Сегодня акселерометры используются даже в бюджетных смартфонах – данный модуль делает работу гораздо удобнее. Именно он обеспечивает управление в играх, автоматический поворот экрана, подсчет шагов и многое другое. Небольшой сенсор предназначен для фиксации ускорения, а также позволяет системе понимать, в каком положении в данный момент находится устройство.
Однако сегодня акселерометры используются не только в мобильных устройствах. К примеру, современные автомобильные системы также используют аналогичные датчики для стабилизации, что позволяет избежать заноса.
Что такое акселерометр
Это датчик, который позволяет достаточно точно измерить ускорение, которое испытывает в данный момент устройство. Другими словами, регистрируется изменение скорость вдоль определенной оси. В данном контексте подразумевается не только разгон, но и любое изменение направления или скорости.
На рынке доступны готовые модули, которые можно использовать для своих проектов. К примеру, есть готовые решения, адаптированные для популярной платформы Arduino. Вариантов использования довольно много, например, собственный контроллер для гоночного симулятора.
Акселерометры являются частью систем для обеспечения стабилизации. В качестве примера можно привести работу дрона. Система постоянно отслеживает малейшие отклонения и при необходимости подает команду на компенсацию. Это позволяет дрону даже в ветреную погоду удерживать нужное положение относительно горизонта.
В технике для стабилизации принято использовать набор разных датчиков, которые функционируют совместно. К примеру, дополнительно используется гироскоп, что позволяет улучшить качество работы.
Принцип работы
Для демонстрации можно использовать обычную стеклянную колбу, внутри которой есть пружина с грузом (принято называть сейсмической массой). Второй конец пружины закреплен в верхней части колбы. При перемещении колбы в пространстве груз будет перемещаться вниз или вверх. Если отслеживать силу натяжения пружины появляется возможность вычислять силу ускорения в каждый момент времени. Именно так работает простой акселерометр для отслеживания ускорения вдоль одной оси.
В электронике используются более сложные модули, которые содержать три такие «колбы», ориентированные по разным осям (X, Y, Z). В этом случае уже обеспечивается возможность работать в трехмерном пространстве.
Если просто поворачивать устройство, определенные пружины будут растягиваться, другие ослабляться. Эти изменения позволяют датчику отслеживать ориентацию, передавая процессору обобщенную информацию.
Классические акселерометры на основе наборов пружин слишком громоздкие, для использования в смартфонах они не подходят. Используются более современные решения – модули MEMS, которые имеют компактные размеры и размещаются непосредственно на кристалле. Внутри имеются особые структуры, реагирующие на ускорение собственной деформацией. Подвижная часть представляет собой одну обкладку конденсатора, что приводит к изменению емкости. Параметры отслеживаются системой и конвертируются в ускорение.
Сфера использования
Акселерометры могут использоваться в разных устройствах – от игровых контроллеров до современных автомобилей. Далее будут рассмотрены основные сферы использования.
Планшеты и смартфоны. Использование такого датчика уже является своеобразным стандартом для мобильных устройств, независимо от ценовой категории. К примеру, набор датчиков позволяет реализовать управление в играх путем наклона устройства – такой режим популярен в различных гоночных симуляторах.
Дроны. Датчик играет важную роль в стабилизации корпуса в процессе полета. Без поддержки равновесия полет просто невозможен. Система способна в реальном времени отлеживать параметры полета и при необходимости прибавлять обороты на нужном двигателе.
Фитнес-браслеты и умные часы. В таких устройствах акселерометр позволяет отслеживать физическую активность, например, узнать количество пройденных шагов в течение дня. А часы могут автоматически включать экран, когда пользователь поднимает руку.
Ноутбуки. В некоторых моделях используется достаточно полезная функция защиты жесткого диска. Сенсор способен зафиксировать падение устройства, что обеспечивает возможность отключить жесткий диск для защиты данных.
Автомобили. Современные автомобильные системы используют большое количество различных модулей и датчиков, включая акселерометр. В частности, реализована система контроля устойчивости, которая постоянно отслеживает параметры движения, выравнивая траекторию в нужные моменты.
Системы каршеринга получают возможность отслеживать стиль вождения клиентов. Специальное ПО получает информацию о движении и выделяет агрессивных водителей.
Игровые контроллеры. Возможность отслеживать движения рук пользователя открывает широкие возможности для производителей. К примеру, можно держать в руках специальные устройства, а виртуальный персонаж на экране будет повторять все движения.
Медицинские устройства. Акселерометры активно используются в различных реабилитационных системах и протезах. Также помогают отслеживать движения конечностей и сохранять равновесие. Это позволяет разрабатывать сложные устройства, которые отслеживают большое количество внешних параметров.
Космическая техника и авиация. Сенсоры фиксируют перегрузки и помогают в навигации. Встроенные системы безопасности способны фиксировать увеличение вибрации, выдавая соответствующее уведомление.
Типы акселерометров
Акселерометры могут отличаться по принципу работы, точности и другим параметрам. Основные типы:
Пьезорезистивные. Используется материал, который изменяет сопротивление при воздействии ускорения. Полученные данные используются для расчета ускорения.
MEMS. Компактные датчики, в основе которых лежат механические и электронные компоненты. При перемещении кинетической массы изменяется емкость конденсатора, что позволяет отслеживать параметры.
Оптические. Отслеживается изменение параметров светового потока внутри оптической системы.
Емкостные. Ускорение отслеживается путем фиксации изменения емкости между двумя неподвижными электродами.
Пьезоэлектрические. Под воздействием механической нагрузки в материале возникают электрические заряды, что позволяет определить текущее ускорение.
Разные типы имеют собственные недостатки, преимущества и особенности работы. К примеру, модули MEMS отлично подходят для использования в мобильных устройствах. Они имеют компактные размеры и обеспечивают достаточную точность измерения. Оптические акселерометры обеспечивают высокую точность, но представляют собой достаточно сложные системы, поэтому используются преимущественно в космической отрасли.