ТРЕХОСЕВОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР: ПРИНЦИП РАБОТЫ
Акселерометры различаются по типу выхода (аналоговые и цифровые), по частотным диапазонам, а также по количеству осей.
Трёхосный акселерометр способен показывать частоты, периоды и формы собственных колебаний зданий и сооружений. Прибор позволяет анализировать ускорение, действующее в направлении сразу трёх осей. В некоторых случаях такое измерение является единственным способом получить необходимую информацию в полном объёме.
Под крышкой корпуса такого акселерометра располагают пьезоэлементы. Они должны находится симметрично вдоль осей, находящихся перпендикулярно.
Пьезоэлемент и принципы его работы
Этот вид акселерометров считается своего рода «лидером». Ведь любое другое подобное устройство сильно уступает ему в точности, ширине как рабочего, так и частотного диапазонов. Более того, пьезоэлеметные приборы отличает прочность и надёжность.
Ещё одним плюсом такого устройства считается то, что в процессе его использовании нет необходимости искать способ подключиться к электрической сети, аккумулятору или какой-либо источник питания. Отсутствие движущихся элементов даёт возможность говорить об очень низкой степени износа прибора.
Если говорить о механике работы такого прибора, то это активные датчики, которые генерируют электросигнал, пропорциональный колебаниям. Главным элементом в таком акселерометре считается компонент, который подвергается воздействию. Так появляется электрический заряд, пропорциональный силе, воздействующей на него.
Акселерометром называют прибор, измеряющий ускорение объекта при каком-либо перемещении. Акселерометр является необходимой составной частью мобильного устройства на операционной системе Android.
Именно этот встроенный в смартфон или планшет прибор отвечает за следующие функции:
1. Присутствие в девайсе шагомера;
2. Ответное действие мобильного устройства на смену его положения в пространстве (разворот экрана, тряска, падение). Все это поможет пользователю расположить экран с максимальным удобством для себя.
3. Воссоздание определенного на данный момент положения мобильника в пространстве.
Поэтому верно настроенный акселерометр является залогом надежной работы как приложений, так и самого смартфона или планшета. Для точной откалибровки акселерометра необходима специализированная программа «GPS Status & Toolbox».
Инструкция по откалибровке акселерометра включает следующие действия:
1) Нужно скачать программу «GPS Status & Toolbox», установить ее на устройство.
2) Открыть установленное приложение и положить девайс на ровную поверхность, которая нужна для верной откалибровки.
3) Устройство лежит на ровной поверхности, в это время производятся все манипуляции с программой. Необходимо касанием в приложении «GPS Status & Toolbox» выбрать пункт «Tools» («Инструменты») и зайти в него.
4) Из трех предложенных названий необходимо выбрать «Калибровка акселерометра».
5) После нажатия на данный пункт система предлагает расположить устройство на гладкой ровной поверхности и подтвердить это «ОК».
6) Теперь система предлагает выбрать одно из трех действий: «Сбросить», «Откалибровать» или «Усреднить». По логике надо выбрать «Откалибровать». Теперь акселерометр полностью настроен.
Итак, инструкция для откалибровки акселерометра представляет несколько простых пошаговых операций для того, чтобы владелец мобильного устройства на платформе Android мог использовать его возможности для своих целей. Калибруем акселерометр (g-sensor) на Андроид
Применение
Акселерометр может применяться как для измерения проекций абсолютного линейного ускорения (если известны величина и направление гравитационного ускорения в данной точке пространства), так и для косвенных измерений проекции гравитационного ускорения (при неподвижности акселерометра в гравитационном поле). Первое свойство используется для создания инерциальных навигационных систем, где полученные с помощью акселерометров измерения интегрируют, получая инерциальную скорость и координаты носителя. Таким образом, акселерометры, наравне с гироскопами, являются неотъемлемыми компонентами систем навигации и управления самолётов, ракет и других летательных аппаратов, кораблей и подводных лодок. Второе свойство позволяет использовать акселерометры как для измерения уклонов, то есть в качестве инклинометров, так и в гравиметрии.
Акселерометр в промышленной вибродиагностике является вибропреобразователем, измеряющим виброускорение в системах неразрушающего контроля и защиты.
Акселерометры используют в системах управления жестких дисков компьютеров для активации механизма защиты от повреждений (которые могут быть получены в результате ударов и падений): реагируя на внезапное изменение ускорения, система отдаёт команду на парковку головок жесткого диска, что позволяет предотвратить повреждение диска и потерю данных. Такая технология защиты используется в основном в ноутбуках, нетбуках и на внешних накопителях.
Акселерометры, встроенные в автомобильные видеорегистраторы, различают тревожные события, такие как резкое торможение, ускорение, столкновение, резкие повороты и вращение. Эти события записываются видеорегистраторами в отдельный файл, помечаются специальным маркером и защищаются от случайного стирания и перезаписи.
В устройствах управления игровых приставок акселерометр, совместно с гироскопом, используются для управления в играх без использования кнопок — путём поворотов в пространстве, встряхиваний и т. д. Например, акселерометр присутствует в игровых контроллерах Wii Remote и PlayStation Move.
Кроме того, цифровые акселерометры нашли широкое применение в мобильных устройствах, например, телефонах, планшетных компьютерах и т. п. Благодаря акселерометрам осуществляется управление положением изображения на мониторе мобильного устройства и отслеживание его ориентации относительно направления постоянно действующей силы гравитации Земли.
Принцип действия датчика
Пользователь, впервые столкнувшийся с термином «акселерометр» в списке характеристик смартфона, может заинтересовать, что это такое, как работает и выглядит. Ответить на эти вопросы несложно – устройство, получившее название от латинского слова «accelero» («ускоряю»), применяется для измерения кажущегося ускорения.
Определяя этот параметр, датчик помогает программному обеспечению контролировать положение телефона в пространстве и расстояние, на которое был перемещён мобильный гаджет.
Между тем, даже зная, что такое акселерометр, некоторые пользователи не отличают его от гироскопа. На самом деле оба датчика могут измерять одни и те же величины, но полностью заменить друг друга не способны.
При этом гироскоп в телефоне необходим для определения угла поворота гаджета относительно определённой плоскости. А акселерометр требуется для контроля положения в пространстве путём измерения ускорения движения. Совместное использование устройств помогает программному обеспечению гаджета получить более точные результаты.
Рис. 1. Один из примеров работы акселерометра.
Рассматривая действие акселерометра и что это такое по большому счёту, стоит познакомиться с принципом действия классического приспособления:
- Основная часть датчика представляет собой инертную массу (например, грузик), прикреплённую к упругому элементу.
- Упругая деталь типа пружины фиксируется на неподвижном элементе.
- Пружина зафиксирована на неподвижной части конструкции.
- Колебания груза подавляются демпфером.
- При наклонах, встряске и поворотах гаджета инертная масса реагирует на силу инерции.
- Чем больше интенсивность и сила наклона, встряски или поворота, тем сильнее деформируется пружина.
- После возвращения массы на место под воздействием пружины уровень смещения относительно обычного положения фиксируется специальным датчиком.
Рис. 2. Конструкция стандартного акселерометра.
С другой стороны, ответ на вопрос по поводу акселерометра в телефоне – что это и как выглядит, будет немного отличаться. В данном случае он представляет собой миниатюрный элемент на плате с расположенной внутри инертной массой и выглядит обычно как маленький чёрный квадрат.
Основной принцип работы элемента мало отличается от стандартного – при изменении положения инертной массы определяется величина смещения, по которому рассчитываются показатели положения гаджета. Такие датчики стоят практически на любом виде мобильной техники – на телефоне или планшете.
Рис. 3. Внешний вид датчика для смартфона.
Применение устройства
Определившись с тем, что представляет собой акселерометр в телефоне, стоит узнать и как им пользоваться – для этого можно привести несколько примеров:
С помощью датчика осуществляется управление в играх – смена положения мобильного устройства вызывает определённые действия со стороны игрового персонажа или управляемого игроком транспортного средства. Так, например, наклоном телефона можно изменять направление движения автомобиля в гоночных симуляторах.
Рис. 4. Игра Asphalt 8, управление в которой выполняется с помощью акселерометра.
Во время спортивной пробежки акселерометр используется в смартфонах и планшетах для контроля пройденной дистанции. При этом определяется примерное количество сделанных шагов – и, хотя погрешность может быть довольно высокой (зависит от скорости движения), полученные результаты можно использовать для повышения результатов тренировки.
Наличие таких датчиков на смартфонах и планшетах позволяет изменять ориентацию изображения. Расположив мобильный гаджет горизонтально, пользователь при помощи акселерометра автоматически получает альбомный формат картинки или текста. При вертикальном расположении экрана ориентация изменится на книжную.
В других устройствах датчик применяют и для выполнения тех же задач, для чего нужен акселерометр на телефонах, и для других целей. Так, в авиации он необходим для работы навигационных систем, а в промышленности используется в качестве вибропреобразователя.
В системах управления жёсткими дисками HDD акселерометр требуется для компенсации вызываемых ускорениями объекта колебаний и защиты хранящихся на накопителе данных.
Видеорегистраторы с помощью этого датчика способны определять время ускорения и торможения, фиксировать остановки и столкновения. На джойстиках игровой приставке акселерометр необходим для управления игровым процессом.
