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.

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.

geek-nose.com

Акселерометр в телефоне – что это такое, для чего нужен датчик

На нашем сайте доступно несколько статей о различных датчиках, используемых в современных мобильных устройствах. Сегодня поговорим про акселерометр в телефоне – что это такое?

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ:

Не путайте с гироскопом!

Многие пользователи считают, что это одно и тоже, хотя речь идет о двух разных приспособлениях, выполняющих совершенно отличающиеся функции.

Практически все смартфоны имеют встроенный акселерометр (конечно, если у Вас не старенький Nokia 7610). В данном случае рассматриваем девайсы, работающие под управлением Android | iOS | Windows Mobile.

Название датчика происходит от английского слова «Acceleration» — ускорение. Собственно, сенсор и нужен для правильного измерения данного показателя. Но зачем? Это необходимо для измерения скорости перемещения телефона. Информация, снимаемая с этого прибора, также используется гироскопом, чтобы более точно вычислять положение устройства в 3D-пространстве. То есть, мы сейчас говорим о двух разных приспособлениях, которые тесно взаимодействуют между собой. Но принцип действия совершенно отличатся. Далее рассмотрим подробнее.

Для чего нужен датчик?

С его появлением смартфоны обзавелись дополнительным функционалом, без которого сейчас трудно представить свою жизнь:

• Измерение точного количества пройденных шагов. Крайне полезная фишка для тех, кто ведет здоровый образ жизни, пользуется фитнес-трекерами;
• Автоматический поворот изображения на экране. Ну здесь нет смысла объяснять. Без акселерометра пришлось бы постоянно тыкать пальцем в программную кнопку;
• Упрощение игрового процесса (работает не повсеместно, а лишь в приложениях, которые поддерживают этот режим). Можно наклонять смарт вправо-влево в гоночных симуляторах для управления авто;

• Встряхивание и прочие жесты для быстрого доступа к некоторым возможностям гаджета. К примеру, реально переключать треки в музыкальном проигрывателе, принимать/сбрасывать вызов и т.д. Вот у меня на Xiaomi можно перевернуть телефон дисплеем вниз и таким образом перевести звонок в беззвучный режим;
• Предоставление более точной информации для программ с геолокацией (Карты Google, Яндекс Навигатор).

Перечислять можно долго. Что за датчик разобрались, теперь давайте перейдем к теории и умным словам, дабы понять принцип.

Полезный контент:

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.

Видео

Чтобы более наглядно увидеть, как работает акселерометр, что это такое в телефоне, рекомендуем посмотреть ролик:

it-tehnik.ru

MEMS-акселерометры и гироскопы — разбираемся в спецификации / Habr

MEMS-гироскоп

Трёхосевой MEMS-акселерометр

И сразу про трёхосевой MEMS-магнетометр

Итак, что такое LSB и как его посчитать? Инструкция по добыче

Варианты FS вытаскиваем из спецификации на гироскопы и, чтобы дважды не вставать, акселерометры.

FS для акселерометров я брала ещё и из документации на BMI088 (см. ниже).

По факту, вроде бы, получается, что это должен быть LSB. Но почему тогда мы видим одно значение вместо нескольких, завязанных на конкретные диапазоны? Пришлось расширять список исследуемых источников в поисках ответов.

Что такое разрешение (Resolution)?

Какие бывают характеристики шума и откуда что берётся?

Среднеквадратичное значение шумов во всём спектральном диапазоне — Total RMS (Root mean square) Noise

Для белого шума отношение амплитуды (мгновенного пикового значения) к среднеквадратчному с вероятностью 99.9% составляет Называется такое отношение крест-фактором (crest factor, cross ratio). Можно выбрать вероятность 95.5% — крест фактор будет равен 4.

На деле же сигналы шума ведут себя не так хорошо и могут выдавать пики, увеличивающие крест-фактор до 10 раз. В некоторых спецификациях можно найти значения или сам множитель.

В узкой низкочастотной полосе 0.1-10 Гц основную роль играет фликкер-шум “1/f”, для оценки которого используют значение размаха шумового сигнала (peak-to-peak).

Спектральная плотность

$$display$$\begin{equation} c_n = \frac{1}{T_0}\int^{T_0/2}_{-T_0/2} x(t)e^{-i n\omega t},dt = \begin{cases} \frac{1}{2}(a_n-ib_n), & n>0\\ \frac{a_0}{2}, & n=0\\ \frac{1}{2}(a_n + ib_n), & n<0 \end{cases} \end{equation}$$display$$

Спектральная плотность мощности случайного сигнала определяется через предел

Поскольку мы предполагаем, что среднее для белого шума датчиков в неподвижном состоянии равно нулю (), то квадрат среднеквадратического значения равен дисперсии и представляет собой полную мощность в нормированной нагрузке:

Чуть подробнее про выбор полосы пропускания

Опуская технические подробности конфигурирования, можно сказать следующее. В данном датчике осуществляется настраиваемая фильтрация показаний не только акселерометров, гироскопов, но и температурного датчика. Для каждого существует в общей сложности от 7 до 10 режимов, характеризующихся такими понятиями, как полоса пропускания (Bandwidth) в Гц, задержка в мс, частота дискретизации (sampling frequency, Fs) в кГц.

В таблицу режимов фильтра акселерометра добавилась колонка «Плотность шума» в , а “Bandwidth” колонка дополнилась значением “3dB”.

Легче не стало, так что пройдёмся прямо по списку.

Наследие Древнего Рима

С частотой дискретизации (она же частота семплирования) всё понятно — это количество взятых за секунду точек непрерывного по времени сигнала при его дискретизации АЦП. Измеряется в герцах.

Но это абсолютно не значит, что сигнал на выходе акселерометра или гироскопа появляется с тем же периодом.

Если взять те же дроны, тут всё упирается в борьбу за снижение энергопотребления, повышение скорости вычислений и снижение шума выходных данных. Можно понизить частоту обновления данных на выходе, позволив внутренним алгоритмам интегрировать входную информацию в течение некоторого периода времени. Среднеквадратичный понизится, но также сузится и полоса пропускания (датчик сможет засечь лишь те процессы, частота которых будет меньше 50% скорости обновления данных).

Тут лучше сразу вспомнить теорему Котельникова. Она обещает, что при дискретизации аналогового сигнала можно избежать потерь информации (то есть восстановить сигнал без искажений), если частота полезного сигнала будет не больше половины частоты дискретизации, называемой также частотой Найквиста. На практике классический антиалайзинговый фильтр (фильтр низких частот, уменьшающий вклад побочных частотных компонентов в выходном сигнале до пренебрежимо малых уровней — ГОСТ Р 8.714-2010) требует в большинстве случаев разницу минимум в 2.5 раза [Siemens].

Для Fs = 32kHz частота Найквиста будет 16kHz. При этом полезный сигнал вряд ли выйдет за полосу fa = 20Hz (мало кто может менять направление движения чаще 20 раз в секунду). Итого, частота дискретизации значительно превышает частоту, требуемую для сохранения информации, содержащейся в полосе fa (40Hz, в 400 раз превышает), то есть полезный сигнал избыточно дискретизирован. Полоса между частотами fa и fs-fa не содержит никакой полезной информации. Можно уменьшить частоту дискретизации (на диаграмме это сделано с коэффициентом М, [7]), проредив последовательность семплов (отсчётов). Этот процесс и называется децимацией.

Согласно спецификации на MPU-9250, акселерометры снабжены сигма-дельта АЦП. Схемы на его основе потребляют минимальную мощность. Надо отметить, что полоса пропускания у данных преобразователей весьма узкая, не превышает звукового диапазона [Easyelectronics], но для штатного квадрокоптера больше и не нужно. Состоят они из двух блоков: -модулятора и цифрового децимирующего фильтра низких частот.

Зачем объединять фильтр низких частот и децимацию?

Если исходный сигнал не содержит частот, превышающих частоту Найквиста децимированного сигнала, то форма спектра полученного (децимированного) сигнала совпадает с низкочастотной частью спектра исходного сигнала. Частота дискретизации, соответствующая новой последовательности отсчётов, в N раз ниже, чем частота дискретизации исходного сигнала.
Если исходный сигнал содержит частоты, превышающие частоту Найквиста децимированного сигнала, то при децимации будет иметь место алиасинг (наложение спектров).

Таким образом, для сохранения спектра необходимо до децимации удалить из исходного сигнала частоты, превышающие частоту Найквиста децимированного сигнала. В спецификации на MPU-9250 не очень много информации о характеристиках DLPF, но можно найти исследования энтузиастов [9].

Bandwidth, она же frequency response (частотный отклик)

Для акселерометров MPU-9250 границы полосы пропускания определяются так, чтобы внутри диапазона спектральная плотность сигнала отличалась от пиковой (на частоте 0 Гц) не больше, чем на -3дБ. Этот уровень примерно соответствуют падению до половины спектральной плотности (или 70.7% от пиковой спектральной амплитуды). Напомню, для энергетических величин (мощность, энергия, плотность энергии), пропорциональных квадратам силовых величин поля, выраженное в децибелах отношение

Вернёмся к разрешению

Оценить разрешение для каждой полосы пропускания можно по пиковому шуму Среднеквадратичная величина шума на выходе связана с указанной в спецификации спектральной плотностью (а вернее, корнем из неё) и эквивалентной шумовой полосой пропускания (equivalent noise bandwidth, ENBW, — полоса пропускания эквивалентной системы, имеющей прямоугольную АЧХ и одинаковые с исходной системой значение на нулевой частоте и дисперсию на выходе, при воздействии на входы систем белого шума):

Delay (ms), или откуда берётся задержка

Итого. Чем ниже частота обрезания фильтра, тем меньше шума в сигнале. Но тут надо быть осторожным, потому что одновременно с этим вырастает и задержка. Кроме того, можно пропустить полезный сигнал [8].

И это лишь самые основные параметры.

Откуда что бралось:

1. Самый приятный документ от Freescale Semiconductor — «How Many Bits are Enough?»
2. [EE] — «Resolution vs Accuracy vs Sensitivity Cutting Through the Confusion»
3. [Время электроники] — «МЭМС-датчики движения от STMicroelectronics: акселерометры и гироскопы»
4. [LSB] — «An ADC and DAC Least Significant Bit (LSB)»
5. [Measurement Computing] — «TechTip: Accuracy, Precision, Resolution, and Sensitivity»
6. [KIT] — «Акселерометры Analog Devices — устройство и применение»
7. [Easyelectronics] — «Сигма-дельта АЦП»
8. [Радиолоцман] — «Магнитометры: принцип действия, компенсация ошибок»
9. [SO] — «Noise Measurement»
10. [Mide] — «Accelerometer Specifications: Deciphering an Accelerometer’s Datasheet»
11. [CiberLeninka] — Delta-Sigma ADC Filter
12. [SciEd] — «Особенности реализации цифровой фильтрации с изменением частоты дискретизации»
13. [MPU6050] — «Using the MPU6050’s DLPF»
14. [MPU9250_DLPF] — MPU9250 Gyro Noise DLPF work investigation
15. Understanding Sensor Resolution Specifications
16. Siemens Digital Signal Processing
17. МЭМС-датчики движения от STMicroelectronics
18. [TMWorld] — «Evaluating inertial measurement units»
19. [Sklyar] – Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение.

habr.com

Что такое акселерометр в смартфоне, принцип его строения и работы

Термин «акселерометр» произошел от латинского accelero, что в переводе означает «ускоряю». Акселерометр – это прибор, с помощью которого измеряется кажущееся ускорение. Другими словами, он призван помочь программному обеспечению смартфона определить положение, а также расстояние перемещения мобильного устройства в пространстве.

Часто этот датчик путают с гироскопом. Однако, это разные датчики, хотя взаимодополняют друг друга, и даже могут выполнять одни и те же функции. Их отличие заключается в принципе работы, а также в эффективности выполнении конкретных задач. Могут использоваться совместно, для достижения наиболее точных результатов.

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 работает акселерометр, принцип его строения

На картинке ниже изображена схематическая конструкция самого простого акселерометра.

Он состоит из инертной массы (в данном примере ее роль выполняет грузик), который прикреплен к подвижному, упругому элементу (например, к пружине). Пружина, в свою очередь, фиксируется на неподвижной детали. Для подавления колебаний грузика используется демпфер. Когда происходит встряска, наклон или поворот объекта, в который встроен акселерометр, инертная масса реагирует на силу инерции. С увеличением интенсивности и силы наклона, поворота или сотрясения увеличивается радиус деформации пружины.

Затем грузик принимает свою прежнюю позицию, благодаря пружине. Специальный датчик фиксирует уровень смещения инертной массы от ее положения в состоянии «покоя». Затем эти данные преобразуются в электрический сигнал, и передаются на обработку электроникой, и программным обеспечением. Благодаря полученным данным программа может «вычислить» изменения в физических изменениях расположения объекта.

Еще есть такое понятие, как ось чувствительности прибора. Если ось только одна, датчик сможет передать данные об изменении положения объекта в пространстве только в пределах чувствительности оси. Чтобы увеличить чувствительность датчика, и получить точные данные о силе и направлении наклона объекта, необходимо две, а еще лучше три оси. Объединив в один прибор сразу три оси, можно вычислить положение объекта в трехмерном пространстве.

Акселерометр в смартфонах

По техническим и иным причинам описанная выше конструкция датчика неприменима в мобильных устройствах. Она заменяется миниатюрным чипом, внутри которого находится инертная масса.

Принцип действия чипа схож с классическим датчиком: инертная масса меняет свою позицию во время ускорения. Благодаря этому смартфон и получает данные о положении в пространстве. Но между классическими приборами и чипами существует огромная разница не только в конструкции, но и в методе производства.

Схема акселерометра в смартфоне

Изготовление подобных датчиков – полностью автоматизированный процесс. Чтобы получить рабочий экземпляр, используется химическая реакция между силиконом и другими элементами. Процесс требует высочайшей точности в расчетах и пропорциях. Вручную, при помощи физического воздействия на материалы сделать это фактически невозможно.

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.

mobcompany.info

Акселерометр в телефоне что это

Акселерометр в телефоне и планшете (или G-сенсор) – это миниатюрный датчик, измеряющий разницу между гравитационным ускорением устройства и его настоящим ускорением при изменении положения гаджета. Датчик может определять даже самые маленькие изменения в ускорении при перемещении телефона в пространстве. Используя эти данные, программное обеспечение устройство реагирует надлежащим образом: автоматически изменяет ориентацию изображения на экране, в зависимости от того, как расположен смартфон/планшет (так называемый автоповорот), подсчитывает шаги в приложениях шагомерах, изменяет наклоном гаджета положение объекта в играх, позволяет управлять телефоном встряхиванием, вычисляет скорость движения пользователя в навигационных приложениях и т.п.

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.

Принцип действия акселерометра

Для понимания принципа работы акселерометра в телефоне следует рассмотреть упрощенную схему, наглядно иллюстрирующую, как работает это устройство для измерения разницы ускорений, определяющую пространственное положение гаджета.

1. Основой датчика является груз масса, прикрепленный к пружине.
2. Пружина закреплена в неподвижной плоскости.
3. Демпферная подкладка смягчает колебания груза.
4. При перемещении, встряхивании, повороте масса смещается, колеблется, деформируя пружину. Чем интенсивней воздействие на груз, тем сильнее деформируется пружина.
5. При прекращении перемещения, пружина возвращает груз в исходное положение, а уровень смещений от исходного, высчитывается электронным датчиком, данные которого используются программными средствами телефона.

Вся эта конструкция в аппарате выглядит как маленький пластмассовый квадрат черного цвета, смонтированный на печатной плате.

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.

С этим еще читают:

• Как поменять дату и время в Android смартфоне или планшете Кажется, что такое простое действие, как настройка даты и времени на Android, не должно вызывать затруднений. Действительно, для опытных владельцев смартфонов или планшетов это банальная […]
• Рабочие столы в Android В Android существует несколько рабочих столов, а переключение между ними осуществляется горизонтальным свайпом (пролистыванием) в любую сторону. Рабочих столов может быть от 5 до 7 в […]
• Как подключиться к WI-FI на смартфоне или планшете Во время первого запуска, мастер первоначальной настройки смартфона или планшета помогает подключиться к вашей домашней сети WI-FI. А как подключиться к другой сети, например на работе или […]
• Экранная клавиатура Android В мобильных устройствах, работающих на операционной системе Android, для ввода информации используется экранная клавиатура. Те пользователи, которые впервые столкнулись с планшетами и […]
• Как устанавливать приложения на Android смартфоны и планшеты Главное отличие смартфона от обыкновенного мобильного телефона заключается в возможности установки разных приложений из огромного многообразия, предоставляемого Google Play. Google Play – […]

infodroid.ru