Çoğu akıllı telefon eğim duyarlıdır, ancak hangi cihaz bunu mümkün kılar? Ek olarak, (ve onunla ilişkili sensörler) nasıl çalışır?

Ayrıca, bu sensörlerin çalışması neredeyse kesin olarak, bir dış yerçekimi alanı (örneğin, yeryüzünün) varlığına bağlı olarak göründüğü için, bu ikinci soruya yol açıyor: Akıllı telefonlar eğim hassasiyetlerini sıfır yerçekimi altında (hipotetik) koruyorlar mı? koşullar?

(Son zamanlarda telefonumda bir uçak simülatörü oyunu oynadım ... uçağın devrilmeye çok iyi yanıt vermesi beni şaşırttı; bu nedenle bu soruyu sorma dürtüsü)

Ekstralar:

Bunu kendime biraz düşündüm, o yüzden bunu da buraya koyacağım. Tüm niyet ve amaçlar için sorum ikinci paragraftan sonra sona erdi, ancak bundan sonra eklediğim şey şu andaki fizik anlayışıma uyan bir cevabın uyarlanmasına yardımcı olabilir.

Şu anda lisede okuyorum ve doğru hatırlıyorsam, 3B Kartezyen sisteminde bir parçacık için altı serbestlik derecesi vardır . Uçak simülatörü uygulamasıyla olan deneyimime göre, akıllı telefonlar yalnızca üç serbestlik derecesinde hareketi algılıyor gibi görünüyor : zift, yuvarlanma ve yalpalama

Eğim duyarlı sensörler Konuşma: Yolu kabul bu sensörler / dönüştürücüleri çalışma, (çekim potansiyel enerji dakika değişiklikleri tespit tarafından olabilir ilişkili sensör bazı küçük bileşenlerin, küçük-ölçekli bir hareket şeklinde kendini gösterir) telefonun mekansal yönelimdeki değişimi.

Gördüğüm gibi, böyle bir sensör hareketli parçalara ihtiyaç duyar ve bir devre kartındaki başka bir yonga olamaz.

Bu koşullar altında, yerçekimi potansiyel enerjisindeki dakika değişikliklerini algılayan eğim duyarlı bir cihaz oluşturmakla görevlendirilirsem, muhtemelen en az 3 çift sensöre ihtiyacım olacaktı (üç koordinat ekseninin her birinde bir çift). Ayrıca, görme nasıl çok bir çift her sensör telefonumun karşılaştırılabilir tilt-hassasiyetini elde etmek ayrı, birkaç metre yerleştirilir ile benim akıllı telefon eğerek için görünmektedir duyarlı, ben bir gülünç büyük cihazı kurmak gerekir.

Bununla birlikte, akıllı telefonlar tipik bir sandviçin boyutlarından daha küçük boyutlara sahiptir, bu yüzden "birkaç metre uzağa yerleştirilmiş bir çiftte sensörlerin" pratik olmasının dışında olduğu kesin değildir.

^ Bunun üzerine bağırmaya başladım, böylece aşağıdaki alt soruda gerçek şaşkınlığımı hissedebileceksin:

Bu sensörler küçük boyutlarına rağmen neden bu kadar hassaslar?

Haklısın, bir anlamda. Bu sensörler hareketli bileşenlere ihtiyaç duyar. Ancak, onlar tahtaya bir çip vardır.

Tiltsensörler (aslında ivmeölçerler) ve jiroskoplar (ve basınç sensörleri, ...) MEMS: Mikro-elektromekanik sistemler adlı bir ailenin bir parçasıdır.

Entegre devre üretiminde zaten benzer olan teknikleri kullanarak şaşırtıcı küçük cihazlar yapabiliriz. Aynı şeyleri aşındırma, yeni katmanlar bırakma, büyüyen yapılar vb. İşlemleri kullanıyoruz.

Bunlar inanılmaz derecede küçük cihazlardır. bu bir jiroskop örneğidir:

orijinal web sitesine bağlantı .

Bunların çoğu kapasitanstaki değişiklikleri algılayarak çalışır. Bir gyro, dönme nedeniyle meydana gelen değişiklikleri algılar (resimdeki büyük şey, orta eksen etrafında bükülür. Bu, birbirine birleştirilen minik dişleri birbirine yaklaştıracak ve kapasitansı artıracaktır. Akselerometreler benzer bir prensip altında çalışır. ikinci görüntünün sağ alt köşesinde tespit edildi.

Sıfır yerçekimi ne olacak?

Cihazların çalışması açısından pek bir şey değişmeyecekti. Görüyorsunuz, ivmeölçerler ivme algılayarak çalışır. Ancak, kilit nokta, yerçekimi aynıdır - her zaman 1G'de hızlandırılıyormuşsunuz gibi hisseder. Bu "sabiti", "aşağı" nın nerede olduğu hakkında bir fikir edinmek için kullanırlar. Bu aynı zamanda, cipslerin mikro gravitasyonda gayet iyi çalışmasına rağmen, telefonunuzun çalışmadığı anlamına gelir - “aşağı” görünmediği için kafanız karışır.

GreenAsJade kullanıcısının ortaya çıkardığı (çok iyi) bir noktaya hızlıca eklenmesi: Jiroskop gibi kaynaklardaki jiroskopların genel tanımlarına baktığınızda, sık sık dönen disklerin hatları boyunca bir şey olarak tanımlanırlar. Yukarıdaki resimlerde herhangi bir dönen parça bulunmuyor. Bunun nesi var?

Bu çözüm yolu değiştirerek bir dönme ile titreşim . Buradaki resimlerdeki disk şeklindeki nesne sadece orta eksene çok ince ve esnek yapılarla bağlanır. Bu disk daha sonra, yüksek frekansta kendi ekseni etrafında titreşmek için yapılır. Tüm yapıyı bir açı boyunca hareket ettirirseniz, bu klasik bir jiroskopa benzer şekilde diskin buna karşı sürekli olarak direnç göstermesini sağlar. Bu etki, Coriolis etkisi olarak adlandırılır . Çevreleyen katı malzemeye kıyasla diskin eğim miktarını algılayarak, ne kadar hızlı döndüğünü ölçebilir.

Duyusal cihaz bir yay üzerindeki ağırlıktır. Gerçekten de “sensörün bazı küçük bileşenlerinin küçük ölçekli hareketi” ve aynı zamanda “bir devre kartındaki başka bir çip”.

Buradaki anahtar kelime MEMS . Küçük silikon yapılar inşa etmek ve sonra da altından sıyrılarak serbest yüzer bir parça bırakmak mümkündür. Parça uzun ve ince ise, Young modülüyle orantılı bir miktarda yerçekimi altında (veya herhangi bir hızlanmada) deforme olacaktır. Konumdaki değişim, hareketli parça ile etrafındaki sabit parçalar arasındaki kapasitansı etkiler; bunlar elektronik olarak ölçülebilir.

Genellikle sadece bir üç eksenli ivmeölçer var. Gyros veya mesafe ile ayrılmış başka bir ivmeölçer eklenerek daha iyi hassasiyet elde edilebilir; Nintendo bunu Wiimote eklentileri ile yaptı.

Birçok telefonda ayrıca manyetik kuzeyin telefonla göreli olarak nerede olduğunu belli belirten bir manyetometre vardır, ancak kalibrasyon bu konuda kötü olma eğilimindedir.

Sorunun belirli bölümlerini ele almak:

• Akıllı telefonları eğim duyarlı yapan nedir?

MEMS ivmeölçer. Birkaç mm kare yonga paketi, 0,50 $ veya daha az miktarda.

• Sıfır yerçekimi koşullarında bu yeteneği koruyacaklar mı?

Tam olarak değil. Artık uygun bir referans vektörüne sahip değiller. Bununla birlikte, hala ivmelenmeyi tespit edebiliyorlar, bu yüzden bu "ışın kılıcı" uygulamalarından birine sahipseniz ve onu dolaşıyorsanız, hala ISS üzerinde çalışacaktır. Ancak ne sizin ne de telefonun "yukarı" hakkında net bir fikri yok.

(Orada gönderilen Ahududu Pi kiti, bir ivmeölçer ve okul çocukları tarafından yazılmış bir sürü program var, bu yüzden neredeyse bir yerde bunu gösteren bir video var)

3 eksenli bir ivmeölçerin ham çıkışı, m / s ^ 2 cinsinden ölçülen 3 değerin vektörüdür. Bu vektörün büyüklüğü genellikle yaklaşık 1 g olacaktır, ancak yön değişebilir. Sabit bir telefon için aşağıya doğru işaret edecektir. Hareket ettirirseniz, ivme vektörü yön değiştirir. Eğer varsa bırakın bir yörüngede zanaat bir telefon olarak aynı olacaktır serbest düşüşe girer yani, telefon, ardından büyüklüğü yakın sıfıra gider. Bu, vektörün yönünü çılgınca döndürür ve gürültüye çevirir.

Sabit disk güvenliği için düşürme detektörleri olarak ivmeölçerlerin kullanımı, yaklaşık on yıl önce Macbook'lar tarafından yaygınlaştırıldı. İnsanlar kendileri için başka kullanımlar buldu .

• o nasıl çalışır?

Diğer cevaplarla daha ayrıntılı olarak cevaplandırılmıştır.

Teorik olarak, evet, bir telefon ya da tablet, burada olduğu gibi Uluslararası Uzay İstasyonu'nu (ISS) dediği gibi çalışabilir.

Bunu biraz kıralım.

Bir cihazın algılaması gereken iki tür hareket vardır.

Doğrusal hareket

Kendi kendine yeten ivmeölçerler, yay bağlantılı bir kütlenin normal bir dinlenme noktasından sapmasını, bu eksendeki ivme kuvvetinin bir ölçüsü olarak kullanır. Açıkçası, herhangi bir eksende hareketi tespit etmek için bunlardan üçüne ihtiyacınız var.

Bu kuvvetleri bilmek ve takip etmek, cihazın "hızlanma" konumundan konumunun hızını ve yönünü "dikkate almayabilirsiniz". Faktör doğru bir saatte ve geçerli pozisyonu da anlayabilirsiniz.

Bu kulağa basit geliyor, ama matematik aslında oldukça karmaşık ve sistemdeki hatalar zaman içinde sürüklenmeye neden oluyor.

rotasyon

Rotasyon açıkça herhangi bir eksen etrafında döner.

Spin Sensörleri

Döndürme bir jiroskop veya bir döndürme sensörü kullanılarak ölçülebilir. Bu cihazlar yine, serbestçe dönebilen veya belirli bir eksende tahrik edilen serbestçe bağlanmış bir kütleye sahiptir. Cihazınızın gövdesi döndüğünde, dönmeler arasındaki fark cihazın ne kadar döndüğünü gösterir.

Sıkma sensörleri ve jiroskoplar yerçekimi ile ilgilenmezler, diğeri belki bazı sürtünme farklarıdır.

Yerçekimi Referanslı İvmeölçer Dönme

Akselerometreler gevşek şekilde asılı bir kütle üzerine etkiyen kuvveti ölçtüğünden, bu sensör toprağa göre dikey olduğunda, tabiki yerçekiminden dolayı kütlenin ağırlığına bağlı olarak bir sapma olacaktır. Bu ofset, ivmelenme kısmını çıkarmak için yazılım tarafından matematiksel olarak kaldırılır.

Bununla birlikte, üç eksenli ivmeölçer, oryantasyonlarına bağlı olarak farklı ofsetler üreteceğinden, ofsetlerdeki farktan dönüşü matematiksel olarak tespit etmek mümkündür.

Ancak, bu yöntem işe yaramasına rağmen, G'deki değişikliklere tabidir. Uzayda çalışmaz. Ayrıca manevra yapan bir uçakta önemli ölçüde daha az işlevsel olacaktır. Sıkı bir virajda dönen bir arabada bile sorun olabilir.

İvmeölçer Spin Tespiti

İki hassas hassasiyetli ivmeölçer seti ile ivmeölçerler arasındaki ivme farkından dönüşü saptamak mümkündür.

Her bir ivmeölçer diğerine göre hareket etmek zorunda olduğundan, bu eksende ivme arasında bir fark olacaktır. Bu değerler dönüşü tahmin etmek için matematiksel olarak tekrar kullanılabilir.

$X_1,Y_1, Z_1$$X_2,Y_2, Z_2$

Bu yöntem yerçekiminden etkilenmez.

Telefonunuz veya Tabletiniz ISS’te Çalışacak mı?

Yukarıdan görebileceğiniz gibi, cihazınızın hangi yöntemleri kullandığına bağlı.

Teknik olarak bunu yapmak için inşa edilebilir ve programlanabilir. Yeniden kalibre etmek için kapatmanız ve tekrar açmanız gerekebilir, ancak doğru sistemler yerinde olduğunda düzgün çalışması gerekir. En azından o "uçak simülasyon oyunu" oynamak için.

Sürüklenme ISS'de daha büyük bir sorun olabilir. Normal G’deki telefonlar, hangi “aşağı” yolun o an hangi yoldan olduğunu bilme yeteneğine sahip olduklarından zaman içinde yeniden ayarlama yapabilirler. Boşluk bazlı bir ünite, "normal" yönü belirtmek için arada bir manuel sıfırlamaya ihtiyaç duyar.

Tüm yorumlar ve cevaplar, nasıl mümkün olduğunu anlamanıza yardımcı olmak için mükemmeldir. Ancak, işte gerçek ürünlerde nasıl gerçekleştirildiğini anlamanıza yardımcı olacak bir şey.

(resim kaynağı)

Bu InvenSense tarafından küçük bir IC (3x3x1 mm!). Üç eksenli bir ivmeölçer (yanal hareket için), üç eksenli bir jiroskop (rotasyon için) ve üç eksenli manyetometreye (pusula iğnesi gibi) sahiptir. Tüm karmaşık matematiği yapacak iç kod var. Neredeyse hiç güç gerektirmiyor. Bütün bunlar tek miktarlarda 10 $.

Bu sadece bir örnek. Benzer ürünler yapan birkaç şirket var. Bazıları diğerlerinden daha kesin, bazıları ucuz, çoğu manyetometreye sahip değil.

İyi eğlenceler!

Bu, Elektronik sitesinde, cevapların hiçbirinin soruyu net ve net bir şekilde yanıtlamadığı nadir bir durumdur!

Cep telefonları sıfır yerçekimi koşullarında eğimi saptama özelliğini koruyor mu?

Cevap:

Onlar (bir donanım seviyesinde) tespit yeteneğini muhafaza eğilmesini , ancak artık algılayabilir tilt .

Daha ileri,

Aslında, uygulama yazılımı düzeyinde, neredeyse hepsi (çok büyük olasılıkla "hepsi") uygulama-yazılım-yazarları, sıfır-yerçekimli bir köşe senaryosuna izin vermeyecekti; çoğu / tüm gerçek uygulamalar.

Gyros / accel'lerin telefonlarda nasıl çalıştığıyla ilgili olarak, iki platformdaki API'leri kolayca google'da bulabilirsiniz ( örnek ).

Bununla birlikte, tüm işletim sistemlerinin yazılı olarak, pratikte alt düzey gyro / accel işlevlerini bir tür uygun üst düzey hareket yöneticisine sardığını unutmayın:

Accels / gyros, aslında OS seviyesinde bir araya getirilmiş

Yani aslında ...

Uygulamada, oldukça yeni yazılmış herhangi bir uygulama için (mağazadaki uygulamaların yaklaşık% 25'inin düzenli olarak bozulmadığını / güncellenmediğini unutmayın), Apple’daki ekibin (durumlarında) nasıl yazdığına bağlı olduğunu söyleyebiliriz. "Coremotion" sıfır yerçekimi ortamı vakasını ele aldı. (Android için benzer bir durum var).

Ve ayrıca, gibi oyunlar için ...

Bugün bir telefonda alıp oynadığınız hemen hemen her oyun yerel bir uygulama yerine Unity3D'de oluşturuldu. (Ve bir kural olarak, "accel / gyros kullanan uygulamalar" kümesine bakarsanız, bunların% 90'ı (daha fazlası?) Sadece oyunlardır.) Aslında (tüm platformlarda) yazılım yazarları aslında en kullanarak yazılım sarmalayıcıların Unity düzeyini .

Bu nedenle, dünya yörüngesinin en uç köşesindeki asıl davranış, bu insanların bunu yazarken yaptıklarına bağlı olacaktır .

Bir kafa karıştırıcı nokta ...

bu açıklığa kavuşturulmamıştır. Telefonlar için yazılım yazarken, kısa zaman süreleri için "sıfır yerçekimi" ile uğraşmak tamamen yaygındır : yani, telefon serbest düşme durumundayken . Bu yüzden kaykaycılar, kayakçılar veya takılma süresini ölçen vb. Uygulamalar için (100'lerce) uygulama yapıyorsanız, bununla ilgili olarak elbette ilgilenirsiniz.

Gyros, 2010’da telefonlara tanıtıldı; hızlanmalar başından beri içlerinde idi.

STMicroelectronics adında bir Fransız / İtalyan şirketi , elma ve samsung için jiroskopların çoğunu hemen hemen yapıyor.

Akselerometrelerle ilgili olarak, çoğu telefonda, bu şekilde daha iyi çalıştığı için birçoğu var. Çeşitli ivmeölçer tedarikçilerinin (Bosch, vb.) Olduğunu duydum.

MEMS gyros veya accel'i kelimenin tam anlamıyla satın alabilirsiniz , örneğin böyle bir özelliği içeren bir elektronik oyuncak yapıyorsanız.

• MEMS akselerometreleri aslında substrat seviyesinde nasıl çalışır?
• MEMS gyros nasıl çalışır?

Sadece tekrarlamak için, sorulan soruya hızlı cevap

"Sıfır g" de, (donanım düzeyinde) devrilme tespit etme yeteneğini korurlar , ancak artık eğim tespit edemezler .

Yazılım açısından,

1. Neredeyse kesinlikle, "tamamen başarısız!" olurdu. kaçık "yörüngedesiniz" davasında. Hiçbir cin veya uygulama mühendisi (biliyorum) bu davayı kapsayacak kadar OKB olamayacağı için, ama unutma ...

2. serbest düşüşün kısa periyotlarında "sıfır yerçekimi" olması tamamen olağan bir durumdur (bu "aksiyon spor uygulamalarından" birini yapıyorsanız bu genel bir sorun olarak geçerlidir).

Akıllı telefonlarda bir sagnac interferometre kullanabileceklerini düşünüyorum. Sagnac İnterferometresi, dururken sabit bir girişim deseni üreten bir cihazdır ve düzeni döndürüldüğünde modeli değişir.

Dolayısıyla, bu tür 3 interferometre yerleştirildiğinde, 3 eksenin etrafındaki dönüşü ölçebiliriz.

Sagnac interferometreleri çok küçük boyutlarda gelir ve ışık yönlendirmek için optik fiberlerden, bir ışık kaynağından (koherant) ve bir detektörden oluşur.

Elbette kullanımdan önce kalibre edilmelidir.