Что такое акселерометр, и зачем он нужен в смартфоне

Акселерометр — один из основных сенсоров, который используется в современных смартфонах для определения движения и ориентации устройства в пространстве. Датчик лежит в основе множества функций, начиная с автоматической смены ориентации экрана и заканчивая точным отслеживанием физической активности в фитнес-приложениях. Но не все знаю, как он работает и зачем нужен. Давайте разберемся в этой статье.

Что такое акселерометр

Источник: MDPI / Как работает акселерометр

Акселерометр — это датчик, предназначенный для измерения ускорения объекта, на котором он установлен. В контексте смартфонов, акселерометр измеряет изменение скорости устройства в пространстве и может фиксировать не только линейное ускорение (например, когда телефон движется вперед), но и изменение положения относительно земной поверхности. Это происходит за счет того, что акселерометр измеряет ускорение по нескольким осям — обычно по трем: X (горизонтально), Y (вертикально) и Z (глубина). В современных телефонах используется трехосевой акселерометр, который может фиксировать ускорение по всем трем направлениям.

По своей конструкции акселерометры могут быть механическими, электромеханическими и микромеханическими. В смартфонах преимущественно используются микромеханические устройства (MEMS-акселерометры). Такие сенсоры имеют миниатюрные подвижные элементы, которые отклоняются при изменении положения устройства, что и позволяет фиксировать изменения ускорения.

Зачем нужен акселерометр в смартфоне 

Есть несколько причин для существования акселерометра в телефоне. Одним из самых очевидных применений акселерометра является автоматическая смена ориентации экрана — переключение между портретным и ландшафтным режимами. Когда пользователь поворачивает телефон, акселерометр обнаруживает это движение и изменяет ориентацию дисплея, чтобы она соответствовала новому положению устройства.

Также акселерометр используется для управления устройством с помощью движений. Например, некоторые смартфоны позволяют принимать звонки, просто встряхнув устройство, или переводить его в беззвучный режим, положив экран вниз. В играх акселерометр часто применяется для управления персонажами или объектами путем наклона устройства. 

Источник: Milwaukee Tool / Как выглядит акселерометр

Но это не все, есть и другие причины, по которым необходим акселерометр:

Как акселерометр работает в смартфоне 

Акселерометр в телефоне работает за счет измерения ускорений, которые испытывает устройство в пространстве. Основной принцип работы акселерометра заключается в преобразовании механических воздействий на устройство (например, наклонов, толчков или вибраций) в электрические сигналы, которые затем обрабатываются и интерпретируются как данные о движении. В современных смартфонах обычно используется микромеханический акселерометр (MEMS — Micro-Electro-Mechanical System).

Источник: ACT / Акселерометр

Когда телефон изменяет свое положение или движется, подвижная масса внутри акселерометра смещается относительно своей первоначальной позиции. Это смещение вызывает изменение электрического заряда между электродами. Специальные схемы в акселерометре преобразуют это изменение заряда в цифровой сигнал, который затем передается на процессор телефона.

Акселерометр в смартфоне обычно трехосевой, то есть он может измерять ускорение по трём направлениям (X — горизонтально, Y — вертикально, Z — глубина). Когда смартфон находится в покое, акселерометр фиксирует только ускорение, вызванное силой тяжести, направленное вдоль оси Z. Когда же телефон наклоняют или двигают, акселерометр фиксирует изменение ускорения по другим осям.

Пример работы в реальных условиях

Представьте, что вы держите телефон вертикально. В этом положении акселерометр фиксирует ускорение в направлении силы тяжести (ось Z). Как только вы начинаете наклонять телефон в сторону (например, в горизонтальное положение), акселерометр регистрирует изменение ускорений вдоль осей X и Y. В ответ на это данные передаются в систему управления интерфейсом, и экран смартфона автоматически поворачивается.

В играх акселерометр используется для управления движением — например, наклоняя телефон, можно направлять автомобиль или персонажа в определенную сторону, так как акселерометр фиксирует изменения ускорения по осям X и Y, и на основе этих данных происходит обработка действий игрока.

Акселерометр и гироскоп — в чем разница?

Акселерометр и гироскоп — это два датчика, используемые в смартфонах для отслеживания движений, но с разными задачами.

Акселерометр измеряет линейные ускорения по трем осям (X, Y, Z), фиксируя изменение скорости устройства и его положение относительно гравитации. Он используется для функций вроде автоматической смены ориентации экрана, шагомеров и управления движением в играх.

Источник: CNET / Гироскоп

Гироскоп измеряет угловые скорости, фиксируя вращения устройства вокруг своей оси. Он более точен в отслеживании поворотов и используется в приложениях для виртуальной реальности, 3D-играх и стабилизации изображения.

Вместе эти датчики обеспечивают точное отслеживание движений и ориентации устройства, дополняя друг друга.

Как настроить акселерометр в смартфоне

Настроить акселерометр в телефоне напрямую пользователю обычно не предоставляется возможности, так как это встроенный датчик, который работает в автоматическом режиме и его параметры заложены на уровне операционной системы и приложений. Однако можно управлять некоторыми функциями, связанными с использованием акселерометра, через настройки телефона или при помощи сторонних приложений. 

Калибровка акселерометра

Некоторые устройства или приложения предоставляют возможность калибровки акселерометра, если вы заметили, что телефон неправильно определяет положение экрана или некорректно работает в играх. 

Источник: CQ / Accelerometer Calibration Free

В Play Market можно найти сторонние приложения для калибровки акселерометра, такие как Accelerometer Calibration Free. Скачайте программу и следуйте инструкциям приложения, чтобы настроить акселерометр.

Если вы подозреваете, что акселерометр неисправен, можно провести аппаратную диагностику через встроенные средства системы или сервисные центры. Некоторые производители, например, Samsung или Xiaomi, предоставляют доступ к тестам датчиков через специальные коды (#0# для Samsung).

Заглавное фото: MakeTechEasier