Žiroskop je jedan od mnogih modernih senzora, bez kojih je teško zamisliti rad pametnog telefona.
Opseg primene ovog senzora u telefonu je prilično širok. Punopravni žiroskop vizualno podsjeća na rotirajući vrh unutar nekoliko obruča. Zbog svojih dimenzija, takav dizajn se ne može ugraditi u gadget, pa je zamijenjen senzorom baziranim na mikroelektromehaničkom sistemu.
Šta je žiroskop?
Žiroskop u modernom telefonu je senzor koji vam omogućava da automatski promijenite orijentaciju ekrana u zavisnosti od položaja pametnog telefona.
Po prvi put je u iPhone 4 ugrađen žiroskop, zahvaljujući kojem je uređaj dobio novu korisnu funkcionalnost. Sa senzorom, korisnici su mogli, na primjer, da okreću stranice i mijenjaju pjesme u plejeru protresanjem pametnog telefona.
Da biste omogućili senzor na uređajima sa Android 4.0 KitKat operativnim sistemom i novijim, jednostavno otvorite zaslon s obavijestima i aktivirajte opciju automatskog rotiranja ekrana.
Akcelerometar i žiroskop
Po pravilu, moderni telefoni su opremljeni ovim senzorima u paru. Princip njihovog rada, iako sličan, nije dupliran. mjeri ubrzanje objekta dok se kreće, dok žiroskop mjeri ugao otklona uređaja u odnosu na različite ravnine.
Funkcije žiroskopa u pametnim telefonima
Žiroskop je podigao igre na novi nivo. Rotirajući uređaj u prostoru, korisnik može voziti automobil, boriti se u igrici, tražiti likove i još mnogo toga.
Ako govorimo o standardnim aplikacijama, najznačajnije prednosti žiroskopa su, na primjer, u aplikaciji kalkulatora. U portretnoj orijentaciji korisnik ima pristup standardnim radnjama: zbrajanje, oduzimanje, množenje i dijeljenje. Rotirajući telefon za 90 stepeni, možete dobiti veliki izbor trigonometrijskih funkcija za sve prilike.
Naravno, sa automatskim radom senzora mnogo je praktičnije gledati video zapise na YouTube-u i prelistavati fotografije. Senzor možete koristiti i da napravite nivo zgrade od svog telefona - za to morate preuzeti posebnu aplikaciju.
U stvari, žiroskop nema nedostataka. Naravno, ponekad se javlja nelagoda prilikom gledanja slika ili čitanja kada su, prilikom promjene držanja osobe i uređaja, moguće neželjene promjene u orijentaciji ekrana. Rješenje je jednostavno - onemogućite automatsko rotiranje u postavkama.
Mobilni telefoni postaju sve složeniji svake godine. Za izbrojavanje svih senzora ugrađenih u moderne pametne telefone, prsti obje ruke možda neće biti dovoljni. Žiroskop u telefonu - kakav je senzor, kako radi, koja je njegova primjena, da li je moguće isključiti ovaj uređaj? O ovim pitanjima će se raspravljati za one koji žele dobro razumjeti svoj pametni telefon.
Šta je žiroskop
Yula, aka vrh, poznata je igračka. Tokom brze rotacije, ostaje stabilan u jednoj tački oslonca. Ovaj jednostavan uređaj je najjednostavniji primjer žiroskopa - uređaja koji reagira na promjene uglova orijentacije tijela na koje je ugrađen u tri ravnine. Termin je prvi upotrijebio francuski fizičar i matematičar Jean Foucault.
Žiroskopi se dijele po broju stupnjeva slobode i principu rada (mehanički i optički). Vibracijski žiro senzori, podvrsta mehaničkih, široko se koriste u mobilnim uređajima. Upotreba GPS navigacije zasjenila je prvobitnu funkciju žiroskopa - da pomognu u orijentaciji, ali ova tehnologija je i dalje nezamjenjiva u modernim modelima telefona.
Razlika od akcelerometra
Moderni mobilni uređaji često imaju instalirana oba ova uređaja. Ključna razlika između žiroskopa i akcelerometra i ostalih senzora leži u samom principu rada ovih uređaja. Prvi određuje vlastiti ugao nagiba u odnosu na tlo, a drugi je sposoban mjeriti linearno ubrzanje. Prednost akcelerometra je u tome što vam poznavanje ubrzanja omogućava da precizno izračunate udaljenost koju je uređaj prešao.
U praksi, oba uređaja se mogu i zamijeniti i nadopuniti. U stvari, oba bilježe samo svoj položaj u odnosu na površinu zemlje. Poput žiroskopa, akcelerometar može prenijeti informacije o ubrzanju pametnom telefonu na kojem je instaliran. Oba senzora se često koriste; oni dobro komuniciraju. U tabeli su prikazane ključne karakteristike uređaja.
Princip rada
Jednostavnim riječima, žiroskop je vrh koji se brzo rotira oko vertikalne ose, montiran na okvir koji se može rotirati oko horizontalne ose i montiran na drugi okvir koji se rotira oko treće ose. Kako god okrenemo vrh, on uvijek ima priliku da i dalje bude u vertikalnom položaju. Senzori bilježe signal kako je vrh orijentiran u odnosu na okvire, a procesor prima informacije i očitava sa velikom preciznošću kako bi okviri u ovom slučaju trebali biti pozicionirani u odnosu na gravitaciju.
Šta je žiroskop u pametnom telefonu?
Moderni mobilni uređaji uglavnom su opremljeni žiroskopima. Nazivaju se i žiro senzori. Ovaj element pametnog telefona radi kontinuirano, autonomno i ne zahtijeva kalibraciju. Ovaj uređaj ne mora biti uključen, ali neki telefoni imaju funkciju isključivanja radi uštede energije. Izrađen je u obliku mikroelektromehaničkog kola smještenog ispod kućišta pametnog telefona.
Za šta je to potrebno
Uvođenje žiro senzorske tehnologije u mobilne uređaje značajno je proširilo njihovu funkcionalnost i dodalo novi način upravljanja uređajima. Na primjer, jednostavno protresanje telefona će odgovoriti na dolazni poziv. Promena orijentacije ekrana naginjanjem pametnog telefona je takođe implementirana zahvaljujući žiro senzorima; Ovaj uređaj omogućava stabilizaciju kamere. U aplikaciji Kalkulator, jednostavno rotiranje ekrana za 90 stepeni otvara dodatne funkcije programa.
Žiro senzor je uvelike pojednostavio korištenje mapa ugrađenih u pametne telefone. Ako osoba okrene svoj uređaj "okrenutim" prema, recimo, određenoj ulici, onda će to biti prikazano na karti s velikom preciznošću. Dobar pametni telefon sa žiroskopom pruža nekoliko zanimljivih funkcija za mobilno igranje igara. Vožnja virtuelnog automobila postaje neverovatno realistična kada koristite okrete svog pametnog telefona da vozite automobil. U tehnologijama virtuelne stvarnosti, okretanje glave se prati pomoću žiro senzora.
Kako radi žiroskopski senzor?
U žiro senzoru postoje dvije mase koje se kreću u suprotnim smjerovima. Kada se pojavi kutna brzina, na masu djeluje Coriolisova sila usmjerena okomito na njihovo kretanje. Dolazi do pomaka mase za iznos proporcionalan primijenjenoj brzini. Razmak između pokretne i nepokretne elektrode se mijenja, što dovodi do promjene kapacitivnosti kondenzatora i napona na njegovim pločama, a to je električni signal. Takve elektronske signale prepoznaje žiro senzor.
Kako saznati da li vaš pametni telefon ima žiroskop
Jednostavan način je da se upoznate sa karakteristikama uređaja na službenoj web stranici proizvođača. Ako postoji žiro senzor, to će svakako biti naznačeno. Neki proizvođači šute o tome da li telefon ima žiroskop, ne želeći da troše prostor na njega. Mogu se razumjeti - svi sada pokušavaju učiniti telefon lakšim i tanjim. U takvim slučajevima pomoći će aplikacije trećih strana.
YouTube ima cijeli dio video zapisa koji se mogu rotirati za 360 stepeni. Ako možete kontrolisati takav video okretanjem pametnog telefona, onda žiroskop radi. Također možete instalirati aplikaciju AnTuTu Benchmark, koja vrši potpunu dijagnostiku vašeg uređaja. Tamo ćete pronaći redak o prisutnosti ili odsustvu žiroskopa.
Koji telefoni imaju žiroskop?
Prvi pametni telefon koji je imao žiroskop bio je iPhone 4. Kupci su pozitivno reagovali na ovu inovaciju i od tada su telefoni sa žiroskopom počeli da popunjavaju tržište. Sve sljedeće verzije Apple pametnih telefona bile su opremljene žiro senzorima. S tim u vezi, vlasnicima Android uređaja je malo teže, srećom, prije kupovine možete pitati konzultanta o prisutnosti senzora ili ga sami provjeriti. Žiroskop na vašem telefonu je važan bonus.
Video
Pronašli ste grešku u tekstu? Odaberite ga, pritisnite Ctrl + Enter i sve ćemo popraviti!
U ovom članku ćemo govoriti o paru minijaturnih uređaja koji su ugrađeni u mnoge moderne elektronske uređaje: plejere, tablete, komunikatore, foto i video kamere. Naime, o žiroskopu i akcelerometru. Usput, vrijedi reći da je sinonim za riječ "žiroskop" riječ "žiro senzor", a sinonim za "akcelerometar" je G-senzor. Sam žiroskop i akcelerometar su različite stvari (neki ih brkaju), ali se savršeno nadopunjuju, radeći u paru.
Akcelerometar (G-senzor) je minijaturni uređaj koji, znanstveno gledano, mjeri projekciju prividnog ubrzanja. Pojednostavljeno rečeno, on određuje ugao nagiba uređaja u odnosu na površinu Zemlje. Softver koji prima informacije o kutu nagiba od akcelerometra rotira sliku na ekranu. Na primjer, na uređaju sa G-senzorom, da biste se prebacili na pejzažnu (pejzažnu) orijentaciju ekrana, samo trebate rotirati uređaj za 90 stepeni. Slika na ekranu će se rotirati "sama", pošto će akcelerometar raditi.
Žiroskop (žiro senzor) je uređaj koji služi za određivanje orijentacije uređaja u prostoru i praćenje njegovog kretanja. Softver koji se koristi zajedno sa žiroskopom je u stanju da brzo reaguje na kretanje uređaja u prostoru i donosi odgovarajuće odluke. Na primjer, u prijenosnim računalima, žiroskop vam omogućava da brzo uključite način zaključavanja tvrdog diska u slučaju pada ili jednostavno iznenadnog pokreta uređaja. Ovo je veoma korisno, pa je preporučljivo da laptop/netbook koji kupite ima žiro senzor. Međutim, mnogi laptopi također koriste akcelerometar u slične svrhe.
U modernim komunikatorima, telefonima i tabletima, akcelerometar i žiroskop se također koriste kao važne kontrole za igranje. Kao rezultat toga, igrač ima priliku kontrolirati, na primjer, virtuelni automobil u nekim utrkama jednostavnim okretima, potresima i drugim pokretima uređaja. I, naravno, raspon igara nije ograničen samo na utrke. Postoji ogroman broj različitih igara koje koriste žiroskop i akcelerometar kao kontrolni alat. Sve to čini igru zabavnijom i interaktivnijom.
Na nekim uređajima, softver također može koristiti akcelerometar i žiroskop na razne načine. Na primjer, na iPhone komunikatorima u portretnoj (standardnoj) orijentaciji ekrana, kalkulator je najčešći - prikazuju se samo gumbi s brojevima i jednostavnim aritmetičkim operacijama. Ali kada zarotirate uređaj za 90 stepeni, kalkulator se automatski prebacuje u profesionalni režim - pojavljuju se tasteri sa trigonometrijskim, logaritamskim i drugim funkcijama.
Pored toga, u iPhone, iPod i iPad, akcelerometar koristi muzički plejer: u portretnoj (vertikalnoj) orijentaciji ekrana, ekran prikazuje listu pesama/autora/albuma, a kada se uređaj rotira za 90 stepeni, prebacuje se na neku vrstu moda koji se zove CoverFlow. Na ekranu se pojavljuju slike omota albuma kroz koje možete listati jednostavnim prelaskom prsta. Važno je shvatiti da akcelerometar ovdje obavlja samo jednu funkciju: osigurava automatski prijelaz iz standardnog načina rada u način rada CoverFlow.
Još jedna primjena opisanih senzora može se vidjeti u navigacijskom modu. Na primjer, gledate mapu područja na svom uređaju (s GPS modulom, naravno). Ova karta - pomoću žiroskopa - prikazuje se u skladu s vašom lokacijom; drugim riječima, ekran prikazuje dijagram područja koje je direktno ispred vas. Okrećete se i karta na ekranu se također okreće. Zapravo, karta uvijek odgovara smjeru vašeg pogleda/tijela. Veoma je praktično.
Na kraju, vrijedi napomenuti funkciju pedometra koju imaju neki uređaji s akcelerometrom (na primjer, iPod Nano plejeri 5. i 6. generacije, iPhone komunikatori). Pedometar vam omogućava da izmjerite pređenu udaljenost po danu (ili, na primjer, udaljenost koju ste pretrčali u određenom vremenskom periodu). Istina, tačnost mjerenja ovisi o mnogim faktorima i ponekad je vrlo niska.
Kao što vidite, akcelerometar i žiroskop su prilično korisne stvari, iako, naravno, nema vitalne potrebe za njima. Također bih želio napomenuti da žiro senzor i akcelerometar nemaju telepatska svojstva i reagiraju na bilo kakve okrete i pokrete uređaja, uključujući i nasumične. Ovo je prirodno neugodno, a mnogi od ovih senzora se jednostavno isključuju. Lično ga koristim.
Vrijedi reći nekoliko riječi o akceleratorima (G-senzorima) u čitačima e-ink. Zbog specifičnosti e-ink ekrana (spor je), G-senzor u čitaču predstavlja vrlo sumnjivo zadovoljstvo. Ako radi pogrešno, morat ćete pričekati dok se slika/tekst na ekranu ne rotira u način koji vam nije potreban, a zatim dok ne dođe do obrnute rotacije.
A lažno pozitivni rezultati zapravo nisu tako rijetki. Na primjer, legnete sa čitačem na krevet ili na sofu, a G-senzor daje signal - trebate rotirati tekst na ekranu. A ovo ti uopšte ne treba. Sačekali smo i vratili tekst. Tada su odlučili da se okrenu na njihovu stranu. G-senzor je ponovo radio, i opet uzalud. Kao što vidite, to je nezgodno. Zbog toga mnogi korisnici e-Ink čitača onemogućuju akcelerometar. I zato ne preporučujem da prisustvo akcelerometra (kao i žiro senzora) bude jedan od kriterijuma za odabir čitača. Bolje je da čitač ima mogućnost da rotira tekst/slike na ekranu pomoću jednog dugmeta. Ovo je zaista zgodno.
Pošto sam se sjetio čitača, vrijedi reći nekoliko riječi o PocketBook e-čitačima, na koje možete instalirati dodatni program pod nazivom FBReader 180 (distribuira se besplatno). Ovaj program ima vrlo zanimljivu funkciju: pomicanje naginjanjem uređaja. U stvari, možete okretati stranice knjiga bez pritiskanja dugmadi, samo nagnite uređaj pod određenim uglom udesno/lijevo. Veličina ovog ugla je podešena u podešavanjima. Imajte na umu da ova funkcija radi samo na PocketBook uređajima s ugrađenim G-senzorom: modeli 360, 360+, 602, 603, 612, 902, 903, 912.
Na kraju ću dati ovaj savjet: Ako planirate koristiti akcelerometar ili žiro senzor uređaja, obavezno provjerite radi li ispravno prilikom kupovine kako biste izbjegli kasnije razočaranje. Takođe preporučujem da ne kupujete uređaje sa ugrađenim akcelerometrom bez mogućnosti da ga onemogućite. Takve uređaje, nažalost, proizvode (obično male kineske kompanije), a ponekad jako iritiraju svoje vlasnike lažnim alarmima ovog senzora.
I zapamtite da je imati i žiroskop i akcelerometar mnogo bolje nego imati samo akcelerometar (G-senzor). Žiroskop uparen sa G-senzorom može preciznije odrediti položaj uređaja u prostoru, a biće više mogućnosti za interaktivnu kontrolu - na primjer, u igrama.
Već neko vrijeme je postalo jasno da je žiroskop veoma važan senzor. I veoma je tužno što proizvođači pametnih telefona skromno prećutkuju njegovo odsustvo na svojim prezentacijama. Na sreću, o prisutnosti ili odsustvu žiroskopa možete saznati i prije i nakon kupovine uređaja. Kako to učiniti opisano je u današnjem članku.
Ali prvo, hajde da shvatimo šta je tačno žiroskop. Pokušaćemo i da saznamo da li se to smatra tako važnim detaljom. I tek nakon toga ćemo vam reći kako provjeriti njegovo prisustvo.
Punopravni žiroskop je po obliku sličan vrtljivom vrhu ili vrhu. Ima postolje, disk rotora, ukosnicu i nekoliko obruča. Njegov dizajn je napravljen tako da je disk uvijek u jednom položaju, čemu treba zahvaliti gravitaciji.
Nemoguće je ugraditi klasični žiroskop u pametni telefon, jer je prevelik. Stoga se umjesto toga koristi poseban senzor baziran na mikroelektromehaničkom sistemu. Njegova širina varira od 5 do 10 mm, a visina ne prelazi 5 mm. Međutim, čak se i takve dimenzije nekim proizvođačima pametnih telefona čine prevelikim, pa često odbijaju ugraditi žiroskop.
Gdje se koristi žiroskop?
Ovaj senzor je poboljšana verzija akcelerometra. Uz njegovu pomoć, operativni sistem ne samo da na vrijeme uči o kretanju i rotaciji uređaja, već može i precizno pratiti sve te radnje. Ako je akcelerometar vrsta građevinskog nivoa, tada žiroskop značajno povećava tačnost očitavanja ovog senzora.
Ako u budućnosti želite kupiti VR kacigu za Android, tada vaš uređaj mora imati žiroskop. Ovaj senzor će pratiti rotaciju vaše glave, usmjeravajući vaš virtuelni pogled tačno u smjeru u kojem su usmjerene vaše stvarne oči. Također, žiroskop na Androidu pomaže u gledanju zvjezdanog neba. Ako koristite odgovarajuću aplikaciju, ona će razumjeti u kojem smjeru svijeta je kamera usmjerena, prikazujući nazive trenutno vidljivih sazviježđa.
Ovaj senzor se također koristi u igricama proširene stvarnosti. Najupečatljiviji primjer ovoga je Pokemon Go. Ako vaš pametni telefon nema žiroskop, onda će džepna čudovišta skakati po virtuelnoj travi. Ako je senzor prisutan, životinje će se kretati po stvarnom svijetu, čija vidljiva površina pada u vidno polje ugrađene kamere.
Kako saznati da li vaš pametni telefon ili tablet ima žiroskop
Postoji nekoliko načina da saznate ima li vaš uređaj žiroskop. Najčešća stvar je otići na službenu web stranicu proizvođača kako biste se upoznali s tehničkim karakteristikama gadgeta. Konkretno, žiroskop treba tražiti na listi senzora. Ali ne tražimo lake načine, zar ne? Stoga će preći na druge metode.
Ako imate YouTube klijent instaliran na pametnom telefonu ili tabletu, otvorite ga i unesite upit " 360 video" Počnite prikazivati bilo koji od vraćenih rezultata. Ako možete pomjeriti prikaz virtualne kamere pomoću rotacije vašeg pametnog telefona, onda je žiroskop prisutan i uspješno funkcionira. Ako možete okrenuti pogled samo prstom, onda u uređaju nema senzora.
Drugi način je korištenje aplikacije AnTuTu Benchmark. Morate ga preuzeti, instalirati i pokrenuti. U " Info» otkrit ćete sve tehničke specifikacije vašeg uređaja. Također ćete vidjeti naziv ugrađenog žiroskopa. Ili ćete otkriti da on " Nije podržan“(odnosno, jednostavno ne postoji).
Umjesto AnTuTu-a, možete instalirati specijalizovaniji uslužni program. Ovo je otprilike Sensor Sense. Prikazuje očitanja sa svih senzora ugrađenih u pametni telefon. Ako žiroskop nije na listi, onda nije ugrađen u gadget. To se može reći i ako se podaci sa ovog senzora ne mijenjaju kada se uređaj rotira u vašim rukama.
Kako omogućiti žiroskop na Androidu?
Ovaj element pametnog telefona radi na kontinuiranoj osnovi. Ne može se omogućiti ili onemogućiti. Ako u ovom trenutku razmišljate o funkciji rotacije ekrana, tada je za to odgovoran akcelerometar. A ova funkcija se zapravo može onemogućiti. Da biste to učinili, učinite sljedeće:
1. Idite na odjeljak za postavke sistema.
2. Idite na pododjeljak " Ekran».
3. Ovdje možete lako pronaći stavku odgovornu za radnje uređaja kada se rotira. Promijenite njegovu vrijednost na željenu.
Na kućištu nekih starih gadžeta (uglavnom tablet računara) možete pronaći poseban prekidač. Blokira rotaciju ekrana, bez obzira na postavke.
Da li je moguće prilagoditi žiroskop?
Kao što je gore spomenuto, žiroskop je potpuno nezavisan senzor, čiji rad se ni na koji način ne može ometati. Ako se akcelerometar može kalibrirati, onda se slične radnje ne mogu izvoditi s žiroskopom. Ako je potpuno odsutan, morat ćete kupiti novi telefon za proširenu ili virtualnu stvarnost.
Šta je MEMS? Ova skraćenica krije naziv "mikroelektromehanički sistemi". To su minijaturni uređaji koji sadrže mikroelektronske i mikromehaničke komponente. Sam naziv MEMS, iskreno govoreći, korisnicima nije nimalo poznat. Međutim, svakodnevno koristimo mnogo uređaja baziranih na ovim rješenjima. Najjednostavniji primjer mikroelektromehaničkog sistema je akcelerometar, koji se koristi u svim modernim pametnim telefonima, igraćim konzolama i tvrdim diskovima. Međutim, postoje mnogi drugi sistemi, čija upotreba nikako nije ograničena na potrošačku elektroniku. Rješenja zasnovana na MEMS-u koriste se u automobilskoj industriji, vojnoj industriji i medicini.
Istorija i arhitektura
Prvo, malo istorije. Uglavnom, 1954. se može smatrati početkom razvoja MEMS-a. Tada je otkriven piezorezistivni efekat silicija i germanija, koji je bio osnova prvih senzora pritiska i ubrzanja. 20 godina kasnije - 1974. - kompanija National Semiconductor je prvi put pokrenula masovnu proizvodnju senzora pritiska. A tokom 1990-ih, tržište mikroelektromehaničkih sistema značajno je poraslo zbog uvođenja raznih minijaturnih senzora u automobilsku elektroniku.
MEMS sistemima je dat prefiks “mikro” zbog svoje veličine. Komponente takvih uređaja imaju veličine od 1 do 100 mikrona, a veličine gotovih sistema variraju od 20 mikrona do 1 mm.
MEMS senzor
Što se tiče arhitekture, MEMS uređaj se sastoji od nekoliko međusobno povezanih mehaničkih komponenti i mikroprocesora koji obrađuje podatke primljene od ovih komponenti. Ne postoji standard za mehaničke elemente: njihov tip može uvelike varirati ovisno o namjeni određenog uređaja.
I tradicionalni silicijum i drugi materijali, kao što su polimeri, metali i keramika, mogu se koristiti kao materijali za proizvodnju MEMS-a. Mehanički sistemi su najčešće napravljeni od silikona. Njegove glavne prednosti leže u njegovim fizičkim svojstvima. Stoga je silicij vrlo pouzdan - može raditi preko triliona radnih ciklusa bez kvara. Što se tiče polimera, dobra stvar ovog materijala je što se može proizvoditi u velikim količinama i, što je najvažnije, sa mnogo različitih karakteristika za specifične zadatke. Pa, metali (zlato, bakar, aluminij), zauzvrat, pružaju visoke pokazatelje pouzdanosti, iako su inferiorni u kvaliteti svojih fizičkih svojstava od silicija.
Vrijedi posebno spomenuti materijale kao što su silicijum, aluminij i titan nitridi. Zbog svojih svojstava se široko koriste u mikroelektromehaničkim sistemima sa piezoelektričnom arhitekturom.
Kada su u pitanju tehnologije proizvodnje MEMS-a, koristi se nekoliko glavnih pristupa. To su volumetrijska mikromašinska obrada, površinska mikromašinska obrada, LIGA tehnologija (Litographie, Galvanoformung i Abformung - litografija, galvanizacija, oblikovanje) i duboko reaktivno ionsko jetkanje. Masovna obrada se smatra najisplativijom metodom za proizvodnju MEMS. Njegova suština leži u činjenici da se sa silikonske pločice kemijskim jetkanjem uklanjaju nepotrebni dijelovi materijala, zbog čega na pločici ostaju samo potrebni mehanizmi.
Rezultat dobijen volumetrijskom obradom
Duboko reaktivno ionsko jetkanje gotovo u potpunosti replicira proces mikromašinske obrade, osim što se plazma jetkanje koristi umjesto kemijskog jetkanja za stvaranje mehanizama. Sušta suprotnost od ova dva procesa je proces površinske mikromašinske obrade, u kojem se potrebni mehanizmi "uzgajaju" na silikonskoj pločici uzastopnim taloženjem tankih filmova. Konačno, LIGA tehnologija koristi tehnike rendgenske litografije kako bi stvorila mehanizme koji su znatno viši nego što su široki.
Općenito, svi MEMS se mogu podijeliti u dvije široke kategorije: senzori i aktuatori. Razlikuju se po principu rada. Ako je zadatak senzora da fizičke utjecaje pretvori u električne signale, tada aktuator radi upravo suprotan posao, pretvarajući signal u neku vrstu akcije. Isti akcelerometar je senzor, a primjer uređaja koji koristi aktuatore je DLP projektor (Digital Light Processing).
BenQ DLP projektor koristi aktuatore
Pa, sada ćemo govoriti o svakom uređaju posebno.
Akcelerometri
Najčešći MEMS uređaj je akcelerometar. Kao što je već spomenuto, opseg njegove upotrebe je izuzetno širok. Pokriva mobilne telefone, laptopove, igraće konzole, kao i ozbiljnije uređaje poput automobila. Sama svrha akcelerometra je mjerenje prividnog ubrzanja. U slučaju mobilnih telefona, koristi se u mnoge svrhe. Na primjer, za promjenu orijentacije ekrana. Ili obavljanje bilo koje funkcije prilikom "tresanja" uređaja. Osim toga, ne treba zaboraviti na igre - one su, možda, glavno područje primjene akcelerometara. Danas je teško zamisliti „naprednu“ igračku kojom se ne bi upravljalo naginjanjem telefona. Ukratko, akcelerometar je postao sastavni dio pametnih telefona. Inače, prvi put je ugrađen u mobilni telefon Nokia 5500. Zahvaljujući akcelerometru, telefon je mogao da se koristi kao pedometar. Jutarnji džogeri su bili oduševljeni! Ali, naravno, tek nakon izlaska Apple iPhone-a akcelerometri su dostigli vrhunac popularnosti. I općenito, interes za MEMS je počeo rasti zajedno s razvojem iOS i Android platformi.
Nokia 5500 je prvi telefon sa akcelerometrom
Akcelerometri se također nalaze u raznim kontrolerima igraće konzole, bilo da se radi o običnom gamepadu ili malo drugačijem uređaju, kao što je PlayStation Move kontroler pokreta. Inače, akcelerometar se koristi i u nedavno najavljenom Sony Project Morpheus kacigi za virtuelnu stvarnost.
Od posebnog značaja je akcelerometar koji se koristi u laptopima, tačnije, u njihovim čvrstim diskovima. Svi znaju da su tvrdi diskovi prilično krhki uređaji, a u slučaju prijenosnih računala vjerovatnoća da će biti oštećeni značajno se povećava. Dakle, kada laptop padne, akcelerometar detektuje oštru promjenu ubrzanja i izdaje komandu za parkiranje glave tvrdog diska, sprječavajući i oštećenje uređaja i gubitak podataka.
Akcelerometar InvenSense MPU-6500
Po sličnom principu, akcelerometar utječe na rad automobilskog DVR-a. Prilikom naglog ubrzanja, kočenja i promene traka vozila, video snimak se obeležava posebnim markerom, koji ga štiti od brisanja i ponovnog snimanja, što u velikoj meri olakšava dalju analizu saobraćajnih nezgoda.
Sve u svemu, najveće i najperspektivnije tržište za akcelerometre i druge MEMS je automobilska industrija. Činjenica je da, za razliku od tržišta mobilnih uređaja i uređaja za igre, gdje se akcelerometri koriste u zabavne svrhe, u automobilima se doslovno svi sigurnosni sistemi temelje na radu akcelerometra. Uz njihovu pomoć, sistem za aktiviranje vazdušnih jastuka, antiblok kočnice, sistem stabilizacije, adaptivni tempomat, adaptivno ovjes, sistem kontrole proklizavanja rade - i ovo nije potpuna lista! S obzirom da se proizvođači automobila fokusiraju na sigurnost, upotreba akcelerometara i drugih MEMS uređaja samo će se povećavati.
Crash test Opel Vectre. Tokom 90-ih, vazdušni jastuci su često bili samo opcija
No, unatoč činjenici da je opseg upotrebe akcelerometra prilično jasno definiran, programeri nastavljaju razmišljati o tome u koje druge svrhe se ovaj uređaj može koristiti. Na primjer, naučnici sa Nacionalnog instituta za geofiziku i vulkanologiju Italije, Antonio D'Alessandro i Giuseppe D'Anna, predložili su korištenje akcelerometra mobilnog telefona kao senzora potresa. Vrlo zanimljivo! Studije su provedene iPhone akcelerometrom, a rezultati su upoređeni s očitanjima potpunog senzora potresa iz Kinemetricsa. Kako se ispostavilo, mobilni gadžet je u stanju da detektuje jake potrese jačine veće od 5 poena po Rihterovoj skali, ali samo ako se nalazi u blizini epicentra potresa. Rezultati nisu toliko impresivni, ali naučnici su uvjereni da će osjetljivost akcelerometara samo rasti, a u budućnosti će moći detektirati manje jake potrese. Jedino pitanje koje ostaje je: zašto bi akcelerometar na telefonu mjerio jačinu podrhtavanja kada postoje senzori za potres? Stvar je u tome što su naučnici kao cilj postavili stvaranje u budućnosti čitave mreže pametnih telefona u seizmički aktivnim područjima. U teoriji, tokom zemljotresa, podaci sa pametnih telefona će se slati u analitički centar, što će omogućiti utvrđivanje područja koja su najviše pogođena katastrofom i pravilno koordiniranje spasilačkih operacija. Ideja je više nego zanimljiva i, što je najvažnije, zaista tražena u nekim dijelovima svijeta, ali je sada teško zamisliti kako će se to implementirati u praksi.
Sada razgovarajmo o dizajnu samog akcelerometra. Postoji nekoliko vrsta uređaja ovisno o njihovoj arhitekturi. Rad akcelerometra može se zasnivati na principu kondenzatora. Pokretni dio takvog sistema je obična težina, koja se pomiče ovisno o nagibu uređaja. Kako se pomiče, kapacitivnost kondenzatora se mijenja, odnosno mijenja se napon. Na osnovu ovih podataka moguće je dobiti pomak utega, a ujedno i željeno ubrzanje.
Akcelerometar na principu kondenzatora. Na slici su ploče kondenzatora, fiksni dio (otporna masa), opruga (opruga)
Najčešći tip akcelerometara su piezoelektrični sistemi. Baš kao u kondenzatorskim akcelerometrima, oni se temelje na težini koja vrši pritisak na piezoelektrični kristal. Pod pritiskom stvara električnu struju, što omogućava izračunavanje željenog ubrzanja, znajući parametre cijelog sistema.
Postoji još jedan tip akcelerometra, koji se bitno razlikuje od kondenzatorskog i piezoelektričnog. Takvi akcelerometri se nazivaju termalni. Njihova arhitektura uključuje upotrebu mjehurića zraka. Kada se ubrza, mjehur odstupa od svog početnog položaja, a to bilježe senzori. Znajući koliko se mjehur pomicao tokom kretanja, možete izračunati veličinu ubrzanja.
Žiroskopi
Još jedan zanimljiv senzor koji se često koristi u kombinaciji sa akcelerometrom je žiroskop. Njegova glavna svrha je mjerenje ugaonih brzina u odnosu na jednu ili više osa. Zapravo, kombinacija akcelerometra i žiroskopa omogućava vam praćenje i snimanje kretanja u trodimenzionalnom prostoru.
Prvi mobilni uređaj koji je imao žiroskop bio je Apple iPhone 4, nakon čega je prisustvo ovog MEMS-a postalo gotovo obavezan uslov za svaki pametni telefon. Korisnici su mogli da procene funkcionalnost žiroskopa u mnogim mobilnim igrama, gde se umesto jednog od dva virtuelna džojstika pojavilo dugme za pucanje. Pa, već ste morali da ciljate pozicioniranjem pametnog telefona u svemir, što je postalo moguće zahvaljujući prisustvu žiroskopa.
Žiroskop korišten u Apple iPhone 4
Pored mobilnih uređaja, žiroskopi su prisutni u kontrolerima za PlayStation, Xbox i Wii igraće konzole, gdje funkcionišu zajedno sa akcelerometrima. Ovi sistemi se takođe koriste u kamerama za optičku stabilizaciju kako bi se dobile slike visokog kvaliteta.
Arhitektura žiroskopa je na mnogo načina slična arhitekturi akcelerometara. Mnogi od ovih uređaja imaju kondenzatorsku strukturu. Ovaj dizajn, na primjer, koristi STMicroelectronics u svojim proizvodima. Njihov žiroskop je zasnovan na mehaničkom elementu koji radi na principu viljuške za podešavanje i koristi Coriolisov efekat za pretvaranje ugaone brzine u kretanje osetljive strukture. Hajde da malo objasnimo ovaj proces.
Dvije pokretne mase su u stalnom kretanju, u suprotnim smjerovima, koji su na slici označeni plavom bojom. Kada se kutna brzina promijeni, Coriolisova sila, označena žutom bojom, počinje djelovati. U ovom slučaju, smjer Coriolisove sile je okomit na smjer kretanja mase. Coriolisova sila uzrokuje pomicanje masa proporcionalno veličini ugaone brzine. Budući da sistem ima kondenzatorsku strukturu, svaki pomak uzrokuje promjenu električne kapacitivnosti. I tako se ugaona brzina pretvara u električni parametar. Također je vrijedno napomenuti da su zahvaljujući upotrebi posebnih viljuški za podešavanje, STMicroelectronics žiroskopi neosjetljivi na nasumične vibracije. Uz takav neželjeni učinak na pokretne mase, obje će se pomicati u istom smjeru, čime se ne mijenja kapacitivnost kondenzatora.
Ovako izgleda čip žiroskopa koji je napravio STMicroelectronics
Magnetometri i barometri
Još jedan zanimljiv mikroelektromehanički sistem je magnetometar. On, poput običnog magnetnog kompasa, prati orijentaciju uređaja u svemiru u odnosu na Zemljine magnetne polove. Dobivene informacije se uglavnom koriste u aplikacijama za mapiranje i navigaciju.
Pored magnetometra, često se koristi i MEMS barometar. Barometar se prvi put pojavio u Samsung Galaxy Nexus-u, objavljenom 2011. godine. Opet, njegova funkcionalnost se ne razlikuje od tradicionalne - mjeri atmosferski pritisak na trenutnoj lokaciji uređaja. Istovremeno, barometar smanjuje vrijeme potrebno za povezivanje s GPS sistemom. Sama suština rada senzora je da se uporedi spoljašnji atmosferski pritisak u odnosu na vakuumsku komoru unutar samog senzora. To vam omogućava da odredite lokaciju korisnika s točnošću od 50 cm u visinu i značajno proširuje korisnikove navigacijske mogućnosti, jer vam također omogućava određivanje vertikalne lokacije. Na primjer, mobilni telefon s barometrom pomoći će vam da odredite vašu rutu na bilo kojem katu trgovačkog centra, s čime se GPS sistem ne može nositi, ukazujući samo na lokaciju u avionu.
