Как устроен гироскоп в телефоне: Гироскоп в телефоне – что это такое, принцип работы и как устроен, g-sensor и gyroscope в смартфоне, чем отличается от акселерометра

что это, принцип работы, фото

Если вас интересует ответ на вопрос Акселерометр в телефоне  что это? Значит вы попали по адресу.

Все обладатели современных мобильных устройств наверняка знают, что такое автоповорот экрана. А те, кто любит игры на мобильных платформах ценят возможность управления ими при помощи поворотов телефона.

А обеспечивает такую возможность небольшое устройство – акселерометр.

Содержание:

Именно эта небольшая деталь позволяет использовать телефон в качестве уровня, использовать приложения, наслаждаться играми, которым необходима информация о положении телефона в пространстве.

Что же собой представляет это устройство?

Суть понятия «акселерометр»

Акселерометр – это прибор, предназначенный для измерения кажущегося ускорения. Кажущееся ускорение – это разница между гравитационным и истинным ускорениями объекта.

Принципиально акселерометр состоит из пружины, подвижной массы и демпфера.

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.

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.

В чем же особенность акселерометров в мобильных устройствах (телефоны, планшеты и пр.)?

---

к содержанию ↑

Акселерометр в телефоне: принцип работы

Первый необходимый критерий приборов для современных гаджетов – это компактность.

В корпусе толщиной, скажем, шесть миллиметров должно размещаться огромное количество электроники, которая должна занимать минимум места.

Инженерами разработана специальная миниатюрная конструкция акселерометра. Все конструктивные элементы размещаются в чипе, представленном выше.

Принципиальная схема такой конструкции выглядит так:

К неподвижному корпусу на упругих приставках, которые позволяют перемещение в определенных пределах, крепится перегородка с отведенными в сторону проводниками.

Эти отводы размещаются между контактами, которые и снимают показания.

При перемещении отводов напряженность поля вокруг контактов меняет свои характеристики, что и служит показателем для измерения.

Производить такие мелкие детали путем физической обработки материалов практически невозможно.

Обратите внимание! Если акселерометр в телефоне не работает, то его придется менять в специализированных сервисных центрах.

Для производства этих устройств используются различные реакции силикона с другими веществами.

Благодаря точному расчету времени нанесения и удаления реактива получается производить такие приборы на автоматизированных конвейерных линиях.

---

к содержанию ↑

Зачем акселерометр в смартфоне

Первый прибор подобного типа появился в телефоне Nokia 5500. Тогда он служил в качестве шагомера. В восторг пришли не только приверженцы активного образа жизни.

Основной резонанс вызвало появление акселерометра в Apple iPhone.

Именно с тех пор наличие такого прибора стало стандартом для мобильных устройств.

Постепенно создавалось все большее количество приложений с использованием акселерометра.

За шагомером в телефоне появился уровень, после этого акселерометр был приспособлен для нужд операционной системы и реализовано управление в играх с его помощью.

Применяется он для разнообразных служебных приложений.

Так, на основе технологий беспроводной связи и акселерометра была создан ряд приложений, которые позволяют передавать данные посредством соударения устройств.

Акселерометр в планшете и современном телефоне используется в комбинации с гироскопами, открывая широкие возможности для разработки разнообразных игр, в частности, шутеров.

Даже при таком широком применений акселерометр имеет еще много перспектив.

Что такое Гироскоп и Акселерометр | База Знаний

Акселерометр в телефоне: что это, принцип работы, фото

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

гироскоп – Дети | Britannica Kids

7-дневная бесплатная пробная версия

Поиск

Посмотреть статью для:

• Дети
• Студенты
• Ученые

Связанные статьи

Мы были заняты, усердно работая над тем, чтобы предоставить вам новые функции и обновленный дизайн. Мы надеемся, что вам и вашей семье понравится NEW Britannica Kids. Уделите минутку, чтобы проверить все улучшения!

• Один и тот же безопасный и надежный контент для исследователей всех возрастов.
• Доступно на всех современных устройствах: телефонах, планшетах и ​​настольных компьютерах.
• Улучшенные ресурсы для домашних заданий, предназначенные для поддержки различных предметов и стандартов учебной программы.
• Новый, третий уровень контента, разработанный специально для удовлетворения продвинутых потребностей искушенного ученого.
• И многое другое!

Хотите увидеть его в действии?

Ознакомиться

Начать бесплатную пробную версию

Подпишитесь прямо сейчас!

Перевести эту страницу

Выберите язык в меню выше, чтобы просмотреть версию этой страницы с компьютерным переводом. Обратите внимание: текст на изображениях не переводится, некоторые функции после перевода могут работать некорректно, а перевод может неточно передавать предполагаемое значение. Britannica не просматривает преобразованный текст.

После перевода статьи все инструменты, кроме увеличения/уменьшения шрифта, будут отключены. Чтобы повторно включить инструменты или преобразовать обратно в английский язык, нажмите «Просмотреть оригинал» на панели инструментов Google Translate.

Этот веб-сайт использует куки-файлы, чтобы помочь предоставлять и улучшать наши услуги и предоставлять вам гораздо больше возможностей во время вашего посещения. Чтобы узнать больше о файлах cookie и ваших возможностях выбора файлов cookie, нажмите здесь.

×

Как работают акселерометры и гироскопы?

Акселерометры и гироскопы можно найти почти во всех современных смартфонах и во многих приложениях для роботов. Они могут помочь нам получить информацию, например, как быстро наше устройство движется и в каком направлении, или если оно поворачивается, то как быстро. Акселерометры определяют линейное ускорение устройств, то есть ускорение вдоль оси. С другой стороны, гироскопы работают с эффектом Кориолиса вместо ускорения и определяют угловую скорость, то есть скорость вращения тела. Однако здесь важно отметить, что гироскопы НЕ сообщают о текущем угле, они сообщают о скорости, с которой устройство поворачивается. Чтобы получить положение угла, вы должны интегрировать его с течением времени. На рисунке ниже показан тип движения, обнаруживаемый акселерометрами и гироскопами.

Рисунок 1: Ориентация осей чувствительности

Как акселерометры, так и гироскопы обычно находятся внутри блока инерциальных измерений или IMU. Это пакет, содержащий акселерометры, гироскопы, магнитометры, датчики температуры и т. д. На изображении ниже показана плата MPU6050, которая представляет собой IMU. Он имеет 3-осевой акселерометр, а также 3-осевой гироскоп внутри основной крошечной микросхемы, которую вы видите в середине платы. Теперь самое интересное, как эта технология реализована внутри чипа.

Рисунок 2: «Модуль GY-521 MPU-6050, 3-осевой гироскоп + акселерометр», автор Nevit Dilmen (обсуждение), лицензия CC BY-SA 3.0

Все эти датчики реализованы на микроскопическом уровне с использованием технологии, обычно называемой MEMS или микроэлектромеханическая система, которая является замечательным нововведением в области машиностроения.

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) объединяют механические и электрические компоненты в небольшие структуры размером всего несколько микрометров. Они образованы комбинацией полупроводниковых технологий и технологий микрообработки с использованием микрообработки для интеграции всей электроники, датчиков и механических элементов на общую кремниевую подложку. По сути, МЭМС — это микроскопические механизмы, напечатанные непосредственно внутри ИС.

Внутренняя структура MEMS-акселерометра

Если мы посмотрим на внутреннюю структуру акселерометра, она будет выглядеть примерно так:

Рисунок 3: Структура внутри MEMS-акселерометра или сейсмическая масса , представляющая собой Н-образную структуру с отходящими от нее «чувственными пальцами».

Контрольная масса привязывается к подложке с обоих концов и может совершать возвратно-поступательные движения между привязанными концами.

Электроды представляют собой конструкции, закрепленные в подложке и остающиеся неподвижными, в отличие от контрольной массы, которая перемещается вместе с движением тела.

Контрольная масса и электроды вместе образуют гребенчатую структуру, которая используется для обнаружения движения.

Обнаружение движения

Наиболее распространенным методом измерения, используемым в акселерометрах и гироскопах, является емкостное измерение, в котором изменение емкости между неподвижными электродами и контрольной массой используется для определения ускорения тела. Этот метод широко используется благодаря преимуществам, которые он обеспечивает, таким как высокая точность, стабильность, помехозащищенность, низкое рассеивание мощности и его простая структура.

Рис. 4. Дифференциальный конденсатор

Чтобы лучше понять концепцию, давайте рассмотрим схему, состоящую из двух неподвижных и одной подвижной металлических пластин. Вместе они образуют дифференциальный конденсатор. В этом дифференциальном конденсаторе мы измеряем разницу в зарядах, которые образуются в нижнем конденсаторе (нижняя и средняя пластины) и верхнем конденсаторе (средняя и верхняя пластины). Если мы приложим одинаковую разность потенциалов к обоим конденсаторам, удерживая среднюю пластину точно между верхней и нижней пластинами, они будут иметь одинаковое наращивание емкости. Теперь, если мы переместим среднюю пластину ближе к нижней пластине, емкость нижнего конденсатора увеличится, а верхнего уменьшится.

Именно так работают акселерометры. Если мы внимательно посмотрим на структуру на рис. 5, то заметим, что сцепленные пальцы неподвижных электродов и контрольной массы образуют дифференциальный конденсатор, который вместе хранит заряд. Когда акселерометр перемещается вперед и назад, заряд, хранящийся между пальцами, изменяется, вызывая поток тока. Эти изменения емкостей используются для обнаружения движения.

Рисунок 5: Влияние движения на датчик

Мы знаем, что емкость обратно пропорциональна расстоянию между пластинами или электродами, т. е.

Где,

• C = емкость
• 𝜖 = диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала
• A = площадь пластин
• d = расстояние между пластинами

90 Но когда датчик находится под ускорением,

Мы получаем,

Затем изменение емкости записывается и проходит через усиление заряда, преобразование сигнала, фильтрацию нижних частот, прежде чем оно преобразуется в цифровой сигнал с использованием АЦП. Затем цифровой битовый поток от АЦП передается на хост с использованием протоколов связи, таких как I2C или SPI. В результате акселерометр выдает вам кучу чисел, и для их понимания требуется совсем немного математики, которую выполняет наш микроконтроллер!

Иногда движение очень сложно обнаружить с помощью одного дифференциального конденсатора. Следовательно, это делает необходимым использование нескольких подвижных и неподвижных электродов, соединенных параллельно. Это позволяет системе стать более точной и чувствительной к изменениям. Но массивная параллельная конфигурация позволила бы нам ощущать движение только в одном направлении. Чтобы преодолеть эту проблему и обнаружить движение в нескольких направлениях, нам просто нужно установить акселерометр по-другому (на 90 градусов), и теперь мы можем обнаружить ускорение в двух направлениях. Точно так же мы можем расширить его до 3-х осей и сделать акселерометр, который охватывает все направления движения в нашем трехмерном мире!

Изготовление этих сложных микроскопических структур является достижением инженерной мысли, поскольку позволяет размещать датчики, которые раньше занимали много места, теперь в очень маленьких пространствах.