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Garmin运动手表为什么“智能”,多亏了这些“生物器官”

作者:方小言    2019-01-02 14:59     来源: 芭莎时尚网     
文章摘要
高精度电子罗盘可以对GPS信号进行有效补偿,即使没有GPS信号也不会迷失方向。

冬至过后,正式进入“三九天”。当你以为终于可以心安理得地开启肥宅模式的时候,总有人让你一秒变得毫无底气。

  比如,跑马比赛一场不落,收集的奖牌比兜里的人民币还多的人▼

  又比如,每天朋友圈打卡记录运动小成就的人:上周调整了步频、步幅,前两天控制好了配速,今天终于用30分钟跑完了五公里……

  讲真,让人非常羡慕嫉妒恨!

  不过,可能大家都很好奇,运动设备是如何获取距离、配速等运动数据的?有些设备明明戴在手上,为什么能测出脚下的运动数据呢?打个比方,Garmin的“小绿豆”(GarminRunning Dynamics Pod动态传感器)只需要准确放置在腰部位置,就能够感知步频、步幅、垂直振幅等等细微的脚步动作数据。而这又是怎么做到的呢?

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  隐藏于其中的玄机就是——传感器。首先,什么是传感器?

  传感器(Sensor)是一种物理装置或生物器官,能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)等环境中所生事件或变化,并将探知的信息传递给其他设备(如中央处理器)。

  更通俗地来说,它就像人体的眼、耳、舌、鼻、身等感官部位,能够感受并将外界事物刺激包括触觉、嗅觉、味觉、听觉、视觉,以及平衡感、空间感、热觉感受等,传递给大脑中枢。传感器的存在和发展,让物体有了距离、高度等概念(比如运动设备),也让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,变得活了起来(比如机器人)。

  Garmin的运动设备中有哪些传感器呢?

  除了大家都熟悉的GPS传感器外,Garmin设备中常见的传感器主要有陀螺仪、加速度计、电子罗盘和气压计。

  1、 陀螺仪

  陀螺仪(Gyro-Sensor)能侦测三轴的重力变化,它通过测量自身的旋转状态判别物体在三维空间的运动状态。也就是说,它可用以判设备当前运动状态,包括向前、向后、向上、向下、向左、向右,加速或减速。借由它测定的信息,最终可以判断设备的移动轨迹和加速度。

  以前,陀螺仪广泛应用在船舶、飞机与武器航行时的导航用途。如今,许多传感器、稳定器及许多量测仪器都运用了陀螺仪,包括手机和各种穿戴设备。

  2、 加速度计

  加速度可以表示运动物体速度变化的快慢。加速度计(G-sensor),顾名思义,是测量加速度的装置。它通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果,可以感知任意方向上的加速度,表现形式既有加速度大小,也有方向。

  加速度计的功能与陀螺仪相近却又各有差异:加速度计能侦测物体的移动行为,而陀螺仪只能侦测物体水平改变的状态,无法计算物体移动的剧烈程度。

  3、 电子罗盘

  电子罗盘就是利用指南针的定位原理来进行地平方位测量的组件,能够实时提供移动设备的航向和姿态。相比传统罗盘,它不受倾斜与震动影响,还可通过其他组件的辅助校正来提升精确度。导航系统中,如果处在静止的情况下,GPS无法给出航向信息,高精度电子罗盘可以对GPS信号进行有效补偿,即使没有GPS信号也不会迷失方向。

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  同样,电子罗盘也区别于陀螺仪,陀螺仪是通过惯性原理测量角速度,是动态的量;电子罗盘测量是通过磁电效应测量地球磁场,并解算出方位角(手表的指向或者与地球磁力线之间的夹角),是静态的量。

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  4、 气压计

  薄膜式气压计是一般最常见的压力感测组件。由于大气压力会随着海拔高度的增加而减少,所以量测数据经过校正与转换后,就可以获得所在地的高度信息。若搭配温度传感器,还能根据测得的温度修正测量结果,提升气压计精确度,大大增加户外及室内运动等不同环境使用的便利。同时,气压计的数据可以辅助GPS,在高架桥下或高楼室内等有障碍物遮挡的区域,可以提升定位速度与精度。

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  根据以上介绍我们发现,单个传感器的作用非常有限,而Garmin跑表提供的跑步数据(比如,配速、距离、步频、步幅、运动模式、轨迹、海拔等)通常需要多个感应器的协同合作。

  比如,陀螺仪显示“方向”,加速度计显示“加速度”,两者合起来就是“向量”。搭配电子罗盘显示的“方位”,GPS 显示的“位置”,就能够推算出“位移”;再加上时间,就能得出“活动模式”。

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  还有轨迹导航的定位功能,也整合了陀螺仪、加速度计、电子罗盘和GPS的数据。因为单独使用陀螺仪和加速度计只能标示向量。加上电子罗盘的“方向”及GPS“定位”,才能精准显示所在位置及动作路径轨迹。

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  而Garmin Fenix系列手表搭载的ClimbProTM 爬坡曲线功能,必须结合GPS及气压计,才能实时显示用户位置及海拔高度变化。

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  那么,如何实现各个感应器之间既不互相干扰,又能彼此协作呢?

  以前,各式传统机械式传感器组件庞大又笨重,通过MEMS (Micro Electro Mechanical System) 微机电系统技术才得以缩小到纳米级的尺寸,再封装成电子芯片。这是手表等小体积设备等搭载各种感应器的基础。

  同时,Garmin设备采用了多合一电子式传感器,以独到的整合型设计系统使各个感应元器件在工作中互相不受干扰,再结合软件演算出精准的数值,把数据转化为一项又一项的便利服务。

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  是不是从没想过一块简单的手表还藏着这么多黑科技?每一个便利工具的发明和普及,背后都有无数项技术的支持和工作人员的辛苦付出。正因为如此,Garmin的设备才拥有了多种运动类型的感测判断功能,让运动数据和训练指导变得更易于获取,让普通大众与科学运动更近一步。

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