大多数智能手机对倾斜敏感，但是什么设备可以做到这一点？此外，它（以及与其关联的传感器）如何工作？

此外，由于这些传感器的工作似乎（几乎可以肯定）是基于外部重力场（例如地球）的存在，因此引出了第二个问题：智能手机是否在零重力（假设的）下保持倾斜灵敏度？条件？

（最近在我的手机上玩了一个飞机模拟器游戏……飞机对倾斜的反应非常好，这一事实使我大吃一惊；因此，提出这个问题的冲动很强烈）

附加功能：

我本人对此有所考虑，所以我也会在这里提出。出于所有目的和目的，我的问题在第二段之后结束，但是我在此之后添加的内容可能有助于定制一个适合我目前对物理学的理解的答案。

我目前正在读高中，如果我没记错的话，3D笛卡尔系统中的粒子有六个自由度。根据我在飞机模拟器应用程序上的经验，智能手机似乎只能在三个自由度上检测运动：俯仰，滚动和偏航

说到倾斜敏感的传感器：我的方式假设这些传感器/换能器的工作，是通过检测在重力势能的微小变化（其可以是与相关联的自身表现为在传感器的一些微小的部件的小规模运动）手机在空间方向上的变化。

从我的角度来看，这样的传感器将需要活动部件，而不能简单地成为电路板上的另一个芯片。

在这种情况下，如果我的任务是制造一种能够感知重力势能微小变化的倾斜感应设备，那么我可能至少需要三对传感器（三个坐标轴中的每个坐标轴对）。此外，参观了解非常智能手机的敏感似乎是倾斜的，我必须建立一个大的离谱装置，与一对每个传感器放置数米相隔实现倾斜灵敏度比得上我的手机。

但是，智能手机的尺寸小于典型三明治的尺寸，因此，除了不切实际之外，将“成对放置的传感器分开几米”显然不是这种情况。

^我为此大声疾呼，以便您能从以下子问题中感受到我的真正困惑：

为什么这些传感器是如此敏感，尽管规模较小？

从某种意义上说，你是对的。这些传感器确实需要移动的组件。但是，它们是您板上的芯片。

倾斜传感器（实际上是加速度计）和陀螺仪（以及压力传感器等）是称为MEMS的家族的一部分：微机电系统。

使用集成电路制造中已经普遍使用的类似技术，我们可以制造出惊人的小型设备。我们使用相同的工艺来蚀刻掉东西，沉积新层，生长结构等。

这些都是极小的设备。这是一个陀螺仪的例子：

链接到原始网站。

其中大多数通过感应电容变化来工作。陀螺仪会感应到旋转引起的变化（图中的大物件会绕中心轴扭转。这会使交错的细齿更紧密地靠近在一起，并增加电容。加速度计的工作原理类似。这些齿可以发现在第二张图片的右下角。

零重力呢？

就设备的功能而言，它不会有太大变化。您会看到，加速度计通过感应加速度来工作。但是关键是重力对他们来说是相同的-感觉就像一直在加速到1G。他们使用此“常数”来了解“下降”的位置。这也意味着，尽管芯片在微重力下可以正常工作，但您的手机却无法正常工作-似乎没有“掉线”的感觉，因此会感到困惑。

快速补充内容可以解决用户GreenAsJade提出的一个（非常好的）观点：当您查看维基百科等来源的陀螺仪的常见定义时，通常将它们描述为旋转磁盘上的某种东西。上面的图片似乎没有任何旋转的部分。那是怎么回事？

他们解决此问题的方法是用振动代替旋转。此处图片中的圆盘形对象仅通过非常薄且灵活的结构连接到中心轴。然后使该圆盘以高频率绕其轴振动。当您沿某个角度移动整个结构时，这将导致磁盘尝试不断抵御此干扰-类似于经典的陀螺仪。这种效应称为科里奥利效应。通过检测磁盘相对于周围固体材料的倾斜量，它可以测量磁盘旋转的速度。

感觉装置是弹簧上的重物。这确实是“传感器的一些微小组件的小规模运动”，并且也是“电路板上的另一个芯片”。

这里的关键词是MEMS。可以构建小的硅结构，然后在其下方蚀刻掉，留下自由浮动的零件。如果块又长又薄，它将在重力（或任何加速度）下变形，变形量与其杨氏模量成正比。位置的变化会影响可移动部分和周围静止部分之间的电容，可以通过电子方式进行测量。

通常，它们只有一个三轴加速度计。通过增加陀螺仪或其他相距一定距离的加速度计，可以获得更好的精度。任天堂使用Wiimote附加组件来做到这一点。

许多手机还包含一个磁力计，可以模糊地告诉您磁北极相对于手机的位置，尽管校准往往对这些手机不利。

解决问题的特定部分：

• 是什么使智能手机对倾斜敏感？

MEMS加速度计。几平方毫米的芯片封装，数量在0.50美元或以下。

• 他们会在零重力条件下保持这种能力吗？

不完全是。它们不再具有方便的参考向量。但是，他们仍然可以检测到加速度，因此，如果您拥有其中的“光剑”应用程序之一，并且对其进行挥动，它仍然可以在ISS上运行。但是您和电话都没有明确的“启动”概念。

（发送到那里的Raspberry Pi套件有一个加速度计和一堆由小学生编写的程序，因此几乎可以肯定有一个视频演示了此操作）

3轴加速度计的原始输出是一个以m / s ^ 2为单位的3个值的向量。该向量的大小通常约为1g，但方向会有所不同。对于固定电话，它将指向下方。如果移动它，则加速度矢量将改变方向。如果您放下电话，即它与飞船上的电话一样自由落体，那么震级将接近零。这会使向量的方向剧烈摆动并变成噪声。

Macbooks大约在十年前就将加速度计用作硬盘安全性的跌落检测器。人们为他们找到了其他用途。

• 它是如何工作的？

其他答案将更详细地回答。

从理论上讲，是的，电话或平板电脑在说说国际空间站（ISS）方面的工作效果和在地面上一样好。

让我们分解一下。

设备需要检测两种运动。

直线运动

独立的加速度计使用弹簧耦合质量与正常静止点的偏差作为该轴上的加速力的量度。显然，您需要其中三个来检测任何轴上的运动。

了解并跟踪这些作用力后，您可以从设备的原始“加电”位置“停滞”设备的行进速度和方向。考虑一个准确的时钟，您还可以计算当前位置。

这听起来很简单，但是数学实际上非常复杂，系统中的错误会导致时间的漂移。

回转

旋转显然绕任何轴旋转。

自旋传感器

可以使用陀螺仪或旋转传感器测量旋转。这些装置再次具有松散耦合的质量，该质量可在特定轴上自由旋转或被驱动。当设备主体旋转时，旋转之间的差异会告诉您设备旋转了多少。

旋转传感器和陀螺仪不在乎重力，而只是在摩擦方面有所差异。

重力参考加速度计旋转

由于加速度计测量的是作用在松散悬挂的物体上的力，因此当该传感器相对于地球垂直时，由于重力引起的物体重量当然会在弹簧中产生挠曲。该偏移量在数学上由软件消除，以便提取加速部分。

但是，由于三轴加速度计将根据其方向产生不同的偏移量，因此可以从偏移量的差异中数学地检测旋转。

但是，尽管此方法有效，但它会受G的变化的影响。它将无法在空间中工作。它在机动飞机中的功能也将大大降低。即使是汽车急转弯也可能会出现问题。

加速度计自旋检测

利用两组足够灵敏的加速度计，可以根据加速度计之间的加速度差异来检测旋转。

由于每个加速度计都必须相对于彼此移动，因此每个加速度计之间在该轴上的加速度会有所不同。这些值可以再次在数学上用于预测旋转。

简而言之，如果您可以从以手机一端为中心的加速度计中得知中心点已移至，而另一端现在位于，则计算这三个角度将变得微不足道。X 2，Y 2，Z $X_1,Y_1, Z_1$$X_2,Y_2, Z_2$

此方法不受重力影响。

您的手机或平板电脑可以在ISS上使用吗

从上面可以看到，它实际上取决于您的设备使用哪种方法。

从技术上讲，可以对此进行构建和编程。您可能需要关闭它，然后再次打开电源以重新校准它，但是在正确的系统中，它应该可以正常工作。至少是为了玩那个“飞机模拟游戏”。

不过，在国际空间站上，漂移可能是一个更大的问题。由于处于正常状态G的电话能够知道在那个特定时刻“下降”的方向，因此它们可以随时间重新调整。空基部队偶尔需要进行手动重置，以指示“正常”方向。

所有评论和答案都非常有助于您了解如何实现。但是，这里的东西，这将帮助您了解它是如何在实际产品现实化。

（图片来源）

这是InvenSense的微型IC（3x3x1毫米！）。它具有一个三轴加速度计（用于横向运动），一个三轴陀螺仪（用于旋转）和一个三轴磁力计（例如罗盘针）。它具有内部代码，可以完成所有复杂的数学运算。它几乎不需要电源。所有这些都以单个价格10美元的价格提供。

这仅仅是一个例子。有几家制造类似产品的公司。有些比其他的更准确，有些更便宜，大多数没有磁力计，等等。

玩得开心！

在电子网站上，这种情况很少见，没有一个答案能清楚明确地回答问题！

手机是否保留了在零重力条件下检测倾斜的能力？

答案是：

它们保留了（在硬件级别上）检测倾斜的能力，但不再能够检测到倾斜。

进一步，

实际上，在应用程序软件级别上，几乎所有（很可能是“全部”）应用程序软件编写者都不会考虑零重力的极端情况，因此，陀螺加速功能很可能会整体上表现得很差劲。大多数/所有实际应用。

关于陀螺仪/加速器在手机中的工作方式，您可以轻松地在两个平台上搜索这些API的API（示例）。

但是请注意，在撰写本文时，所有OS实际上都将底层陀螺/加速功能包装在某种方便的高层运动管理器中：

加速/陀螺仪实际上在操作系统级别包装在一起

所以事实上

在实践中，对于任何相当新编写的应用程序（要记住，商店中大约25％的应用程序已衰减/未定期更新），这取决于苹果团队的编写方式（以他们为例） “ Coremotion”处理（如果有的话）零重力环境情况。（Android也有类似情况）。

而且，对于此类游戏...

如今，您在手机上接听和玩的几乎所有游戏都是在Unity3D中创建的，而不是作为本机应用程序创建的。（通常，如果您查看“使用加速/陀螺仪的应用程序”集合，则其中90％（更多？）只是游戏。）因此，实际上（在所有平台上）软件编写者实际上是使用Unity的软件包装级别。

因此，在地球轨道的最极端情况下的实际行为将取决于这些人在编写时的行为。

令人困惑的一点...

尚未澄清。当您为手机编写软件时，在短时间内必须处理“零重力”是很平常的事，也就是说，当手机处于自由落体状态时。因此，如果您要制作滑板运动，滑雪者之类的应用程序（占上百种），这些应用程序可以测量停留时间等，那么您当然可以解决这个问题。

陀螺仪大约在2010年推出了手机；从一开始就在他们身上加油。

一个法国/意大利一家名为意法半导体几乎使大部分的陀螺仪两个苹果和三星的。

关于加速度计，现在大多数手机都具有加速度计，因为这样可以更好地工作。我听说加速度计的供应商种类更多（博世等）。

您可以从字面上购买MEMS陀螺仪或加速器，例如，如果您正在制作具有此类功能的电子玩具。

• MEMS加速度计如何在基板水平上实际工作
• MEMS陀螺仪如何工作

只是重复一遍，对所提出问题的基本快速解答是

在“零克”中，它们保留了（在硬件级别上）检测倾斜的能力，但不再能够检测到倾斜。

在软件方面，

1. 几乎可以肯定，它将“完全失败！” 在怪异的“你在轨道上”的情况下。由于没有哪位专家或应用工程师（我知道）会像强迫症这样的事来解决这种情况，但请不要忘记...

2. 在短暂的自由落体中出现“零重力”是完全司空见惯的（如果您正在制作“运动体育应用”之一，这是司空见惯的事情）。

我认为他们可能会在智能手机中使用悬臂式干涉仪。Sagnac干涉仪是一种在静止状态下会产生恒定干涉图样的设备，其旋转模式会随着设置的变化而变化。

因此，当放置3个此类干涉仪时，我们可以测量围绕所有3个轴的旋转。

Sagnac干涉仪的尺寸非常小，它由用于引导光的光纤，光源（相干）和检测器组成。

当然，使用前应先进行校准。