Акселерометр — прибор для измерения ускорения. Его зарождение датируется концом XIX века, когда задумали монтировать такие датчики в автомобилях и поездах для контроля скорости. Ранние версии были массивными и тяжелыми. Их конструкция опиралась на инерционную силу, движущуюся вместе с ускоряющейся массой, и представляла собой маятник со спиральной пружиной. При ускорении или замедлении корпуса грузик пытался сохранить исходное положение, отставая или опережая корпус. Одна из пружин при этом сжималась, и маятник смещался. Величина этого смещения и служила сигналом для вычисления ускорения. Но как же работает современный акселерометр, применяемый в смартфонах, — об этом расскажем сегодня!
Первым устройством, в котором появился акселерометр, стал мобильный телефон Nokia 5500, что позволило использовать его как шагомер. Из-за особенностей конструкции мобильных аппаратов применение классического маятникового акселерометра невозможно. Поэтому его заменила миниатюрная чиповая конструкция, внутри которой размещается инертная масса.
Принцип работы такого чипа близок к классической модели: инертная масса меняет положение во время ускорения. Благодаря этому смартфон получает данные о своем положении в пространстве. Сам чип представляет собой неподвижный корпус, к которому на специальных упругих приставках крепится перегородка с отведенными в сторону проводниками. Эти отводы размещаются между контактами, которые снимают показания. При перемещении отводов напряженность поля вокруг контактов меняет свои значения, что и служит показателем для измерения.
В чипе все элементы крайне малы, поэтому они производятся на автоматизированных конвейерных линиях без участия человека, а при их изготовлении применяются реакции силикона с другими веществами.
В смартфонах акселерометр чаще всего используется для автоматической смены ориентации экрана при повороте устройства. Также он нашел свое применение в системных жестах (таких как встряхивание), играх и навигационных приложениях, а также трекерах активности.
А самым большим и перспективным рынком для акселерометров, как это ни странно, является автомобильная промышленность. Дело в том, что в автомобилях работа акселерометра основывается на множестве систем безопасности: адаптивный круиз-контроль и подвеска, подушки безопасности, система стабилизации и многие другие. При этом речь идет не о чипе, применяемом в смартфонах, а о полноценных приборах, чаще всего пьезоэлектрических. В основе таких датчиков лежит грузик, который давлением воздействует на пьезокристалл. Благодаря давлению он вырабатывает электрический ток, что позволяет рассчитать искомое ускорение. Также существует термальный акселерометр, архитектура которого предусматривает использование пузырька воздуха. При ускорении пузырек отклоняется от начального положения, что и фиксируется датчиками, а затем используется для расчета ускорения.
