Tienes razón, en cierto sentido. Estos sensores necesitan componentes móviles. Sin embargo, son un chip en tu tablero.

Los tensoresensores (en realidad, acelerómetros) y giroscopios (y sensores de presión, ...) forman parte de una familia llamada MEMS: sistemas microelectromecánicos.

Usando técnicas similares a las ya comunes en la fabricación de circuitos integrados, podemos hacer pequeños dispositivos increíbles. Utilizamos los mismos procesos de grabado de elementos, depósito de nuevas capas, estructuras en crecimiento, etc.

Estos son dispositivos increíblemente pequeños. Este es un ejemplo de un giroscopio:

enlace al sitio web original.

La mayoría de estos trabajos detectan cambios en la capacitancia. Un giroscopio detectaría los cambios debidos a la rotación (la gran cosa en la imagen giraría alrededor del eje central. Esto acercará más a los pequeños dientes intercalados y aumentará la capacitancia. Los acelerómetros funcionan bajo un principio similar. Estos dientes pueden ser visto en la esquina inferior derecha de la segunda imagen.

¿Qué pasa con la gravedad cero?

No cambiaría mucho en términos del funcionamiento de los dispositivos. Verás, los acelerómetros funcionan al sentir la aceleración. Sin embargo, la clave es que la gravedad es igual para ellos, simplemente se siente como si estuvieras acelerando a 1G, todo el tiempo. Utilizan esta "constante" para tener una idea de dónde está "abajo". Esto también significa que, si bien los chips funcionarán bien en micro gravedad, su teléfono no lo hará, se confundirá ya que parece que no hay "caída".

Adición rápida para abordar un (muy bueno) punto que el usuario GreenAsJade trae a colación: Cuando observa el las definiciones de giroscopios en fuentes como wikipedia a menudo se describen como algo parecido a un disco giratorio. Las imágenes de arriba no parecen tener partes giratorias. ¿Qué pasa con eso?

La forma en que resuelven esto es reemplazando la rotación con vibración . El objeto con forma de disco en las imágenes aquí solo está conectado con estructuras muy delgadas y flexibles al eje central. Este disco luego se hace vibrar alrededor de su eje a alta frecuencia. Cuando mueves toda la estructura a lo largo de un ángulo, esto provocará que el disco intente y se resista continuamente, similar a un giroscopio clásico. Este efecto se denomina efecto Coriolis . Al detectar la cantidad de inclinación del disco en comparación con el material sólido circundante, puede medir qué tan rápido está girando.

El dispositivo sensorial es un peso en un resorte. De hecho, es un "movimiento a pequeña escala de algunos componentes diminutos del sensor", y también es "otro chip en una placa de circuito".

La palabra clave aquí es MEMS . Es posible construir pequeñas estructuras de silicio y luego grabar debajo de ellas, dejando una pieza flotante. Si la pieza es larga y delgada, se deformará bajo la gravedad (o cualquier aceleración) en una cantidad proporcional a su módulo de Young. El cambio de posición afecta la capacitancia entre la parte móvil y las partes estacionarias que la rodean, que pueden medirse electrónicamente.

Generalmente solo tienen un acelerómetro de tres ejes. Se puede lograr una mejor precisión agregando giroscopios u otro acelerómetro separado por una distancia; Nintendo hizo esto con los complementos de Wiimote.

Muchos teléfonos también contienen un magnetómetro, que le indica vagamente dónde está el norte magnético en relación con el teléfono, aunque la calibración tiende a ser mala en estos.

Abordar partes específicas de la pregunta:

• ¿Qué hace que los teléfonos inteligentes sean sensibles a la inclinación?

acelerómetros MEMS. Paquete de chip cuadrado de pocos mm, $ 0.50 o menos en cantidad.

• ¿Conservarán esta habilidad en condiciones de gravedad cero?

No exactamente. Ya no tienen un vector de referencia conveniente. Sin embargo, aún pueden detectar la aceleración, así que si tienes una de esas aplicaciones de "sable de luz" y la agitas, aún funcionará en la ISS. Pero ni usted ni el teléfono tienen una idea clara de "arriba".

(El kit de Raspberry Pi enviado allí tiene un acelerómetro y un montón de programas escritos por escolares, por lo que es casi seguro que hay un video que demuestra esto en alguna parte)

La salida bruta de un acelerómetro de 3 ejes es un vector de 3 valores medidos en m / s ^ 2. La magnitud de este vector generalmente será de aproximadamente 1 g, pero la dirección varía. Para un teléfono fijo apuntará hacia abajo. Si lo mueves, entonces el vector de aceleración cambiará de dirección. Si usted deja caer el teléfono, es decir, cae en caída libre de la misma forma que lo haría un teléfono en una nave en órbita, entonces la magnitud se aproxima a cero. Esto hace que la dirección del vector oscile violentamente y se convierta en ruido.

El uso de los acelerómetros como detectores de caída para la seguridad del disco duro fue popularizado hace unos diez años por los Macbooks. La gente encontró otros usos para ellos .

• ¿Cómo funciona?

Respondido con más detalle por otras respuestas.

Teóricamente, sí, un teléfono o tableta podría funcionar igual de bien en la Estación Espacial Internacional (ISS) como lo hace aquí en la tierra.

Vamos a desglosar esto un poco.

Hay dos tipos de movimiento que un dispositivo necesita detectar.

Movimiento lineal

Los acelerómetros autónomos utilizan la desviación de una masa acoplada por resorte desde un punto de reposo normal como medida de la fuerza de aceleración en ese eje. Obviamente, necesitas tres de estos para detectar movimiento en cualquier eje.

Conociendo y rastreando esas fuerzas, puede calcular la velocidad y la dirección de desplazamiento del dispositivo desde su ubicación original de "encendido". Tenga en cuenta un reloj preciso y también puede calcular la posición actual.

Eso suena simple, pero los cálculos en realidad son bastante complejos y los errores en el sistema causan un cambio en el tiempo.

Rotación

La rotación obviamente gira alrededor de cualquier eje.

Sensores de giro

La rotación se puede medir utilizando un giroscopio o un sensor de giro. De nuevo, estos dispositivos tienen una masa acoplada libremente que es libre de rotar, o es impulsada, en un eje particular. Cuando el cuerpo de su dispositivo gira, la diferencia entre las rotaciones le indica cuánto está girando el dispositivo.

Los sensores de giro y los giroscopios no se preocupan por la gravedad, aparte de algunas diferencias por fricción.

Rotación del acelerómetro referenciada por gravedad

Dado que los acelerómetros miden la fuerza que actúa sobre una masa suspendida flojamente, cuando ese sensor está vertical respecto a la tierra, por supuesto, habrá una desviación en el resorte debido al peso de la masa debido a la gravedad. El software elimina matemáticamente este desplazamiento para extraer la parte de aceleración.

Sin embargo, dado que los acelerómetros de tres ejes producirán diferentes desplazamientos dependiendo de su orientación, es posible detectar matemáticamente el giro de la diferencia en los desplazamientos.

Sin embargo, aunque este método funciona, está sujeto a variaciones en G. No funcionaría en el espacio. También sería significativamente menos funcional en un avión de maniobra. Incluso un automóvil que gira en una curva cerrada a la velocidad podría ser problemático.

Detección de giro del acelerómetro

Es posible, con dos conjuntos de acelerómetros suficientemente sensibles, detectar giros a partir de la diferencia en la aceleración entre acelerómetros.

Dado que cada acelerómetro tiene que moverse en relación con el otro, habrá una diferencia en la aceleración en ese eje entre cada uno. Esos valores se pueden usar matemáticamente nuevamente para predecir el giro.

En pocas palabras, si se puede ver a partir de los acelerómetros centrados en un extremo del teléfono que el punto central se ha movido a \ $ X_1, Y_1, Z_1 \ $, y el otro extremo ahora está en \ $ X_2, Y_2, Z_2 \ $, el cálculo de los tres ángulos es trivial.

Este método NO se ve afectado por la gravedad.

¿Funcionará SU teléfono o tableta en el ISS

Como puede ver en lo que antecede, realmente depende de los métodos que use su dispositivo.

Técnicamente podría construirse y programarse para hacerlo. Es posible que deba apagarlo y volver a encenderlo para recalibrarlo, pero con los sistemas adecuados en su lugar, debería funcionar bien. Al menos para jugar ese "juego de simulación de aviones".

Sin embargo, la deriva puede ser un problema mayor en la ISS. Dado que los teléfonos en G normal tienen la capacidad de saber en qué punto está "abajo" en ese momento en particular, pueden reajustarse con el tiempo. Una unidad basada en el espacio necesitaría un reinicio manual ocasional para indicar la dirección "normal".

Todos los comentarios y respuestas son excelentes para ayudarlo a comprender cómo es posible. Pero, aquí hay algo que lo ayudará a comprender cómo se actualiza en productos reales.

(fuente de imagen)

Este es un pequeño IC (3x3x1 mm!) de InvenSense. Tiene un acelerómetro de tres ejes (para el movimiento lateral), un giroscopio de tres ejes (para la rotación) y un magnetómetro de tres ejes (como una aguja de la brújula). Tiene un código interno que hará todas las matemáticas complicadas. Casi no tiene poder. Todo esto por $ 10 en cantidades individuales.

Esto es sólo un ejemplo. Hay varias empresas que hacen productos similares. Algunas son más precisas que otras, otras son más baratas, la mayoría no tiene el magnetómetro, etc ...

¡Diviértete!

Este es un caso raro en el sitio de electrónica donde, ninguna de las respuestas responde de manera clara y clara a la pregunta.

  

¿Los teléfonos celulares conservan la capacidad de detectar la inclinación en condiciones de gravedad cero?

La respuesta es:

Retienen (a nivel de hardware) la capacidad de detectar inclinación , pero ya no pueden detectar inclinación .

Además,

En el nivel del software de la aplicación, de hecho, casi todos los escritores de software de la aplicación (muy probablemente "todos") no permitirían el caso de la esquina de gravedad cero, por lo que es muy probable que las funciones del giroscopio actuaría de forma extravagante en general, en la mayoría de las aplicaciones reales.

Con respecto a cómo funcionan los giroscopios / accels en los teléfonos, puede buscar fácilmente las API para estos en las dos plataformas ( example ).

Sin embargo, tenga en cuenta que todos los sistemas operativos en el momento de la escritura, en la práctica envuelven las funciones de giro / aceleración de nivel inferior en algún tipo de administrador de movimiento conveniente de nivel superior :

Accels / gyros, de hecho están envueltos al nivel del sistema operativo

Entonces, de hecho ...

en la práctica, para cualquier aplicación recién escrita (recordando que, digamos, aproximadamente el 25% de las aplicaciones en la tienda están deterioradas / no se actualizan regularmente), todo se reduce a cómo el equipo de Apple que escribió (en su caso) "Coremotion" manejó (¡en todo caso!) el caso de entorno de gravedad cero. (Hay una situación similar para Android).

Y además, para juegos como tales ...

Hoy en día, casi cualquier juego que compre y juegue en un teléfono se creó en Unity3D, en lugar de ser una aplicación nativa. (Y, como regla general, si observa el conjunto de "aplicaciones que utilizan la aceleración / giroscopios", el 90% (¿más?) Son solo juegos.) De hecho (en todas las plataformas) los escritores de software son en realidad utilizando el nivel de envolturas de software de Unity .

Por lo tanto, el comportamiento real en el caso extremo de la órbita de la Tierra, dependería de lo que hicieron esas personas al escribir eso.

Un punto confuso ...

que no ha sido aclarado. Cuando escribes software para teléfonos, es totalmente común tener que lidiar con la "gravedad cero" ... durante cortos períodos de tiempo: es decir, cuando el teléfono está en caída libre . Por lo tanto, si está creando una de las (100) aplicaciones para patinadores, esquiadores o similares que miden el tiempo de inactividad y demás, debe lidiar con esto como cuestión de rutina.

Los giroscopios fueron introducidos a los teléfonos en 2010; Los aceleradores estaban en ellos desde el principio.

Una empresa francesa / italiana llamada STMicroelectronics hace casi todos los giroscopios para Apple y Samsung.

En cuanto a los acelerómetros, la mayoría de los teléfonos ahora tienen un par de ellos, ya que funciona mejor de esa manera. He escuchado que hay más variedad de proveedores de acelerómetros (Bosch, etc.).

Puede literalmente compre MEMS gyros o accels , si tiene el ejemplo están haciendo un juguete electrónico que incluye tal característica.

• Cómo funcionan realmente los acelerómetros MEMS a nivel de sustrato
• Cómo funcionan los gyros de MEMS

Solo para repetir, la respuesta rápida fundamental a la pregunta planteada es

En "cero g", conservan (a nivel de hardware) la capacidad de detectar inclinación , pero ya no pueden detectar inclinación .

En términos del software,

1. es casi seguro que "fallará totalmente". en el caso de "estás en órbita". Ya que ningún ingeniero de aplicaciones o gane (lo sé) estaría tan OCD como para cubrir ese caso, pero no lo olvides ...

2. es totalmente común tener "gravedad cero" ... durante períodos cortos de caída libre (esto se aplica como un asunto común si está creando una de esas "aplicaciones de deportes de acción").

Creo que podrían usar un interferómetro sagnac en los teléfonos inteligentes. Un Interferómetro Sagnac es un dispositivo que produce un patrón de interferencia constante mientras está en reposo y su patrón varía cuando se gira la configuración.

Entonces, cuando se colocan 3 interferómetros de este tipo, podemos medir la rotación en torno a los 3 ejes.

Los interferómetros Sagnac vienen en tamaños muy pequeños y se componen de fibras ópticas para canalizar la luz, una fuente de luz (coherente) y un detector.

Por supuesto, debe calibrarse antes de su uso.