Was macht Smartphones neigungsempfindlich? Werden sie diese Fähigkeit in der Schwerelosigkeit behalten?

Die meisten Smartphones sind neigungsempfindlich, aber welches Gerät macht das möglich? Wie funktioniert es (und die damit verbundenen Sensoren)?

Da die Funktionsweise dieser Sensoren mit ziemlicher Sicherheit auf dem Vorhandensein eines externen Gravitationsfeldes (z. B. dem der Erde) zu beruhen scheint, wirft dies die zweite Frage auf: Behalten Smartphones ihre Neigungsempfindlichkeit unter Schwerelosigkeit (hypothetisch) bei? Bedingungen?

(Vor kurzem habe ich ein Flugzeugsimulatorspiel auf meinem Handy gespielt ... die Tatsache, dass das Flugzeug so gut auf Kippen reagierte, hat mich überrascht; daher der Drang, diese Frage zu stellen.)

Extras:

Ich habe mir darüber selbst Gedanken gemacht, also werde ich das hier auch veröffentlichen. Meine Frage endete praktisch nach dem zweiten Absatz, aber was ich danach hinzugefügt habe, könnte helfen, eine Antwort zu finden, die meinem aktuellen Verständnis der Physik entspricht.

Ich bin derzeit in der High School, und wenn ich mich richtig erinnere, gibt es sechs Freiheitsgrade für ein Teilchen in einem kartesischen 3D-System. Aus meiner Erfahrung mit der Flugzeugsimulator-App scheinen Smartphones Bewegungen nur in drei Freiheitsgraden zu erkennen: Nicken, Rollen und Gieren

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Apropos neigungsempfindliche Sensoren: Ich gehe davon aus , dass diese Sensoren / Wandler funktionieren, indem sie die winzigen Änderungen der potenziellen Energie der Gravitation (die sich als kleine Bewegung einiger winziger Komponenten des Sensors manifestieren können) erfassen, die damit verbunden sind Änderung der räumlichen Orientierung des Telefons.

So wie ich es sehe, würde ein solcher Sensor bewegliche Teile benötigen und kann nicht einfach ein weiterer Chip auf einer Leiterplatte sein.

Wenn ich unter diesen Umständen damit beauftragt würde, ein neigungsempfindliches Gerät zu bauen, das winzige Änderungen der potenziellen Energie der Gravitation wahrnimmt, würde ich wahrscheinlich mindestens 3 Sensorpaare benötigen (ein Paar in jeder der drei Koordinatenachsen). Wenn ich sehe , wie empfindlich mein Smartphone auf Neigungen zu reagieren scheint, müsste ich ein lächerlich großes Gerät bauen, bei dem jeder Sensor in einem Paar mehrere Meter voneinander entfernt wäre, um eine Neigungsempfindlichkeit zu erreichen, die mit der meines Telefons vergleichbar ist.

Smartphones haben jedoch kleinere Abmessungen als ein typisches Sandwich, sodass „Sensoren in einem Paar mehrere Meter voneinander entfernt“ nicht nur unpraktisch, sondern eindeutig nicht der Fall sind.

^ Ich habe darüber geschimpft, damit Sie meine echte Ratlosigkeit in der folgenden Teilfrage spüren können:

Wie kommt es, dass diese Sensoren trotz ihrer geringen Größe so empfindlich sind?

Worüber Sie sprechen, sind Beschleunigungsmesser, siehe digikey.com/en/articles/techzone/2011/may/…
Beschleunigungsmesser messen die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft (und anderer Kräfte). Ein Beschleunigungsmesser pro Achse.
Auch hier gute Informationen zu mikroelektromechanischen Systemen (MEMS). pcb.com/Resources/Technical-Information/mems-accelerometers
Schwerelosigkeit existiert nicht wirklich, sprechen Sie also von einer schwerelosen Umgebung oder einer hypothetischen Situation?
@ks0ze Hypothetische Situation, hätte das erwähnen sollen, danke!
Sie haben Beschleunigungsmesser. Für einen Beschleunigungsmesser sieht die Schwerkraft genauso aus wie Beschleunigung. So empfinden sie Orientierung. Die Funktion funktioniert in der Schwerelosigkeit nicht richtig. Sie haben Recht, dass Beschleunigungsmesser bewegliche Teile haben, aber es sind sehr kleine bewegliche Teile. Google-Beschleunigungsmesser. Viele Smartphones haben auch etwas Ähnliches wie einen Kreisel, um die Nick-, Roll- und Gierrate zu erkennen. Manchmal werden diese Sensoren als "Winkelgeschwindigkeitssensoren" bezeichnet. Der Beschleunigungsmesser ist nicht gut darin, Nicken, Rollen und Gieren zu erkennen, aber er ist gut darin, die Orientierung in einem Gravitationsfeld zu erkennen.
@mkeith Du bist wahrscheinlich gerade dabei, aber ... könntest du das als Antwort posten? [Da das interessant klingt, bekommst du meine positive Bewertung ;) ]
Sieht so aus, als würden ein paar andere Leute gute Arbeit leisten, um zu antworten. Aber wenn ich das Gefühl habe, dass ich noch etwas zu bieten habe, nachdem sie geantwortet haben, werde ich eine Antwort schreiben oder ihre Antwort kommentieren.
@mkeith Ein Beschleunigungsmesser sollte sich nicht um die Schwerkraft kümmern.
@Trevor hast du von "Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft" gehört?
@mkeith Großartig! Ich werde einen Tag warten (bis die Antworten eintreffen) und dann eine Antwort "akzeptieren". Ich freue mich auf deine ^_^
@ pjc50 ya ya, aber das ist in einer statischen Situation nicht relevant. Ein Beschleunigungssensor sollte auch in einer schwerelosen Umgebung seine eigene Beschleunigung messen.
@Trevor Aber es kann die Neigung nicht messen, da es keinen Referenzvektor gibt.
Übrigens werden Sie in der schwerelosen Umgebung auch keine "Neigung" spüren können. Denn dort ist keine "gerade" Position definiert.
@mkeith jap ich weiß. Ich bin nur pedantisch. Es ist nur so, dass ein ECHTER Beschleunigungsmesser die Geschwindigkeitsänderung misst. Gewicht auf einer Feder ist etwas anderes.
Die Neigungs- oder Orientierungssensoren gehen grundsätzlich davon aus, dass sie sich in einem Gravitationsfeld befinden. Sie messen die Richtung der Beschleunigung und nennen diese Richtung "nach unten". Wenn er an einem Pfad oder Ort platziert wird, an dem „unten“ nicht existiert, erwarte ich, dass der Sensor nicht richtig funktioniert, aber ich weiß nicht genau, was er tun würde oder ob die Firmware diesen Betriebsmodus abdeckt. Inzwischen stelle ich mir vor, dass jemand ein Smartphone ins All gebracht hat. Wäre interessiert, davon zu hören.
@mkeith wahrscheinlich wird es den Bildschirm wie verrückt drehen. Sie können dieses Verhalten simulieren, indem Sie das Smartphone vom Turm von Pisa fallen lassen :)
@mkeith Wenn die Telefonsoftware Code speziell für eine Schwerelosigkeitssituation enthält, wird davon ausgegangen, dass das Telefon fallen gelassen wurde. Einige Laptops mit mechanischen HDDs parken das Laufwerk in dieser Situation, um Datenverluste zu vermeiden, HDDs sind besser in der Lage, hohen G-Kräften standzuhalten, wenn sie geparkt sind. Es gibt nicht viel, was ein Telefon tun kann, um sich selbst zu schützen, wenn es herunterfällt, also bezweifle ich, dass sie etwas Besonderes hinzugefügt haben, um mit der Situation fertig zu werden.
@Andrew hat Recht. Wenn Sie sich einige Beschleunigungsmesser-Chips ansehen, sehen Sie einige Pins für den Interrupt "Drop Detection".
Die Tropfenerkennung ist mir bekannt. Ich halte es jedoch nicht für ausgeschlossen, dass Programmierer den Betrieb in einer schwerelosen Umgebung erwarten würden. Insbesondere wenn die Orientierung nicht stark durch etwas in der Nähe von 1 g bestimmt wird, kann das Gerät Änderungen der Anzeigeorientierung einfach unterdrücken.
Ja, was @Andrew sagt, habe ich auch gesagt. Die Tatsache, dass Ihr Handy in der internationalen Raumstation möglicherweise nicht gleich funktioniert, hängt eher mit der Funktionsweise der Software zusammen, nicht mit der Funktionsweise der Beschleunigungsmesser. Obwohl die Software wahrscheinlich anzeigen würde, dass das Telefon hochgeworfen und nicht fallen gelassen wurde.
Da stellt sich die Frage: Brauchen Laptops auf der ISS eine spezielle Firmware, um zu verhindern, dass die Festplatte ständig in den Fallschutzmodus geht?
@JorenVaes Ich würde stattdessen SSD verwenden :)
@EugenSch. in der Tat. Die Neigung würde sich auf die letzte bekannte Richtung beziehen. Das heißt, es würde wissen, dass es sich um 90 Grad gedreht hat. aber ob das angezeigte Bild in der richtigen Richtung gezeigt wird, wäre unbestimmt. Für ein ideales System wäre es egal, da alles kumulativ wäre, seit das Ding zum ersten Mal zum Leben erweckt, eingeschaltet und vermutlich selbstkalibriert wurde. In der Realität wäre wie bei einem Kreisel in einem schwerelosen Szenario eine gelegentliche Referenzpunktfixierung erforderlich.
Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob die Rotationsinformationen in allen Telefonen in der Raumstation funktionieren würden. Da sie G als Referenzsignal von jedem Beschleunigungsmesser verwenden, brauchen Sie nichts anderes, um die Rotation zu erkennen, da sich der G-Faktor zwischen den dreiachsigen Beschleunigungsmessern ändert. Wenn sie also keinen anderen Drehsensor haben, haben sie das wahrscheinlich nicht. Obwohl ich denke, eine Verdoppelung der Beschleunigungsmesser und genug Mathematik würde Ihnen die Sichtbarkeit geben.
Die Spielekonsole XBox 360 kann entweder flach auf einem Tisch liegend oder senkrecht stehend betrieben werden. Es würde diese Ausrichtung nicht mit einem Beschleunigungsmesser, sondern mit einem sehr einfachen Neigungsschalter mit zwei Positionen erkennen. Der Sensor bestand im Grunde aus einer Reihe von Kontakten, die so positioniert waren, dass eine winzige vergoldete Metallkugel einen von zwei sich gegenseitig ausschließenden Schaltern ein- oder ausschaltete. Und so konnte es herausfinden, wo es oben war. Es verwendete diese Informationen, um (unter anderem) auszuwählen, welches der beiden Symbole in Benachrichtigungsmeldungen angezeigt wird. Ziemlich sinnlos, aber es war billig und einfach zu implementieren.
Ich gebe Ihnen +1 auf Ihre Frage, einfach weil Sie "Für alle Absichten und Zwecke" richtig geschrieben haben, insbesondere als Gymnasiast! Der Rest ist gut, aber Junge, das hat mich angesprungen, Glückwunsch!
@Free Meh ... :3
Und ich werde mir selbst einen Kommentar geben, der für die falsche und überflüssige Verwendung von "richtig" abstimmt ... meh, in der Tat!
Das ist jedoch nicht das, was das Stellen der Frage bedeutet: begthequestion.info
@njzk2 Völlig schockiert [Ich werde jedoch nach einer besseren Referenz suchen, nur um das zu bestätigen ;) ]
@paracetamol gibt es ein Grammatikmädchen: quickanddirtytips.com/education/grammar/… (bin mir aber nicht sicher, ob du das als gute Referenz ansiehst)
es gibt eine Reihe völlig unterschiedlicher Geräte, die am Werk sind; das scheint eine grundlegende Verwirrung in dieser QA zu sein.
"Das Feature wird in der Schwerelosigkeit nicht richtig funktionieren", das ist völlig falsch. Die übliche Software, die Entwickler von Apps schreiben, wird wahrscheinlich nicht in Null-G funktionieren.
«Es gibt nicht viel, was ein Telefon tun kann, um sich selbst zu schützen, wenn es herunterfällt, also bezweifle ich, dass sie etwas Besonderes hinzugefügt haben, um mit der Situation fertig zu werden.» aber ich würde total für eine App bezahlen, die das Telefon beim Fallen zum Schreien bringt.
@Trevor Wenn Sie (auch theoretisch) den Unterschied zwischen der Gravitationsbeschleunigung und anderen Beschleunigungen erkennen können, müssen Sie sich sofort an die nächste Physikabteilung wenden. Das wäre eine bedeutende Entwicklung!
Was bedeutet es überhaupt, in der Schwerelosigkeit zu „arbeiten“? Was ist die Definition von "unten"? „Der Erde entgegen“?
"Was bedeutet es überhaupt, in der Schwerelosigkeit zu "arbeiten"? Was ist unten?" Es könnte nicht einfacher sein, Mehrdad. In einem normalen Arbeitsraumschiff bezeichnet die Besatzung, wenn sie herumsitzt, "unten" als "Boden". Keine große Sache. Wenn Sie (bemerkenswerterweise!) ein kleines Spiel auf einem Telefon für die Weltraummannschaft machen würden, sagen wir ein Lenkrad (eine Art Autospiel). Ganz einfach, Sie würden einfach "down" als Ruhezustand definieren, wenn der Benutzer dort saß ("an der Startlinie"), und dann auf dieser Basis "Links- und Rechtskurven" (Drehung auf der z-Achse) erkennen (dh die Kreisel würden Ihnen das trivial sagen).
Viele der Kommentare hier sind ziemlich falsch. „Sie haben Beschleunigungsmesser.“ (Es ist ein bisschen so, als würde man sagen „ein Auto hat Bremsen“. Überwiegend hat ein Auto einen Motor (ja, es hat auch Bremsen). Kreisel sind bei Telefonen viel wichtiger. * „[Beschleunigungsmesser] nicht in der Schwerelosigkeit richtig funktionieren.“ Völlig falsch. Aus physikalischer Sicht funktionieren sie natürlich im freien Fall du tauchst, springst, was auch immer); sie zeigen perfekt deine Aktion während der Freifallphase.
@Mehrdad das feindliche Tor ist 'unten'
@JeannePindar, das habe ich nicht gesagt, ich habe angedeutet, dass Sie bei der Verwendung von Beschleunigungsmessern diese beim Einschalten als Erstes kalibrieren und den durch die Gravitationseffekte auf die betroffene Masse verursachten Versatz entfernen. Danach geht es um das Delta. Dies wäre in jeder Umgebung gleich.
@Fattie: Das macht aber keinen Sinn. Selbst auf der Erde, wenn ich mich auf die Seite auf mein Bett lege und mein Telefon halte, wird der Bildschirm gedreht, während die gleiche relative Position zu mir nicht zu einer Drehung führt, wenn ich aufstehe. Wenn Sie also nicht behaupten, dass das Verhalten vor Ort bereits „falsch“ ist, in diesem Fall ist es offensichtlich weniger wahrscheinlich, dass es anderswo „richtig“ ist, ist „richtiges“ Verhalten eindeutig nicht relativ zur Person, sondern relativ zur Schwerkraft. Es macht also keinen Sinn zu fragen, was es in der Schwerelosigkeit ist ...

Antworten (6)

Sie haben in gewisser Weise Recht. Diese Sensoren benötigen bewegliche Komponenten. Sie sind jedoch ein Chip auf Ihrem Board.

Neigungssensoren (eigentlich Beschleunigungsmesser) und Gyroskope (und Drucksensoren, ...) sind Teil einer Familie namens MEMS: Mikroelektromechanische Systeme.

Mit ähnlichen Techniken, wie sie bereits in der Herstellung integrierter Schaltkreise üblich sind, können wir erstaunliche kleine Geräte herstellen. Wir verwenden die gleichen Prozesse, um Dinge wegzuätzen, neue Schichten aufzubringen, Strukturen zu züchten usw.

Das sind unglaublich kleine Geräte. Dies ist ein Beispiel für ein Gyroskop:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Link zur Original-Website.

Die meisten von ihnen arbeiten, indem sie Kapazitätsänderungen erfassen. Ein Kreisel würde die Änderungen aufgrund der Drehung erfassen (das große Ding auf dem Bild würde sich um die Mittelachse drehen. Dadurch werden die winzigen Zähne, die verschachtelt sind, näher zusammengebracht und die Kapazität erhöht. Beschleunigungsmesser arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip. Diese Zähne können es sein in der rechten unteren Ecke des zweiten Bildes entdeckt.

Was ist mit der Schwerelosigkeit?

An der Funktionsweise der Geräte würde sich nicht viel ändern. Sie sehen, Beschleunigungsmesser arbeiten, indem sie die Beschleunigung messen. Der Schlüssel ist jedoch, dass die Schwerkraft für sie dasselbe ist – es fühlt sich einfach so an, als würden Sie die ganze Zeit mit 1G beschleunigt. Sie verwenden diese "Konstante", um eine Vorstellung davon zu bekommen, wo "unten" ist. Dies bedeutet auch, dass die Chips zwar in der Mikrogravitation gut funktionieren, Ihr Telefon jedoch nicht - es wird verwirrt sein, da es kein "Down" zu geben scheint.

Kurze Ergänzung, um einen (sehr guten) Punkt anzusprechen, den der Benutzer GreenAsJade anspricht: Wenn Sie sich die gängigen Definitionen von Gyroskopen in Quellen wie Wikipedia ansehen , werden sie oft als etwas in der Art einer sich drehenden Scheibe beschrieben. Die Bilder oben scheinen keine drehenden Teile zu haben. Was ist damit?

Sie lösen dies, indem sie die Rotation durch Vibration ersetzen . Die scheibenförmigen Objekte in den Bildern hier sind nur mit sehr dünnen und flexiblen Strukturen mit der Mittelachse verbunden. Diese Scheibe wird dann mit hoher Frequenz um ihre Achse zum Schwingen gebracht. Wenn Sie die gesamte Struktur entlang eines Winkels bewegen, wird die Scheibe versuchen, dem kontinuierlich Widerstand zu leisten - ähnlich wie bei einem klassischen Kreisel. Dieser Effekt wird als Coriolis-Effekt bezeichnet . Durch Erfassen der Neigung der Scheibe im Vergleich zum umgebenden festen Material kann gemessen werden, wie schnell sie sich dreht.

Die Masse eines solchen Sensors ist unglaublich gering, daher gibt es keine Trägheit, die die Erfassung verlangsamt. Ein iPhone kann mit diesen Sensoren die Drehzahl eines Motors bis 3000 U/min ermitteln. unglaublich.
@Jeroen3 Ich finde die Tatsache, dass sie so empfindlich sind, aber dennoch in der Lage sind, den massiven G-Kräften standzuhalten, wenn sie fallen und in den Taschen der Leute herumgeschleudert werden, überwältigend.
Das Quadratwürfelgesetz hilft sehr bei der Haltbarkeit, wie es bei Insekten der Fall ist.
Können Sie erklären, warum das, was wir hier betrachten, ein Gyroskop ist? Ich dachte, bei einem Gyroskop muss sich etwas drehen, aber ich kann nicht erkennen, welcher Teil davon sich dreht ...
@Jeroen, wie liest man ein iPhone, wenn es sich mit 3000 U / min dreht?
@Octopus Sie würden das Telefon nicht an einem rotierenden Teil befestigen und die Rotation mit einem Kreisel erfassen (offensichtlich eine schlechte Idee). Sie würden das Telefon gegen den Motorblock stellen und den Beschleunigungsmesser verwenden, um Vibrationen aufzunehmen, sie zu analysieren, um die Grundfrequenz zu erhalten und die entsprechende Drehzahl auszudrucken.
Gyroskope sind keine Winkelbeschleunigungsmesser – sie treiben (vibrieren) das Rad um die Achse und messen die Neigung des Rads.
@ Octopus Tust du nicht. Sie berühren einfach das Gehäuse des Telefons mit dem Motor. Und führen Sie diese App aus .
Es macht Spaß, eine App auf Ihr Telefon herunterzuladen, die die Beschleunigungsmesserdaten live als Funktion der Zeit darstellt. Lassen Sie es dann auf ein Kissen fallen und beobachten Sie, wie alle drei Graphen (x, y und z) auf Null gehen, während es fällt.
@ Jeroen3 Du meinst, es gibt sehr wenig Trägheit.
@JorenVaes Danke! So offensichtlich, aber so habe ich noch nie darüber nachgedacht! Wirklich erstaunliches Zeug, und jetzt macht das Bild vollkommen Sinn! Es lässt mich mit einer Frage im Kopf zurück: Ist das wirklich ein "Gyroskop" oder etwas anderes?
@Octopus Durch Mitdrehen bei 3000 U / min. Naja, zumindest kurz.
Wie funktioniert dies, um Bewegungen in 3 Achsen zu erkennen? Benötigt das Telefon 3 davon, die jeweils entlang einer anderen Achse ausgerichtet sind, oder sind Teile in den einzelnen Chip eingebaut, um alle 3 in einem Gerät zu handhaben? (Auch umwerfende Bilder, danke!)
@FreeMan Es gibt tatsächlich insgesamt 6 Sensoren, 3 Kreisel und 3 Beschleunigungsmesser, und möglicherweise gibt es auch einen redundanten Satz. Sie sind physikalisch entlang der verschiedenen Achsen orientiert. Dieser wird als einzelner Chip hergestellt. Ich habe dieses schon einmal verwendet, das 3 Kreisel, 3 Beschleunigungsmesser und einen 3-Achsen-Kompass (Magnetometer) enthält: sparkfun.com/products/11028
Alle modernen Geräte haben auch einen beschissenen 20-Cent-Halleffekt-Kompass; alle schienen das zu vergessen!

Das sensorische Gerät ist ein Gewicht an einer Feder. Es ist in der Tat eine „kleine Bewegung einiger winziger Komponenten des Sensors“ und es ist auch „ein weiterer Chip auf einer Leiterplatte“.

Das Schlüsselwort hier ist MEMS . Es ist möglich, kleine Siliziumstrukturen aufzubauen und dann darunter wegzuätzen, wodurch ein frei schwebendes Stück zurückbleibt. Wenn das Stück lang und dünn ist, verformt es sich unter der Schwerkraft (oder einer beliebigen Beschleunigung) um einen Betrag, der proportional zu seinem Elastizitätsmodul ist. Die Positionsänderung wirkt sich auf die Kapazität zwischen dem beweglichen Teil und den stationären Teilen um ihn herum aus, die elektronisch gemessen werden kann.

Im Allgemeinen haben sie nur einen dreiachsigen Beschleunigungsmesser. Eine bessere Genauigkeit kann erreicht werden, indem Kreisel oder ein anderer Beschleunigungsmesser hinzugefügt werden, die durch einen Abstand getrennt sind; Nintendo hat dies mit Wiimote-Add-Ons getan.

Viele Telefone enthalten auch ein Magnetometer, das Ihnen vage sagt, wo sich der magnetische Norden relativ zum Telefon befindet, obwohl die Kalibrierung bei diesen tendenziell schlecht ist.

Auf bestimmte Teile der Frage eingehen:

  • Was macht Smartphones neigungsempfindlich?

MEMS-Beschleunigungsmesser. Quadratisches Chippaket mit wenigen mm, Menge von 0,50 USD oder weniger.

  • Werden sie diese Fähigkeit in der Schwerelosigkeit behalten?

Nicht genau. Sie haben keinen bequemen Referenzvektor mehr. Sie können jedoch immer noch Beschleunigung erkennen. Wenn Sie also eine dieser "Lichtschwert" -Apps haben und damit herumschwenken, funktioniert sie immer noch auf der ISS. Aber weder Sie noch das Telefon haben eine klare Vorstellung von "oben".

(Das dort hochgeschickte Raspberry Pi-Kit enthält einen Beschleunigungsmesser und eine Reihe von Programmen, die von Schulkindern geschrieben wurden, daher gibt es mit ziemlicher Sicherheit irgendwo ein Video, das dies demonstriert.)

Die Rohausgabe eines 3-Achsen-Beschleunigungsmessers ist ein Vektor aus 3 Werten, gemessen in m/s^2. Die Größe dieses Vektors beträgt normalerweise etwa 1 g, aber die Richtung variiert. Bei einem stationären Telefon zeigt es nach unten. Wenn Sie es bewegen, ändert der Beschleunigungsvektor die Richtung. Wenn Sie das Telefon fallen lassen , dh es geht in den freien Fall, genau wie ein Telefon in einem umlaufenden Raumschiff, dann geht die Magnitude auf nahezu Null. Dadurch schwingt die Richtung des Vektors wild und verwandelt sich in Rauschen.

Die Verwendung von Beschleunigungsmessern als Tropfendetektoren für die Festplattensicherheit wurde vor etwa einem Jahrzehnt von Macbooks populär gemacht. Die Leute fanden andere Verwendungen für sie .

  • wie funktioniert es?

Ausführlicher beantwortet durch andere Antworten.

Erwähnenswert ist vielleicht, dass Magnetometer auch sehr leicht durch Metallstrukturen, Magnetfelder, ... gestört werden.
Kleiner Punkt, aber die ISS befindet sich nicht in der Schwerelosigkeit – sie befindet sich im Orbit.
Mac-Nerd hier, aber ich denke, die IBM/Lenovo-ThinkPads hatten etwas früher Beschleunigungsmesser. Zumindest erinnere ich mich, dass sie über das Feature gesprochen haben. Die MacBook-Modelle waren in der Software jedoch möglicherweise leichter zugänglich und daher hackerfreundlicher. Digitalkameras hatten auch eine kurze Zeit, bevor Smartphones es alltäglich machten, eine automatische Bildschirmdrehung.
@ChristianPalmer, es ist im freien Fall. Es gibt nirgendwo so etwas wie Schwerelosigkeit.

Theoretisch könnte ein Telefon oder Tablet beispielsweise in der Internationalen Raumstation (ISS) genauso gut funktionieren wie hier auf der Erde.

Lassen Sie uns das ein wenig aufschlüsseln.

Es gibt zwei Arten von Bewegungen, die ein Gerät erkennen muss.

Lineare Bewegung

Unabhängige Beschleunigungsmesser verwenden die Abweichung einer federgekoppelten Masse von einem normalen Ruhepunkt als Maß für die Beschleunigungskraft in dieser Achse. Offensichtlich benötigen Sie drei davon, um Bewegungen in jeder Achse zu erkennen.

Wenn Sie diese Kräfte kennen und verfolgen, können Sie die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Geräts von seiner ursprünglichen "Einschaltposition" aus "kotgenau berechnen". Berücksichtigen Sie eine genaue Uhr, und Sie können auch die aktuelle Position ermitteln.

Das klingt einfach, aber die Mathematik ist tatsächlich ziemlich komplex und Fehler im System verursachen mit der Zeit eine Drift.

Drehung

Rotation ist offensichtlich Spin um eine beliebige Achse.

Spin-Sensoren

Die Drehung kann mit einem Gyroskop oder einem Drehsensor gemessen werden. Diese Vorrichtungen haben wiederum eine lose gekoppelte Masse, die sich in einer bestimmten Achse frei drehen kann oder angetrieben wird. Wenn sich das Gehäuse Ihres Geräts dreht, zeigt Ihnen die Differenz zwischen den Drehungen, wie stark sich das Gerät dreht.

Spinsensoren und Gyroskope kümmern sich nicht um die Schwerkraft, abgesehen von vielleicht einigen Reibungsunterschieden.

Schwerkraftbezogene Drehung des Beschleunigungsmessers

Da Beschleunigungsmesser die auf eine lose aufgehängte Masse wirkende Kraft messen, wenn dieser Sensor relativ zur Erde vertikal steht, kommt es natürlich zu einer Durchbiegung der Feder aufgrund des Gewichts der Masse aufgrund der Schwerkraft. Dieser Offset wird von der Software mathematisch entfernt, um den Beschleunigungsanteil zu extrahieren.

Da jedoch die Dreiachsen-Beschleunigungsmesser abhängig von ihrer Ausrichtung unterschiedliche Offsets erzeugen, ist es möglich, den Spin mathematisch aus der Differenz der Offsets zu erfassen.

Obwohl diese Methode funktioniert, unterliegt sie jedoch Abweichungen in G. Sie würde im Raum nicht funktionieren. Es wäre auch in einem manövrierenden Flugzeug deutlich weniger funktional. Sogar ein Auto, das mit hoher Geschwindigkeit um eine enge Kurve fährt, könnte problematisch sein.

Beschleunigungsmesser-Spin-Erkennung

Mit zwei Sätzen ausreichend empfindlicher Beschleunigungsmesser ist es möglich, Spin aus der Beschleunigungsdifferenz zwischen Beschleunigungsmessern zu erfassen.

Da sich jeder Beschleunigungsmesser relativ zum anderen bewegen muss, gibt es einen Unterschied in der Beschleunigung in dieser Achse zwischen jedem. Diese Werte können wiederum mathematisch verwendet werden, um den Spin vorherzusagen.

Einfach ausgedrückt, wenn Sie anhand der Beschleunigungsmesser an einem Ende des Telefons erkennen können, wohin sich der Mittelpunkt bewegt hat X 1 , Y 1 , Z 1 , und das andere Ende ist jetzt bei X 2 , Y 2 , Z 2 , die Berechnung der drei Winkel ist trivial.

Diese Methode wird NICHT von der Schwerkraft beeinflusst.

Funktioniert IHR Telefon oder Tablet auf der ISS?

Wie Sie oben sehen können, hängt es wirklich davon ab, welche Methoden Ihr Gerät verwendet.

Technisch könnte es dafür gebaut und programmiert werden. Möglicherweise müssen Sie es herunterfahren und wieder einschalten, um es neu zu kalibrieren, aber mit den richtigen Systemen sollte es gut funktionieren. Zumindest für das Spielen dieses "Flugzeugsimulationsspiels".

Drift könnte jedoch ein größeres Problem auf der ISS sein. Da Telefone in normalem G in der Lage sind zu wissen, in welcher Richtung „unten“ in diesem bestimmten Moment ist, können sie sich im Laufe der Zeit neu anpassen. Eine weltraumgestützte Einheit müsste gelegentlich manuell zurückgesetzt werden, um die "normale" Richtung anzuzeigen.

Alle Kommentare und Antworten sind großartig, um Ihnen zu helfen, zu verstehen, wie es möglich ist. Aber hier ist etwas, das Ihnen helfen wird zu verstehen, wie es in echten Produkten verwirklicht wird.

Orientierung(Bildquelle)

Dies ist ein winziger IC (3x3x1 mm) von InvenSense. Es verfügt über einen dreiachsigen Beschleunigungsmesser (für seitliche Bewegung), ein dreiachsiges Gyroskop (für Rotation) und ein dreiachsiges Magnetometer (wie eine Kompassnadel). Es hat einen internen Code, der die ganze komplizierte Mathematik erledigt. Es verbraucht sehr wenig Strom.

Dies ist nur ein Beispiel. Es gibt mehrere Unternehmen, die ähnliche Produkte herstellen. Einige sind genauer als andere, einige sind billiger, die meisten haben kein Magnetometer usw.

Ich habe die veralteten Kommentare bereinigt, nachdem der Beitrag bearbeitet wurde.

Dies ist ein seltener Fall auf der Elektronik-Website, bei dem keine der Antworten die Frage klar und deutlich beantwortet!

Behalten Mobiltelefone die Fähigkeit, Neigungen in Schwerelosigkeit zu erkennen?

Die Antwort ist:

Sie behalten (auf Hardwareebene) die Fähigkeit zur Erkennung von Neigungen bei , aber sie können Neigungen nicht mehr erkennen .

Des Weiteren,

Auf der Ebene der App-Software würden tatsächlich fast alle (sehr wahrscheinlich "alle") App-Software-Autoren den Eckfall der Schwerelosigkeit nicht berücksichtigen, so dass die Gyro-Accel-Funktionen sehr wahrscheinlich insgesamt verrückt wirken würden die meisten/alle aktuellen Apps.

In Bezug auf die Funktionsweise von Gyros/Accels in Telefonen können Sie die APIs für diese auf den beiden Plattformen ( Beispiel ) problemlos googeln .

Beachten Sie jedoch, dass alle Betriebssysteme zum Zeitpunkt des Schreibens in der Praxis die Gyro-/Beschleunigungsfunktionen auf niedrigerer Ebene in eine Art praktischen Bewegungsmanager auf höherer Ebene verpacken :

Accels/Gyros sind tatsächlich auf Betriebssystemebene zusammengepackt

Also eigentlich...

In der Praxis würde es für jede ziemlich neu geschriebene App (in Anbetracht dessen, dass etwa 25 % der Apps im Store verfallen sind / nicht regelmäßig aktualisiert werden) darauf hinauslaufen, wie das Team bei Apple geschrieben hat (in ihrem Fall) „Coremotion“ behandelte (wenn überhaupt!) den Fall der Schwerelosigkeit. (Es gibt eine ähnliche Situation für Android).

Und weiter, für Spiele als solche ...

Heutzutage wurde fast jedes Spiel, das Sie auf einem Telefon spielen, in Unity3D erstellt und nicht als native App. (Und in der Regel, wenn Sie sich die Menge der "Apps ansehen, die Accel/Gyros verwenden", sind 90 % (mehr?) davon nur Spiele.) Also tatsächlich (auf allen Plattformen) sind die Software-Autoren tatsächlich Verwenden der Ebene der Software-Wrapper von Unity .

Daher würde das tatsächliche Verhalten im extremen Eckfall der Erdumlaufbahn davon abhängen, was diese Leute getan haben, als sie das geschrieben haben.

Ein verwirrender Punkt ...

das ist nicht geklärt. Wenn Sie Software für Telefone schreiben, ist es ganz normal, dass Sie sich für kurze Zeit mit der „Schwerkraftlosigkeit“ auseinandersetzen müssen: das heißt, wenn sich das Telefon im freien Fall befindet . Wenn Sie also eine der (100en) Apps für Skateboarder, Skifahrer oder ähnliches erstellen, die die Hangtime usw. messen, beschäftigen Sie sich selbstverständlich damit.

Gyros wurden etwa 2010 für Telefone eingeführt; Accels waren von Anfang an in ihnen.

Ein französisch-italienisches Unternehmen namens STMicroelectronics stellt so ziemlich die meisten Gyros für Apple und Samsung her.

In Bezug auf Beschleunigungsmesser haben die meisten Telefone jetzt ein paar davon, da es so besser funktioniert. Ich habe gehört, dass es eine größere Auswahl an Anbietern von Beschleunigungssensoren gibt (Bosch usw.).

Sie können buchstäblich MEMS-Gyros oder -Beschleuniger kaufen , wenn Sie beispielsweise ein elektronisches Spielzeug herstellen, das eine solche Funktion enthält.

Um es noch einmal zu wiederholen, die grundlegende schnelle Antwort auf die gestellte Frage lautet

In "Null g" behalten sie (auf Hardwareebene) die Fähigkeit, Neigungen zu erkennen , aber sie können Neigungen nicht mehr erkennen .

Was die Software angeht,

  1. es würde mit ziemlicher Sicherheit "völlig scheitern!" in dem verrückten "Du bist im Orbit"-Fall. Da kein Gane oder App-Ingenieur (ich weiß) so OCD wäre, um diesen Fall abzudecken, aber vergiss nicht ...

  2. Es ist völlig alltäglich, "Schwerkraftlosigkeit" zu haben ... während kurzer Phasen des freien Falls (dies gilt als alltäglich, wenn Sie eine dieser "Action-Sport-Apps" erstellen).

Gute Antwort; +1. Wenn Sie sagen "Die meisten Telefone haben jetzt (2017) einen sechsachsigen Kreisel.", meinen Sie nicht einen 6-Achsen-Sensor (oder "IMU", Inertial Measurement Unit), der aus einem 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und einem 3-Achsen-Beschleunigungssensor besteht? Achse Kreisel?
Bits, danke - Sie haben ganz recht, das waren schlechte Phrasen; bearbeitet. Prost!

Ich denke, sie könnten ein Sagnac-Interferometer in Smartphones verwenden. Ein Sagnac-Interferometer ist ein Gerät, das im Ruhezustand ein konstantes Interferenzmuster erzeugt, dessen Muster sich ändert, wenn der Aufbau gedreht wird.

Wenn also 3 solcher Interferometer platziert werden, können wir die Drehung um alle 3 Achsen messen.

Sagnac-Interferometer sind in sehr kleinen Größen erhältlich und bestehen aus optischen Fasern zum Kanalisieren von Licht, einer Lichtquelle (kohärent) und einem Detektor.

Natürlich sollte es vor Gebrauch kalibriert werden.

Was macht Smartphones neigungsempfindlich? Werden sie diese Fähigkeit in der Schwerelosigkeit behalten?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v