Какие функции сейчас могут выполнять смарт-часы и фитнес-браслеты? Характеристики фитнес-браслета варьируются в зависимости от конкретной модели. Наиболее популярными функциями являются: — мониторинг физической активности и физического состояния пользователя.
Акселерометр: что это, как работает и для чего нужен в фитнес-браслете, часах и смартфоне
В большинстве характеристик современных мобильных телефонов, фитнес-тренажеров или смарт-часов упоминается датчик, известный как «акселерометр». Этот прибор также может называться «датчиком ускорения» или «G-датчиком». Далее мы подробно рассмотрим, что представляет собой этот датчик, как он функционирует и почему его использование жизненно важно в мобильных устройствах, часах и браслетах.
Говоря более просто, акселерометр — это устройство, которое измеряет ускорение, то есть скорость изменения движения объекта. Происхождение названия связано с латинским словом «accelerero», что в переводе означает «ускорение», и греческим «metreo», что переводится как «измерять».
Применяя данные о динамическом ускорении, можно определить, с какой скоростью и в каком направлении перемещается устройство, оснащенное акселерометром. По конструкции акселерометры могут быть классифицированы на моно-, дублирующие или трилоскопические (одноосные, двухосные и трехосные). Например, трехосный акселерометр способен определять величину и направление ускорения в виде векторов по всем трем осям.
Часто акселерометры путают с гироскопами, однако это два разных типа датчиков. Хотя они иногда могут дополнять друг друга для получения более точных результатов, у них разные функции и принципы работы. Например, акселерометры лучше подходят для оценки ускорения, в то время как гироскопы фокусируются на измерении углового положения.
В устройствах акселерометры в основном служат для определения направления движения, а также для фиксации вибраций и колебаний, а также для определения координат местоположения. Например, в смартфонах акселерометры отвечают за автоматическую смену ориентации экрана при повороте телефона, а в спортивных браслетах активируют экран при повороте запястья.
Где применяется акселерометр?
Датчики ускорения нашли широкое применение в самых различных областях.
- Навигация для летательных аппаратов. Без технологий, которые используют гироскопы и акселерометры, невозможно представить современный самолет, вертолет или даже квадрокоптер. Например, для надежной работы квадрокоптера требуется как минимум три гироскопа для стабилизации полета.
- Автомобильная промышленность. В автомобилях акселерометры используются в системах безопасности и контроля стабильности движения. Этот прибор определяет экстренное торможение или столкновение, автоматически срабатывая на подушки безопасности.
- Промышленное производство. Акселерометры активно применяются в различных станках и производственных линиях в качестве средств защиты, отключающих электроэнергию в случае возникновения неисправностей или достижения критических параметров.
- Электроника. В современных компьютерах и ноутбуках акселерометры используются для защиты жестких дисков от повреждений в случае падения. Если устройство падает, акселерометр отправляет команду на перемещение считывающих головок в безопасное положение, чтобы избежать повреждения диска и утраты данных.
- В смартфонах и планшетах акселерометр отвечает за изменение ориентации экрана при повороте устройства и за управление играми через наклоны. В фитнес-браслетах и смарт-часах акселерометры служат для подсчета шагов, мониторинга сна и активации экрана при поднятии руки.
- Бытовая техника. Акселерометры могут быть установлены даже в стиральных машинах, утюгах и тепловых вентиляторах. Например, в утюгах они отключают питание, если устройство падает, что помогает предотвратить возникновение возгораний.
Как работает акселерометр?
Современные устройства обычно оснащены емкостными, механическими и электромеханическими акселерометрами. Чаще всего акселерометры реализованы на базе микроэлектромукальных систем (MEMS), которые состоят из маленьких компонентов размером от 1 до 100 микрометров. Такие системы по размеру не превышают размеров ювелирных изделий.
Для механических акселерометров принцип работы можно объяснить довольно просто. Устройство состоит из пружины, движущейся массы и демпфера, прикрепленного к корпусу. Масса соединена с пружинами, а ее деформация (растяжение или сжатие) на оси, противоположной движению, создает основу для расчета ускорения. Эта информация используется для определения положения объекта в трехмерном пространстве, по необходимости доступны три таких устройства в комбинации.
Однако эти громоздкие механические устройства не подходят для современных спортбраслетов или смартфонов, поэтому они заменяются миниатюрными чипами. Эти микросхемы, хотя и более сложные, чем механические устройства, имеют схожие ключевые элементы.
Чипы представляют собой корпус, состоящий из подвижных пластин, которые могут изменять положение, что в свою очередь влияет на напряжение электрического поля. Полученная информация передается в электронную систему и обрабатывается специализированным программным обеспечением, которое рассчитывает текущее положение устройства.
Наиболее интересен процесс производства таких акселерометров. С их толщиной всего около 500 микрон они создаются с помощью кремния и специальных химических соединений на его основе. Весь процесс автоматизирован и проходит без человеческого вмешательства на высокотехнологичных заводах.
Следующий видеоролик наглядно демонстрирует принцип работы акселерометра.
Если вы не планируете регулярно плавать с фитнес-браслетом, но собираетесь носить его во время мытья рук, убедитесь, что он имеет степень водонепроницаемости не ниже IP67 или WR30, чтобы он был защищен от брызг, дождя и пота.
Акселерометр и гироскоп: как работает шагомер в фитнес-браслете
Акселерометры (Sensor G) — это специализированные устройства, которые отслеживают ускорение объектов в пространстве. На основе данных с акселерометра фитнес-браслеты и смарт-часы могут подсчитывать количество сделанных шагов и скорость передвижения. Обычно фитнес-брелки оснащены трехосным акселерометром, который учитывает изменения ускорения по всем трем координатным осям.
Таким образом, измеряя данные об ускорении, встроенный в фитнес-устройство акселерометр может выяснить, движется ли рука пользователя или остаётся на месте. Информация о движении, полученная от акселерометра, передается на микропроцессор браслета, где она обрабатывается с помощью специального алгоритма. Этот алгоритм способен определить, связано ли движение руки с передвижением в пространстве или является просто жестом. Современные устройства обладают функцией отслеживания различных активностей, таких как ходьба и бег.
Акселерометры не только подсчитывают расстояние, но и могут использоваться для изучения качества сна. Так, G-сенсор фиксирует самые незначительные движения человека во время сна и позволяет некоторым из более продвинутых моделей отслеживать стадии сна.
Гироскопы, с другой стороны, это устройства, которые фиксируют изменения в ориентации объектов. Гироскоп вычисляет угол, под которым меняется положение объекта в пространстве. В случае с фитнес-трекерами, они помогают отслеживать движения пользователя.
Комбинирование данных с акселерометра и гироскопа предоставляет более полное представление о движениях руки, так как эти устройства работают взаимодополняя друг друга. Это значительно повышает точность в подсчете шагов и автоматическом распознании видов физической активности.
На некоторых фитнес-браслетах предусмотрена функция активации экрана, когда рука направлена к лицу. За эту функцию отвечает гироскоп, делающий управление устройством более удобным.
Почему фитнес-браслет может неправильно считать шаги?
Фитнес-трекеры анализируют любые движения пользователя на протяжении дня. Некоторые из этих движений алгоритм устройства может расценивать как шаги. К таким движениям относятся, например, вождение автомобиля, одевание, душ и различные жестикуляции. Это может приводить к ложным срабатываниям шагомера. Более того, алгоритм подсчета шагов не учитывает многие индивидуальные параметры, такие как стиль походки каждого конкретного пользователя.
Эти ложные срабатывания могут вызвать погрешности до 30% в подсчете шагов по итогам дня. Важно помнить, что различные фитнес-браслеты могут иметь разную степень точности, так как это зависит не только от качества акселерометра, но и от алгоритма, использованного для подсчета шагов. В статье представлены лучшие фитнес-браслеты с наиболее точными шагомерами (с минимальными отклонениями).
Так как основная задача фитнес-браслета заключается в отслеживании вашей активности, а не в предоставлении безупречно точных данных, небольшие погрешности в показателях шагомера не представляются критичными. Общее количество шагов отобразится лишь в том случае, если вы были достаточно активны в течение дня.
Пульсометр – как работает и какова степень точности
Пульсометры функционируют на основе технологии под названием фотоплазмография. В таком устройстве используется зеленый светодиод, излучающий свет, и детектор, который регистрирует уровень отражения этого света. Когда сердце сокращается, повышается кровяное давление и увеличивается капиллярный кровоток, в результате чего поглощается больше света, излучаемого светодиодами, что детектор улавливает. Основываясь на этих данных, устройство рассчитывает частоту сердечных сокращений.
Эта функция полезна для людей, которые следят за частотой своего пульса как во время физической активности, так и в повседневной жизни, а также во время сна. Для наиболее точных измерений пульсометр должен плотно прилегать к коже.
Тем не менее, важно понимать, что фитнес-браслет не является высококлассным медицинским устройством, и замеренная им частота пульса может иметь значительное отклонение. Известно, что точность замеров частоты сердечных сокращений уменьшается при увеличении времени до достижения 100 ударов в минуту, что также может влиять на результаты при выполнении физической активности. В состоянии покоя отклонения пульсометра обычно не превышают 2%.
Если вы ищете фитнес-браслет, который обеспечивает высокую точность измерения частоты пульса как в состоянии покоя, так и во время нагрузок, рекомендуем ознакомиться с актуальными рейтингами.
На военных кораблях установлены целые системы гироскопов, которые обеспечивают навигацию, а так же регулируют боеготовность корабельных орудий. Главной задачей гироскопов на самолетах является информирование экипажа о системе навигации и стабилизации, что критически важно для безопасности во время полетов.
Что такое гироскоп и как он работает?
История гироскопа началась в 1817 году, когда Джон Боненберг создал устройство, способное вращать раму под разными углами — горизонтально, вертикально или наклонно. Это устройство было усовершенствовано, и в 1852 году известный физик Жером Фуко представил гироскоп, который применялся для определения положения земной оси. Сегодня гироскопы широко используют в различных устройствах для ориентации в пространстве и даже в самых известных гаджетах.
Как и многие подобные технологии, гироскопы работают согласно законам вращения твердых тел. Устройство позволяет стабилизировать положение, управляя небольшими отклонениями и активируя обратный момент. Само слово происходит из двух греческих слов: ‘gyro’, что переводится как «круг», и ‘scope’, что значит «смотреть» — в совокупности это означает «вращение» или «видеть движение».
Сегодня это устройство стало настолько распространенным, что можно встретить применять гироскопы в различных сферах. Например, гироскопический самокат стал известным транспортом, а для управления квадрокоптерами требуется использовать как минимум три гироскопа. Также узнать о гироскопах можно в контексте смартфонов, планшетов и популярных смарт-часов, которые также оборудованы этими устройствами.
Как работает гироскоп?
Прибор в качестве гироскопа часто представляет собой знакомый всеволосный или вращающийся диск. Ротор — это вращающаяся часть, которая имеет вид темного кольца и надежно фиксируется в подвесной системе, позволяющей движению на трех уровнях, что называется фекальной подвеской или сиденьем на шарнирных осях.
Определенные датчики, именуемые весами, реагируют на изменения положения в пространстве. Устройство генерирует гироскопическое явление через обратный момент момента силы, что обеспечивает первоначальную стабилизацию. Благодаря современным электронным системам также подключаются специализированные датчики для разгрузки.
Функциональность устройства и его широкий спектр возможностей стабилизации делают многие современные устройства более удобными для пользователя и функциональными, избавляя от необходимости использовать гироскоп в большинстве случаев. Гироскопы широко подобраны для следующих применений:
- В различных судах – чтобы обеспечить навигацию в соответствии с осью вращения Земли;
- Все летательные аппараты, которым необходимы навигация и стабильность;
- Разнообразные гаджеты – от планшетов до игровых приставок и смартфонов, где применяются более специализированные микропремные гироскопы.
Гироскопы, стабилизирующие положение тела в пространстве и вычисляющие угол отклонения, делают многие устройства более многофункциональными и удобными в использовании.
Гироскоп в телефонах
Несмотря на то, что обычные мобильные телефоны могут не иметь гироскопов в традиционном понимании, смартфоны содержат микроэлектромеханические системы (MEMS), которые включают встроенные микромеханические и микроэлектронные компоненты. Таким образом, конструкция гироскопа на смартфоне значительно отличается от привычного восприятия, однако его основная задача — это определение углов наклона по отношению к поверхности Земли.
Преобразование механической энергии в электрическую создает последовательность битов или двоичных кодов, с которыми работает вся компьютерная система. Компактные устройства, такие как смартфоны, не имеют физически привычных для нас гироскопов, но в них установлены специальные подвижные массы, которые, меняя свое положение, приводят к изменению электронной емкости конденсатора. Это изменение регистрируется микропроцессором.
Конденсатор может быть также заменен на пиратскую дробилку, известную как датчики положения, такие как и в акселерометрах. Давление и скорость преобразуются в электрические сигналы, которые обрабатываются микропроцессором. В современных смартфонах как акселерометры, так и гироскопы применяются совместно для обеспечения более точного взаимодействия. Эти инерционные MEMS могут применяться одновременно, позволяя мобильным устройствам эффективно решать разнообразные задачи.
Наличие гироскопа в мобильном телефоне обычно указывается в технической документации. Однако, увидеть этот компактный чип можно только после разборки устройства.
Для чего нужен гироскоп в смартфоне?
Определить назначение гироскопа в смартфоне крайне сложно, учитывая, что он значительно расширяет его функциональность. Его возможности включают, но не ограничиваются следующими:
- Функция встряхивания: до появления гироскопов для приема звонка пользователям требовалось проводить свайп по экрану. Теперь достаточно легкого встряхивания, что экономит время и усилия. Встряхивание позволяет не только принимать входящие звонки, но и быстро активировать телефон во время просмотра фотографий или перелистывания музыкальных треков;
- Более полное использование функций калькулятора. Теперь множество команд можно выполнять без рук, просто поворачивая экран на 90°, что активирует дополнительную панель с расширенными функциями;
- Поиск рядом находящихся смартфонов, у которых активирован Bluetooth;
- Доступ к дополнительных функциями для вычисления углов наклона (например, в строительстве);
- Оптимизация навигации за счет вычисления координат и ориентирования относительно земной оси, что критично для полноценной работы навигаторов.
Суммируя, можно утверждать, что гироскопы значительно расширяют функциональные возможности смартфонов и делают их более удобными для многофункционального использования.
Гироскоп в смарт-часах
Смарт-часы и фитнес-браслеты стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Они значительно облегчают выполнение рутинных задач и вдохновляют на активное и позитивное восприятие повседневной деятельности. Активация экрана умных часов происходит благодаря гироскопу, когда пользователь поднимает руку. Если пользователь изменяет положение руки, то картинка на экране меняется, что обеспечивает комфорт считывания информации, даже во время вождения.
Новые модели секундомеров Apple Watch также получили возможность распознавать критические ситуации, в частности, когда человек неподвижен и лежит. Это значит, что в экстренных ситуациях есть возможность автоматически вызывать службу спасения!
Гироскоп в смарт-часах отвечает также за подсчет энергии, сжигаемой во время различных видов спорта, а также за регистрацию количества пройденных шагов во время ходьбы. Они даже способны определять качество отдыха, определяя частоту падений во время ночного сна.
Гироскопы становятся технологиями, которые не только облегчают многие наши действия, но и предоставляют массу информации. Таким образом, современные гаджеты, включая смарт-часы, становятся неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, а наличие гироскопа увеличивает их функциональность и удобство использования.
