Cum se face un giroscop dintr-un accelerometru. Ce este un giroscop într-o tabletă?

Un giroscop este unul dintre mulți senzori moderni, fără de care este dificil să ne imaginăm funcționarea unui smartphone.

Domeniul de aplicare al acestui senzor într-un telefon este destul de extins. Un giroscop cu drepturi depline seamănă vizual cu o blat care se învârte în interiorul mai multor cercuri. Datorită dimensiunilor sale, un astfel de design nu poate fi instalat într-un gadget, așa că a fost înlocuit cu un senzor bazat pe un sistem microelectromecanic.

Ce este un giroscop?

Giroscopul dintr-un telefon modern este un senzor care vă permite să schimbați automat orientarea ecranului în funcție de poziția smartphone-ului.

Pentru prima dată, pe iPhone 4 a fost instalat un giroscop, datorită căruia dispozitivul a dobândit o nouă funcționalitate utilă. Cu ajutorul senzorului, utilizatorii au putut, de exemplu, să întoarcă paginile și să schimbe melodiile în player agitând smartphone-ul.

Pentru a activa senzorul pe dispozitivele cu sistemul de operare Android 4.0 KitKat și o versiune ulterioară, pur și simplu lansați fereastra de notificare și activați opțiunea de rotire automată a ecranului.

Accelerometru și giroscop

De regulă, telefoanele moderne sunt echipate cu acești senzori în perechi. Principiul funcționării lor, deși similar, nu este duplicat. măsoară accelerația unui obiect în mișcare, în timp ce giroscopul măsoară unghiul de deviere al dispozitivului față de diferite planuri.

Funcțiile giroscopului pe smartphone-uri

Giroscopul a dus jocul la un nou nivel. Prin rotirea dispozitivului în spațiu, utilizatorul poate conduce o mașină, poate lupta cu un joc, poate căuta personaje și multe altele.

Dacă vorbim despre aplicații standard, cele mai semnificative avantaje ale giroscopului sunt, de exemplu, în aplicația calculatorului. În orientare portret, utilizatorul are acces la acțiuni standard: adunare, scădere, înmulțire și împărțire. Prin rotirea telefonului cu 90 de grade, puteți obține o gamă largă de funcții trigonometrice pentru toate ocaziile.

Desigur, cu funcționarea automată a senzorului este mult mai convenabil să vizionezi videoclipuri pe YouTube și să răsfoiești fotografii. De asemenea, puteți utiliza senzorul pentru a face un nivel de clădire din telefonul dvs. - pentru aceasta trebuie să descărcați o aplicație specială.

De fapt, giroscopul nu are dezavantaje. Desigur, uneori există disconfort la vizualizarea imaginilor sau la citirea când, la schimbarea posturii unei persoane și a unui dispozitiv, sunt posibile modificări nedorite ale orientării ecranului. Soluția este simplă - dezactivați rotirea automată în setări.

Telefoanele mobile devin din ce în ce mai complexe în fiecare an. Pentru a număra numărul tuturor senzorilor încorporați în smartphone-urile moderne, este posibil ca degetele ambelor mâini să nu fie suficiente. Giroscop într-un telefon - ce fel de senzor este, cum funcționează, care este aplicația sa, este posibil să opriți acest dispozitiv? Aceste întrebări vor fi discutate pentru cei care doresc să aibă o bună înțelegere a smartphone-ului lor.

Ce este un giroscop

Yula, alias topul, este o jucărie faimoasă. În timpul rotației rapide, acesta rămâne stabil într-un punct de sprijin. Acest dispozitiv simplu este cel mai simplu exemplu de giroscop - un dispozitiv care răspunde la modificările unghiurilor de orientare ale corpului pe care este instalat în trei planuri. Termenul a fost folosit pentru prima dată de fizicianul și matematicianul francez Jean Foucault.

Giroscoapele sunt clasificate după numărul de grade de libertate și după principiul de funcționare (mecanic și optic). Senzorii giroscopici de vibrații, un subtip al celor mecanici, sunt utilizați pe scară largă în dispozitivele mobile. Utilizarea navigației GPS a umbrit funcția originală a giroscoapelor - pentru a ajuta la orientare, dar această tehnologie este încă indispensabilă în modelele moderne de telefoane.

Diferența față de accelerometru

Gadgeturile mobile moderne au adesea instalate ambele dispozitive. Diferența cheie dintre un giroscop și un accelerometru și alți senzori constă în însuși principiul de funcționare al acestor dispozitive. Primul își determină propriul unghi de înclinare față de sol, iar al doilea este capabil să măsoare accelerația liniară. Avantajul unui accelerometru este că cunoașterea accelerației vă permite să calculați cu exactitate distanța la care a fost mișcat dispozitivul.

În practică, ambele dispozitive se pot înlocui și se pot completa reciproc. De fapt, ambii își înregistrează doar poziția față de suprafața pământului. La fel ca un giroscop, un accelerometru poate transmite informații despre accelerație către smartphone-ul pe care este instalat.Ambele senzori sunt adesea folosiți; interacționează bine. Tabelul prezintă caracteristicile cheie ale dispozitivelor.

Principiul de funcționare

Cu cuvinte simple, un giroscop este un vârf care se rotește rapid în jurul unei axe verticale, montat pe un cadru care se poate roti în jurul unei axe orizontale și montat pe un alt cadru care se rotește în jurul unei a treia axe. Indiferent de cum întoarcem vârful, acesta are întotdeauna posibilitatea de a fi în continuare într-o poziție verticală. Senzorii înregistrează semnalul modului în care partea superioară este orientată în raport cu cadrele, iar procesorul primește informații și citește cu mare acuratețe modul în care cadrele în acest caz ar trebui să fie poziționate în raport cu gravitația.

Ce este un giroscop într-un smartphone?

Dispozitivele mobile moderne sunt în mare parte echipate cu giroscoape. Se mai numesc si senzori giroscopi. Acest element al smartphone-ului funcționează în mod continuu, autonom și nu necesită calibrare. Acest dispozitiv nu trebuie să fie pornit, dar unele telefoane au o funcție de oprire pentru a economisi energie. Este realizat sub forma unui circuit microelectromecanic situat sub corpul smartphone-ului.

Pentru ce este nevoie

Introducerea tehnologiei senzorului giroscopic în dispozitivele mobile a extins semnificativ funcționalitatea acestora și a adăugat o nouă modalitate de a controla dispozitivele. De exemplu, simpla scuturare a telefonului va răspunde la un apel primit. Schimbarea orientării ecranului prin înclinarea smartphone-ului este implementată și datorită senzorilor giroscopi; Acest dispozitiv asigură stabilizarea camerei. În aplicația Calculator, simpla rotire a ecranului cu 90 de grade deschide funcții suplimentare ale programului.

Senzorul giroscop a simplificat foarte mult utilizarea hărților încorporate în smartphone-uri. Dacă o persoană își întoarce dispozitivul „cu fața” spre, de exemplu, o anumită stradă, atunci aceasta va fi afișată pe hartă cu o precizie ridicată. Un smartphone bun cu giroscop oferă câteva funcții interesante pentru jocurile pe mobil. Conducerea unei mașini virtuale devine incredibil de realistă atunci când folosiți virajele smartphone-ului pentru a conduce mașina. În tehnologiile de realitate virtuală, întoarcerile capului sunt urmărite cu ajutorul senzorilor giroscopi.

Cum funcționează un senzor giroscopic?

Într-un senzor giroscopic există două mase care se mișcă în direcții opuse. Când apare viteza unghiulară, masa este acționată de o forță Coriolis direcționată perpendicular pe mișcarea lor. Există o deplasare a maselor cu o cantitate proporțională cu viteza aplicată. Distanța dintre electrozii în mișcare și staționari se modifică, ceea ce duce la o modificare a capacității condensatorului și a tensiunii de pe plăcile sale, iar acesta este un semnal electric. Astfel de semnale electronice sunt recunoscute de senzorul giroscop.

Cum să afli dacă smartphone-ul tău are un giroscop

O modalitate ușoară este să vă familiarizați cu caracteristicile dispozitivului pe site-ul oficial al producătorului. Dacă există un senzor giroscop, acest lucru va fi cu siguranță indicat. Unii producători tac dacă telefonul are un giroscop, nedorind să piardă spațiu pe el. Ele pot fi înțelese - toată lumea încearcă acum să facă telefonul mai ușor și mai subțire. În astfel de cazuri, aplicațiile terțe vă vor ajuta.

YouTube are o întreagă secțiune de videoclipuri care pot fi rotite la 360 de grade. Dacă puteți controla un astfel de videoclip rotind smartphone-ul, atunci giroscopul funcționează. De asemenea, puteți instala aplicația AnTuTu Benchmark, care efectuează o diagnosticare completă a dispozitivului dvs. Acolo veți găsi o linie despre prezența sau absența unui giroscop.

Ce telefoane au giroscop?

Primul smartphone care a avut un senzor giroscop a fost iPhone 4. Cumpărătorii au reacționat pozitiv la această inovație și de atunci telefoanele cu giroscop au început să umple piața. Toate versiunile ulterioare de smartphone-uri Apple au fost echipate cu senzori giroscop. În acest sens, este puțin mai dificil pentru proprietarii de dispozitive Android, din fericire, puteți întreba un consultant despre prezența unui senzor înainte de cumpărare sau puteți verifica singur. Giroscopul de pe telefonul tău este un bonus important.

Video

În acest articol vom vorbi despre o pereche de dispozitive în miniatură care sunt încorporate în multe dispozitive electronice moderne: playere, tablete, comunicatoare, camere foto și video. Și anume despre giroscop și accelerometru. Apropo, merită spus că un sinonim pentru cuvântul „giroscop” este cuvântul „senzor giroscop”, iar un sinonim pentru „accelerometru” este senzorul G. Giroscopul și accelerometrul în sine sunt lucruri diferite (unii le confundă), dar se completează perfect, lucrând în perechi.

Accelerometru (senzor G) este un dispozitiv în miniatură care, științific vorbind, măsoară proiecția accelerației aparente. Pentru a spune simplu, determină unghiul de înclinare al dispozitivului față de suprafața Pământului. Software-ul care primește informații despre unghiul de înclinare de la accelerometru rotește imaginea de pe ecran. De exemplu, pe un dispozitiv cu senzor G, pentru a comuta la orientarea ecranului peisaj (peisaj), trebuie doar să rotiți dispozitivul la 90 de grade. Imaginea de pe ecran se va roti „de la sine”, deoarece accelerometrul va funcționa.

Giroscop (senzor giroscop) este un dispozitiv care servește la determinarea orientării unui dispozitiv în spațiu și la urmărirea mișcării acestuia. Software-ul utilizat împreună cu giroscopul este capabil să răspundă rapid la mișcarea dispozitivului în spațiu și să ia decizii adecvate. De exemplu, la laptopuri, un giroscop vă permite să activați rapid modul de blocare a hard diskului în cazul unei căderi sau pur și simplu a unei mișcări bruște a dispozitivului. Acest lucru este foarte util, așa că este indicat ca laptopul/netbook-ul pe care îl cumpărați să aibă un senzor giroscop. Cu toate acestea, multe laptop-uri folosesc și un accelerometru în scopuri similare.

În comunicatoarele moderne, telefoanele și tabletele, accelerometrul și giroscopul sunt, de asemenea, folosite ca comenzi importante pentru joc. Drept urmare, jucătorul are posibilitatea de a controla, de exemplu, o mașină virtuală în unele curse prin simple întoarceri, tremurări și alte mișcări ale dispozitivului. Și, desigur, gama de jocuri nu se limitează la curse. Există un număr mare de jocuri diferite care folosesc giroscopul și accelerometrul ca instrument de control. Toate acestea fac jocul mai distractiv și mai interactiv.

Pe unele dispozitive, software-ul poate folosi accelerometrul și giroscopul într-o varietate de moduri. De exemplu, pe comunicatoarele iPhone cu orientare portret (standard), calculatorul este cel mai comun - sunt afișate doar butoanele cu numere și operații aritmetice simple. Dar când rotiți dispozitivul la 90 de grade, calculatorul trece automat în modul profesional - apar butoane cu funcții trigonometrice, logaritmice și alte funcții.

În plus, în iPhone, iPod și iPad, accelerometrul este folosit de playerul muzical: în orientarea ecranului portret (vertical), afișajul afișează o listă de melodii/autori/albume, iar când dispozitivul este rotit cu 90 de grade, comută la un fel de mod numit CoverFlow. Pe ecran apar imagini cu coperți de albume, pe care le puteți derula cu o simplă glisare a degetului. Este important să înțelegeți că accelerometrul îndeplinește aici o singură funcție: asigurarea tranziției automate de la modul standard la modul CoverFlow.

O altă aplicație a senzorilor descriși poate fi văzută în modul de navigare. De exemplu, te uiți la o hartă a zonei pe dispozitivul tău (cu un modul GPS, desigur). Această hartă - folosind un giroscop - este afișată în conformitate cu locația dvs.; cu alte cuvinte, ecranul afișează o diagramă a zonei care se află direct în fața ta. Vă întoarceți, iar harta de pe ecran se întoarce și ea. De fapt, harta corespunde întotdeauna cu direcția privirii/corpului tău. Este foarte practic.

În cele din urmă, este de remarcat funcția pedometru pe care o au unele dispozitive cu accelerometru (de exemplu, playere iPod Nano din generațiile a 5-a și a 6-a, comunicatoare iPhone). Un pedometru vă permite să măsurați distanța parcursă pe zi (sau, de exemplu, distanța pe care ați parcurs-o într-o perioadă de timp). Adevărat, precizia măsurării depinde de mulți factori și uneori este foarte scăzută.

După cum puteți vedea, accelerometrul și giroscopul sunt lucruri destul de utile, deși, desigur, nu este nevoie vitală de ele. De asemenea, aș dori să remarc faptul că senzorul giroscopic și accelerometrul nu au proprietăți telepatice și reacţionează la orice rotire și mișcare a dispozitivului, inclusiv la cele aleatorii. Acest lucru este în mod natural enervant și mulți dintre acești senzori sunt pur și simplu opriți. Eu personal il folosesc.

Merită să spuneți câteva cuvinte despre acceleratoare (senzori G) în cititoarele de cerneală electronică. Datorită specificului ecranului e-ink (este lent), senzorul G din cititor este o plăcere foarte dubioasă. Dacă funcționează eronat, va trebui să așteptați până când imaginea/textul de pe ecran se rotește în modul de care nu aveți nevoie și apoi până când apare rotația inversă.

Și fals pozitive nu sunt de fapt atât de rare. De exemplu, te întinzi cu cititorul pe un pat sau pe o canapea, iar senzorul G dă un semnal - trebuie să rotiți textul de pe ecran. Și nu ai nevoie de asta deloc. Am așteptat și am întors textul înapoi. Apoi au decis să se întoarcă de partea lor. Senzorul G a funcționat din nou și din nou în zadar. După cum puteți vedea, este incomod. Acesta este motivul pentru care mulți utilizatori de cititoare e-Ink dezactivează accelerometrul. Și de aceea nu recomand să faceți prezența unui accelerometru (precum și a unui senzor giroscop) unul dintre criteriile de alegere a unui cititor. Este mai bine ca cititorul să aibă capacitatea de a roti textul/imaginile de pe ecran folosind un singur buton. Acest lucru este cu adevărat convenabil.

De când mi-am amintit despre cititori, merită să spun câteva cuvinte despre e-readers PocketBook, pe care puteți instala un program suplimentar numit FBReader 180 (este distribuit gratuit). Acest program are o funcție foarte interesantă: derularea prin înclinarea dispozitivului. De fapt, puteți întoarce paginile cărților fără să apăsați butoane, doar înclinați dispozitivul la un anumit unghi spre dreapta/stânga. Mărimea acestui unghi este setată în setări. Rețineți că această funcție funcționează numai pe dispozitivele PocketBook cu un senzor G încorporat: modelele 360, 360+, 602, 603, 612, 902, 903, 912.

În sfârșit, voi da acest sfat: Dacă intenționați să utilizați accelerometrul sau senzorul giroscop al dispozitivului, asigurați-vă că verificați dacă funcționează corect atunci când cumpărați, pentru a evita dezamăgirile ulterioare. Și, de asemenea, sfătuiesc cu fermitate să nu cumpărați dispozitive cu accelerometru încorporat fără posibilitatea de a-l dezactiva. Astfel de dispozitive, din păcate, sunt produse (de obicei de mici companii chineze), iar uneori își irită foarte mult proprietarii cu alarme false de la acest senzor.

Și amintiți-vă că a avea atât un giroscop, cât și un accelerometru este mult mai bine decât să aveți doar un accelerometru (senzor G). Un giroscop asociat cu un senzor G este capabil să determine mai precis poziția dispozitivului în spațiu și vor exista mai multe posibilități de control interactiv - de exemplu, în jocuri.

De ceva timp a devenit clar că giroscopul este un senzor foarte important. Și este foarte trist că producătorii de smartphone-uri păstrează cu modestie tăcerea despre absența acestuia la prezentările lor. Din fericire, puteți afla despre prezența sau absența unui giroscop atât înainte, cât și după achiziționarea dispozitivului. Cum se face acest lucru este descris în articolul de astăzi.

Dar mai întâi, să înțelegem ce este exact un giroscop. De asemenea, vom încerca să aflăm dacă este considerat un detaliu atât de important. Și numai după aceea vă vom spune cum să verificați prezența acestuia.

Un giroscop cu drepturi depline este similară ca formă cu o blat sau o blat. Are suport, disc rotor, ac de păr și mai multe cercuri. Designul său este realizat în așa fel încât discul să fie întotdeauna într-o singură poziție, pentru care ar trebui să mulțumim gravitației.

Este imposibil să instalați un giroscop clasic într-un smartphone, deoarece este prea mare. Prin urmare, se folosește în schimb un senzor special bazat pe un sistem microelectromecanic. Lățimea sa variază de la 5 la 10 mm, iar înălțimea sa nu depășește 5 mm. Cu toate acestea, chiar și astfel de dimensiuni li se par prea mari unor producători de smartphone-uri și, prin urmare, refuză adesea să instaleze un giroscop.

Unde se folosește un giroscop?

Acest senzor este o versiune îmbunătățită a accelerometrului. Cu ajutorul său, sistemul de operare nu numai că învață la timp despre mișcarea și rotația dispozitivului, dar poate și urmări cu exactitate toate aceste acțiuni. Dacă accelerometrul este un fel de nivel de clădire, atunci giroscopul crește semnificativ acuratețea citirilor acestui senzor.

Dacă doriți să achiziționați o cască VR pentru Android în viitor, atunci dispozitivul dvs. trebuie să aibă un giroscop. Acest senzor va urmări rotația capului tău, îndreptându-ți privirea virtuală exact în direcția în care sunt îndreptați ochii tăi reali. De asemenea, giroscopul de pe Android ajută la vizualizarea cerului înstelat. Dacă utilizați aplicația corespunzătoare, aceasta va înțelege în ce direcție a lumii este îndreptată camera, arătând numele constelațiilor vizibile în prezent.

Acest senzor este folosit și în jocurile cu realitate augmentată. Cel mai izbitor exemplu în acest sens este Pokemon Go. Dacă smartphone-ul tău nu are un giroscop, atunci monștrii de buzunar vor sări pe iarba virtuală. Dacă senzorul este prezent, atunci animalele se vor mișca în lumea reală, a cărei zonă vizibilă intră în vederea camerei încorporate.

Cum să afli dacă smartphone-ul sau tableta ta are giroscop

Există mai multe modalități de a afla dacă dispozitivul dvs. are un giroscop. Cel mai obișnuit lucru este să accesați site-ul oficial al producătorului pentru a vă familiariza cu caracteristicile tehnice ale gadgetului. Mai exact, giroscopul trebuie căutat în lista de senzori. Dar nu căutăm căi ușoare, nu-i așa? Prin urmare, va trece la alte metode.

Dacă aveți un client YouTube instalat pe smartphone sau tabletă, deschideți-l și introduceți interogarea „ video 360" Începeți să afișați oricare dintre rezultatele returnate. Dacă puteți muta vederea camerei virtuale folosind rotirea smartphone-ului dvs., atunci giroscopul este prezent și funcționează cu succes. Dacă vă puteți întoarce privirea doar cu degetul, atunci nu există niciun senzor în dispozitiv.

O altă modalitate este să utilizați aplicația AnTuTu Benchmark. Trebuie să îl descărcați, să îl instalați și să îl executați. În " Info» veți descoperi toate specificațiile tehnice ale dispozitivului dvs. Veți vedea și numele giroscopului încorporat. Sau vei descoperi că el" Nu sunt acceptate„(adică pur și simplu nu există).

În loc de AnTuTu, puteți instala un utilitar mai specializat. Este vorba despre Senzor Senzor. Afișează citirile de la toți senzorii încorporați în smartphone. Dacă giroscopul nu este în listă, atunci nu este încorporat în gadget. Acest lucru poate fi spus și dacă datele de la acest senzor nu se schimbă atunci când dispozitivul este rotit în mâinile tale.

Cum se activează giroscopul pe Android?

Acest element al smartphone-ului funcționează în mod continuu. Nu poate fi activat sau dezactivat. Dacă în acest moment vă gândiți la funcția de rotație a ecranului, atunci accelerometrul este responsabil pentru aceasta. Și această funcție poate fi dezactivată. Pentru a face acest lucru, faceți următoarele:

1. Accesați secțiunea setări de sistem.

2. Accesați subsecțiunea „ Ecran».

3. Aici puteți găsi cu ușurință elementul responsabil pentru acțiunile dispozitivului atunci când este rotit. Schimbați-i valoarea la cea dorită.

Pe corpul unor gadgeturi vechi (în principal tablete) puteți găsi un comutator separat. Blochează rotația ecranului, indiferent de setări.

Este posibil să personalizați giroscopul?

După cum am menționat mai sus, giroscopul este un senzor complet independent, a cărui funcționare nu poate fi interferată în niciun fel. Dacă accelerometrul poate fi calibrat, atunci nu pot fi efectuate acțiuni similare cu giroscopul. Dacă este complet absent, atunci va trebui să cumpărați un telefon nou pentru realitate augmentată sau virtuală.

Ce este MEMS? Această abreviere ascunde denumirea de „sisteme microelectromecanice”. Sunt dispozitive miniaturale care conțin componente microelectronice și micromecanice. Însuși numele MEMS, sincer vorbind, nu este deloc familiar utilizatorilor. Cu toate acestea, în fiecare zi folosim multe dispozitive bazate pe aceste soluții. Cel mai simplu exemplu de sistem microelectromecanic este accelerometrul, care este utilizat în toate smartphone-urile moderne, consolele de jocuri și hard disk-urile. Cu toate acestea, există multe alte sisteme, a căror utilizare nu se limitează în niciun caz la electronicele de larg consum. Soluțiile bazate pe MEMS sunt utilizate în industria auto, industria militară și medicină.

Istorie și arhitectură

În primul rând, puțină istorie. În general, 1954 poate fi considerat începutul dezvoltării MEMS. Atunci a fost descoperit efectul piezoresistiv al siliciului și germaniului, care a stat la baza primilor senzori de presiune și accelerație. 20 de ani mai târziu - în 1974 - compania National Semiconductor a lansat pentru prima dată producția de masă de senzori de presiune. Și în anii 1990, piața sistemelor microelectromecanice a crescut semnificativ datorită introducerii diferiților senzori miniaturali în electronica auto.

Sistemele MEMS primesc prefixul „micro” datorită dimensiunii lor. Componentele unor astfel de dispozitive au dimensiuni de la 1 la 100 de microni, iar dimensiunile sistemelor finite variază de la 20 de microni la 1 mm.

Senzor MEMS

În ceea ce privește arhitectura, un dispozitiv MEMS este format din mai multe componente mecanice care interacționează și un microprocesor care prelucrează datele primite de la aceste componente. Nu există un standard pentru elementele mecanice: tipul lor poate varia foarte mult în funcție de scopul unui anumit dispozitiv.

Atât siliciul tradițional, cât și alte materiale, cum ar fi polimerii, metalele și ceramica, pot fi utilizate ca materiale pentru producția de MEMS. Cel mai adesea, sistemele mecanice sunt realizate din siliciu. Principalele sale avantaje constă în proprietățile sale fizice. Astfel, siliciul este foarte fiabil - poate funcționa peste trilioane de cicluri de funcționare fără a se defecta. În ceea ce privește polimerii, lucrul bun la acest material este că poate fi produs în cantități mari și, cel mai important, cu multe caracteristici diferite pentru sarcini specifice. Ei bine, metalele (aur, cupru, aluminiu), la rândul lor, oferă indicatori de înaltă fiabilitate, deși sunt inferioare în calitatea proprietăților lor fizice față de siliciu.

Merită menționate separat materiale precum nitrururile de siliciu, aluminiu și titan. Datorită proprietăților lor, sunt utilizate pe scară largă în sistemele microelectromecanice cu arhitectură piezoelectrică.

Când vine vorba de tehnologiile de fabricație MEMS, sunt utilizate mai multe abordări principale. Acestea sunt microprelucrarea volumetrică, microprelucrarea suprafeței, tehnologia LIGA (Litographie, Galvanoformung și Abformung - litografie, galvanizare, formare) și gravarea ionică reactivă profundă. Procesarea în vrac este considerată metoda cea mai rentabilă pentru producerea MEMS. Esența sa constă în faptul că zonele inutile de material sunt îndepărtate dintr-o plachetă de siliciu prin gravare chimică, drept urmare doar mecanismele necesare rămân pe napolitană.

Rezultat obtinut prin prelucrare volumetrica

Gravarea ionică reactivă profundă reproduce aproape complet procesul de microprelucrare în vrac, cu excepția faptului că gravarea cu plasmă este utilizată în loc de gravarea chimică pentru a crea mecanisme. Exact opusul acestor două procese este procesul de microprelucrare la suprafață, în care mecanismele necesare sunt „crescute” pe o placă de siliciu prin depunerea succesivă a peliculelor subțiri. În cele din urmă, tehnologia LIGA folosește tehnici de litografie cu raze X pentru a crea mecanisme care sunt semnificativ mai înalte decât largi.

În general, toate MEMS pot fi împărțite în două mari categorii: senzori și actuatori. Ele diferă prin principiul funcționării lor. Dacă sarcina senzorului este de a converti influențele fizice în semnale electrice, atunci actuatorul face exact o treabă, transpunând semnalul într-un fel de acțiune. Același accelerometru este un senzor, iar un exemplu de dispozitiv care utilizează actuatoare este un proiector DLP (Digital Light Processing).

Proiectorul BenQ DLP folosește actuatoare

Ei bine, acum vom vorbi despre fiecare dispozitiv separat.

Accelerometre

Cel mai comun dispozitiv MEMS este accelerometrul. După cum am menționat mai sus, domeniul de aplicare al acestuia este extrem de larg. Acesta acoperă telefoane mobile, laptopuri, console de jocuri, precum și dispozitive mai serioase, cum ar fi mașinile. Însuși scopul accelerometrului este de a măsura accelerația aparentă. În cazul telefoanelor mobile, acesta este folosit în mai multe scopuri. De exemplu, pentru a schimba orientarea ecranului. Sau efectuarea oricăror funcții atunci când „agitați” dispozitivul. În plus, nu ar trebui să uităm de jocuri - ele sunt, probabil, principala zonă de aplicare a accelerometrelor. În zilele noastre este greu de imaginat o jucărie „avansată” care să nu fie controlată prin înclinarea telefonului. Pe scurt, accelerometrul a devenit o parte integrantă a smartphone-urilor. Apropo, a fost instalat pentru prima dată pe telefonul mobil Nokia 5500. Datorită accelerometrului, telefonul a putut fi folosit ca pedometru. Joggerii de dimineata au fost incantati! Dar, desigur, abia după lansarea iPhone-ului Apple, accelerometrele au atins apogeul de popularitate. Și, în general, interesul pentru MEMS a început să crească odată cu dezvoltarea platformelor iOS și Android.

Nokia 5500 este primul telefon cu accelerometru

Accelerometrele se găsesc și în diverse controlere de consolă de jocuri, fie că este vorba despre un gamepad obișnuit sau un dispozitiv ușor diferit, cum ar fi controlerul de mișcare PlayStation Move. Apropo, accelerometrul este folosit și în casca de realitate virtuală Sony Project Morpheus anunțată recent.

De o importanță deosebită este accelerometrul folosit la laptopuri, sau mai exact, în hard disk-urile acestora. Toată lumea știe că hard disk-urile sunt dispozitive destul de fragile, iar în cazul laptopurilor, probabilitatea ca acestea să fie deteriorate crește semnificativ. Deci, atunci când un laptop cade, accelerometrul detectează o schimbare bruscă a accelerației și emite o comandă pentru a parca capul hard diskului, prevenind atât deteriorarea dispozitivului, cât și pierderea datelor.

Accelerometru InvenSense MPU-6500

După un principiu similar, accelerometrul afectează funcționarea unui DVR auto. În timpul accelerării bruște, frânării și schimbării benzilor de circulație a vehiculului, înregistrarea video este marcată cu un marker special, care o protejează de ștergere și reînregistrare, ceea ce facilitează foarte mult analiza ulterioară a accidentelor de circulație.

În general, cea mai mare și cea mai promițătoare piață pentru accelerometre și alte MEMS este industria auto. Cert este că, spre deosebire de piața dispozitivelor mobile și de jocuri, unde accelerometrele sunt folosite în scopuri de divertisment, în mașini literalmente toate sistemele de securitate se bazează pe funcționarea accelerometrului. Cu ajutorul lor, funcționează sistemul de declanșare a airbag-ului, frânele antiblocare, sistemul de stabilizare, controlul adaptiv al vitezei de croazieră, suspensia adaptivă, sistemul de control al tracțiunii - și aceasta nu este o listă completă! În condițiile în care producătorii de mașini se concentrează pe siguranță, utilizarea accelerometrelor și a altor dispozitive MEMS va continua să crească.

Test de impact al Opel Vectra. În anii 90, airbagurile erau adesea doar o opțiune

Dar, în ciuda faptului că domeniul de utilizare al accelerometrului este destul de clar definit, dezvoltatorii continuă să se gândească la ce alte scopuri poate fi folosit acest dispozitiv. De exemplu, oamenii de știință de la Institutul Național de Geofizică și Vulcanologie din Italia, Antonio D'Alessandro și Giuseppe D'Anna, au propus utilizarea accelerometrului unui telefon mobil ca senzor de cutremur. Foarte interesant! Studiile au fost efectuate cu un accelerometru iPhone, iar rezultatele au fost comparate cu citirile de la un senzor de cutremur cu drepturi depline de la Kinemetrics. După cum s-a dovedit, gadgetul mobil este capabil să detecteze cutremure puternice cu o magnitudine de peste 5 puncte pe scara Richter, dar numai dacă este situat în apropierea epicentrului cutremurelor. Rezultatele nu sunt atât de impresionante, dar oamenii de știință sunt încrezători că sensibilitatea accelerometrelor nu va face decât să crească, iar în viitor vor putea detecta cutremure mai puțin puternice. Singura întrebare care rămâne este: de ce ar măsura accelerometrul unui telefon puterea tremurului când există senzori de cutremur? Chestia este că oamenii de știință și-au stabilit ca scop crearea în viitor a unei întregi rețele de smartphone-uri în zone active din punct de vedere seismic. Teoretic, în timpul cutremurelor, datele de pe smartphone-uri vor fi trimise către un centru analitic, ceea ce va face posibilă determinarea zonelor cele mai afectate de dezastru și coordonarea corectă a operațiunilor de salvare. Ideea este mai mult decât interesantă și, cel mai important, foarte solicitată în unele părți ale lumii, dar acum este greu de imaginat cum va fi implementată în practică.

Acum să vorbim despre designul accelerometrului în sine. Există mai multe tipuri de dispozitive în funcție de arhitectura lor. Funcționarea accelerometrului se poate baza pe principiul condensatorului. Partea mobilă a unui astfel de sistem este o greutate obișnuită, care se mișcă în funcție de înclinarea dispozitivului. Pe măsură ce este deplasat, capacitatea condensatorului se modifică, și anume, se modifică tensiunea. Pe baza acestor date, se poate obține deplasarea greutății și, în același timp, accelerația dorită.

Accelerometru bazat pe principiul condensatorului. Fotografia prezintă plăci de condensator, o parte fixă ​​(masă de probă), un arc (arcuri)

Cel mai comun tip de accelerometre sunt sistemele piezoelectrice. La fel ca în accelerometrele cu condensator, acestea se bazează pe o greutate care exercită presiune asupra unui cristal piezoelectric. Sub presiune, generează un curent electric, care face posibilă calcularea accelerației dorite, cunoscând parametrii întregului sistem.

Există un alt tip de accelerometru, care este fundamental diferit de condensator și piezoelectric. Astfel de accelerometre sunt numite termice. Arhitectura lor presupune utilizarea unei bule de aer. Când este accelerată, bula se abate de la poziția inițială, iar acest lucru este înregistrat de senzori. Știind cât de mult s-a mișcat bula în timpul mișcării, puteți calcula magnitudinea accelerației.

Giroscoape

Un alt senzor interesant folosit adesea împreună cu un accelerometru este giroscopul. Scopul său principal este de a măsura vitezele unghiulare în raport cu una sau mai multe axe. De fapt, combinația dintre un accelerometru și un giroscop vă permite să urmăriți și să înregistrați mișcarea în spațiul tridimensional.

Primul dispozitiv mobil care a avut giroscop a fost Apple iPhone 4, după care prezența acestui MEMS a devenit aproape o cerință obligatorie pentru orice smartphone. Utilizatorii au putut evalua funcționalitatea giroscopului în multe jocuri mobile, unde a apărut un buton de fotografiere în locul unuia dintre cele două joystick-uri virtuale. Ei bine, trebuia deja să țintiți prin poziționarea smartphone-ului în spațiu, lucru care a devenit posibil datorită prezenței unui giroscop.

Giroscop folosit la Apple iPhone 4

Pe lângă dispozitivele mobile, giroscoapele sunt prezente în controlerele pentru consolele de jocuri PlayStation, Xbox și Wii, unde funcționează împreună cu accelerometre. Aceste sisteme sunt, de asemenea, folosite în camere pentru stabilizare optică pentru a obține imagini de înaltă calitate.

Arhitectura giroscoapelor este în multe privințe similară cu cea a accelerometrelor. Multe dintre aceste dispozitive au o structură de condensator. Acest design, de exemplu, este utilizat în produsele sale de către STMicroelectronics. Giroscopul lor se bazează pe un element mecanic care funcționează pe principiul unui diapazon și utilizează efectul Coriolis pentru a converti viteza unghiulară în mișcarea unei structuri sensibile. Să explicăm puțin acest proces.

Cele două mase în mișcare sunt în mișcare constantă, în direcții opuse, care sunt indicate cu albastru în figură. Când viteza unghiulară se modifică, forța Coriolis, indicată cu galben, începe să acționeze. În acest caz, direcția forței Coriolis este perpendiculară pe direcția mișcării masei. Forța Coriolis provoacă o deplasare a maselor proporțională cu mărimea vitezei unghiulare. Deoarece sistemul are o structură de condensator, orice deplasare provoacă o modificare a capacității electrice. Și astfel viteza unghiulară este convertită într-un parametru electric. De asemenea, merită remarcat faptul că, datorită utilizării diapazonelor speciale, giroscoapele STMicroelectronics sunt insensibile la vibrațiile aleatorii. Cu un astfel de efect nedorit asupra maselor în mișcare, ambele se vor deplasa în aceeași direcție, fără a modifica astfel capacitatea condensatorului.

Așa arată un cip giroscop fabricat de STMicroelectronics

Magnetometre și barometre

Un alt sistem microelectromecanic interesant este un magnetometru. Ea, ca o busolă magnetică obișnuită, urmărește orientarea dispozitivului în spațiu în raport cu polii magnetici ai Pământului. Informațiile obținute sunt utilizate în principal în aplicații de cartografiere și navigare.

Pe lângă un magnetometru, este adesea folosit un barometru MEMS. Barometrul a apărut pentru prima dată pe Samsung Galaxy Nexus, lansat în 2011. Din nou, funcționalitatea sa nu este diferită de cea tradițională - măsoară presiunea atmosferică în locația curentă a dispozitivului. În același timp, barometrul reduce timpul necesar pentru conectarea la sistemul GPS. Esența funcționării senzorului este aceea de a compara presiunea atmosferică externă în raport cu camera de vid din interiorul senzorului însuși. Acest lucru vă permite să determinați locația utilizatorului cu o precizie de 50 cm în înălțime și extinde semnificativ capacitățile de navigare ale utilizatorului, deoarece vă permite, de asemenea, să determinați locația verticală. De exemplu, un telefon mobil cu barometru vă va ajuta să vă determinați traseul pe orice etaj al unui centru comercial, căruia sistemul GPS nu îi poate face față, indicând doar locația din avion.