Акселерометр жесткого диска что это
Обновлено: 06.07.2024
Практически в каждом описании характеристик современного смартфона, фитнес-браслета или умных часов можно встретить упоминание датчика под названием «акселерометр». Еще его могут называть «датчик ускорения» или G-сенсор. Что это такое, как работает и зачем нужен в телефоне, часах или браслете, читайте далее.
Акселерометр: что это и зачем нужен?
Простым языком, акселерометр – это прибор, измеряющий ускорение (величину изменения скорости). Название прибора происходит от латинского «accelero», что дословно переводится, как «ускоряю» и греческого «metreō», что в переводе означает «измеряю».
Измерение величины динамического ускорения позволяет определить, насколько быстро и в каком направлении движется устройство с акселерометром. По конструктивному исполнению акселерометры подразделяются на однокомпонентные, двухкомпонентные, трёхкомпонентные (одноосевые, двух осевые и трехосевые). Например, 3-осевой датчик ускорения может определять величину и направление ускорения как векторную величину во всех трех осях.
Часто этот датчик путают с гироскопом, но это совершенно разные датчики, хотя часто они взаимодополняют друг друга для достижения более точных результатов, а иногда даже могут выполнять одни и те же функции. Отличаются же эти датчики принципом работы и эффективностью при выполнении конкретной задачи.
В основном в устройствах акселерометр используется для определения ориентации, ударов, вибрации и ускорения координат. Например, в смартфонах именно акселерометр отвечает за переворот картинки при изменении положения корпуса, а фитнес-браслетах он активирует экран при вращении запястья.
Где применяется акселерометр?
Датчик ускорения применяется в самых различных сферах:
- Навигационные устройства летательных аппаратов. Без приборов на основе гироскопов и акселерометров не может обойтись ни один самолет, вертолет и даже квадрокоптер. Так, например, для работы квадрокоптера необходимо минимум три гироскопа.
- Автомобили. В автомобилях акселерометр интегрируется в системы безопасности и стабилизации. Прибор определяет экстренное торможение или дорожно-транспортное происшествие и запускает электрическую цепь, которая заставляет подушки безопасности срабатывать.
- Промышленность. Датчики активно используются в различных станках, агрегатах и производственных линиях в системах защиты для отключения питания в случае поломок или при достижении критических значений.
- Электроника. В компьютерах и ноутбуках акселерометр применяется для защиты жестких дисков от ударов и падений. В случае обнаружения падения прибор отдает команду считывающим головкам принять безопасное положение для избегания повреждения диска и потери данных.
- В смартфонах и планшетах акселерометр отвечает за смену ориентации экрана при повороте корпуса, а также за управление игровым процессом при наклонах гаджета. В фитнес-браслетах и часах акселерометр применяется для подсчета шагов, отслеживания сна и активации экрана поднятием запястья.
- Бытовая техника. Да, акселерометрами могут оснащаться даже стиральные машины, утюги и тепловентиляторы. Например, в утюгах акселерометр, обнаружив его падение, отключает питание, чтобы не допустить возникновения пожара.
Как работает акселерометр?
Большинство устройств оснащается емкостными, пьезорезистивными и пьезоэлектрическими приборами. Часто акселерометр представляет собой микроэлектромеханическую систему (MEMS), содержащую несколько компонентов, каждый размером от 1 до 100 микрометров. Размер же прибора обычно не превышает габариты спичечной головки.
Механический акселерометр
Объяснить принцип работы акселерометра проще на механическом приборе. Он состоит из пружины, прикрепленной к корпусу, подвижной массы и демпфера. Масса или, проще сказать, грузик, крепится к пружине. С обратной стороны грузик поддерживает демпфер, гасящий вибрации грузика. Во время ускорения корпуса пружина деформируется (растягивается или сжимается) по противоположным осям под воздействием грузика, стремящегося сохранить свое первоначальное положение, то есть отстать или опередить корпус. На величине деформации и основываются вычисления прибора.
Для получения информации о положении предмета в трехмерном пространстве используется три таких прибора, объединенных в один комплекс.
Конечно же, никто не будет «запихивать» в компактный фитнес-браслет или смартфон такую громоздкую конструкцию. Поэтому она заменяется миниатюрным чипом. Хотя чип и более сложный, чем прибор с шариком и пружиной, он имеет те же основные элементы.
У такого чипа имеется корпус, который крепится к часам или смартфону, «гребенчатая» секция с отведенными по сторонам пластинами и ряд фиксированных пластин, снимающих показания. Эта секция может перемещаться вперед и назад, изменяя значение напряженности поля вокруг контактов. Полученные данные передаются на обработку электроникой и программным обеспечением, после чего происходит вычисление физического расположения устройства.
Внутренняя работа акселерометра
Но самое интересное, как изготавливаются такие акселерометры. При толщине примерно 500 микрон ни один инструмент не сможет его создать. Вместо этого инженеры используют некоторые уникальные химические свойства кремния и силикона с другими веществами. Весь процесс изготовления полностью автоматизирован и выполняется на конвейерных линиях без участия человека.
Также понять как работает акселерометр поможет короткое видео ниже:
Чем отличается акселерометр от гироскопа?
Хотя в некоторых случаях гироскоп и акселерометр и могут выполнять одни и те же функции, это два абсолютно разных датчика, которые часто используются в паре для достижения максимального эффекта. Часто такой дуэт называют 6-осевым датчиком.
Акселерометр не умеет точно измерять угол поворота устройства в пространстве, а может лишь примерно его оценить. На практике это может выражаться в ложных срабатываниях и задумчивости в повороте экрана. И тут на помощь приходит гироскоп. Не вдаваясь в подробности о принципе работы данного прибора, скажем, что он может определять не только угол поворота устройства, но и скорость поворота, что, например, во время игры на смартфоне позволяет реализовать более быстрое и точное управление.
Поэтому в большинстве устройств эти два прибора устанавливаются совместно для достижения наибольшей эффективности.
Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах
В фитнес-браслетах и умных часах акселерометр отвечает за несколько функций. Обнаруживая поднятие или вращение руки, он отдает сигнал для включения экрана. Также именно акселерометр отвечает за подсчет шагов и мониторинг сна. На акселерометре «завязана» и работа функции «Умный будильник», который будит владельца гаджета в фазе быстрого сна.
Акселерометр в телефоне
Первый акселерометр появился в телефоне Nokia 5500. Там он использовался для подсчета пройденных шагов. Такое решение многим понравилось и с тех пор компания Apple стала оснащать таким датчиком все модели своих iPhone. А начиная с iPhone, если не ошибаюсь, четвертого поколения, в дополнение к акселерометру компания стала оснащать свои смартфоны гироскопом. После этого наличие этой пары датчиков стало стандартом для большинства производителей мобильных устройств.
Акселерометр в телефоне отвечает не только за поворот экрана при наклоне корпуса. Он так же как и в случае с фитнес-браслетом позволяет вести учет пройденного расстояния. Еще акселерометру нашли применение в системных жестах. Например, отключение звука телефона встряхиванием или переворотом смартфона вниз экраном.
Как откалибровать акселерометр?
В некоторых случаях может потребоваться настройка или калибровка акселерометра. Например, если телефон не реагирует на поворот корпуса или не точно считаются шаги. Для смартфонов под управлением операционной системы ANDROID для этих целей есть несколько сторонних приложений, например GPS Status & Toolbox. Для iPhone таких приложений нет, поэтому в случае сбоев придется ограничиться перезагрузкой устройства. Обычно это помогает.
Некоторые производители фитнес-браслетов и смарт-часов также позволяют откалибровать акселерометр. Точнее, не откалибровать, а «обучить» с помощью «Меток поведения», то есть помогая датчику более точно понимать, какое именно действие владелец гаджета выполняет в тот или иной момент. Такая возможность есть у владельцев популярной линейки Xiaomi Mi Band и ряда других моделей.
Сергей Васильев
Интересуюсь всем, что касается умных часов, фитнес-браслетов и другой носимой электроники. С удовольствием поделюсь последними событиями в мире гаджетов, постараюсь помочь подобрать оптимальную модель и разобраться с основными настройками.
Жесткие диски (HDD) становятся все более распространенными устройствами. Сегодня они все чаще находят применение в портативных компьютерах, аудио/видеоплеерах, коммуникаторах и т. д. И поскольку количество подобной аппаратуры, включающей HDD, постоянно растет, необходимость защиты жесткого диска от серьезных толчков, действующих на него при случайном падении устройства, становится все более актуальной. Для того чтобы увеличить возможности «выживания» HDD после таких падений, нужны специальные меры.
Введение
Существует два подхода к решению проблемы повышения устойчивости HDD к ударам — активный и пассивный.
Пассивный подход существует уже много лет; он подразумевает простое окружение HDD материалами, поглощающими удар, — обычно это резина или гели. Гели считаются более перспективными, чем резина, поскольку лучше поглощают удары, а потому получают все большее распространение. Однако гели не способны защитить устройство от повреждений, вызванных падением с высоты более чем 1 метр; это ограничивает применение HDD в портативном оборудовании. Наладонные компьютеры, mp3-плееры, портативные мультимедийные плееры нуждаются в средствах защиты от повреждений при падении с высоты более 1,5 метров (это средняя высота на уровне уха человека).
Среди активных способов защиты HDD существует два варианта. Один из них — увеличение объема кэш-памяти, за счет чего происходит снижение количества операций записи/чтения на диске. Такой подход, кроме того, уменьшает среднее энергопотребление и рассеиваемую мощность. Однако это дорогой способ, и он не спасет, если в момент удара производилась запись или чтение с диска.
Другой вариант — использовать акселерометры, например двухосевой ADXL320 фирмы Analog Devices, способный обнаруживать падение устройства и генерировать сигнал, по которому система будет устанавливать магнитные головки HDD в безопасное положение. Если данный перевод головок произошел до того, как устройство ударилось об пол или другую твердую поверхность, то столкновение магнитных головок с поверхностью диска будет предотвращено. Этот способ впервые был применен в портативных компьютерах (ноутбуках), выпущенных фирмой IBM в октябре 2003 года.
Моделирование свободного падения
Простейшая модель свободного падения предмета проиллюстрирована на рис. 1, где предполагается, что ось Z падающего предмета перпендикулярна поверхности земли.
На рис. 1a предполагается, что положение объекта стабильно, так что ускорения по осям X и Y равны нулю, а на третью ось действует ускорение силы тяжести величиной 1g, что соответствует 9,8 м/с2. На рис. 1б предмет свободно падает. Ускорения по осям X и Y попрежнему равны нулю, но теперь и акселерометр, измеряющий ускорение по оси Z, ускоряется точно так же, как и падающий объект, на котором акселерометр установлен. Поэтому показания данного акселерометра также будут нулевыми.
Более общий случай падающего предмета показан на рис. 2. Здесь грани падающего объекта расположены под произвольными углами к осям системы координат.
На рис. 2a показан предмет, произвольно ориентированный относительно осей; его грани расположены под углами ? относительно оси X, ? относительно оси Y и ? относительно оси Z. При нулевом ускорении выходной сигнал каждого датчика будет равен VCC/2. При ускорении 1g выходные сигналы по трем осям будут равны:
Чувствительность — это величина выходного сигнала сенсора при единичном ускорении. Для ADXL320 при 3-вольтовом питании величина чувствительности составит 174 мВ/g. Если ускорение направлено вдоль оси чувствительности, то напряжение сигнала на выходе акселерометра будет повышаться относительно уровня VCC/2, в противном случае — понижаться.
Когда устройство внезапно роняют, детектируемое ускорение по всем трем осям становится нулевым. Независимо от положения устройства в пространстве акселерометры будут показывать нулевое ускорение, если устройство находится в состоянии свободного падения. Для портативного устройства мы должны, правда, учитывать угловое ускорение, которым может обладать падающий предмет, как показано на рис. 3.
Для того чтобы упростить вычисление углового ускорения, предположим, что вращение происходит в плоскости XY.
Если угловая скорость равна ω и радиус вращения равен R, то угловое ускорение равно:
Тогда компоненты ускорения по осям X и Y равны:
При реальном падении предмет будет испытывать как линейное, так и угловое ускорение и будет наблюдаться некая комбинация вышеописанных случаев.
Чтобы вычислить время падения, в течение которого предмет находится в свободном падении, воспользуемся уравнением, выведенным из второго закона Ньютона:
где h — высота, а g — ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с². Предположим, что падение произошло с высоты 1 м. Тогда время t будет равно 452 мс.
Обычный алгоритм защиты
Традиционный алгоритм защиты HDD основан на моделировании свободного падения, показанном далее. Выходные сигналы датчиков-акселерометров можно наблюдать с помощью цифрового осциллографа или другой системы оцифровки сигналов.
В макет для испытаний можно вмонтировать два акселерометра ADXL320. Оси чувствительности акселерометров направлены вдоль осей X, Y и Z, как показано на рис. 4. Таким образом мы можем измерять ускорение по всем трем осям (ось чувствительности Y1 излишняя, она не используется). Выходные сигналы акселерометров оцифровываются 12-разрядным АЦП микроконвертора ADuC832, который получает данные и обрабатывает их с помощью встроенного процессорного ядра. Затем полученные данные отправляются для анализа на компьютер посредством интерфейса RS-232.
На рис. 5 представлена последовательность сигналов, полученных с помощью датчиков ускорения. Сигналы X и Y получены с помощью одного акселерометра, сигналы Z и Y1 — с помощью второго. Как видно, график разделен на 4 участка, отмеченных надписями static (неподвижный), rollover (переворот), free-fall drop (свободное падение) и impact (удар). Частота отсчетов составляет 200 Гц по каждой из осей, что соответствует одному отсчету за 5 мс. Вертикальная шкала дана в кодах 12-разрядного АЦП.
Макет, помещенный на край стола и опрокинутый, подвергается угловому ускорению. Когда макет падает со стола, сигналы со всех осей акселерометров становятся постоянными и соответствуют нулевым значениям в течение всего времени падения. Обратите внимание, что сигналы, соответствующие нулевому ускорению, все же несколько отличаются у разных акселерометров и на разных выходах.
Традиционный алгоритм защиты HDD основан на получении вышеописанных сигналов. Процессор отслеживает ускорение по всем трем осям. Если корень из суммы квадратов ускорений (см. уравнение 5) становится меньше, чем некое пороговое значение, посылается сигнал на контроллер HDD, который переводит головки HDD в безопасное положение, прежде чем устройство ударится об пол.
При выборе величины порога руководствуются специфическими требованиями к времени реагирования, а также параметрами датчика ускорения — чувствительностью, дрейфом чувствительности, напряжением питания, уровнем шума, погрешностью установки осей чувствительности, значением частоты резонанса датчика и диапазоном рабочих температур. Вполне допустимо вычислять порог экспериментально, моделируя ситуацию, как описано выше. Например, разработчик может ориентироваться на величину порогового ускорения порядка 0,4g.
Новый алгоритм дифференциального ускорения
Сейчас более пристально посмотрим на поведение графиков ускорения на рис. 5. Если мы сможем получить достаточно информации еще во время переворота устройства, у HDD будет больше времени, чтобы перевести головки в нерабочее, безопасное положение. Фактически во время переворота датчики выдают сигналы различного характера, но выходной сигнал не может запустить процесс парковки.
Однако можно определить некоторые функции, соответствующие сумме квадратов производных ускорения по осям X и Y (6).
Полученный результат будет выглядеть подобно показанному на рис. 6. Кривые, изображенные на рис. 6, получены в результате оцифровки сигнала акселерометра с помощью 12-разрядного АЦП микроконвертора ADuC832. Период отсчетов также составляет 5 мс. Кривая черного цвета соответствует сигналу (dX/dt)²+(dY/dt)², зеленым цветом показан сигнал (dZ/dt)²+(dY1/dt)².
Итак, суммы квадратов производных ускорения по времени имеют большие величины во время интервала переворота, но становятся малыми во время свободного падения. Это поведение сигналов можно использовать в качестве надежного индикатора падения. Отметим, что наше исследование подтвердило возможность выбора любой пары осей чувствительности, так как характер сигналов будет похожим. Поэтому выбирать оси для мониторинга ускорения можно произвольно.
Теперь мы можем предложить алгоритм обнаружения падения, названный «алгоритм дифференциального ускорения».
Уровень порога для данного алгоритма, необходимый для обнаружения падения, определяется только чувствительностью датчиков.
Реализация алгоритма дифференциального ускорения
Главными компонентами системы обнаружения падения является двухосевой акселерометр ADXL320, сдвоенный ОУ AD8542 и микроконвертор ADuC832. Упрощенная схема показана на рис. 7.
Сигналы акселерометра поступают на ОУ AD8532, который играет роль буфера на входах ADC0 и ADC1. Мультиплексор переключает входы и обеспечивает частоту отсчетов 200 Гц на каждом канале, и контроллер постоянно отслеживает сигнал. Микроконвертор исполняет код, схема алгоритма которого показана на рис. 8.
Таким образом система обнаруживает состояние падения, процессор подает сигнал на контроллер HDD, и контроллер HDD паркует головки диска, прежде чем произойдет удар.
Заключение
Возникает вопрос: обязательно ли применять трехосевой датчик для такой системы? Ответ: нет. При использовании двухосевого акселерометра, например ADXL320, и при реализации алгоритма дифференциального ускорения, описанного выше, задача обнаружения падения будет успешно выполняться. Схема на двухосевом акселерометре, помимо более низкой цены, будет проще и экономичнее.
При работе с вышеописанной системой защиты обнаружилось, что время отклика между началом свободного падения и появлением сигнала парковки составляет около 40 мс, при частоте отсчетов 200 Гц на канал и полосой частот датчика 100 Гц. Время, необходимое для парковки головок HDD, не должно превышать 150 мс. Тогда время от обнаружения падения до момента, когда должна быть завершена парковка, не превышает 190 мс. Это значительно меньше, чем 452 мс, за которые предмет падает с высоты 1 метр.
Алгоритм, описанный выше, применим в большинстве случаев. Единственный случай, когда он может не сработать, — если значения производных от ускорения по осям X и Y не превысят порога срабатывания. Но такое крайне маловероятно и в наших практических экспериментах с макетом никогда не случалось.
Большинство современных устройств используют датчики для контроля и управления различными физическими величинами, такими как давление, температура, влажность, интенсивность света, направление и т.д. Один из таких датчиков, используемый для измерения ускорения устройств, называется датчиками акселерометра.
Когда-то давно вы бы нашли такие датчики только в современных машинах, таких как космические ракеты или реактивные самолеты. Теперь они есть практически в каждом смартфоне, ноутбуке, автомобиле и игровой консоли. Давайте копнем глубже и выясним, что это такое, как они работают, и для чего они используются?
Что такое акселерометр?
Определение: Акселерометр - это электромеханический инструмент, который измеряет ускорение (скорость изменения скорости). Ускорение может быть статическим, как ускорение, вызванное гравитацией, или может быть динамическим, как движение и вибрации, вызванные внешним фактором.
Измеряя величину гравитационного ускорения, инструмент может вычислить угол, под которым он наклонен относительно Земли. Например, акселерометр, установленный на поверхности Земли, будет измерять ускорение 9,81 м / с2 в прямом направлении вверх.
Измеряя величину динамического ускорения, можно определить, насколько быстро и в каком направлении движется устройство. Например, трехосевой акселерометр может определять величину и направление (во всех трех осях) ускорения как векторную величину.
Акселерометры используются в различных отраслях промышленности и научных исследованиях. Они в основном используются в электронных устройствах для определения ориентации, ускорения координат, ударов и вибрации.
Акселерометры, встроенные в смартфоны, например, выясняют, когда переключать макет экрана с ландшафтного на портретный. Данные, предоставляемые этими датчиками, могут помочь определить, идет ли устройство вверх или падает вниз.
Высокочувствительные акселерометры интегрированы в инерциальные навигационные системы ракет и реактивных двигателей. Беспилотные летательные аппараты также используют такие устройства для стабилизации полета.
Как работает акселерометр?
Механический акселерометр состоит из пружины, прикрепленной массой. Эта пружина обычно подвешивается внутри наружного корпуса. Когда все устройство ускоряется, корпус сразу же движется в том же направлении. Масса, однако, остается в своем положении (на короткое время), растягивая пружину с силой, соответствующей ускорению.
Принцип работы механического акселерометра
Измеряя длину пружины растяжения, мы можем определить ускорение. Это может быть сделано различными способами. Сейсмометр, например, использует тот же принцип для измерения землетрясений.
Когда происходит землетрясение, он трясет корпус сейсмометра, но масса движется дольше. К массе прикрепляется ручка, чтобы проследить ее движение на бумажном графике.
Современные акселерометры генерируют электрические или магнитные сигналы вместо того, чтобы использовать след от ручки на бумаге.
Самые распространенные типы акселерометров
Большинство коммерческих устройств оснащены емкостными, пьезорезистивными и пьезоэлектрическими приборами для преобразования механического движения в электрический сигнал.
1. Пьезоэлектрические акселерометры используют пьезоэлектрический эффект определенных материалов для измерения ускорения, вибрации или механического удара. Эти материалы накапливают электрический заряд (пьезоэлектричество) в ответ на приложенное механическое напряжение.
Принцип работы пьезоэлектрического акселерометра
К массе прикрепляется пьезоэлектрический материал, например, цирконат-титанат свинца. При движении акселерометра масса оказывает механическое давление на этот материал. В результате этого материал вырабатывает крошечное электрическое напряжение, которое можно расшифровать, чтобы вычислить соответствующее ускорение.
2. Пьезорезистивные акселерометры работают по аналогичному принципу. Они используют изменение сопротивления пьезорезистивных материалов для преобразования механического напряжения в выходное напряжение постоянного тока. Эти типы акселерометров подходят для измерений удара, где уровень g и диапазон частот значительно высоки.
Endevco 727 | легкий пьезорезистивный акселерометр, идеально подходящий для измерения удара при испытаниях на падение
Пьезоэлектрические компоненты, напротив, не имеют себе равных по высокотемпературному диапазону и малому весу в упаковке.
3. Емкостные акселерометры основаны на изменении электрической емкости в ответ на ускорение. Они содержат два компонента: первичную (стационарную) пластину, прикрепленную к корпусу, и вторичную пластину, соединенную с массой, которая свободно перемещается внутри корпуса.
Емкость изменяется с расстоянием между двумя металлическими пластинами, и, измеряя емкость, можно определить приложенное ускорение. Эти типы акселерометров могут измерять постоянное, а также медленное переходное и периодическое ускорение.
Трехосный емкостный акселерометр
Современные акселерометры бывают всех трех форм. Они часто представляют собой микроэлектромеханические системы (MEMS), содержащие несколько компонентов, каждый размером от 1 до 100 микрометров. Акселерометры, встроенные в планшеты и смартфоны, обычно имеют площадь менее 100 миллиметров.
Микромеханический акселерометр чувствителен только к одному направлению в плоскости. Двухосевой акселерометр построен путем интеграции двух устройств перпендикулярно, а трехосный акселерометр может быть сделан путем добавления другого устройства вне плоскости. Интегрированный модуль может быть гораздо более точным, чем три отдельных устройства, объединенные после упаковки.
Для достижения сверхвысокой чувствительности можно использовать квантовое туннелирование. Однако этот процесс является чрезвычайно сложным и дорогостоящим.
С помощью существующих технологий мы можем измерять ускорения до тысяч g. Инженерам и производителям приходится идти на компромисс между максимальным измеряемым ускорением и чувствительностью устройства.
Применение
Акселерометры используются в различных областях, от инженерной и бытовой электроники до биологии и медицинских технологий. Ниже приведены наиболее часто используемые датчики акселерометров.
Навигация
Инерциальная навигационная система (также называемая инерциальной эталонной платформой) использует компьютер и акселерометры для непрерывного измерения местоположения, ориентации и скорости движущегося объекта без каких-либо внешних ориентиров.
Инженерия
Акселерометры широко используются для измерения вибрации на машинах, автомобильных двигателях и зданиях. В автомобильном секторе акселерометры с высоким значением g используются для обнаружения дорожно-транспортных происшествий и установки подушек безопасности в нужное время.
Они также используются для контроля работоспособности оборудования и регистрации вибрации вращающихся инструментов, таких как компрессоры, турбины, которые, если их не обслуживать, могут привести к дорогостоящему ремонту. Некоторые акселерометры специально настроены (встроены в гравиметры) для измерения гравитационных сил.
В космических аппаратах акселерометры используются для обнаружения апсиса - точки на орбите спутника, в которой он наиболее удален от Земли.
Бытовая электроника
Они используются практически во всех ноутбуках, мобильных телефонах и камерах для определения положения и ориентации устройства и отображения контента в вертикальном положении на экранах. Игровые приставки, такие как пульт дистанционного управления PlayStation DualShock , используют трехосевой акселерометр, чтобы сделать рулевое управление более реалистичным в гоночных играх.
Многие производители ноутбуков используют акселерометры для защиты жестких дисков от повреждений. Если датчик обнаруживает внезапное падение, головки жесткого диска припаркованы, чтобы избежать повреждения диска и потери данных.
Биология и медицинское применение
В биологических науках все чаще используются акселерометры. Данные, получаемые с помощью высокочувствительных трехосных акселерометров, позволяют ученым различать поведенческие модели животных, когда они находятся вне поля зрения.
Многие автоматические внешние дефибрилляторы содержат акселерометр для определения глубины сдавления грудной клетки СЛР.
Несколько компаний производят часы для спортсменов, которые состоят из акселерометров для измерения скорости и пройденных дистанций бегунов. Современные будильники фазы сна также интегрированы с акселерометрическими датчиками, так что они могут обнаружить движение спящего и разбудить человека в цикле не-быстрого сна.
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?
Что такое акселерометр?
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.
Преобразователь ускорения хоть и звучит сложно, но отнюдь не новейшая технология. Уже в 1990-х годах его внедрили в автомобильные подушки безопасности. В настоящее время он используется, в том числе, для диагностики работы машин и зданий, в медицинском и спортивном оборудовании, в навигационных системах , камерах и смартфонах.
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.
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.
Вам также будет интересно: Рейтинг 6 лучших очков VR в 2021 году. Рекомендуемые модели, отзывы и ценыПьезорезистивный
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
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.
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.
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.
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.
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
Тем, кто предпочитает более массивные модели, мы рекомендуем смартфон Hammer Explorer Pro 6 / 128GB LTE. Это телефон для специальных задач, соответствующий стандарту MIL-STD-810G и требованиям сертификации IP69 и IK07. Это означает, что он может выдерживать практически любые условия, включая падение с 1,2 м и погружение в воду на 1,2 м. Кроме того, он может работать при температурах от -20 ° до 55 ° C.
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!
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.
Вам также будет интересно: Какую звуковую панель выбрать? Советы и рекомендации по выбору саундбараДроны и акселерометр
Как работает акселерометр в ноутбуке?
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.
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.
Читайте также: