Современные смартфоны – это достижение инженерной мысли, напичканное миниатюрными датчиками, микросхемами, сенсорами, один из которых отвечает за пространственно-скоростные изменения объекта или его ускорение. Акселерометр: что это такое в телефоне, как работает и зачем нужен, разбираемся в деталях.
Что такое акселерометр и как он устроен
Акселерометр – это электромеханическое устройство, используемое для измерения сил ускорения. Такие силы могут быть статическими, например непрерывная сила тяжести, или, как в случае со многими мобильными устройствами, динамическими – для определения движения или вибрации.
Из всех компонентов смартфона акселерометр, вероятно, является самым технологически захватывающим, но также недооцененным гаджетом на устройстве. Если вы хотите, чтобы изображение на смартфоне отображалось в альбомной или портретной ориентации, все, что нужно сделать, – это повернуть устройство. Вы когда-нибудь задумывались, как гаджет распознает, что его наклонили именно в этом направлении? Как раз акселерометр в телефоне и отвечает за то, чтобы правильно реагировать на поворот корпуса.
Акселерометры состоят из трех основных компонентов:
- корпуса: движется вместе с устройством, в котором он установлен. Он является основанием датчика и движется с той же скоростью, что и устройство;
- подвижной части: смещается при движении корпуса относительно основания акселерометра. Степень смещения зависит от того, насколько наклонено устройство;
- сенсоров: отслеживают, насколько сместилась подвижная часть, и передают информацию программному обеспечению.
В смартфонах акселерометры крепятся на плату и представляют собой миниатюрный черный квадрат с инертной массой, величина смещения которой фиксируется датчиками.
Типы акселерометров
В смартфонах, как правило, используют два типа акселерометров: пьезоэлектрические или емкостные. Оба эти слова звучат очень сложно, но на практике они довольно просты.
Принцип работы емкостных акселерометров разберем на примере. Вам знакомы игрушки-лабиринты с шариками? Представьте себе один из них в виде пустого квадрата без перегородок. Когда вы его наклоняете, мяч перекатывается и ударяется об одну из сторон, в результате чего срабатывает датчик. Конечно, в смартфонах нет маленьких головоломок-лабиринтов, но есть нечто похожее. Вместо мяча в них используется сетка или грузик, закрепленный на опорах. При движении смартфона сетка немного сдвигается и тянет за собой опору. При этом между частями сетки установлены маленькие «пальчики», которые чувствуют, где находится сетка, и фиксируют любое ее движение.
В зависимости от того, по каким осям перемещается подвижная часть акселерометра, различают одноосевые (вверх/вниз), двухосевые (вверх/вниз, вправо/влево) и трехосевые (вверх/вниз, вправо/влево, внутрь/наружу).
Пьезоэлектрический акселерометр – это прибор, фиксирующий пространственную ориентацию устройства, основываясь на пьезоэлектрическом эффекте.
Представьте, если бы вы стояли спиной к стене, держа матрас на расстоянии вытянутой руки с закрытыми глазами. Матраса не видно, но чувствуется, если он движется. Если толкать или тянуть матрас, это вызовет напряжение в руках. Вы почувствуете, либо как матрас отрывается, либо как приближается к вам.
Пьезоэлектрические акселерометры работают аналогично. Они используют механизм, который толкает и притягивает проводник, который, в свою очередь, излучает электричество в зависимости от приложенного напряжения. Именно степенью возникающего напряжения и измеряется движение устройства в системе координат.
Применение акселерометров в смартфонах
В эпоху диджитализации акселерометр в смартфоне – это must-have, без которого функциональность устройства будет неполноценной. Между прочим, компания Apple интегрировала его во все свои устройства iPhone, iPad и iPod еще с 4-го поколения.
Рассмотрим основные моменты, для чего же используется акселерометр в мобильных устройствах.
- Изменение ориентации мобильного приложения. Цифровые помощники, аудио-, видеоплееры управляют пользовательским интерфейсом мобильного приложения с помощью акселерометра. Он регулирует ориентацию контента, делая его удобным для пользователя.
- Поскольку акселерометр в смартфоне фиксирует движение, он используется как шагомер для подсчета шагов и скорости движения. Это позволяет детально анализировать, сколько сожжено калорий, сколько пройдено километров, с какой скоростью движется объект и т. д. Датчик широко используется в приложениях для здоровья и фитнеса, а также в спортивных.
- В некоторых устройствах акселерометр используют как датчик наклона, чтобы устранить дрожание камеры при съемке, управлять смартфоном жестами (например, перевернуть смартфон, чтобы отключить звук входящего звонка), играть в аркадные игры, контролируя скорость движения при помощи угла наклона устройства, и т. д.
- В навигационных приложениях – определяет положение объекта в пространстве, скорость его движения и даже топографию местности.
- В экстренных ситуациях (при падении гаджета) автоматически включает систему защиты. Например, некоторые смартфоны «прячут» выдвигающуюся селфи-камеру если распознают резкую потерю высоты.
Задумывались ли вы, что такое простое устройство, как акселерометр, – неотъемлемая часть навигационных приборов в авиации и космонавтике? Спидометры, видеорегистраторы, смарт-часы, промышленное оборудование, информационные технологии – все эти гаджеты и оборудование также работают с устройствами, в компоновке которых присутствуют акселерометры.
При необходимости датчик акселерометра можно отключить с помощью меню настроек. Это может понадобиться в том случае, когда функция поворота экрана не нужна или мешает выполнению определенных задач.
Интересно, что непосредственно за угол наклона устройства отвечает другой датчик – гироскоп. Он фиксирует данные о положении смартфона относительно земной поверхности. Как правило, гироскоп идет в паре с акселерометром и дополняет данные до шестиосевой системы координат.
Как откалибровать акселерометр
Что такое акселерометр в телефоне, мы разобрались, теперь остановимся на том, как откалибровать устройство для получения точных данных.
Если программным обеспечением смартфона не предусмотрена функция калибровки, то для этого понадобится скачать и установить любое подходящее приложения, доступное в маркете.
Как правило, процесс калибровки занимает несколько минут. Необходимо положить смартфон на ровную горизонтальную поверхность, запустить процесс, следовать инструкциям на экране и получить уведомление о завершении калибровки.
Как понять, что акселерометр нуждается в калибровке?
- Датчик работает неправильно: некорректно отображаются показатели скорости движения, траектории и пройденного расстояния.
- При изменении положения гаджета автоматический поворот экрана запаздывает.
- Сенсорное управление смартфоном подтормаживает, особенно в аркадных играх.
Итог
Очевидно, что такое устройство, как акселерометр в мобильном гаджете, – это не просто удобная функция, а полноценная система взаимосвязи между человеком и прибором: от шагомера до навигации, управления жестами и системы безопасности. Крохотный чип (меньше 10-копеечной монеты) мгновенно реагирует на изменения положения устройства в пространстве, улавливает толчки, встряхивания, повороты. И на каждое такое действие происходит ответная реакция, обусловленная программным обеспечением смартфона.
