акселерометр что это такое в часах смарт
Акселерометр — что это и для чего? Узнайте все о том, как работает акселерометр
Вы когда-нибудь задумывались, как случается, что умные часы начинают светиться, когда вы поднимаете руку, или ваш смартфон автоматически настраивает изображение, когда вы поворачиваете его из вертикального положения в горизонтальное? За все это отвечает акселерометр. Что это такое и как работает? Объясняем!
Для чего нужен акселерометр?
Развитие технологий означает, что от электроники ожидается все больше и больше. Телефон больше не предназначен только для звонков, часы — для отсчета времени, а камера — для фотосъемки. Повседневные устройства оснащены новейшими решениями, гарантирующими многофункциональность этих устройств. Кроме того, производители по-прежнему ищут новые технологии, которые выделят их продукт.
В последних моделях вы найдете, например, датчик интенсивности света, датчик движения, датчик приближения, GPS и акселерометр. Для чего нужен акселерометр? Его задача — измерение линейного и углового ускорения. Где среднестатистический человек встретит акселерометр? В телефоне, в часах, браслете. Как он работает?
Что такое акселерометр?
Акселерометр — это датчик, который измеряет линейное и угловое ускорение, то есть измеряет собственное движение. Он может указывать позицию по 1, 2 или 3 осям (X / Y / Z). В настоящее время наиболее популярны 3-х осевые датчики. Они состоят из 3 акселерометров, каждый из которых измеряет одну ось.
Как работает акселерометр? При отклонении или вибрации энергия вибрации преобразуется в электрический сигнал, который прямо пропорционален ускорению устройства. Сигнал отправляется в соответствующие компоненты для принятия соответствующих мер.
Акселерометр и гироскоп
Многие путают акселерометр с гироскопом. Это связано с тем, что для определения позиции необходимы оба компонента, но каждый из них делает это по-своему. Акселерометр измеряет собственное движение, а гироскоп дает точное положение объекта в пространстве.
Эти два компонента могут работать вместе и дополнять друг друга, но они не являются взаимозаменяемыми. По этой причине вы найдете оба этих решения в высокотехнологичной электронике. Поэтому, если вы заботитесь о точности ваших измерений, выберите модель с акселерометром и гироскопом.
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.
Узнайте, как работает акселерометр в разном оборудовании
Принцип работы одинаков во всех устройствах, в которых реализован акселерометр. Датчик измеряет наклон и кручение, отправляет сигнал процессору, который выполняет соответствующее действие. В настоящее время датчик ускорения установлен во всех гаджетах, где имеют значение колебания положения — от умных часов до дронов, ноутбуков и подушек безопасности.
Как работает акселерометр в умных часах?
Умные часы были разработаны для измерения физической активности. Без датчиков, которые реагируют на движение или положение, умные часы были бы невозможны. Вот почему практически в каждых умных часах есть акселерометр.
Что это значит для владельца часов? Акселерометр в этом оборудовании чувствителен к движению запястья. Он используется в различных приложениях для измерения расстояния. Самый распространенный — шагомер. Акселерометр интерпретирует каждое движение руки как шаг. Затем это подсчитывается программой. Вы просматриваете результат на экране своих часов.
Датчик оказывается необходим еще и для измерения пройденных километров. После ввода личных данных, таких как возраст, рост и вес, приложение вычисляет стандартную длину шага. Датчик сообщает ей о ее движениях, чтобы она могла переводить шаги в метры. Аналогичным образом рассчитываются сожженные калории. Вы можете быть удивлены, но акселерометр также используется для отслеживания сна. Принцип работы такой же, как и у предыдущих вариантов. Программа определяет активность пользователя по движениям рук и на этой основе приблизительно оценивает продолжительность сна.
Другие функции, для которых потребуется акселерометр — это управление приложениями с помощью движений запястья и подсветка циферблата при поднятии руки на заданную высоту.
Умные часы Huawei WATCH GT 2 Black B19S
Если вас интересуют умные часы с акселерометром, обратите внимание на Huawei WATCH GT 2 Black B19S. Эта модель также оснащена барометром, гироскопом, высотомером, световым фактором, GPS и секундомером. Часы записывают вашу частоту сердечных сокращений в реальном времени и измеряют сатурацию крови кислородом (SpO2).
Кроме того, они поддерживают 15 видов спорта, в том числе: бег, езду на велосипеде, плавание, триатлон, скалолазание, велотренажер и фитнес. Huawei WATCH GT 2 отличается минималистичным дизайном. Вы можете легко адаптировать внешний вид часов к своему стилю, заменив циферблат и ремешки.
Акселерометр в телефоне — что это?
Современный смартфон — это еще одно устройство с акселерометром. Принцип работы такой же, как и в умных часах. Основная функция обсуждаемого сенсора — автоматический поворот изображения. Когда вы переворачиваете телефон из портретной ориентации в альбомную или наоборот, датчик определяет движение, и изображение адаптируется к положению оборудования. Эта опция чаще всего активируется сразу после первой настройки телефона, но вы всегда можете отключить ее в настройках.
Отключение звука — это еще один момент, когда на вашем телефоне потребуется акселерометр. Что это за функционал? Если вы получаете входящий звонок, но не хотите на него отвечать, просто переверните камеру вверх дном, и сигнал будет отключен. Разработчики игр также используют акселерометр. В гоночных играх вы сможете управлять автомобилем, наклоняя смартфон. Если у вашей камеры есть приложения для измерения расстояния или шага, они также работают таким же образом.
Samsung G991B Galaxy S21 5G
Ищете телефон с акселерометром? Если вы фанат новейших гаджетов, рекомендуем модель Samsung G991B Galaxy S21 5G. Помимо акселерометра, в устройство встроены классические датчики: барометр, датчик Холла, магнитометр, свет, зум и гироскоп.
Galaxy S21 — это в первую очередь мультимедийное оборудование. Наличие 4-х разных объективов и возможность записи в разрешении 8K означает, что вам не придется брать в отпуск профессиональную тяжелую камеру.
Вы любите играть или смотреть фильмы? Дисплей Dynamic AMOLED 2X с адаптивным обновлением 120 Гц гарантирует изображение без полос с чистыми цветами и глубокими оттенками черного.
Hammer Explorer Pro 6 / 128GB LTE
Смартфон оснащен 8-ядерным процессором и дисплеем с диагональю 5,7 дюйма =. Такие параметры означают, что вы можете свободно работать в Интернете, смотреть фильмы или участвовать в виртуальных играх. Помимо акселерометра, в телефоне есть датчики качества воздуха, датчики силы тяжести и т. д. датчики приближения, датчики света и сканер отпечатков пальцев, магнитометр и гироскоп.
Samsung M515F Galaxy M51
Если вас интересует универсальное оборудование, обратите внимание на смартфон Samsung M515F Galaxy M51. Благодаря ёмкому аккумулятору на 7000 мАч вы сможете пользоваться телефоном без подзарядки весь день. Если у вас закончится заряд, функция сверхбыстрой зарядки мощностью 25 Вт позволит зарядить аккумулятор всего за 97 минут!
Вы также можете делать хорошие фотографии на свой смартфон. На этом смартфоне установлены 4 камеры и цифровой зум до 8x. Благодаря 8-ядерному процессору Snapdragon 730 и 6 ГБ оперативной памяти вы можете использовать несколько приложений одновременно без перебоев. Конечно, эта модель также предлагает стандартные функции, такие как акселерометр, гироскоп, датчики окружающего света и приближения, компас и датчик отпечатков пальцев.
Акселерометр камеры
На данный момент о хорошей камере без встроенной стабилизации изображения не может быть и речи. Оборудование становится все меньше и меньше, а использование штатива или стабилизатора не всегда возможно. Поэтому производители стараются внедрять технологии, позволяющие снимать неподвижно.
Одно из решений — акселерометр. Как он работает в камере? Как только датчик обнаруживает вибрацию, он посылает сигнал на миниатюрные моторы, которые немедленно стабилизируют изображение. Благодаря этому даже фотографии, сделанные на бегу, будут четкими. Более того, если вы записываете фильм, вибрация вашей руки не повлияет на качество записанного видео.
Дроны и акселерометр
Дроны — это оборудование, которое приобретает все большую популярность. Они отлично подходят для наблюдения за улицами, съемки с воздуха и съемки со значительной высоты. Устройства маленькие и очень легкие, поэтому им нужна хорошая система, стабилизирующая их в воздухе. Без нее вы не сможете получить резкие фотографии.
Одним из необходимых элементов оказывается акселерометр. Его задача — точно измерить линейное и угловое ускорение. Показания, предоставляемые на регулярной основе, позволяют дрону стабильно летать или даже зависать на месте в очень ветреные дни.
Как работает акселерометр в ноутбуке?
Вы знаете, что такое акселерометр и как он работает в фототоварах и смартфонах. Какая его польза для ноутбука? Конвертер ускорения используется для защиты жесткого диска. Жесткий диск ноутбука является очень чувствительным элементом к ударам и вибрации. Чтобы не повредить его, в нем установлен акселерометр. Основная задача датчика — посылать сигналы об отклонениях в положении ноутбука прямо на процессор.
Например, если ноутбук упадет, система управления дисками немедленно получит уведомление о прекращении работы. Таким образом снижается риск потери данных.
Где еще применим акселерометр?
Акселерометр будет работать везде, где это необходимо для поддержания устойчивости. Рассматриваемые датчики обычно используются, например, в робототехнике. Все самодвижущиеся машины должны быть оснащены акселерометром, который точно измеряет ускорение по всем 3 осям. Датчик, установленный в электрическом скейтборде, также играет роль.
Акселерометр — полезная функция в умных часах или телефоне
Покупая смартфон или умные часы, вы обязательно проверяете, что выбранная модель имеет хорошую камеру и устойчива к влаге. Однако вряд ли кто-то смотрит на загадочные названия, например, гироскоп или акселерометр. Конструкция второй составляющей — дело, которое вы уже хорошо знаете, но, к сожалению, не всем интересно, что означает наличие акселерометра в том или ином гаджете. И все же без встроенного в устройство акселерометра даже приложение, загруженное из Интернета, не будет считать шаги или сожженные калории.
Аналогично обстоит дело и с камерами, где акселерометр встраивается в систему стабилизации изображения. Без него невозможно делать идеально четкие фотографии. Однако помните, что не во всех приборах есть этот элемент. С другой стороны, акселерометр теперь становится стандартом в последних моделях.
Что такое акселерометр в смартфоне и фитнес часах
Акселерометр что это?
Многие не знают, что же такое акселерометр, хотя и много раз слышали о нем. Это особый прибор, который используют для измерения кажущегося ускорения.
Пружина надежно крепится на неподвижной поверхности, а к ней фиксируется масса. С иной стороны ее поддерживает так называемый демпфер. Он легко гасит вибрации массы. В момент ускорения массы пружина начинает деформироваться. На данных небольших изменениях и базируются показания датчика. Три данных прибора, объединенные в один механизм и сориентированные по осям дают возможность получать важные сведения о точном положении тела в пространстве.
Где используется
В настоящее время данный датчик используется во многих областях и сферах. Среди них можно отметить такие:
Чем отличается акселерометр от гироскопа?
Эти устройства частенько способны выполнять аналогичные функции. Однако важно понимать, что это два различных датчика. Просто они достаточно часто применяются вместе для достижения самого лучшего эффекта. Данный интересный дуэт в наши дни называется 6-осевым датчиком.
Акселерометр не может очень точно определять угол поворота девайса в пространстве. Он может оценить его только примерно. На практике же это выражается в неправильных срабатываниях. Именно здесь и поможет гироскоп. Он способен легко определять как угол поворота девайса, так и скорость поворота. Это дает возможность в момент игры на телефоне получить более оперативное управление.
Акселерометр в смартфоне
Сегодня датчик в смартфоне выглядит как вполне стандартный чип. В зависимости от определенной модели устройства он может немного отличаться по своему внешнему виду.
Принцип функционирования данного датчика проще представить на примере обычного стандартного варианта, который был описан немного выше.
При этом электронный вариант вместо массы применяет комплект специальных проводников. Они способны перемещаться под воздействием ускорения и менять вокруг себя напряженность поля. По показаниям напряженности легко определить, куда переместились проводники, а также какое движение смартфона спровоцировало данный сдвиг. Комплексный датчик, который включает в себя гироскоп, способен иметь до шести осей.
Акселерометр с тремя осями очень точно показывает положение объекта и его возможное изменение. Кроме того, данный датчик собирает и отправляет сведения о точном давлении на подвесы.
Так, к примеру, акселерометр очень помогает узнать точное положение смартфона в пространстве, а также ту скорость, с которой перемещается пользователь. Вдобавок, акселерометр может легко определить тряску, производимую шагами пользователя, а также специальные встряхивания девайса. Таким образом, повернув корпус смартфона, можно наблюдать, как картинка на дисплее тоже сразу поворачивается. В связи с этим, в гоночной игре можно комфортно рулить, применяя смартфон как руль.
Акселерометр существенно расширяет функционал любого мобильного телефона. Данный датчик отвечает за следующие важные функции:
Фактически во всех мобильных устройствах на iOS и Андроид, датчик всегда есть. Даже в Айфоне, который был выпущен на рынок в далеком 2007 году, и в первом Galaxy S от компании Самсунг.
Если есть какие-то сомнения касательно того, есть ли акселерометр на используемом телефоне, можно просто почитать его описание. В более старых мобильных телефонах на Андроиде поворот дисплея активировался необязательно по умолчанию, потому, если смартфон был повернут, но его экран не отреагировал, то это точно ни говорит, что датчика там нет. Наверняка, он просто деактивирован в пользовательских настройках.
Акселерометр в фитнес браслетах
В умных часах и фитнес-браслетах описываемый датчик отвечает непосредственно за контроль. Так, это устройство:
Все данные автоматически фиксируются в момент сна и бодрствования пользователя. Эта информация сохраняется в детальном отчете установленного программного обеспечения. Невероятно удобный прибор для всех, кто занимается спортом и старается следить за собственным здоровьем.
Что такое акселерометр в смартфоне и фитнес-браслете? Объясняем на пальцах, как он работает
Казалось бы, акселерометрам в смартфонах уже «сто лет» и все, кому интересно было узнать, что это такое и как оно работает, давно прочли какую-то статью или посмотрели ролик в YouTube.
Мне действительно так казалось, пока я не почитал самые популярные выдачи Google по этому запросу. К удивлению, это были либо совершенно бестолковые и поверхностные статьи, перепечатанные копирайтерами, пишущими параллельно о моде и политике, либо статьи в стиле «как максимально сложно рассказать о простом».
Такая ситуация, конечно же, не может не радовать, ведь у нас появился отличный повод для новой интересной статьи!
Итак, что такое акселерометр — знают, наверное, все. Этот датчик используется в телефонах для определения положения устройства и автоматического поворота экрана. Также некоторые смартфоны используют акселерометр для определения падения, чтобы автоматически спрятать выдвигающуюся моторизированную селфи-камеру. Среди наших обзоров было много таких аппаратов.
Кроме того, акселерометр является сердцем всех смарт-часов и фитнес-трекеров, ведь именно он отслеживает любое движение пользователя. Да и на смартфонах есть шагомеры, также использующие акселерометр.
Остается лишь один и самый главный вопрос:
Как работает акселерометр?
Давайте на секундочку отбросим все эти технологии и подумаем, как вообще можно сделать устройство, которое бы показывало, скажем, угол своего наклона. Самое простое, что приходит на ум — это стеклянная колбочка с пузырьком воздуха внутри:
Если представить, что слева находится верхняя часть колбы (обозначим ее красным цветом), а справа — нижняя (синий цвет), тогда можно очень легко определять положение колбы в пространстве:
Когда пузырек окажется возле «красной» стороны — колба стоит вверх головой, а когда возле «синей» — она перевернута вверх ногами.
С этим, думаю, всё предельно ясно. Чтобы аналогия ближе отображала суть реального акселерометра, давайте заменим колбу с жидкостью и пузырьком на грузик, который закреплен на гибкой подвеске:
На картинке наше устройство лежит горизонтально на боку, поэтому грузик не провисает. Но если развернуть его в вертикальное положение, гибкие стержни сразу же прогнутся под весом грузика:
Из-за этого мы всегда будем знать, в каком положении находится наше устройство. Ведь грузик будет опускаться вниз под действием силы тяжести, которая прижимает все объекты, включая нас с вами, к центру земли. Да, мы не проваливаемся сквозь пол или асфальт, так как есть гораздо более мощная сила, отталкивающая нас от других объектов, но об этом чуть позже.
Обратите внимание на то, что наше примитивное устройство уже может не только показывать, держим ли мы его нормально или вверх ногами, но также и измерять ускорение!
Представьте, что будет, если мы резко поднимем это устройство вверх, когда грузик уже провисает на стержнях под своей тяжестью? Верно, он на короткое время прогнет гибкие стержни еще сильнее, а затем вернется к своему изначальному положению:
Точно также поведут себя стержни, если мы положим устройство на бок и затем резко переместим его влево. В этом случае, из-за ускорения, грузик на мгновение прогнет стержни в обратную сторону.
Это интуитивно понятно, так как каждый из нас на себе ощущал подобный эффект при разгоне автомобиля, когда во время быстрого ускорения нас прижимает к сидению, то есть, мы движемся в противоположную сторону ускорению автомобиля.
Получается, мы уже можем не только говорить о самом факте ускорения, но даже и вычислить его силу. Ведь чем сильнее грузик сместится в противоположную сторону, тем сильнее ускорение. Это как с автомобилем — чем быстрее разгон, тем сильнее нас прижимает к сидению.
Вот мы и разобрали базовый принцип работы акселерометра! Какой-то грузик под действием силы тяжести провисает на тонком гибком стержне. Если мы развернем телефон на 180 градусов, тогда стержни прогнутся в противоположную сторону.
Но, заметьте, что такое устройство сможет определять только верх и низ, а также ускорение вверх или вниз. Стержни не будут прогибаться влево или вправо, а также наше устройство не будет реагировать на ускорение вперед/назад (вглубь экрана):
К сожалению, одним акселерометром нам не обойтись, так как он будет измерять положение и ускорение устройства только по одной оси (в нашем примере — оси Y или вверх/вниз. И такие акселерометры действительно существуют — это одноосевые акселерометры.
Если мы хотим измерять положение и/или ускорение по всем осям (X, Y и Z или влево/вправо, вверх/вниз и от нас/к нам), тогда нам нужны 3 акселерометра или 3 отдельных грузика, которые будут размещаться внутри смартфона или фитнес-трекера соответствующим образом:
Такой акселерометр будет называться уже 3-осевым. В более дорогих фитнес-браслетах и смарт-часах есть 6-осевые датчики. Это значит, что помимо 3-осевого акселерометра, у них также есть 3-осевой гироскоп. Но об этом сенсоре мы поговорим как-нибудь в другой раз.
А как выглядит реальный акселерометр?
Я много времени уделил довольно простой (даже банальной) аналогии с грузиками, но что на самом деле размещается внутри смартфона или браслета? Вы же не думаете, что там внутри есть крохотная коробочка, в которой жестко закреплены гибкие стержни с подвешенными грузиками?
А зря! Ведь именно так и есть, только сами стержни и грузики выглядят немножко по-другому.
Существует целый класс устройств под названием MEMS (микроэлектромеханические системы). Сюда входят не только акселерометры, но и гироскопы, микрофоны, барометры и другие датчики. Отдельные «запчасти» этих крошечных механизмов могут быть в 100 раз тоньше человеческого волоса!
То есть, суть MEMS и заключается в том, чтобы использовать классические механизмы, но очень маленького размера.
Вот как схематически можно представить MEMS-акселерометр смартфона или смарт-часов, который отслеживает движение только влево-вправо:
Зеленым цветом здесь показан грузик, а темно-серым — гибкие стержни, которые прогибаются при ускорении смартфона или наклонах влево-вправо. Не обращайте пока внимание на синие палочки и на странную форму грузика.
Стержни и грузик могут выглядеть по-разному. Вот снимок под микроскопом реального MEMS-акселерометра, который также отслеживает движение/ускорение по одной оси X (влево-вправо):
Здесь мы видим немного другую форму грузика, а вместо стержней используется гибкая подвеска. Обведу их разными цветами, чтобы было понятней, где что находится:
Существуют и другие формы, но принцип один и тот же.
На этом моменте может показаться, что принцип работы акселерометра понятен. В смартфоне или фитнес-трекере на самом деле установлен микроскопический механизм, состоящий из грузика и гибкого подвеса. Но как использовать этот механизм?
Представьте, что вы роняете телефон и он падает на землю. Естественно, минимум один из акселерометров срабатывает, так как его грузик из-за ускорения смартфона отклоняется в обратную сторону. Но что дальше? Как смартфон знает, куда, как сильно и какой конкретно грузик отклонился?
Мы видим это глазами, но у смартфона внутри корпуса нет глаз. Или как фитнес-браслет при взмахе рукой «знает», что какой-то из микроскопических грузиков куда-то отклонился?
Для ответа на эти вопросы нам нужно разобраться еще с одним интересным физическим явлением. Давайте сконструируем что-то вроде примитивного аккумулятора, который можно очень быстро заряжать и разряжать. Сделать его можно буквально за пару минут из подручных средств.
Необходимо взять две металлические пластинки, прикрепить к ним провода и… всё! Если мы разместим эти пластины достаточно близко друг к другу, но только так, чтобы они не соприкасались, тогда у нас получится такая интересная «батарейка»:
Интересна она по той причине, что заряжать ее можно мгновенно (за доли секунд), но и отдает свой заряд она также мгновенно. Использовать такую «батарейку» в качестве аккумулятора невозможно, ведь она не способна отдавать заряд постепенно в течение долгого времени.
Как же это работает?
Когда мы подключаем к двум пластинкам настоящую батарейку, к одной из этих пластинок устремляются триллионы электронов — крошечных «сгустков» энергии.
В то же время батарейка начинает «вытягивать» электроны из другой пластинки. Это происходит по той причине, что разные концы батарейки имеют разный заряд — отрицательный («минус») и положительный («плюс»).
Положительный заряд батареи будет притягивать к себе электроны с синей пластинки (они имеют отрицательный заряд), а отрицательный заряд, на котором у батарейки уже очень много электронов, будет стремиться избавиться от них и выталкивать электроны на красную пластинку:
В общем, весь этот процесс закончится тогда, когда уже будет не хватать «давления» (напряжения) в батарейке, с которым она выталкивает одни электроны и притягивает другие.
Когда мы отключим батарейку от пластинок, то одна из них теперь будет хотеть избавиться от лишних электронов, а другая наоборот — их притянуть. Но сделать это напрямую не получится, ведь между пластинками есть «изоляция» — воздух:
Если бы мы подключили к этим пластинкам, например, лампочку, тогда она бы на мгновение ярко засветилась. Половина электронов от красной пластинки устремятся к синей, чтобы их везде оказалось поровну и пластинки «не испытывали» никакого давления. А движение электронов по проводам — это и есть ток, который «зажжет» лампочку.
Какое отношение всё это имеет к механическому акселерометру?
Чтобы соединить все точки рассказа, нужно знать еще одну маленькую деталь.
Дело в том, что мы легко можем узнать ёмкость нашей самодельной «батарейки» (я называю ее батарейкой для простоты восприятия, на самом деле такое незамысловатое устройство называется конденсатором). Под словом «ёмкость» я имею в виду количество заряда, которое пластинка может накопить, а затем отдать.
Как вы думаете, от чего зависит эта ёмкость? Конечно, сразу интуитивно напрашивается ответ — от размера пластинок. Ведь чем она крупнее, тем больше туда физически может поместиться электронов:
Мы видим, что справа больше электронов, а значит, эти две пластинки могут накопить больший заряд, соответственно, ёмкость правого конденсатора («батарейки») — выше.
Но есть еще один способ изменить ёмкость пластинок, не меняя их размер. Он следует из закона Кулона, суть которого заключается в том, что сила, с которой одни заряженные частички притягиваются к другим, зависит от расстояния между ними.
Дело в том, что между этими двумя пластинками появляется электрическое поле — невидимая сила, притягивающая разноименно заряженные частички (+ и —) и отталкивающая одноименно заряженные частички (— и — или + и +). Для этой силы ни воздух, ни другая изоляция не является помехой или преградой.
Именно поэтому невозможно сделать конденсатор из одной пластинки. Мы просто не «затолкаем» туда электроны, так как они будут моментально отталкиваться обратно. Но когда появились две пластинки с разными зарядами, появилась и сила, удерживающая этот переизбыток зарядов.
Согласно закону Кулона, чем ближе будут пластинки, тем выше будет сила взаимодействия между заряженными частичками, которая удерживает их, и мы сможем затолкать еще больше электронов при том же размере пластинок:
Это должно быть понятно даже интуитивно, так как все мы пробовали соединять два магнитика. Чем ближе они друг ко другу (при условии, что мы соединяем их разные полюса или «плюс» и «минус»), тем сильнее они притягиваются друг ко другу.
И вот теперь наших знаний достаточно, чтобы ответить на вопрос, как же на самом деле работает акселерометр в смартфонах и фитнес-браслетах.
Давайте посмотрим на 3D-модель вот такого микромеханического акселерометра:
Здесь мы видим «грузик» синего цвета на гибких подвесках (также синего цвета) по краям. Это акселерометр, который работает только по оси X, то есть, грузик смещается влево-вправо (на картинке он уже смещен вправо).
А теперь обратите внимание на темно-серые палочки. Я нарисую схематически вот этот кусочек, чтобы остальная часть акселерометра нам не мешала:
Так вот, синяя верхняя вертикальная палочка на грузике — это и есть одна из пластинок «батарейки» (конденсатора), которую мы только что подробно рассмотрели. Соответственно, серая палочка вверху — вторая пластинка (см. картинку ниже).
На эти пластинки подается заряд и, когда грузик движется вправо, верхние пластинки прижимаются друг к другу, но не соприкасаются. А внизу происходит обратная ситуация — две пластинки отдаляются друг от друга:
Так как две верхние пластинки приблизились вплотную друг к другу, то и заряд на них максимальный, то есть, мы говорим, что ёмкость верхнего конденсатора максимальна. А на двух нижних пластинках, напротив, заряд минимален, так как расстояние между ними увеличилось, соответственно, сила взаимодействия также снизилась.
Акселерометр непрерывно измеряет емкость такой пары конденсаторов — двух верхних и двух нижних пластинок. И по ним очень легко определяет, насколько грузик отклонился от состояния покоя:
Кроме того, мы можем легко определять ускорение устройства по степени (амплитуде) отклонения грузика.
Еще раз посмотрим это на увеличенной 3D-модели:
Акселерометр мобильных устройств работает с ничтожно малыми емкостями и зарядами, так как эти пластинки микроскопического размера. Поэтому в акселерометре не одна пластинка, а множество. И все верхние пластинки соединены между собой в одну, как и все нижние — между собой.
Грузик также является одной общей пластинкой, которая подключается к питанию с одной стороны стержня (на картинке этот контакт я подписал словом «грузик», хотя сам грузик синего цвета находится, естественно, посередине):
То есть, по сути, акселерометр состоит из двух конденсаторов («батареек»): одной большой верхней пластины с ребрами и грузика, а также одной большой нижней пластины с ребрами и того же грузика. Смартфон непрерывно измеряет ёмкости этих двух конденсаторов и сразу же понимает, что произошло какое-то движение, как только емкости меняются.
Вот и весь принцип работы этого крохотного инженерного чуда! Теперь дело остается за малым. Нужно просто связать определенное изменение ускорение акселерометра по всем осям с определенным действием.
К примеру, вот так выглядит изменение ускорения по всем 3 осям акселерометра моего фитнес-браслета, когда я просто иду:
Мы видим, что ускорение заметно изменяется только по одной оси X (показано синим цветом). А вот какие показания акселерометра будет регистрировать фитнес-браслет, когда я побегу:
Здесь мы видим, что из-за увеличения скорости движения рук увеличилась и сила ускорения. Кроме того, заметно изменяется ускорение не только по оси X, но и по оси Y (показано желтым цветом). Ведь при ходьбе мои руки были опущены вниз, а во время бега — полусогнуты.
Таким образом, браслету не составляет никакой трудности, например, автоматически определить ходьбу или бег. Ведь «рисунок» изменения ускорения по всем осям очень характерен для каждого вида активности.
При желании трекеры могли бы очень легко определять даже такие занятия, как чистка зубов или игра в теннис (при ударе ракеткой происходит характерное движение кистью, которое очень легко отследить по акселерометру).
Алексей, глав. ред. Deep-Review
P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!
Как бы вы оценили эту статью?
Нажмите на звездочку для оценки
Внизу страницы есть комментарии.
Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!
Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?