Сенсоры и датчики в фитнес-браслетах и умных часах: как это работает?
Max,
Немногие владельцы умных устройств задаются вопросом, как именно работают различные датчики, которыми оснащены современные гаджеты. Стоит отметить, что еще пару лет назад «умный» браслет только и умел, что считать шаги. Теперь же фитнес-браслеты и умные часы умеют считать пройденное расстояние, распознавать свое положение в пространстве, реагировать на уровень освещения и делать многое другое. Как все это работает?
Акселерометры
Практически в любом фитнес-трекере есть акселерометр. Этот модуль может использоваться для выполнения различных задач, но основная функция акселерометра — подсчет количества сделанных шагов. Акселерометр также дает гаджету информацию о положении в пространстве и скорости передвижения.
Таким образом, трекер или часы «понимают», в каком положении сейчас находятся, «зная» о том, двигается владелец или нет.
Не все акселерометры одинаковы — есть цифровые, есть аналоговые, есть чувствительные, есть не очень.
GPS
Этой технологии исполнилось уже несколько десятков лет, но она до сих пор остается одной из наиболее востребованных. GPS позволяет определять координаты объекта с высокой точностью, используя сигнал, посылаемый спутниками (всего их 29).
GPS модуль в часах или трекере получает сигнал со спутника. А по времени, которое проходит с момента отправки сигнала спутником до момента фиксации модулем, можно определить примерное положение модуля. Чем больше спутников в зоне действия, тем точнее определяются координаты.
Соответственно, GPS модуль позволяет определять скорость передвижения, высоту над уровнем моря и некоторые другие параметры.
Оптические датчики сердечного ритма
Для определения частоты сердечного ритма не нужно идти к врачу. Современные оптические датчики могут довольно точно снять показания. Светодиоды такого датчика излучают свет, который поглощается тканями организма, включая кровь.
При этом кровь поглощает больше света, чем, к примеру, кожа. Изменения количества крови в сосудах приводит к изменению уровня поглощения света, что и фиксирует датчик.
Специальный алгоритм на основе этих данных определяет частоту сердечного ритма. Самые продвинутые датчики приближаются по точности к ЭКГ.
Датчики электропроводимости кожи
Модули такого типа предназначены для измерения проводимости кожи. Чем больше влаги на коже, тем лучше ее проводимость. А по уровню увлажнения кожи можно определить и уровень активности тренировки.
Данные с таких датчиков коррелируют с показаниями других датчиков. А специальных алгоритм просчитывает данные, анализирует их и выводит в читаемом виде на дисплей часов или смартфона.
Термометры
Даже элементарный термометр может дать довольно точную оценку температуры кожи. Чем выше температура, тем активнее проходит тренировка. Информация о температуре кожи сравнивается с показаниями других датчиков, после чего устройство предоставляет данные об активности тренировки пользователю.
Оценка освещенности
Здесь все просто. Датчик освещенности обычно включает фотоэлемент, который дает больше тока, если уровень освещенности растет. Соответственно, устройство «понимает», какое сейчас время суток, сравнивая данные по уровню освещенности с показаниями времени.
Примерно так же работают и датчики УФ освещения, правда, в этом случае фотоэлемент настроен только на УФ-спектр, а не на регистрацию видимого освещения.
Биоимпедансные сенсоры
Датчики такого типа есть в Jawbone UP3 и некоторых других трекерах. Подобный модуль может определять сразу три показателя: частоту сердечного ритма, частоту дыхания и проводимость кожи.
По словам представителей компании, биоимпедансные сенсоры фиксируют мелкие изменения в организме, и на основе этих данных специальный алгоритм просчитывает указанные выше показатели.
Вывод
В фитнес-трекере или умных часах может быть большое количество разнообразных сенсоров.
Но без детального анализа получаемых данных эта информация ничего не стоит. Поэтому большое значение имеет программное обеспечение, которое проводит обработку и хранение результатов измерения.
Чем совершеннее программа, тем больше полезной и, главное, понятной информации получает пользователь.
Метки мобильные датчики, разборка
что это, как работает и зачем нужен в фитнес-браслете, часах и смартфоне
1 Акселерометр: что это и зачем нужен?
2 Где применяется акселерометр?
3 Как работает акселерометр?
4 Чем отличается акселерометр от гироскопа?
5 Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах
6 Акселерометр в телефоне
7 Как откалибровать акселерометр?
Практически в каждом описании характеристик современного смартфона, фитнес-браслета или умных часов можно встретить упоминание датчика под названием «акселерометр». Еще его могут называть «датчик ускорения» или G-сенсор. Что это такое, как работает и зачем нужен в телефоне, часах или браслете, читайте далее.
Акселерометр: что это и зачем нужен?
Простым языком, акселерометр – это прибор, измеряющий ускорение (величину изменения скорости). Название прибора происходит от латинского «accelero», что дословно переводится, как «ускоряю» и греческого «metreō», что в переводе означает «измеряю».
Измерение величины динамического ускорения позволяет определить, насколько быстро и в каком направлении движется устройство с акселерометром. По конструктивному исполнению акселерометры подразделяются на однокомпонентные, двухкомпонентные, трёхкомпонентные (одноосевые, двух осевые и трехосевые). Например, 3-осевой датчик ускорения может определять величину и направление ускорения как векторную величину во всех трех осях.
Часто этот датчик путают с гироскопом, но это совершенно разные датчики, хотя часто они взаимодополняют друг друга для достижения более точных результатов, а иногда даже могут выполнять одни и те же функции. Отличаются же эти датчики принципом работы и эффективностью при выполнении конкретной задачи.
В основном в устройствах акселерометр используется для определения ориентации, ударов, вибрации и ускорения координат. Например, в смартфонах именно акселерометр отвечает за переворот картинки при изменении положения корпуса, а фитнес-браслетах он активирует экран при вращении запястья.
Где применяется акселерометр?
Датчик ускорения применяется в самых различных сферах:
- Навигационные устройства летательных аппаратов. Без приборов на основе гироскопов и акселерометров не может обойтись ни один самолет, вертолет и даже квадрокоптер. Так, например, для работы квадрокоптера необходимо минимум три гироскопа.
- Автомобили. В автомобилях акселерометр интегрируется в системы безопасности и стабилизации. Прибор определяет экстренное торможение или дорожно-транспортное происшествие и запускает электрическую цепь, которая заставляет подушки безопасности срабатывать.
- Промышленность. Датчики активно используются в различных станках, агрегатах и производственных линиях в системах защиты для отключения питания в случае поломок или при достижении критических значений.
- Электроника. В компьютерах и ноутбуках акселерометр применяется для защиты жестких дисков от ударов и падений. В случае обнаружения падения прибор отдает команду считывающим головкам принять безопасное положение для избегания повреждения диска и потери данных.
- В смартфонах и планшетах акселерометр отвечает за смену ориентации экрана при повороте корпуса, а также за управление игровым процессом при наклонах гаджета. В фитнес-браслетах и часах акселерометр применяется для подсчета шагов, отслеживания сна и активации экрана поднятием запястья.
- Бытовая техника. Да, акселерометрами могут оснащаться даже стиральные машины, утюги и тепловентиляторы. Например, в утюгах акселерометр, обнаружив его падение, отключает питание, чтобы не допустить возникновения пожара.
Как работает акселерометр?
Большинство устройств оснащается емкостными, пьезорезистивными и пьезоэлектрическими приборами.
Часто акселерометр представляет собой микроэлектромеханическую систему (MEMS), содержащую несколько компонентов, каждый размером от 1 до 100 микрометров. Размер же прибора обычно не превышает габариты спичечной головки.
Механический акселерометр
Объяснить принцип работы акселерометра проще на механическом приборе. Он состоит из пружины, прикрепленной к корпусу, подвижной массы и демпфера. Масса или, проще сказать, грузик, крепится к пружине. С обратной стороны грузик поддерживает демпфер, гасящий вибрации грузика. Во время ускорения корпуса пружина деформируется (растягивается или сжимается) по противоположным осям под воздействием грузика, стремящегося сохранить свое первоначальное положение, то есть отстать или опередить корпус. На величине деформации и основываются вычисления прибора.
Для получения информации о положении предмета в трехмерном пространстве используется три таких прибора, объединенных в один комплекс.
Конечно же, никто не будет «запихивать» в компактный фитнес-браслет или смартфон такую громоздкую конструкцию.
Поэтому она заменяется миниатюрным чипом. Хотя чип и более сложный, чем прибор с шариком и пружиной, он имеет те же основные элементы.
У такого чипа имеется корпус, который крепится к часам или смартфону, «гребенчатая» секция с отведенными по сторонам пластинами и ряд фиксированных пластин, снимающих показания. Эта секция может перемещаться вперед и назад, изменяя значение напряженности поля вокруг контактов. Полученные данные передаются на обработку электроникой и программным обеспечением, после чего происходит вычисление физического расположения устройства.
Внутренняя работа акселерометра
Но самое интересное, как изготавливаются такие акселерометры. При толщине примерно 500 микрон ни один инструмент не сможет его создать. Вместо этого инженеры используют некоторые уникальные химические свойства кремния и силикона с другими веществами. Весь процесс изготовления полностью автоматизирован и выполняется на конвейерных линиях без участия человека.
Также понять как работает акселерометр поможет короткое видео ниже:
https://youtu.
be/CUo9Nlf1KbUVideo can’t be loaded because JavaScript is disabled: Как устроен акселерометр на вашем смартфоне | engineerguy (https://youtu.be/CUo9Nlf1KbU)
Чем отличается акселерометр от гироскопа?
Хотя в некоторых случаях гироскоп и акселерометр и могут выполнять одни и те же функции, это два абсолютно разных датчика, которые часто используются в паре для достижения максимального эффекта. Часто такой дуэт называют 6-осевым датчиком.
Акселерометр не умеет точно измерять угол поворота устройства в пространстве, а может лишь примерно его оценить. На практике это может выражаться в ложных срабатываниях и задумчивости в повороте экрана. И тут на помощь приходит гироскоп. Не вдаваясь в подробности о принципе работы данного прибора, скажем, что он может определять не только угол поворота устройства, но и скорость поворота, что, например, во время игры на смартфоне позволяет реализовать более быстрое и точное управление.
Иллюстрация работы механического гироскопа
Поэтому в большинстве устройств эти два прибора устанавливаются совместно для достижения наибольшей эффективности.
Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах
В фитнес-браслетах и умных часах акселерометр отвечает за несколько функций. Обнаруживая поднятие или вращение руки, он отдает сигнал для включения экрана. Также именно акселерометр отвечает за подсчет шагов и мониторинг сна. На акселерометре «завязана» и работа функции «Умный будильник», который будит владельца гаджета в фазе быстрого сна.
Акселерометр в телефоне
Первый акселерометр появился в телефоне Nokia 5500. Там он использовался для подсчета пройденных шагов. Такое решение многим понравилось и с тех пор компания Apple стала оснащать таким датчиком все модели своих iPhone. А начиная с iPhone, если не ошибаюсь, четвертого поколения, в дополнение к акселерометру компания стала оснащать свои смартфоны гироскопом. После этого наличие этой пары датчиков стало стандартом для большинства производителей мобильных устройств.
Акселерометр в телефоне отвечает не только за поворот экрана при наклоне корпуса. Он так же как и в случае с фитнес-браслетом позволяет вести учет пройденного расстояния.
Еще акселерометру нашли применение в системных жестах. Например, отключение звука телефона встряхиванием или переворотом смартфона вниз экраном.
Как откалибровать акселерометр?
В некоторых случаях может потребоваться настройка или калибровка акселерометра. Например, если телефон не реагирует на поворот корпуса или не точно считаются шаги. Для смартфонов под управлением операционной системы ANDROID для этих целей есть несколько сторонних приложений, например GPS Status & Toolbox. Для iPhone таких приложений нет, поэтому в случае сбоев придется ограничиться перезагрузкой устройства. Обычно это помогает.
Некоторые производители фитнес-браслетов и смарт-часов также позволяют откалибровать акселерометр. Точнее, не откалибровать, а «обучить» с помощью «Меток поведения», то есть помогая датчику более точно понимать, какое именно действие владелец гаджета выполняет в тот или иной момент. Такая возможность есть у владельцев популярной линейки Xiaomi Mi Band и ряда других моделей.
Источник изображений: YouTube , Wikipedia
Реклама
Объяснение: что на самом деле делают датчики в ваших носимых устройствах
От акселерометра до альтиметра: помогаем вам понять, что делают сенсоры носимых устройств соус, который вы, возможно, можете, пришло время снова прийти в форму.
2015 год стал годом носимых устройств: Fitbit и Jawbone выпустили множество продуктов. Но множество технических разговоров, которые доминируют в описаниях и обзорах этих устройств, настолько непроницаемы, что удивительно, что кто-то понимает это достаточно долго, чтобы совершить покупку.
В 2016 году носимые устройства станут еще умнее и популярнее, так что сейчас самое время освежить свои знания в области технологий, если у вас есть шанс пережить натиск носимых устройств. Понимание этих основных терминов значительно упростит понимание носимых устройств, поэтому вот вам надежный путеводитель по изучению жаргона в следующем году.
Связано: Советы и рекомендации Fitbit
Акселерометр
На самом базовом уровне акселерометр измеряет движение и ориентацию. iPhone от Apple был первым массовым смартфоном, в котором использовалось это удобное устройство, спроектированное так, чтобы обнаруживать движение телефона и соответствующим образом изменять ориентацию дисплея. Очевидное сейчас, но большое дело в 2007 году.
В носимых устройствах акселерометры чаще всего используются вместе с рядом других датчиков для определения количества шагов и качества сна. Измеряя, насколько быстро вы двигаетесь, он позволяет носимому устройству определить, делаете ли вы шаг или просто трясете запястьем. Все это может определить, когда вы полностью перестали двигаться в течение длительного периода времени, поэтому оно знает, когда вы спите.
Альтиметр
Счетчик шагов является важной функцией любого уважающего себя носимого устройства, но реальный показатель того, сколько калорий вы сожгли, должен включать в себя количество пройденных ступеней, а также увеличение или уменьшение высоты, и именно здесь на помощь приходит альтиметр.
0005
Он определяет изменения высоты по атмосферному давлению, поэтому общее количество лестничных пролетов, по которым вы поднимались, будет суммироваться и рассчитываться как фактор в вашем общем количестве шагов, что сделает ваши калории намного более точными.
Связанный: Лучшие фитнес-трекеры
Барометр
Это удобное маленькое устройство может сказать вам, будет ли дождь или светит солнце, и это в основном то, для чего оно используется в носимых устройствах. Чаще всего встречается в носимых устройствах высокого класса, ориентированных на спорт, таких как Garmin Fenix 3 или Polar V800.
Gesture Tech
Это общий термин для технологии, которая управляется различными движениями тела, такими как движение запястьем. Это может быть что-то просто гениальное, например, дрон, который следует за вами по жестам вашего запястья и снимает на видео ваши выходки на сноуборде.
На более бытовом уровне это так же просто, как управлять громкостью телевизора с помощью пальцев.
Большая часть этой технологии жестов все еще находится в разработке, но намеки на то, что есть на рынке сейчас и что будет, делают это захватывающая область, чтобы следить за в будущем.
Связано: Fitbit Surge и Apple Watch
Гироскоп
Этот небольшой комплект позволяет отслеживать ваши движения и активность, а также повышает его точность, когда вы находитесь в пути.
Сколько бы осей он ни имел — и, как правило, чем больше, тем лучше — ваши движения отслеживаются, что позволяет носимым устройствам, таким как Jawbone или Fitbit, обнаруживать различные виды движений, различая бег и езду на велосипеде.
GPS
По-прежнему в основном застрял в часах для бега более высокого класса, хотя некоторые устройства Android Wear, такие как Moto 360 Sport, тоже начинают его упаковывать, GPS — это технология, которая гарантирует, что вся ваша беговая статистика верна. Если вы серьезно относитесь к тому, чтобы получить наилучшее отслеживание, вам нужен GPS.
Хотя он потребляет много заряда батареи, и фиксация сигнала может быть немного сложной, но улучшенные результаты того стоят.
OLED
Органический светоизлучающий диод (OLED) обычно используется в носимых экранах для получения очень четких и ярких дисплеев. Откровенно говоря, если на вашем носимом устройстве его нет, вы зря потратили деньги.
В разработке находятся технологии, позволяющие сделать дисплеи более четкими, яркими и даже трехмерными, но на данный момент лучшее, что можно купить за деньги, — это OLED.
Оптический монитор сердечного ритма
Это устройство можно носить на запястье и излучать крошечный свет, обычно красный или зеленый, на кожу, чтобы измерять кровь, прокачиваемую через вены на руках, и определять частоту сердечных сокращений. Он существует уже некоторое время, но его интеграция в носимые устройства на запястье повысила их полезность, открыв рынок носимых устройств, предназначенных исключительно для любителей упражнений.
Все, что позволяет нам попрощаться с неуклюжими и мешающими нагрудными ремнями для измерения частоты сердечных сокращений, является победителем в наших книгах.
Франческа Пик публиковала новости и пояснения, связанные с технологиями, в Trusted Reviews в период с 2014 по 2016 год.
…
Зачем доверять нашей журналистике?
Основанная в 2004 году, Trusted Reviews существует для того, чтобы давать нашим читателям исчерпывающие, непредвзятые и независимые советы о том, что покупать.
Сегодня у нас есть миллионы пользователей в месяц со всего мира, и мы оцениваем более 1000 продуктов в год.
Редакционная независимость
Редакционная независимость означает возможность вынести непредвзятое мнение о продукте или компании, избегая конфликта интересов. Чтобы это было возможно, каждый член редакции следует четкому кодексу поведения.
Профессиональное поведение
Мы также ожидаем от наших журналистов соблюдения четких этических норм в своей работе. Наши сотрудники должны стремиться к честности и точности во всем, что они делают. Мы следуем своду правил редакторов IPSO, чтобы поддерживать эти стандарты.
Эти 16 датчиков в смарт-часах и фитнес-браслетах помогают измерять частоту сердечных сокращений, уровень кислорода и многое другое. Updated 09.38AM IST
News
Tech NewsJobsSocialIT ServicesMobilesPCsAppsGamingComputingWho IsMore GadgetsTelecomFAQsMost Demanding ProductsAppliancesWearablesDevice Care
Compare
Compare Mobile PhonesCompare LaptopsCompare TabletsCompare CamerasCompare TelevisionsCompare Power banksCompare Smart watchesCompare Air conditionersCompare Washing machinesCompare RefrigeratorsCompare Fitness bandsCompare EpilatorsCompare HaircurlersCompare TrimmersCompare HairstraightenersCompare HairdryersCompare Bluetooth SpeakersCompare HeadphonesCompare Очистители воздухаСравнить водоочистителиСравнить УтюгиСравнить ВентиляторыСравнить ФритюрницыСравнить ВоздухоохладителиСравнить ручные блендерыСравнить Кухонные комбайныСравнить комнатные обогревателиСравнить дымоходы
Gadgets
Mobile PhonesTabletsLaptopsCamerasTelevisionsPower banksSmart watchesAir conditionersWashing machinesFitness bandsPersonal GroomingHome AppliancesKitchen AppliancesAudio
Slideshows
Reviews
Device Care
More
VideosRechargeVisual StoriesUSHow ToBrandsTop GadgetsFeaturedSpecialsDeals OffersDeals
org/BreadcrumbList» itemscope=»»>Top Searches
iPhone 14
03 ноября, 2020, 11:39 AM IST
FacebooktWitterLinkedInemail
117
3 Акселерометр. внутри носимого. Этот датчик может отслеживать движение вперед и назад, ощущать гравитацию и определять ориентацию тела, положение, а также скорость изменения скорости.
217
Эти 16 датчиков в умных часах и фитнес-браслетах помогают измерять частоту сердечных сокращений, уровень кислорода и многое другое
В умных часах и фитнес-браслетах есть множество технологий, позволяющих измерять параметры своего здоровья.
Любой типичный фитнес-браслет или смарт-часы имеют внутри около 16 датчиков. У кого-то может быть больше, у кого-то меньше, в зависимости от цены носимого устройства. Эти датчики вместе с другими аппаратными компонентами, такими как батарея, микрофон, дисплей, динамики и т. д., и мощным программным обеспечением высокого класса обеспечивают работу фитнес-трекера или умных часов. Вот все датчики внутри носимого устройства, о которых вам следует знать.
317
Датчик внешней освещенности для настройки яркости дисплея
Большинство фитнес-трекеров и умных часов оснащены датчиком внешней освещенности. Его основная задача — настроить яркость дисплея в соответствии с окружающим освещением. Это также помогает экономить заряд батареи.
417
Альтиметр определяет, насколько вы поднимаетесь
Альтиметр просто определяет изменение высоты. Он помогает определить, поднимаетесь ли вы по лестнице или спускаетесь по склону, и, соответственно, помогает в измерении количества калорий.
517
Оптический датчик частоты сердечных сокращений определяет частоту сердечных сокращений в минуту
Практически каждый фитнес-трекер оснащен оптическим датчиком частоты сердечных сокращений. Его работа состоит в том, чтобы рассчитать ваше сердцебиение в минуту. Датчик использует свет для проверки скорости кровотока на запястье. Когда сердце бьется, кровь быстро движется внутри артерии, поэтому меньше света отражается обратно к датчику и определяется как сердцебиение.
617
Монитор SpO2 измеряет уровень кислорода в крови
Датчик исследует цвет крови, чтобы определить уровень кислорода в ней. Как объясняет Fitbit, «дезоксигенированная кровь, которая возвращается в ваши легкие через ваши вены, имеет немного более темный красный цвет, чем полностью насыщенная кислородом кровь в ваших артериях. Датчики измеряют относительное отражение красного и инфракрасного света от вашей крови через ваше запястье, и, видя, как оно меняется в зависимости от сердцебиения, устройство оценивает ваше значение SpO2».
717
Датчик биоимпеданса для измерения частоты дыхания, сна и т. д.
Датчик биоимпеданса измеряет сопротивление, которое ваша кожа оказывает небольшому количеству электричества. Электроды зарядного устройства в фитнес-трекере подают очень небольшой ток для измерения сна, частоты сердечных сокращений, частоты дыхания, уровня воды и многого другого.
817
Датчик приближения экономит заряд батареи и активирует дисплей при необходимости
Датчик приближения просто сообщает устройству, что вы находитесь рядом с устройством и хотите его использовать. Если вы не носите фитнес-трекер, этот датчик переводит устройство в спящий режим и экономит заряд батареи, когда оно не используется. Он в основном используется для включения или выключения экрана дисплея.
917
Компас помогает определить направление и Карты
Компас помогает запускать приложения Карт на смарт-часах, а также дает устройству чувство направления.
1017
Датчик ЭКГ
Датчик ЭКГ — новое дополнение к носимым устройствам.
Теперь работа этого датчика состоит в том, чтобы обнаруживать мельчайшие электрические импульсы, которые ваше сердце посылает с каждым ударом сердца. Этот датчик обнаруживает этот минутный сигнал сердца через электроды на носимом устройстве.
1117
GPS
GPS просто помогает определить, сколько вы бегаете, местоположение носимых устройств и отслеживать вашу активность. Это также помогает в управлении приложениями карты.
1217
Гироскоп помогает обнаруживать движение
Технически гироскопы измеряют угловую скорость, которая используется для обнаружения движения, и точно отслеживают его, когда вы находитесь в пути. Например, данные с гироскопов вместе с другими датчиками могут определить, действительно ли вы бегаете или просто бежите на одном месте. Кроме того, это помогает исключить движение из-за сильного сотрясения запястья и ошибочно принять его за интенсивный бег.
1317
Датчики жестов обнаруживают движение запястья
Датчики жестов могут указывать умным часам выполнять определенные действия, когда рука движется определенным образом.
Например, если дважды щелкнуть запястьем, вызов будет разъединен, или при движении руки по кругу запустится секундомер. Обнаружение этих предварительно заданных движений — это работа датчиков жестов.
1417
УФ-датчик измеряет воздействие вредного солнечного света
Некоторые смарт-часы также показывают, является ли солнечный свет вредным или нет. Это определяется УФ-датчиком, который обнаруживает УФ-излучение, когда вы выходите на улицу.
1517
Магнитометр
Магнитометр работает вместе с GPS и компасом для определения точных координат вашего местоположения.
1617
Датчик электрокожной активности
Датчик электрокожной активности или EDA — новое дополнение к носимым устройствам. Он измеряет стресс вместе с трекером сердечного ритма, ЭКГ и датчиком температуры кожи. Он обнаруживает небольшие электрические изменения уровня пота на вашей коже и помогает вам справиться со стрессом.
1717
Датчик температуры кожи
Датчик температуры кожи регистрирует незначительные изменения температуры, чтобы понять, будет ли у вас жар.