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从手环计步功能浅看加速度传感器的应用

如今,每个人都非常关注健康。不管是佩戴手环、计步器,还是拿手机记录自己行走的步数,已经是很多人的生活习惯了。可是,计步器到底是怎么工作的?它是怎么知道我们每天走了多少步的?

 

智能手环通常都会内置三轴加速度传感器芯片


中国电子科学研究院工程师廖勇表示,最开始的计步器是机械式的,原理其实很简单,就跟摆锤一样。因为人在走路的时候是会把那个摆锤带着动。它动一下,基本上就是人在走一步。然后摆锤动一下,和金属接触通电,就记了一步。

那现在流行的智能手环和手机里的计步软件也是这个原理吗?

廖勇解释说,现在的手机手环里面,它一般是用一个非常小的芯片,叫三轴加速度传感器。通过这个加速度传感器,可以测量手机或者是手环在三个不同方向上的加速度。然后通过对这个加速度的值进行计算,就可以大概测出走路的步数。

那么,这种加速度传感器是怎么知道我们走路的步数呢?

有一种特殊的材料,叫压电陶瓷材料,根据作用在上面力的大小产生不同的形变,就可以产生不同的电压变化,通过作用在上面的力来测量出加速度,然后通过加速度就能够判断出人在走路的时候,他是在哪个方向进行运动,或者说频率大概是多少。

但如果用手摇晃手机,也会产生加速度,这个传感器怎么分辨出是手晃还是走路呢?

廖勇表示,人走路的时候,频率一定是在某一个范围之内的。比方说,一秒钟跨出多少步,或者说一分钟只能走出多远。如果人拿着手机在晃的话,频率会非常快。其次,(晃动)加速度变化比人在走路的加速度变化要大得多。基本上通过这两个方面,就能够判断出来到底是人拿着手机在晃,还是在走。

其实,计步功能只是加速度传感器的一部分应用。在车辆安全、桥梁健康等方面,加速度传感器都有着非常重要的作用。

 

作为无锡市蓉湖大桥健康监测系统非常重要的传感器节点之一,部署在该桥上的多种加速度传感器,可通过测量这座斜拉索的加速度,来获得其自振频率,从而推断拉索的健康状况。


比如,车上的安全气囊为什么会弹起来?车开到一定速度以上,然后突然停下来,安全气囊就会弹出来,这实际上是有一个加速度传感器在测量车在前进方向的加速度。此外,加速度传感器还能够应用在桥梁的健康监测中。传感器技术与计算机技术,通信技术并称为现代信息技术的三大支柱。航天运载火箭上,采用的传感器达两千多个;一架民航客机所用的传感器也有上千个。可以说,任何自动控制装置和系统都离不开传感器技术。

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