Акселерометр - досить складний механізм, але суть його роботи не потрібно розуміти. Це пристрій для вимірювання гравітаційного прискорення. У телефоні ця штука використовується визначення положення смартфона щодо його осі. Тобто, завдяки акселерометру система розуміє, в якому положенні знаходиться смартфон – у горизонтальному чи вертикальному.
Візьміть будь-який сучасний смартфон та переверніть його на 90 градусів. Акселерометр зрозуміє це визначить, і зображення на екрані теж перевернеться на 90 градусів щодо осей X та Y. Також акселерометр може використовуватись різними програмами. Наприклад, у PlayMarket та AppStore є програми вимірювання кількості пройдених кроків. Підрахунок ведеться з урахуванням даних, зібраних акселерометром. Невелика вібрація цього датчика з певними параметрами дорівнює одному кроці людині. Приблизно так думає програма та підрахує кількість кроків, які робить людина протягом доби.
Деякі телефони можна трусити, і від цього відбуватиметься та чи інша дія. Наприклад, можна запрограмувати систему, щоб вона під час струшування відкривала програму “Камера”. Акселерометр легко розуміє струшування, і система запускає програму. Щоправда, це можна робити у телефонах, де передбачено функціонал для програмування дій.
Багато сучасних ігор засновані на використанні акселерометра. Популярні гонки, в яких телефон потрібно нахиляти для руху машини праворуч або ліворуч, обов'язково задіяють акселерометр. Загалом користь цього датчика всередині смартфона переоцінити складно. Це зручна та універсальна штука, яка сьогодні є навіть у дешевих смартфонах.
Сучасні технології дуже полегшують життя, і якщо раніше смартфон дозволяв просто дзвонити, то сьогодні завдяки акселерометру його функціонал значно розширився. А взагалі сьогодні такий датчик як акселерометр є застарілим. Це щось на кшталт простої кулькової ручки, якої нікого не здивуєш, але без якої не обійтися в сучасному світі.
Будь ласка, оцініть статтю:
Якщо вас цікавить відповідь на запитання Акселерометр у телефоні, що це? Отже, ви потрапили за адресою.
Всі власники сучасних мобільних пристроїв, напевно, знають, що таке автоповорот екрану. А ті, хто любить ігри на мобільних платформах, цінують можливість управління ними за допомогою поворотів.
А забезпечує таку можливість невеликий пристрій – акселерометр.
Саме ця невелика деталь дозволяє використовувати телефон як рівень, використовувати програми, насолоджуватися іграми, яким потрібна інформація про положення телефону в просторі.
Що ж собою являє цей пристрій?
Суть поняття «акселерометр»
Акселерометр – це прилад, призначений для вимірювання прискорення, що здається. Прискорення, що здається, - це різниця між гравітаційним і справжнім прискореннями об'єкта.
Принципово акселерометр складається із пружини, рухомої маси та демпфера.
Пружина кріпиться до нерухомої поверхні, до пружини кріпиться маса. З іншого боку, її підтримує демпфер, який гасить власні вібрації вантажу.
Під час прискорення маси пружина деформується. На цих деформаціях і ґрунтуються показання приладу.
Три таких прилади, об'єднані в одну систему та зорієнтовані по осях, дозволяють отримувати інформацію про положення предмета в тривимірному просторі.
Найбільш широке застосування такий тип приладів знайшов у кількох областях:
- Навігаційні пристрої літальних апаратів. Літаки, гелікоптери і навіть ракети не обходяться без складних навігаційних систем. Акселерометр і гіроскоп служать їм основою.
- Автомобільні спідометри також використовують акселерометри. Перші визначають швидкість відхилення маси, а другі визначають важливі події (екстренне гальмування, різка зміна швидкості) і записують їх в окремі файли.
- Промислові системи контролю вібрації різних верстатів, виробничих ліній та агрегатів. На показаннях приладу працюють системи захисту, які відключають живлення або змінюють характеристики роботи при досягненні критичних значень.
- В інформаційних технологіях такі прилади використовуються для захисту від падінь та струсів. Вони віддають команду голівкам, що зчитують, зайняти безпечне положення під час падіння.
Це значно знижує втрату даних та пошкодження диска. До цієї категорії можна віднести і акселерометри на телефонах і .
Принципово простий пристрій виробляється в багатьох спеціалізованих компоновок, кожна з яких призначена для певних цілей.
У чому ж особливість акселерометрів у мобільних пристроях ( , та ін)?
Акселерометр у телефоні: принцип роботи
Перший необхідний критерій для сучасних гаджетів – це компактність.
У корпусі товщиною, скажімо, шість міліметрів має розміщуватись величезна кількість електроніки, яка повинна займати мінімум місця.
Інженерами розроблено спеціальну мініатюрну конструкцію акселерометра. Усі конструктивні елементи розміщуються у чіпі, представленому вище.
Принципова схема такої конструкції виглядає так:
До нерухомого корпусу на пружних приставках, які дозволяють переміщення у певних межах, кріпиться перегородка з відведеними убік провідниками.
Ці відводи розміщуються між контактами, які знімають показання.
При переміщенні відводів напруженість поля навколо контактів змінює свої характеристики, що служить показником для виміру.
Виробляти такі дрібні деталі шляхом фізичної обробки матеріалів практично неможливо.
Для цих пристроїв використовуються різні реакції силікону коїться з іншими речовинами.
Завдяки точному розрахунку часу нанесення та видалення реактиву виходить робити такі прилади на автоматизованих конвеєрних лініях.
Навіщо акселерометр у смартфоні
Перший прилад такого типу з'явився в телефоні Nokia 5500. Тоді він служив як крокоміра. У захват прийшли не лише прихильники активного способу життя.
Основний резонанс викликала поява акселерометра в Apple iPhone .
Саме з того часу наявність такого пристрою стала стандартом для мобільних пристроїв.
Поступово створювалося все більше програм з використанням акселерометра.
За крокоміром у телефоні з'явився рівень, після цього акселерометр був пристосований для потреб операційної системи та реалізовано управління в іграх за його допомогою.
Застосовується він для різноманітних службових програм.
Так, на основі технологій бездротового зв'язку та акселерометра була створена низка додатків, які дозволяють передавати дані за допомогою зіткнення пристроїв.
Акселерометр у планшетеї сучасному телефоні використовується у комбінації з гіроскопами, відкриваючи широкі можливості для розробки різноманітних ігор, зокрема шутерів.
Навіть за такого широкого застосування акселерометр має ще багато перспектив.
Що таке Гіроскоп та Акселерометр. База знань
Акселерометр у телефоні: що це, принцип роботи, фото
Потрібен акселерометр? Зіткнувшись із різноманітністю технологій, форми, розміру, діапазону вимірювань, нововведень навіть найдосвідченіші інженери можуть зіткнутися з проблемою вибору правильної моделі. Сподіваємося, що ця стаття допоможе швидше зорієнтуватися у широкій номенклатурі акселерометрів.
Принцип вимірів
Перший крок до правильного вибору акселерометра - визначення найбільш відповідного параметра вимірювань. Сьогодні використовуються три технології побудови акселерометра:
- п'єзоелектричні акселерометри - найпоширеніший на сьогоднішній день вид акселерометрів, які широко використовуються для вирішення завдань тестування та вимірювань. Такі акселерометри мають дуже широкий частотний діапазон (від кількох Гц до 30 кГц) та діапазон чутливості, а також випускаються у різних розмірах та формах. Вихідний сигнал п'єзоелектричних акселерометрів може бути зарядовим (Кл) або за напругою. Датчики можуть використовуватися для вимірювання як удару, так і вібрації.
- п'єзорезистивні акселерометри зазвичай мають малий діапазон чутливості, тому вони більше підходять для детектування ударів, ніж визначення вібрації. Ще одна сфера їх застосування - випробування на безпеку при зіткненні. Здебільшого п'єзорезистивні акселерометри відрізняються широким діапазоном частот (від кількох сотень Гц до 130 кГц і більше), при цьому частотна характеристика може сягати 0 Гц (т.зв. DC датчики) або залишатися незмінною, що дозволяє вимірювати сигнали великої тривалості.
- Акселерометри на змінних конденсаторах відносяться до компонентів нових технологій. Як і п'єзорезистивні акселерометри, вони мають DC відповідь. Такі акселерометри відрізняються високою чутливістю, вузькою смугою пропускання (від 15 до 3000 Гц) та відмінною температурною стабільністю. Похибка чутливості у повному температурному діапазоні до 180°C не перевищує 1,5 %. Акселерометри на змінних конденсаторах використовуються для вимірювань низькочастотної вібрації, руху та фіксованого прискорення.
Вимірювані параметри
Схематично, параметри, що вимірюються акселерометрами, можна згрупувати в такі класи:
- вимірювання вібрації: об'єкт вібрує, якщо він здійснює коливальні рухи щодо положення рівноваги. Вібрацію вимірюють у транспортній та аерокосмічній промисловості, а також на промисловому виробництві.
- вимір ударних прискорень: раптове порушення структури, що створює резонанс. Ударний імпульс може створюватись вибухом, ударом молотка по предмету або внаслідок зіткнення з іншим об'єктом.
- Вимірювання руху: повільне переміщення зі швидкістю від частки секунди до декількох хвилин, наприклад, переміщення руки робота або підвіска автомобіля.
- сейсмодослідження: вимірювання малих переміщень та низькочастотної вібрації. Такі вимірювання вимагають спеціалізованих малощумних акселерометрів з високою роздільною здатністю. Акселерометри для сейсмодосліджень контролюють рух мостів, підлог, а також визначають землетруси.
Загальні поняття
Перед обговоренням технології та особливостей застосування необхідно зробити кілька загальних зауважень.
Частотна характеристика - це залежність електричного вихідного сигналу акселерометра від зовнішнього механічного впливу частотному діапазоні з фіксованою амплітудою. Це один із основних параметрів, від якого залежить вибір того чи іншого компонента. Діапазон частот зазвичай визначається серією експериментів та вказується у специфікації. Зазвичай, цей параметр вказується з точністю ±5% від опорної частоти (зазвичай 100 Гц).
Багато компонентів специфіковано на ±1 дБ або ±3 дБ. Ці значення вказують на точність акселерометра у заданому частотному діапазоні. Багато data sheet містять графіки типової АЧХ, які ілюструють флуктуацію точності компонента у різних частотних діапазонах.
Інший важливий параметр акселерометра - кількість осей виміру. Сьогодні випускаються компоненти з однією та трьома вимірювальними осями. Ще одна можливість побудови складної системи – це організація трьох акселерометрів в один вимірювальний блок.
Вібрація
Кращий вибір для вимірювання вібрації - це п'єзоелектричні акселерометри, завдяки їхній широкій частотній характеристиці, хорошій чутливості та високій роздільній здатності. Залежно від типу вихідного сигналу вони можуть бути із зарядовим виходом та з виходом за напругою (IEPE).
Останнім часом широко використовуються акселерометри з вихідним вольтовим сигналом, оскільки вони зручні в застосуванні. Незважаючи на різноманітність торгових марок та модифікацій, всі виробники компонентів цієї групи дотримуються єдиного псевдо-стандарту, тому легко замінюються між собою. Зазвичай такі акселерометри мають у своїй структурі підсилювач заряду, тому вимагають додаткових зовнішніх компонентів. Все, що потрібно для підключення акселерометра - це джерело постійного струму. Таким чином, для вимірювання вібрацій у відомому діапазоні та в межах температурної норми -55…125°C (до 175°C для високотемпературних моделей) рекомендується використовувати п'єзоелектричні акселерометри з вихідним сигналом за напругою.
Переваги акселерометрів із зарядовим виходом виявляються у можливості роботи при високих температурах та в широкому діапазоні амплітуди, який визначається налаштуваннями підсилювача заряду (зауважимо, що акселерометри за напругою мають фіксований діапазон амплітуди). Типовий робочий діапазон температур становить -55...288°C, а спеціалізовані компоненти можуть працювати в діапазоні -269...760°C.
Однак на відміну від IEPE акселерометрів, ємнісні датчики вимагають застосування спеціальних малошумливих кабелів, ціна яких значно перевищує ціну на стандартні коаксіальні кабелі. Для підключення датчиків також потрібні підсилювачі заряду та лінійні конвертери. Підсумовуючи, можна дійти висновку, що ємнісні акселерометри кращі для високотемпературних вимірювань невідомих заздалегідь прискорень.
У програмах, де потрібно вимірювати вібрацію дуже малої частоти, рекомендується використовувати акселерометри на змінних конденсаторах (VC). Їх частотна характеристика становить від 0 Гц до 1 кГц залежно від необхідної чутливості. При проведенні вимірювань низькочастотної вібрації VC акселерометр із частотною характеристикою 0-15 Гц матиме чутливість 1 В/г. Такі датчики незамінні в електрогідравлічних шейкерах, автомобілебудуванні, тестових випробуваннях машин і конструкцій, в системах підвіски, залізничному транспорті.
Ударні прискорення
Для вимірювань ударних прискорень використовуються дві технології, модельний ряд представлений компонентами різного рівня сили удару і з вихідними характеристиками. Вибір акселерометра для ударних прискорень насамперед залежить від очікуваного рівня ударного прискорення.
- Низький рівень<500 г
- Зіткнення<2000 г
- Поле в дальній зоні 500-1000 г, датчик на відстані 2 метри від точки удару
- Поле у ближній зоні >5000 г, датчик на відстані менше 1 метра від точки удару
Для вимірювання малих ударних прискорень можна використовувати акселерометр загального застосування. Акселерометр повинен мати лінійний діапазон до 500 г і міцність 500 г. Зазвичай для цього використовуються датчики з вихідним сигналом по напрузі, оскільки вони не чутливі до кабельних вібрацій. Для атенюації резонансу рекомендується використовувати підсилювач із фільтром нижніх частот.
Для тестових випробувань машин на безпеку використовуються п'єзорезистивні акселерометри. Для вимірювань ударів у дальній зоні застосовуються спеціалізовані акселерометри з вбудованим фільтром та модою зсуву. Електронний фільтр зменшує власну резонансну частоту акселерометра для запобігання перевантаженню обладнання.
Акселерометри для вимірювань у ближній зоні мають робочий діапазон до 20,000 г. Тут вибір залежить від специфіки тесту, що проводиться, тому використовуються як п'єзоелектричні, так і п'єзорезистивні датчики. Зазвичай такі прилади мають убудований механічний фільтр.
Так само, як і при вимірюванні вібрації, частотна характеристика є найважливішим параметром датчиків ударного прискорення. Бажано, щоб такі датчики мають широкий діапазон частот (близько 10 кГц).
Вимірювання руху, фіксованого прискорення та низькочастотної вібрації
Для таких цілей найбільш сприятливим вибором стануть акселерометри зі змінною ємністю. Вони дозволяють вимірювати повільні зміни прискорення та низькочастотну вібрацію, при цьому рівень їхнього вихідного сигналу досить високий. Також такі датчики забезпечують високу стабільність у широкому діапазоні робочих температур.
При установці VC акселерометра в положення, коли його вісь чутливості паралельна осі земного тяжіння, вихідний сигнал датчика дорівнюватиме зусилля в 1 г. Така закономірність відома як DC відгук. Завдяки такій особливості, акселерометри на змінних конденсаторах часто використовуються для вимірювань відцентрової сили або прискорення та уповільнення підйомних пристроїв.
Умови експлуатації
Після вибору акселерометра відповідної технології та відповідного вимогам цільового застосування необхідно розглянути низку наступних факторів. Насамперед, це умови довкілля, де датчик буде використовуватися. Сюди відносяться робоча температура, максимальний рівень прискорення та вологість.
Діапазон вимірювань акселерометра вказується у специфікації двічі, що може сплутати інженера із застосування. Дійсний діапазон вказується у динамічних характеристиках. Наприклад, IEPE акселерометр може мати діапазон 500 g, але за певних умов середовища може витримувати удар до 1000 g та 2000 g. 500 g – це максимальний діапазон лінійної роботи акселерометра. Параметри, вказані для певних умов експлуатації, показують максимально допустимий рівень удару.
У випадку акселерометрів зарядового типу, динамічні характеристики не містять робочого діапазону, оскільки він багато в чому залежить від підсилювача заряду. Тут краще звернутися до лінійності амплітудної характеристики, яка вказується у розділі динамічних параметрів. Також як і в попередньому випадку, максимальний діапазон вимірювань, зазначений за певних умов експлуатації, свідчить про граничну здатність навантаження акселерометра.
Про можливості роботи датчиків у вологому середовищі свідчать різні покажчики герметичність виконання корпусу. Слід зауважити, що безперервна зміна температурних умов може порушити ізоляцію епоксидної корпусу датчика.
Оскільки сучасні технології виробництва акселерометрів використовують немагнітні матеріали, магнітна чутливість рідко вказується специфікації на компоненти. Якщо датчик призначений для установки на гнучкі поверхні, на чільне місце виходять параметри згинання основи. Згинання поверхні призводить до згинання основи акселерометра, що може призвести до помилкового спрацьовування датчика в результаті вібрації. Тому слід уникати застосування компресійних акселерометрів на гнучких поверхнях.
Вага акселерометра
При дотику акселерометра та об'єкта прискорення, що вимірювається, зміниться. Цього ефекту можна уникнути, якщо не забувати про вагу самого датчика. В якості емпіричного правила можна прийняти те, що вага акселерометра повинна перевищувати вагу предмета не більше ніж на 10%.
Чутливість та дозвіл
Якщо необхідні датчики з малим вихідним сигналом або широким динамічним діапазоном, слід звернутися до параметрів роздільної здатності та чутливості.
Акселерометр перетворює механічну енергію на електричний вихідний сигнал. Такий сигнал може виражатися в мВ/г або пКл/г (для датчиків із зарядовим виходом). Зазвичай лінійка акселерометрів містить кілька моделей з різною чутливістю, оптимальне значення якої залежить від рівня сигналу, що вимірюється. Наприклад, для вимірювання сильних ударних коливань потрібні датчики з низькою чутливістю.
Для додатків, що вимагають вимірювань малих прискорень, найкращим рішенням буде використання акселерометра з високою чутливістю, де вихідний сигнал буде вищим за рівень шуму підсилювача. Наприклад, якщо очікується рівень вібрації 0.1g, а чутливість датчика становить 10 мВ/g, напруга вихідного сигналу становитиме 1 мВ і знадобиться акселерометр із вищою чутливістю.
Роздільна здатність пов'язана з мінімальним значущим сигналом акселерометра. Цей параметр базується на рівні власних шумів акселерометра (а при виборі IEPE акселерометра і на внутрішній електронній схемі) і виражається в g rms.
Акселерометр – це вимірювальний прилад. З його допомогою можна фіксувати та аналізувати вібрації, а також рух та прискорення. З приладом безпосередньо пов'язане поняття «сили, що здається», так ось призначення акселерометра в його вимірі.
Сила, що здається, називають геометричну різницю між реальним прискоренням об'єкта і прискоренням сили гравітації нашої планети. Поняття застосовується у системах інерційної навігації.
ТРИХОСІВИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР: ПРИНЦИП РОБОТИ
Акселерометри розрізняються за типом виходу (аналогові та цифрові), за частотними діапазонами, а також за кількістю осей.
Триосний акселерометр здатний показувати частоти, періоди та форми власних коливань будівель та споруд. Прилад дозволяє аналізувати прискорення, що діє у напрямку одразу трьох осей. У деяких випадках такий вимір є єдиним способом отримати необхідну інформацію у повному обсязі.
Під кришкою корпусу такого акселерометра розташовують п'єзоелементи. Вони повинні бути симетрично вздовж осей, що знаходяться перпендикулярно.
Цей вид акселерометрів вважається свого роду «лідером». Адже будь-який інший подібний пристрій сильно поступається йому точності, шириною як робочого, так і частотного діапазонів. Більше того, п'єзоелеметні прилади відрізняють міцність та надійність.
Ще одним плюсом такого пристрою вважається те, що в процесі його використання немає необхідності шукати спосіб підключитися до електричної мережі, акумулятора або джерело живлення. Відсутність рухомих елементів дає можливість говорити про дуже низький ступінь зносу приладу.
Якщо говорити про механіку роботи такого приладу, це активні датчики, які генерують електросигнал, пропорційний коливанням. Головним елементом у такому акселерометрі вважається компонент, який піддається впливу. Так з'являється електричний заряд, пропорційний силі, що впливає нею.
