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从手环 计步功能浅看加速度传感器的应用

作者:深圳铭之光 发布时间:2018-10-30 16:17:46
  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。