计步器如何知道我们走了多少步?

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如今,每个人都非常关注健康。不管是出门佩戴手环、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?

● 最开始的机械式计步器的原理是什么?

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。”

● 智能手环和计步软件的工作原理是什么?

原来,计步器是依靠摆锤与金属的接触,才能记录我们的步数,可是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?

廖勇解释道:“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。”

计步器如何知道我们走了多少步?

● 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。”廖勇表示。

● 如何分辨手晃还是走路产生的晃动?

可是,如果用手摇晃手机,也会产生加速度,这个传感器是怎么分辨手晃和走路的区别的呢?

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,还是真正的一个人在走。

● 加速度传感器应用有什么?

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。

廖勇介绍说:“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。通过一个量的变化,来判断现在应不应该把安全气囊弹出来。”

此外,加速度传感器还可以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2000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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