스마트 폰이 기울기에 민감 해지는 이유는 무엇입니까? 그들은 무중력 상태에서이 능력을 유지합니까?


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대부분의 스마트 폰은 기울기를 감지하지만 이를 가능하게하는 장치는 무엇입니까? 또한 어떻게 작동합니까 (및 이와 관련된 센서)?

또한 이러한 센서의 작동은 외부 중력장 (예 : 지구)의 존재에 근거한 것처럼 보이므로 두 번째 질문을 제기합니다. 정황?

(최근에 휴대 전화에서 항공기 시뮬레이터 게임을했는데 ... 비행기가 비행기가 기울기에 잘 반응했다는 사실이 다시 물러났습니다. 따라서이 질문을하라는 충동)


추가 사항 :

나는 이것에 대해 약간의 생각을했다. 그래서 나는 이것도 여기에 넣을 것이다. 모든 의도와 목적을 위해, 나의 질문은 두 번째 단락 이후에 끝났지 만,이 후에 추가 한 내용은 현재 물리학에 대한 나의 이해에 맞는 답변을 맞추는 데 도움이 될 수 있습니다.

저는 현재 고등학교에 다니고 있으며, 올바르게 기억 하면 3D 데카르트 시스템의 파티클에 대한 6 개의 자유도가 있습니다. 항공기 시뮬레이터 앱에 대한 나의 경험을 통해 스마트 폰은 피치, 롤 및 요의 3 자유도 에서 움직임을 감지하는 것처럼 보입니다 .

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

기울기 감지 센서에 대해 말하기 : 이 센서 / 트랜스 듀서가 작동 한다고 가정 하는 방법 센서와 관련하여 중력 전위 에너지의 미세한 변화 ( 센서의 일부 작은 구성 요소의 소규모 동작으로 나타날 수 있음 )를 감지하는 것입니다. 공간적 방향에서 전화의 변화.

내가 보는 방식으로, 그러한 센서는 움직이는 부품을 필요 할 것이며 회로 보드의 다른 칩이 될 수 없습니다.

이러한 상황에서 중력 전위 에너지의 미세한 변화를 감지하는 기울기 감지 장치를 만드는 작업을 수행했다면 적어도 3 쌍의 센서 (3 개의 좌표축 각각에 한 쌍)가 필요할 것입니다. 또한,보고하는 방법을 아주 쌍의 각 센서가 내 휴대 전화에 필적 기울기 감도를 달성하기 위해 떨어져 몇 미터를 배치하여 스마트 폰이 틸팅에 나타납니다 민감한, 나는 엄청나게 큰 장치를 구축해야 할 것이다.

그러나 스마트 폰의 크기는 일반적인 샌드위치보다 크기가 작으므로 실용적이지 않고 "몇 미터 떨어진 센서를 몇 미터 떨어진 곳에 두는"것은 분명하지 않습니다.

^ 나는 이것에 대해 뛰쳐 나갔다. 따라서 다음과 같은 하위 질문에서 내 진짜 난처함을 느낄 수 있습니다.

이 센서는 작은 크기에도 불구하고 어떻게 그렇게 민감합니까?


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그들은 가속도계가 있습니다. 가속도계에서 중력은 가속도와 같습니다. 이것이 그들이 방향을 감지하는 방법입니다. 이 기능은 무중력에서 올바르게 작동하지 않습니다. 가속도계에 움직이는 부품이있는 것이 맞지만 매우 작은 움직이는 부품입니다. 구글 가속도계. 많은 스마트 폰에는 피치, 롤 및 요의 속도를 감지하기 위해 자이로와 비슷한 것이 있습니다. 때때로 이러한 센서를 "각속도 센서"라고합니다. 가속도계는 피치, 롤 및 요를 감지하는 데는 좋지 않지만 중력장에서 방향을 감지하는 데에는 좋습니다.
mkeith

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다른 두 사람이 잘 응답하는 것처럼 보입니다. 그러나 그들이 답변 한 후에도 여전히 제공 할 것이 있다고 생각되면 답변에 대한 답변이나 의견을 쓰겠습니다.
mkeith

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@mkeith 전화 소프트웨어에 무중력 상황을위한 코드가있는 경우 전화가 끊어진 것으로 가정합니다. 기계식 HDD가 장착 된 일부 랩톱은 데이터 손실을 피하기 위해 이러한 상황에서 드라이브를 파킹하고, HDD는 파킹시 높은 G 힘을 더 잘 견딜 수 있습니다. 휴대 전화를 떨어 뜨렸을 때 자신을 보호하기 위해 할 수있는 일이 많지 않으므로 상황에 대처하기 위해 특별한 것을 추가 한 것은 의심 스럽다.
Andrew

2
@JorenVaes 대신 SSD를 사용합니다 :)
Eugene Sh.

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저는 특히 고등학생으로서 "모든 의도와 목적을 위해"를 정확하게 철자하기 위해 질문에 +1을 드리겠습니다! 그것의 나머지는 좋다. 그러나 소년은 나에게 뛰어 들었다, 축하한다!
FreeMan

답변:


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당신 말이 맞아요 이 센서는 움직이는 구성 요소가 필요합니다. 그러나 그것들은 보드의 칩입니다.

기울기 센서 (실제로 가속도계)와 자이로 스코프 (및 압력 센서 등)는 MEMS : Micro-electromechanical systems이라는 제품군의 일부입니다.

집적 회로 제조에서 이미 일반적인 것과 유사한 기술을 사용하여 놀라운 소형 장치를 만들 수 있습니다. 우리는 물체를 에칭하거나 새로운 층을 증착하고 구조물을 성장시키는 등의 동일한 과정을 사용합니다.

이들은 매우 작은 장치입니다. 이것은 자이로 스코프의 예입니다.

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

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원래 웹 사이트로 연결 합니다.

대부분의 정전 용량 변화를 감지하여 작동합니다. 자이로는 회전으로 인한 변화를 감지합니다 (그림의 큰 부분이 중심 축을 중심으로 비틀어집니다. 이렇게하면 작은 이가 서로 좁아지고 커패시턴스가 증가합니다. 가속도계는 유사한 원리로 작동합니다. 두 번째 이미지의 오른쪽 하단에서 발견되었습니다.

무중력은 어떻습니까?

장치의 기능면에서 많이 변경되지는 않습니다. 가속도계는 가속도를 감지하여 작동합니다. 그러나 핵심은 중력이 그들과 동일하다는 것입니다. 항상 1G에서 가속되는 것처럼 느껴집니다. 그들은이 "constant"를 사용하여 "down"이 어디에 있는지 알 수 있습니다. 이것은 또한 칩이 미세 중력에서 잘 작동하지만 휴대 전화는 작동하지 않는다는 것을 의미합니다. "다운"이없는 것처럼 혼동됩니다.

사용자 GreenAsJade가 제기하는 (매우 좋은) 요점을 해결하기위한 빠른 추가 : Wikipedia와 같은 소스에서 자이로 스코프 의 일반적인 정의 를 볼 때 종종 회전 디스크의 선을 따라 무언가로 설명됩니다. 위 그림에는 회전하는 부분이없는 것 같습니다. 무슨 일이야?

그들이 이것을 해결하는 방법은 회전진동 으로 대체하는 것 입니다. 여기 그림의 디스크 모양의 물체는 중심 축에 매우 얇고 유연한 구조로만 연결되어 있습니다. 그런 다음이 디스크는 축 주위에서 고주파로 진동합니다. 전체 구조를 비스듬히 움직일 때 디스크는 고전적인 자이로 스코프와 유사하게 디스크에 계속 저항합니다. 이 효과를 코리올리 효과 라고합니다 . 주변 고체 물질에 비해 디스크의 기울기를 감지하여 회전 속도를 측정 할 수 있습니다.


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이러한 센서의 질량은 엄청나게 낮아서 관성을 늦추는 관성이 없습니다. iPhone은 이러한 센서를 사용하여 엔진의 RPM을 최대 3000RPM으로 결정할 수 있습니다. 놀랄 만한.
Jeroen3

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직육면체 법칙은 곤충과 마찬가지로 내구성이 뛰어납니다.
pjc50

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@Jeroen, 3000rpm에서 회전 할 때 iPhone을 어떻게 읽습니까?
Octopus

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자이로 스코프는 각도 가속도계가 아닙니다. 축 주위로 바퀴를 구동 (진동)하고 바퀴의 기울기 를 측정합니다 .
Spehro Pefhany

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@FreeMan에는 실제로 총 6 개의 센서, 3 개의 자이로 및 3 개의 가속도계가 있으며 중복 세트도있을 수 있습니다. 그것들은 다른 축을 따라 물리적으로 향합니다. 이것은 단일 칩으로 생산됩니다. 나는 이것을 이전에 사용했는데 여기에는 3 개의 자이로, 3 개의 가속도계 및 3 축 나침반 (자력계)이 포함됩니다 : sparkfun.com/products/11028
Jasmine

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감각 장치는 스프링의 무게입니다. 실제로 "센서의 일부 작은 구성 요소의 소규모 동작"이며 "회로 기판의 다른 칩"이기도합니다.

여기서 핵심 단어는 MEMS 입니다. 작은 실리콘 구조를 구축 한 다음 그 아래로 식각하여 자유 부유물을 남길 수 있습니다. 조각이 길고 얇 으면 영률에 비례하는 양만큼 중력 (또는 가속)에서 변형됩니다. 위치 변화는 움직이는 부분과 그 주위의 고정 부분 사이의 커패시턴스에 영향을 미치며 전자적으로 측정 할 수 있습니다.

일반적으로 3 축 가속도계는 하나만 있습니다. 자이로 또는 거리에 의해 분리 된 다른 가속도계를 추가하여 더 나은 정밀도를 얻을 수 있습니다. Nintendo는 Wiimote 부가 기능으로이 작업을 수행했습니다.

대부분의 전화는 또한 교정이 나쁜 경향이 있지만, 자북이 전화를 기준으로 막연하게 위치를 알려주는 자력계가 포함되어 있습니다.

질문의 특정 부분을 다루기 :

  • 스마트 폰이 기울기에 민감 해지는 이유는 무엇입니까?

MEMS 가속도계. 수량이 $ 0.50 이하인 몇 mm 정사각형 칩 패키지.

  • 그들은 무중력 상태에서이 능력을 유지합니까?

정확히. 더 이상 편리한 참조 벡터가 없습니다. 그러나 그들은 여전히 ​​가속을 감지 할 수 있으므로 "lightsaber"앱 중 하나가 있고 그것을 흔들면 ISS에서 계속 작동합니다. 그러나 당신이나 전화 모두 "위"에 대한 명확한 생각을 가지고 있지 않습니다.

(라즈베리 파이 키트는 가속도계와 학생들이 작성한 많은 프로그램을 가지고 있기 때문에 어딘가에 이것을 보여주는 비디오가 거의 있습니다)

3 축 가속도계의 원시 출력은 m / s ^ 2 단위로 측정 된 3 개의 값으로 구성된 벡터입니다. 이 벡터의 크기는 일반적으로 약 1g이지만 방향은 다릅니다. 고정 전화기의 경우 아래쪽을 가리 킵니다. 이동하면 가속 벡터가 방향을 바꿉니다. 당신 이 전화 를 떨어 뜨린 다면 , 즉 공 전선에있는 전화와 같은 자유 낙하로 들어가면, 그 크기는 거의 0이됩니다. 이것은 벡터의 방향이 거칠게 들리고 소음으로 바뀝니다.

약 10 년 전에 Macbooks는 하드 디스크 안전을위한 낙하 감지기로 가속도계를 사용했습니다. 사람들 은 다른 용도로 사용했습니다 .

  • 어떻게 작동합니까?

다른 답변으로 더 자세히 답변했습니다.


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저것은 ... 간결했다;) 나는 최종 답변을 기다릴 것이다. 또한 ... "폐쇄 창"은 무엇입니까?
paracetamol

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SE는 개방형 토론 질문을 좋아하지 않으므로 답변이 "주제 외"또는 "너무 광범위"로 마감 될 수 있습니다. 그렇게되면 (그리고 빨리 일어날 수 있다면) 아무도 질문에 대한 답변을 추가 할 수 없습니다.
Chris M.

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@paracetamol "어떻게 작동합니까"와 "왜 그렇게 되었나요?"는 상당히 개방적이며 일반적으로 여기에서 검색 엔진 질문을하는 것을 좋아하지 않습니다. 당황 스러울만한 특정한 것이 있다면, 더 나은 방법은 우리 자신의 연구에서 보여준 것을 통해 이해하고 이해하지 못하는 것이 무엇인지 물어 보는 것입니다.
Chris M.

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질문을 편집하고 특히 저 중력 상태에 대해 질문하는 것이 좋습니다. 미래의 응답자가 읽을 수 있도록 새로운 정보 / 설명이 주요 게시물에 있어야합니다. 나는 그것이 당신의 질문을 공개하기에 충분할 것이라고 생각합니다.
Chris M.

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작은 점이지만 ISS는 무중력 상태가 아닙니다. 궤도에 있습니다.
Christian Palmer

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이론적으로 전화 나 태블릿은 지상에서와 마찬가지로 국제 우주 정거장 (ISS)에서도 잘 작동 할 수 있습니다.

이걸 조금 나누어 봅시다.

장치가 감지해야하는 두 가지 유형의 동작이 있습니다.

리니어 모션

독립형 가속도계는 해당 축의 가속력을 측정하기 위해 일반 정지 점에서 스프링 결합 질량의 편차를 사용합니다. 모든 축에서 움직임을 감지하려면이 중 세 가지가 필요합니다.

이러한 힘을 알고 추적하면 원래의 "전원 켜기"위치에서 장치의 이동 속도와 방향을 "사망"할 수 있습니다. 정확한 시계를 고려하여 현재 위치를 파악할 수도 있습니다.

간단하게 들리지만 수학은 실제로 매우 복잡하며 시스템의 오류로 인해 시간이 지남에 따라 드리프트가 발생합니다.

회전

회전은 모든 축을 중심으로 회전합니다.

스핀 센서

자이로 스코프 또는 스핀 센서를 사용하여 회전을 측정 할 수 있습니다. 이들 장치는 특정 축에서 자유롭게 회전하거나 구동되는 느슨하게 결합 된 질량을 갖는다. 장치 본체가 회전하면 회전 차이에 따라 장치가 얼마나 회전하는지 알 수 있습니다.

스핀 센서와 자이로 스코프는 중력에 신경 쓰지 않으며 마찰 마찰과는 다릅니다.

중력 기준 가속도계 회전

가속도계는 느슨하게 매달린 질량에 작용하는 힘을 측정하기 때문에 센서가 지구에 대해 수직 일 때 중력으로 인한 질량의 무게로 인해 스프링의 변형이 발생합니다. 이 오프셋은 가속 부분을 추출하기 위해 소프트웨어에 의해 수학적으로 제거됩니다.

그러나 3 축 가속도계는 방향에 따라 다른 오프셋을 생성하므로 오프셋 차이에서 스핀을 수학적으로 감지 할 수 있습니다.

그러나이 방법은 효과가 있지만 G에서는 차이가있을 수 있습니다. 공간에서는 작동하지 않습니다. 또한 기동 항공기에서는 기능이 크게 저하됩니다. 빠른 속도로 구부러진 자동차조차도 문제가 될 수 있습니다.

가속도계 스핀 감지

충분히 민감한 가속도계의 두 세트를 사용하여 가속도계 간의 가속도 차이로부터 스핀을 감지 할 수 있습니다.

각 가속도계는 다른 가속도계를 기준으로 움직여야하므로 각 축마다 가속도 차이가 있습니다. 이러한 값은 수학적으로 스핀을 예측하는 데 사용될 수 있습니다.

X1,Y1,Z1X2,Y2,Z2

이 방법은 중력의 영향을받지 않습니다.

휴대 전화 나 태블릿이 ISS에서 작동합니까?

위에서 볼 수 있듯이 실제로 장치에서 사용하는 방법에 따라 다릅니다.

기술적으로이를 구현하고 프로그래밍 할 수 있습니다. 다시 교정하기 위해 전원을 끄고 다시 전원을 켜야 할 수도 있지만 올바른 시스템이 있으면 제대로 작동합니다. 최소한 "항공기 시뮬레이션 게임"을하기 위해서입니다.

ISS에서는 드리프트가 더 큰 문제 일 수 있습니다. 일반 G의 전화는 특정 시점에서 "아래로"어떤 방식으로 작동하는지 알 수 있으므로 시간이 지남에 따라 다시 조정할 수 있습니다. 공간 기반 장치는 "정상"방향을 나타 내기 위해 가끔 수동 재설정이 필요합니다.


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모든 의견과 답변은 가능한 방법을 이해하는 데 도움이됩니다. 그러나, 여기 당신이 실제 제품 실현 어떻게 이해하는 데 도움이 될 것입니다 뭔가.

정위(이미지 소스)

InvenSense의 초소형 IC (3x3x1mm!)입니다. 3 축 가속도계 (가로 방향 이동용), 3 축 자이로 스코프 (회 전용) 및 3 축 자력계 (나침반 바늘)가 있습니다. 여기에는 복잡한 수학을 수행하는 내부 코드가 있습니다. 거의 전력이 필요하지 않습니다. 이 모든 것을 단일 수량으로 $ 10에 구입할 수 있습니다.

이것은 단지 예일뿐입니다. 비슷한 제품을 만드는 회사가 여러 곳 있습니다. 일부는 다른 것보다 정확하고 일부는 저렴하며 대부분 자력계가 없습니다.

즐기세요!


게시물을 편집 한 후 쓸모없는 의견을 정리했습니다.
JDługosz

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전자 사이트에서는 드문 경우이지만, 그 대답 중 어느 것도 그 질문에 명확하고 선명하게 답변하지 않았습니다!

휴대폰은 무중력 상태에서 기울기를 감지하는 기능을 유지합니까?

정답은:

하드웨어 수준에서 기울기 를 감지하는 기능을 유지 하지만 더 이상 기울기를 감지 할 수 없습니다 .

더욱이,

실제로 앱 소프트웨어 수준에서 거의 모든 (아마도 "모든") 앱 소프트웨어 작성자는 무중력의 코너 케이스를 허용하지 않으므로 자이로 가속 기능이 전반적으로 충격적으로 작동 할 가능성이 큽니다. 대부분 / 모든 실제 앱.

휴대 전화에서 자이로 / 가속이 작동하는 방식과 관련하여 두 플랫폼 ( :)에서 API를 쉽게 Google에 검색 할 수 있습니다 .

그러나 글을 쓰는 현재의 모든 OS는 실제로 하위 수준 자이로 / 가속 기능 을 편리한 상위 수준 모션 관리자로 래핑합니다 .

가속 / 자이로, 실제로 OS 레벨에서 함께 랩핑 됨

사실 ...

실제로 새로 작성된 앱의 경우 (점포에있는 앱의 약 25 %가 부패 / 정기적으로 업데이트되지 않는다는 점을 기억하십시오), Apple 팀이 (사례에 따라) 작성한 방식 으로 귀결됩니다. "Coremotion"은 무중력 환경 사례를 처리했습니다. (Android에서도 비슷한 상황이 있습니다).

또한, 이와 같은 게임의 경우 ...

오늘날 휴대 전화에서 집어 들고 노는 거의 모든 게임은 기본 앱이 아닌 Unity3D로 제작되었습니다. (그리고 원칙적으로 "가속 / 자이로를 사용하는 앱"을 보면 90 % 이상이 게임 일뿐입니다.) 실제로 모든 플랫폼에서 소프트웨어 제작자는 Unity의 소프트웨어 래퍼 레벨 사용 .

따라서, 지구 궤도의 극단적 인 코너의 경우 실제 동작은 무엇에 따라 달라 하는 것을 작성할 때 사람들이했다.

혼란스러운 점 하나

명확하지 않은. 휴대 전화 용 소프트웨어를 작성할 때, 짧은 시간 동안, 즉 휴대 전화가 자유 낙하 상태경우 "무중력"처리하는 것이 일반적 입니다. 따라서 정지 시간 등을 측정하는 스케이트 보더, 스키어 등을 위해 (100s) 앱 중 하나를 만드는 경우 당연히이 문제를 처리합니다.

자이 로즈 (Gyros)는 2010 년경 휴대폰에 소개되었습니다. 액셀은 처음부터 시작되었습니다.

이탈리아어 / 프랑스 회사는 ST 마이크로 일렉트로닉스가 호출 거의 모두 애플과 삼성의 자이로의 대부분을합니다.

가속도계와 관련하여 대부분의 휴대 전화에는 이제 더 나은 방식으로 작동하기 때문에 몇 대의 휴대 전화가 있습니다. 가속도계 (Bosch 등)의 공급 업체가 더 다양하다고 들었습니다.

예를 들어 이러한 기능이 포함 된 전자 장난감을 만드는 경우 문자 그대로 MEMS 자이로 또는 가속 장치를 구입할 수 있습니다 .

반복해서, 제기 된 질문에 대한 기본적인 빠른 답변은

"제로 g"에서는 하드웨어 수준에서 기울기 를 감지하는 기능을 유지 하지만 더 이상 기울기를 감지 할 수 없습니다 .

소프트웨어 측면에서

  1. 거의 확실하게 "완전히 실패합니다!" 엉뚱한 "당신은 궤도에 있습니다"경우. Gane이나 앱 엔지니어 (나는 알고 있음)가 그 사건을 다루기에는 OCD가 아니기 때문에 잊지 마십시오 ...

  2. 자유 낙하 기간 동안 "무중력"을 갖는 것은 완전히 흔한 일입니다 (이것은 "액션 스포츠 앱"중 하나를 만드는 경우에 일반적인 일로 적용됩니다).


좋은 답변; +1. "현재 대부분의 휴대 전화 (2017)에는 6 축 자이로 스코프가 있습니다."라고 말하면 3 축 가속도계와 3 축으로 구성된 6 축 센서 (또는 "IMU", 관성 측정 장치)가 아닙니다 축 자이로?
bitsmack

조금, 감사합니다-당신은 구절이 잘못되었다는 것이 정확합니다. 편집했습니다. 건배!
Fattie

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스마트 폰에서 새냑 간섭계를 사용할 수 있다고 생각합니다. Sagnac 간섭계는 정지 상태에서 일정한 간섭 패턴을 생성하는 장치이며 설정이 회전하면 패턴이 달라집니다.

따라서 3 개의 간섭계를 배치하면 3 축 모두에 대한 회전을 측정 할 수 있습니다.

Sagnac 간섭계는 매우 작은 크기로 제공되며 광을 채널로 보내기위한 광섬유, 광원 (coherant) 및 검출기로 구성됩니다.

물론 사용하기 전에 보정해야합니다.

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