибора является измерение ускорения наземного транспорта, летательных аппаратов, ракет и другой техники. Впервые он появился в конце XIX века. Устройство устанавливали на поезда и автомобили, чтобы иметь возможность отслеживать скорость, с которой они передвигаются.

Шкала отображала все возможные и максимально допустимые значения для конкретного вида транспорта. Такое строение позволяло предотвратить превышение скоростного режима и не допустить разрушения двигателя. Но был у этого помощника и один недостаток. Что это? Акселерометр был крайне громоздким. Так что впоследствии конструкция все время изменялась.

В Россию первые такие устройства попали уже в комплекте автомобилей Ford и Mercedes-Benz. Также они шли вместе с паровозами, произведенными в Германии. Была лишь одна проблема. Она заключалась в том, что эти акселерометры не выдерживали холодный климат. А потому предприятиям транспортного машиностроения России пришлось разрабатывать собственные модели.

Микрофоны

Впервые МЭМС-микрофоны были использованы в телефонах Motorola в 2003 году. И прошло немало времени, прежде, чем микрофоны с такой архитектурой начали вытеснять традиционные электретные устройства. В сравнении с предшественниками МЭМС-микрофоны обеспечивают более четкую и качественную передачу звука. И опять же, первой компанией, сделавшей ставку на МЭМС-микрофоны, стала Apple, которая начала их использовать в своих продуктах iPhone 4 и iPad 2

Интересно, что в iPhone используется не один, а два микрофона — в целях снижения уровня посторонних шумов, что особенно важно для работы систем распознавания голоса. Примеру Apple последовали и другие компании, в том числе Samsung и LG, которые внедрили МЭМС-микрофоны в свои устройства Galaxy Tab 10.1 и G-Slate

Сейчас микрофоны такого типа становятся определенным стандартом.

Пьезоэлектрические датчики давления и микрофоны

Помимо пьезоэлектрических акселерометров, в линейке продукции компании Meggitt присутствуют датчики динамического давления и микрофоны, построенные по схожему принципу. Линейка пьезоэлектрических датчиков динамического давления разработана таким образом, что позволяет прибору стабильно работать в условиях вибраций и высоких температур с хорошей температурной стабильностью вплоть до +538 °C. Это дает возможность применять датчики в жестких условиях эксплуатации — для проведения измерений в камере сгорания, на испытательных стендах для двигателей, в аэродинамических трубах и двигателях и т.?д. Пьезоэлектрические микрофоны предназначены для измерения параметров высокоинтенсивного акустического шума и очень малых флуктуаций давления. Они нечувствительны к изменениям высоты и вибрациям, а их конструкция предусматривает эксплуатацию в широком диапазоне температур.

Акселерометр — конструкция и типы преобразователей

Существует 3 основных типа преобразователей: емкостные MEMS, пьезоэлектрические и пьезорезистивные. Эти типы конструктивно различаются, но действуют аналогично.

MEMS

Наиболее распространены акселерометры MEMS. Эта технология недорогая и позволяет создавать микропреобразователи. Они состоят из гребенчатого конденсатора, грузила и соединяющих их пружин. Когда к датчику прикладывается сила, груз перемещается по пружинам, вызывая изменение емкости. Значение изменения преобразуется в электрический сигнал.

Пьезоэлектрический

Более дорогими, но не менее популярными являются акселерометры, использующие пьезоэлектрический эффект. Внутри преобразователя находятся микроскопические кристаллические структуры, которые под действием ускоряющего напряжения, в свою очередь, генерируют напряжение. Датчик их считывает и на основании этого определяет ориентацию и скорость движения.

Пьезорезистивный

Пьезорезистивный акселерометр работает как тензодатчик, то есть датчик, измеряющий напряжение. В центре акселерометра находится пьезорезистивный материал. Он деформируется под действием внешней силы, вызывая изменение сопротивления. Затем это изменение преобразуется в электрический сигнал.

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.

Для чего нужен датчик

Без акселерометра смартфоны не были бы такими удобными и были бы похожи на сенсорные мобильники, которые появились более 10 лет назад. У них не было некоторых функций, к которым мы все уже привыкли, и они стали возможны именно благодаря G-сенсору.

Так как основное назначение этого датчика – определение положения гаджета в пространстве, то это позволило реализовать функцию поворота. Она срабатывает при повороте смартфона, и экран автоматически переворачивается. Это настолько удобная и естественная функция при фото- и видеосъёмке или при просмотре видео, что воспринимается, как естественная. Однако ей мы обязаны именно акселерометру.

На основе этого датчика работают популярные приложения – шагомеры, которыми пользуются многие. Также он используется в различных играх самых разных жанров – например, с его помощью реализуется управление в гоночных симуляторах путём поворота смартфона.

Как включить и настроить акселерометр

Акселерометр всегда активирован, поэтому проблем с тем, как включить G-сенсор, нет. Можно выключить автоповорот, но датчик будет продолжать функционировать и применяться в других сервисах, например, в игре или фитнес-приложении.

Включение автоповорота происходит очень просто:

1. Свайпом с верхнего края вниз выдвигается панель управления.
2. В ней надо тапнуть на значок с изображением смартфона и круговыми стрелками вокруг него.
3. Если символ светится или выделен цветом интерфейса, то автоповорот включен (экран будет поворачиваться при наклонах). Если символ отмечен серым или без свечения по сравнению с остальными, то автоповорот выключен (положение экрана не будет меняться вне зависимости от поворотов и наклонов аппарата).

Временами необходимо настраивать G-сенсор, например, после обновления или перепрошивки. Самый универсальный способ — настройка через стороннее программное обеспечение. Также процесс называется калибровкой.

Инструкция:

1. Перейти в официальный магазин приложений Play Market.
2. Написать в поисковую строку название приложения: GPS Status & Toolbox.
3. Установить программу (доступна бесплатно).
4. Открыть приложение.
5. Поставить мобильное устройство на прямую поверхность дисплеем вверх.
6. В приложении перейти в пункт “Tools” (“Инструменты”).
7. Выбрать калибровку.
8. Подтвердить действие.

Когда процесс калибровки завершится, датчик должен работать правильно.

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.

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.

Как работает акселерометр?

Чтобы узнать, как работают акселерометры, полезно представить шар внутри трехмерного куба.

Рисунок 1 – Невесомость

Предположим, что куб находится в космическом пространстве, где всё находится в невесомом состоянии, шар просто будет плавать в середине куба.

Теперь давайте представим, что каждая стена представляет определенную ось.

Если мы внезапно переместим куб влево с ускорением 1g (единичное усилие 1g эквивалентно гравитационному ускорению 9,8 м/с2), без сомнения, мяч ударится в стену X. Если мы измерим силу, которую мяч применяет к стене X, мы можем получить выходное значение 1g по оси X.

Рисунок 2 – Внезапное движение

Давайте посмотрим, что произойдет, если мы перенесем этот куб на Землю. Мяч просто упадет на стенку Z и применит силу 1g, как показано на рисунке ниже:

Рисунок 3 – Сила тяжести

В этом случае куб не перемещается, но мы всё равно получаем значение 1g по оси Z. Это потому, что сила тяжести тянет шар вниз с силой 1g.

Акселерометр измеряет статическое ускорение силы тяжести в приложениях, чувствительных к наклону, а также динамическое ускорение, возникающее в результате движения, удара или вибрации.

Фильтр Маджвика

Фильтр Маджвика — это ПО с открытым исходным кодом, рассчитанное, в первую очередь, на низкую вычислительную мощность целевой системы. В качестве входных данных он использует показания акселерометра, гироскопа и (опционально) магнитометра. На выходе получается кватернион, описывающий положение устройства в пространстве. Он работает действительно быстро и почти не тратит ресурсы (в документации утверждается, что используется 160 операций сложения, 172 умножения, 5 делений и 5 извлечений квадратного корня), но есть проблема в определении параметров этого фильтра. Один из них — частота, с которой поступают данные с датчиков. Во встраиваемых системах можно очень точно её определить, но в Android ситуация другая. Используя Android можно указать только минимальную частоту опроса, в то время как реальня частота может быть гораздо выше. Впринципе это можно обойти, подсчитывая эту частоту каждый раз, когда приходят данные со всех 3х датчиков. Второй параметр — коэффициент усиления. Его нужно подбирать для каждого устройства индивидуально, чего нельзя сделать, когда даже телефоны одной модели могут давать разный результат. Так же этому фильтру нужно некоторое время (около 5–7 секунд, зависит от коэффициента усиления) на инициализацию/стабилизацию. Из плюсов стоит отметить, что его легко перенести на любую платформу.

Где применяется акселерометр?

Датчик ускорения применяется в самых различных сферах:

Навигационные устройства летательных аппаратов. Без приборов на основе гироскопов и акселерометров не может обойтись ни один самолет, вертолет и даже квадрокоптер. Так, например, для работы квадрокоптера необходимо минимум три гироскопа.

Автомобили. В автомобилях акселерометр интегрируется в системы безопасности и стабилизации. Прибор определяет экстренное торможение или дорожно-транспортное происшествие и запускает электрическую цепь, которая заставляет подушки безопасности срабатывать.

Промышленность. Датчики активно используются в различных станках, агрегатах и производственных линиях в системах защиты для отключения питания в случае поломок или при достижении критических значений.

Электроника. В компьютерах и ноутбуках акселерометр применяется для защиты жестких дисков от ударов и падений. В случае обнаружения падения прибор отдает команду считывающим головкам принять безопасное положение для избегания повреждения диска и потери данных.

В смартфонах и планшетах акселерометр отвечает за смену ориентации экрана при повороте корпуса, а также за управление игровым процессом при наклонах гаджета. В фитнес-браслетах и часах акселерометр применяется для подсчета шагов, отслеживания сна и активации экрана поднятием запястья.

Бытовая техника. Да, акселерометрами могут оснащаться даже стиральные машины, утюги и тепловентиляторы. Например, в утюгах акселерометр, обнаружив его падение, отключает питание, чтобы не допустить возникновения пожара.

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.

Акселерометры в системах активной безопасности автомобиля

Огромное число применений для акселерометров существует на автомобильном рынке, включая системы активной безопасности.

Антиблокировочная система тормозов (АБС) удерживает колеса от полной блокировки при торможении. Без АБС слишком большое усилие, приложенное к педали тормоза, может вызвать блокировку и проскальзывание одного или более колес, что существенно уменьшает управляемость. АБС позволяет замедлять колеса только до определенной точки максимального торможения без проскальзывания.

В машинах с четырехколесным приводом (4WD) все колеса могут проскальзывать, и скорость, опорная для системы АБС, не может быть измерена датчиками скорости колеса. Информацию о внезапном замедлении (ускорении) тогда может предоставить продольный акселерометр, который представляет собой автономный датчик или компонент печатной платы, интегрированный в АБС-контроллер или сенсорный кластер.

Измеряемый диапазон акселерометров АБС VTI Technologies — 1–2 g, дрейф смещения — менее 0,1 g в рабочем диапазоне температур и срока службы, частотный диапазон — 50 Гц.

Alepth выпускает две версии G-датчика (рис. 1л): переключатель «mercury» и емкостной датчик.

В полноприводных транспортных средствах, оснащенных АБС Bosch, и в автомобилях с контролем динамики колесные датчики частоты вращения дополняются специальным датчиком Холла для отслеживания продольных и поперечных ускорений в диапазоне 1 g, предназначенным для низкочастотной эксплуатации (несколько Гц).

Система контроля сцепления TCS (Traction Control System) оптимизирует сцепление колес на скользких поверхностях для уменьшения их проскальзывания (быстрого вращения) и использует многие механические и электронные элементы АБС, в том числе акселерометры.

Полноскоростной контроль сцепления осуществляет управление колесом посредством снижения момента двигателя в комбинации с действиями:

• электронным торможением одного или более колес;
• закрытием дроссельной заслонки;
• задерживанием такта зажигания;
• прекращением топливоподачи — закрытием клапана отключения топливоподачи (Fuel shut-off valve);
• изменением соотношения ТВС.

Система, известная как «traction assist», предназначена для функционирования на скользких поверхностях на скоростях менее 25 миль/ч при движении с ускорением от остановки (по сигналам от соответствующих датчиков). Для управления вращением колес система применяет электронное торможение без уменьшения момента двигателя.

Систем ABS и TCS недостаточно на кривой трассе. ESC (Electronic Stability Control), Bosch ESP (Electronic Stability Program) или любая другая обобщенная интерактивная система контроля устойчивости машины и динамического контроля Interactive Vehicle Dynamics (IVD) корректирует рулевое управление при уменьшении сцепления на скользких участках и на поворотах. Система сравнивает направление, предполагаемое водителем (угол поворота руля), и фактическим курсом машины. Угловая скорость рыскания (Yaw rate) и центробежное ускорение по сигналам датчика угловой скорости (angular rate sensor) и бокового акселерометра (рис. 1б, 4) сравниваются со значениями, вычисляемыми по сигналам акселерометров, датчиков скорости колеса и угла поворота руля . Если фактический путь отличается от предполагаемого (например, на скользких дорогах), контроллер IVD прилагает торможение на выбранное колесо (колеса) и уменьшает крутящий момент двигателя для корректировки ситуации. Система наилучшим образом использует сцепление для удержания машины в предполагаемом курсе и минимизирует потерю управления (ситуации «under-steering» и «over-steering»).

Боковые акселерометры используются либо как автономный блок, установленный близко к центру тяжести машины, либо как монтируемый на печатной плате компонент сенсорного кластера. Типичный измеряемый диапазон акселерометров составляет ±1,5–1,7 g, смещение — менее 0,1 g в рабочем диапазоне температур и срока службы, частотный диапазон — 0–50 Гц.

Например, в состав инерциальной мультисенсорной подсборки Silicon Sensing MSA (рис. 4в) для контроля динамики машины интегрированы датчик угловой скорости рыскания и один или два акселерометра с ASIC на плате. Подсборка формирует выходные аналоговые сигналы напряжения, пропорциональные угловой скорости и ускорениям по двум осям, в плоскости измерения угловой скорости для VSC. Измеряемый диапазон ускорений ±1,5 g, коэффициент масштабирования (чувствительность) — 3,5%, смещение порядка 0,1 g, нелинейность <2%, частотная полоса <20 Гц.

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.

Результаты — расчет погрешностей оценки углов

Угол	MPU-9250	ADIS16488A
Крен	$$display$$30^{\circ}$$display$$	$$display$$8^{\circ}$$display$$
Тангаж	$$display$$10^{\circ}$$display$$	$$display$$2^{\circ}$$display$$
Магнитный азимут	$$display$$30^{\circ}$$display$$	$$display$$20^{\circ}$$display$$

Совместное влияние погрешностей акселерометра и магнитометра на ошибки оценивания углов ориентации:

• Вот так выглядят ошибки оценивания крена в зависимости от значений крена и тангажа:
• Ошибки оценивания тангажа в зависимости от значений крена и тангажа:
• Ошибки оценивания магнитного азимута от углов крена и тангажа:
• Ошибки оценивания магнитного азимута от углов крена и магнитного азимута:
• Ошибки оценивания магнитного азимута от углов тангажа и магнитного азимута:

Как работает акселерометр?

Первые вариации приспособления были технически сложными и относительно габаритными, неприспособленными для интеграции в компактные девайсы. Но и назначение у них было иное.

Сейчас же конструкция стала более компактной, помещающейся в одном чипе. Внутри него располагается нечто подобное:

На статическом корпусе (он неподвижен) располагаются датчики, снимающие показания. А источником данных является масса, которая по инерции перемещается вместе с движением телефона в определенном направлении и с некоторым ускорением. Передача информации осуществляется при помощи химического взаимодействия между силиконом и прочими компонентами.

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.