ほとんどのスマートフォンは傾きに敏感ですが、どのデバイスがこれを可能にしますか？さらに、それ（およびそれに関連付けられたセンサー）はどのように機能しますか？

また、これらのセンサーの動作は、ほぼ確実に、外部重力場（たとえば、地球）の存在に基づいているように見えるため、これは2番目の質問を請います：スマートフォンは、無重力（仮定）条件？

（最近、私の携帯電話で航空機シミュレーターのゲームをプレイしました...飛行機が傾斜にとてもよく反応したという事実は私を驚かせました;したがって、この質問をする衝動）

その他：

私はこのことについて自分で考えたので、ここでも取り上げます。すべての意図と目的について、私の質問は2番目の段落の後に終わりましたが、この後に追加した内容は、物理学に関する私の現在の理解に合った答えを調整するのに役立つかもしれません。

私は現在高校生です。正しく思い出せば、3Dデカルトシステムのパーティクルには6つの自由度があります。航空機シミュレータアプリの私の経験から、スマートフォンはピッチ、ロール、ヨーの3つの自由度で動きを検出するようです

傾き感知センサといえば：私は方法と仮定これらのセンサ/トランスデューサの作業を、（重力ポテンシャルエネルギーの微細な変化を検出することによるものであることができると関連しているセンサのいくつかの小さな部品の小規模な運動として現れる）を電話の空間的向きの変化。

私の考えでは、このようなセンサーには可動部品が必要であり、単に回路基板上の別のチップにすることはできません。

これらの状況下で、重力ポテンシャルエネルギーの微小な変化を感知する傾きに敏感なデバイスの構築を任された場合、少なくとも3組のセンサー（3つの座標軸のそれぞれに1組）が必要になるでしょう。また、どのように見て非常にスマートフォンを傾けることによるものと思わ敏感、私はペアの各センサに私の携帯電話と同等のチルト感度を達成するために数メートル離れて置かれ、途方もなく大きなデバイスを構築する必要があると思います。

ただし、スマートフォンのサイズは一般的なサンドイッチよりも小さいため、「ペアのセンサーを数メートル離して配置する」ことは、実用的ではないことは別として、明らかにそうではありません。

^私はこれについて暴言し、次のサブ質問で私の本当の困惑の感触をつかむことができました：

これらのセンサーは、サイズが小さいにもかかわらず、なぜそれほど敏感なのでしょうか？

ある意味であなたは正しい。これらのセンサーには可動部品が必要です。ただし、それらはボード上のチップです。

傾斜センサー（実際には、加速度計）とジャイロスコープ（および圧力センサーなど）は、MEMS：Micro-electromechanical systemsと呼ばれるファミリの一部です。

集積回路の製造で既に一般的なものと同様の手法を使用して、驚くほど小さなデバイスを作成できます。物をエッチングで除去し、新しい層を堆積し、構造を成長させるなど、同じプロセスを使用します。

これらは非常に小さなデバイスです。これはジャイロスコープの例です：

元のWebサイトへのリンク。

これらのほとんどは、静電容量の変化を検知することで機能します。ジャイロは、回転による変化を感知します（写真の大きな部分が中心軸の周りでねじれます。これにより、インターリーブされた小さな歯が互いに接近し、静電容量が増加します。加速度計は同様の原理で動作します。 2番目の画像の右下隅にあります。

無重力はどうですか？

デバイスの機能に関してはあまり変わりません。加速度計は加速度を感知することで機能します。しかし重要なのは、重力が彼らにとって同じであるということです-常に1Gで加速されているように感じます。彼らはこの「定数」を使用して、「ダウン」がどこにあるかを把握します。これはまた、チップが微小重力でうまく機能する一方で、お使いの携帯電話はそうではないことを意味します-「ダウン」がないように見えるので混乱します。

ユーザーGreenAsJadeが提起する（非常に良い）ポイントに対処するための簡単な追加：ウィキペディアなどのソースのジャイロスコープの一般的な定義を見ると、多くの場合、回転ディスクの線に沿ったものとして説明されます。上の写真には回転部分がないようです。どうしたの？

彼らがこれを解決する方法は、回転を振動に置き換えることです。写真の円盤状のオブジェクトは、中心軸に非常に薄く柔軟な構造でのみ接続されています。次に、このディスクは、その軸を中心に高周波数で振動します。構造全体をある角度に沿って移動すると、これによりディスクがこれに抵抗しようとし、古典的なジャイロスコープと同様になります。この効果はコリオリ効果と呼ばれます。周囲の固体材料と比較したディスクの傾きの量を感知することにより、回転速度を測定できます。

感覚器はバネ上の重りです。それは確かに「センサーの小さな部品の小さな動き」であり、「回路基板上の別のチップ」でもあります。

ここでのキーワードはMEMSです。小さなシリコン構造を構築し、その下にエッチングして、自由に浮遊するピースを残すことができます。ピースが長くて薄い場合、重力（または任意の加速度）の下でヤング率に比例する量だけ変形します。位置の変化は、可動部分とその周囲の静止部分との間の静電容量に影響を与え、電子的に測定できます。

通常、3軸の加速度計は1つしかありません。距離を隔てたジャイロまたは別の加速度計を追加することで、より高い精度を実現できます。任天堂はこれをWiimoteアドオンで行いました。

多くの携帯電話には磁力計も搭載されており、磁北が電話に対して相対的な場所を漠然と教えてくれますが、これらはキャリブレーションが悪い傾向があります。

質問の特定の部分に対処する：

• スマートフォンが傾きに敏感なのはなぜですか？

MEMS加速度計。数平方ミリメートル以下のチップパッケージ、量は0.50ドル以下。

• 彼らは無重力状態でこの能力を保持しますか？

ではない正確に。便利な参照ベクトルがなくなりました。ただし、それらはまだアクセラレーションを検出できます。そのため、これらの「ライトセーバー」アプリの1つがあり、それを振り回してもISSで動作します。しかし、あなたも電話も「アップ」の明確な考えを持っていません。

（そこに送られたRaspberry Piキットには、加速度計と学童によって書かれた一連のプログラムがあるため、ほぼ確実にどこかでこれを示すビデオがあります）

3軸加速度計の生の出力は、m / s ^ 2で測定された3つの値のベクトルです。このベクトルの大きさは通常約1gですが、方向は異なります。固定電話の場合、下向きになります。移動すると、加速度ベクトルの方向が変わります。電話を落とすと、つまり、軌道を回る航空機の電話と同じように自由落下する場合、大きさはほぼゼロになります。これにより、ベクトルの方向が激しく揺れ動き、ノイズに変わります。

ハードディスクの安全性のための落下検出器としての加速度計の使用は、約10年前にMacbookによって普及しました。人々はそれらの他の用途を見つけました。

• どのように機能しますか？

他の回答で詳細に回答しました。

理論的には、はい、国際宇宙ステーション（ISS）でも、地上でそうであるように、携帯電話やタブレットでも同じように機能します。

これを少し分解してみましょう。

デバイスが検出する必要があるモーションには2つのタイプがあります。

直線運動

自己完結型の加速度計では、バネ結合質量の通常の静止点からの偏差を、その軸の加速力の尺度として使用します。明らかに、任意の軸の動きを検出するには、これらのうち3つが必要です。

これらの力を知り、追跡することで、デバイスの元の「電源オン」位置からの移動の速度と方向を「推測」できます。正確な時計を考慮に入れると、現在の位置を把握することもできます。

それは簡単に聞こえますが、実際には数学は非常に複雑であり、システムのエラーは時間の経過とともにドリフトを引き起こします。

回転

回転は明らかに任意の軸を中心に回転します。

スピンセンサー

回転は、ジャイロスコープまたはスピンセンサーを使用して測定できます。これらのデバイスも、特定の軸で自由に回転または駆動される疎結合質量を持っています。デバイスの本体が回転すると、回転の差からデバイスの回転量がわかります。

スピンセンサーとジャイロスコープは重力を気にしません。

重力参照加速度計の回転

加速度計は緩く吊り下げられた質量に作用する力を測定するため、そのセンサーが地球に対して垂直である場合、当然、重力による質量の重さによるバネのたわみがあります。このオフセットは、加速部分を抽出するためにソフトウェアによって数学的に削除されます。

ただし、3軸の加速度計は向きに応じて異なるオフセットを生成するため、オフセットの差から数学的にスピンを検出することができます。

ただし、この方法は機能しますが、Gの変動の影響を受けます。宇宙では機能しません。また、機動性のある航空機では機能が大幅に低下します。急カーブで急カーブを曲がる車でさえ問題になる可能性があります。

加速度計スピン検出

2セットの十分に敏感な加速度計を使用して、加速度計間の加速度の差からスピンを検出することができます。

各加速度計は互いに相対的に移動する必要があるため、それぞれの軸の加速度に差があります。これらの値は再びスピンを予測するために数学的に使用できます。

簡単に言えば、電話機の一方の端に中心がある加速度計から、中心点がに移動し、もう一方の端がにあることが、3つの角度の計算は簡単です。X 2、Y 2、Z $X_1,Y_1, Z_1$$X_2,Y_2, Z_2$

この方法は重力の影響を受けません。

あなたの携帯電話またはタブレットはISSで動作しますか

上記からわかるように、それは実際にデバイスが使用する方法に依存します。

技術的には、それを構築してプログラムすることができます。再キャリブレーションを行うには、シャットダウンして電源を再投入する必要がありますが、適切なシステムが適切に機能していれば正常に動作するはずです。少なくともその「航空機シミュレーションゲーム」をプレイするため。

ただし、ドリフトはISSではより大きな問題になる可能性があります。通常のGの電話機は、特定の瞬間に「ダウン」がどの方向にあるかを知ることができるため、時間の経過とともに再調整できます。スペースベースのユニットは、「通常の」方向を示すために時々手動でリセットする必要があります。

すべてのコメントと回答は、それがどのように可能かを理解するのに役立ちます。しかし、ここだあなたはそれが実際の製品で実現だ方法を理解するのに役立ちます何かが。

（画像ソース）

これは、InvenSenseの小さなIC（3x3x1 mm！）です。3軸加速度計（横移動用）、3軸ジャイロスコープ（回転用）、および3軸磁力計（コンパス針のような）があります。複雑な計算をすべて行う内部コードがあります。電力はほとんど必要ありません。これはすべて、単一の数量で10ドルです。

これは一例です。同様の製品を製造している企業がいくつかあります。あるものは他のものより正確であり、あるものは安価であり、ほとんどが磁力計を持たない、など...

楽しんで！

これは、エレクトロニクスのサイトではまれなケースであり、明確かつ明確に回答された回答はありません。

携帯電話は、無重力状態で傾きを検出する機能を保持していますか？

答えは：

彼らは、（ハードウェアレベルで）検出する能力を保持傾斜を、彼らはもはや検出することができないチルト。

さらに、

実際、アプリソフトウェアのレベルでは、ほぼすべての（非常に「すべて」の）アプリソフトウェアライターが無重力のコーナーケースを許可しないため、ジャイロアクセラ機能が全体的に奇抜に動作する可能性が非常に高くなります。ほとんど/すべての実際のアプリ。

ジャイロ/アクセルが携帯電話でどのように機能するかについては、2つのプラットフォームでこれらのAPIを簡単にグーグルで検索できます（例）。

ただし、執筆時点のすべてのOSは、実際には、低レベルのジャイロ/アクセラ機能を何らかの便利な高レベルのモーションマネージャーでラップしていることに注意してください。

Accels / gyrosは、実際にはOSレベルでまとめられています

実際に...

実際には、かなり新しく作成されたアプリの場合（たとえば、ストア内のアプリの約25％が定期的に更新されていないことを思い出してください）、Appleのチームが（彼らの場合） 「Coremotion」は、無重力環境の場合を処理しました（もしあれば！）。（Androidにも同様の状況があります）。

さらに、ゲーム自体の場合...

今日、あなたが電話で拾ってプレイするほとんどすべてのゲームは、ネイティブアプリとしてではなく、Unity3Dで作成されました。（そして、原則として、「加速/ジャイロを使用するアプリ」のセットを見ると、それらの90％（もっと？）は単なるゲームです。）実際には（すべてのプラットフォームで）ソフトウェアライターは実際に使用してソフトウェアラッパーのユニティのレベルを。

したがって、地球軌道の極端なコーナーケースでの実際の動作は、それらの人々がそれを書いたときに何をしたかに依存します。

紛らわしい点...

それは明らかにされていません。電話用のソフトウェアを書いているとき、「無重力」に対処しなければならないのはまったく普通のことです...つまり、電話が自由落下しているときです。スケートボーダーやスキーヤーなど、ハングタイムなどを測定する（数百の）アプリの1つを作成している場合は、当然のことながらこれに対処します。

ジャイロは2010年頃に携帯電話に導入されました。アクセルは最初からそこにありました。

イタリア/フランスの会社は、STマイクロエレクトロニクスと呼ばれるかなりのリンゴとサムスンの両方のためにジャイロのほとんどを作ります。

加速度計に関しては、ほとんどの携帯電話にはそのように機能するため、現在2つあります。加速度計のより多くのサプライヤ（ボッシュなど）があると聞きました。

たとえば、このような機能を備えた電子玩具を製造している場合、MEMSジャイロまたはアクセラを文字通り購入できます。

• MEMS加速度計が実際に基板レベルでどのように機能するか
• MEMSジャイロの仕組み

繰り返しますが、提起された質問に対する基本的な迅速な答えは

「ゼロG」において、それらは、（ハードウェアレベルで）検出する能力を保持傾斜を、彼らはもはや検出することができないチルト。

ソフトウェアに関しては、

1. それは、ほぼ確実に、「完全に失敗します！」奇抜な「あなたは軌道に乗っている」場合。Ganeやアプリエンジニア（私が知っている）はOCDでそのケースをカバーできないので、忘れないでください...

2. 自由落下の短期間に「無重力」を持つことは完全に一般的です（これらの「アクションスポーツアプリ」のいずれかを作成している場合、これは一般的な問題として適用されます）。

彼らは、スマートフォンでサニャック干渉計を使用するかもしれないと思います。サニャック干渉計は、静止中に一定の干渉パターンを生成するデバイスであり、セットアップを回転させるとそのパターンが変化します。

したがって、このような干渉計を3台配置すると、3軸すべての回転を測定できます。

サニャック干渉計のサイズは非常に小さく、光を導く光ファイバー、光源（コヒーレント）、検出器で構成されています。

もちろん、使用前に調整する必要があります。