акселерометр в часах что это и для чего нужен

Сенсоры и датчики в фитнес-браслетах и умных часах: как это работает?

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.

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.

Источник

Как это работает? | Акселерометр

Акселерометр — это датчик для измерения ускорения. Он был изобретен в конце 19 века и предназначался для установки в автомобилях и паровозах для контроля за скоростью. Первые акселерометры были тяжелыми и громоздкими. Они основывались на использовании инерционной силы, движущейся с ускорением массы, и представляли собой маятник со спиральной пружиной. При ускорении или замедлении корпуса грузик стремился сохранить свое первоначальное положение, то есть отстать или опередить корпус. Одна из пружин при этом сжималась, а маятник совершал перемещение. Величина этого перемещения и определялась акселерометром для вычисления ускорения. Как же работает современный акселерометр, используемый в смартфонах, — об этом в сегодняшнем выпуске!

Впервые акселерометр был установлен в мобильный телефон Nokia 5500, благодаря чему его можно было использовать как шагомер. В силу конструктивных особенностей мобильных устройств использовать традиционный акселерометр с маятником невозможно. Поэтому он заменяется миниатюрным чипом, внутри которого находится инертная масса.

В смартфонах акселерометр чаще всего используется для автоматической смены ориентации экрана при повороте устройства. Также он нашел свое применение в системных жестах (таких как встряхивание), играх и навигационных приложениях, а также трекерах активности.

Источник

Акселерометр – что это?

Практичное устройство – акселерометр, позволяет измерять и регулировать скорость передвижения транспортных средств. Впервые такие приборы появились в комплектации автомобилей Форд и Мерседес-Бенц. Чуть позже их стали устанавливать в мобильные телефоны и другие технические устройства.

Акселерометр в смартфоне

Акселерометр, что это такое в телефоне и по какому принципу он работает?

Первоначальные акселерометры имели крупные размеры, не позволяющие внедрить устройство в миниатюрный корпус мобильника.

Специалисты решили создать миниатюрный чип с инертной массой внутри, которая и отслеживает ускорение с фиксацией данных об изменениях местоположения объекта.

Общий алгоритм работы мобильного акселерометра не отличается от основного принципа работы оригинального устройства.

Современные гаджеты также укомплектовываются этим небольшим, но очень удобным механизмом. Акселерометр в смартфоне или в планшете позволяет сохранять важные данные, измеряет уровень смещения от уровня состояния покоя, отслеживает активность человека, а также распознает и демонстрирует расположение в пространстве.

Другие важные функции акселерометра в мобильном телефоне:

К слову, большинство современных смартфонов также укомплектовываются гироскопом.

Гироскоп в телефоне обеспечивает гаджет функцией изменения ориентации устройства с книжной на альбомную в зависимости от его расположения. Первый гироскопический датчик в мобильной индустрии был установлен в Айфон 4.

Новые возможности телефона покорили пользователей и эту идею вскоре подхватили и другие компании-производители. Во многих современных смартфонах уже функционирует акселерометр и гироскоп, улучшающие функциональность гаджета.

Функция акселерометра в фитнес-часах

В часах и в фитнес-браслетах акселерометр выполняет функцию контроля:

Вся информация автоматически фиксируется во время сна и бодрствования человека. Такие данные сохраняются в отчете установленного приложения. Очень удобное устройство для тех, кто занимается спортом и следит за своим здоровьем!

Функция акселерометра в видеорегистраторе

Автомобильные видеорегистраторы уже давно комплектуются чипом-акселерометром. Это устройство фиксирует резкие изменения движения транспорта и обеспечивает сохранность видео файлов с регистратора.

Акселерометр в видеорегистраторе также выполняет:

Проще говоря, акселерометр – очень нужная и удобная вещь, успешно применяемая в разных направлениях.

Источник

Большинство современных устройств используют датчики для контроля и управления различными физическими величинами, такими как давление, температура, влажность, интенсивность света, направление и т.д. Один из таких датчиков, используемый для измерения ускорения устройств, называется датчиками акселерометра.

Когда-то давно вы бы нашли такие датчики только в современных машинах, таких как космические ракеты или реактивные самолеты. Теперь они есть практически в каждом смартфоне, ноутбуке, автомобиле и игровой консоли. Давайте копнем глубже и выясним, что это такое, как они работают, и для чего они используются?

Что такое акселерометр?

Измеряя величину гравитационного ускорения, инструмент может вычислить угол, под которым он наклонен относительно Земли. Например, акселерометр, установленный на поверхности Земли, будет измерять ускорение 9,81 м / с2 в прямом направлении вверх.

Измеряя величину динамического ускорения, можно определить, насколько быстро и в каком направлении движется устройство. Например, трехосевой акселерометр может определять величину и направление (во всех трех осях) ускорения как векторную величину.

Акселерометры используются в различных отраслях промышленности и научных исследованиях. Они в основном используются в электронных устройствах для определения ориентации, ускорения координат, ударов и вибрации.

Акселерометры, встроенные в смартфоны, например, выясняют, когда переключать макет экрана с ландшафтного на портретный. Данные, предоставляемые этими датчиками, могут помочь определить, идет ли устройство вверх или падает вниз.

Высокочувствительные акселерометры интегрированы в инерциальные навигационные системы ракет и реактивных двигателей. Беспилотные летательные аппараты также используют такие устройства для стабилизации полета.

Как работает акселерометр?

Механический акселерометр состоит из пружины, прикрепленной массой. Эта пружина обычно подвешивается внутри наружного корпуса. Когда все устройство ускоряется, корпус сразу же движется в том же направлении. Масса, однако, остается в своем положении (на короткое время), растягивая пружину с силой, соответствующей ускорению.

Принцип работы механического акселерометра

Измеряя длину пружины растяжения, мы можем определить ускорение. Это может быть сделано различными способами. Сейсмометр, например, использует тот же принцип для измерения землетрясений.

Когда происходит землетрясение, он трясет корпус сейсмометра, но масса движется дольше. К массе прикрепляется ручка, чтобы проследить ее движение на бумажном графике.

Современные акселерометры генерируют электрические или магнитные сигналы вместо того, чтобы использовать след от ручки на бумаге.

Самые распространенные типы акселерометров

Большинство коммерческих устройств оснащены емкостными, пьезорезистивными и пьезоэлектрическими приборами для преобразования механического движения в электрический сигнал.

1. Пьезоэлектрические акселерометры используют пьезоэлектрический эффект определенных материалов для измерения ускорения, вибрации или механического удара. Эти материалы накапливают электрический заряд (пьезоэлектричество) в ответ на приложенное механическое напряжение.

Принцип работы пьезоэлектрического акселерометра

К массе прикрепляется пьезоэлектрический материал, например, цирконат-титанат свинца. При движении акселерометра масса оказывает механическое давление на этот материал. В результате этого материал вырабатывает крошечное электрическое напряжение, которое можно расшифровать, чтобы вычислить соответствующее ускорение.

2. Пьезорезистивные акселерометры работают по аналогичному принципу. Они используют изменение сопротивления пьезорезистивных материалов для преобразования механического напряжения в выходное напряжение постоянного тока. Эти типы акселерометров подходят для измерений удара, где уровень g и диапазон частот значительно высоки.

Endevco 727 | легкий пьезорезистивный акселерометр, идеально подходящий для измерения удара при испытаниях на падение

Пьезоэлектрические компоненты, напротив, не имеют себе равных по высокотемпературному диапазону и малому весу в упаковке.

3. Емкостные акселерометры основаны на изменении электрической емкости в ответ на ускорение. Они содержат два компонента: первичную (стационарную) пластину, прикрепленную к корпусу, и вторичную пластину, соединенную с массой, которая свободно перемещается внутри корпуса.

Емкость изменяется с расстоянием между двумя металлическими пластинами, и, измеряя емкость, можно определить приложенное ускорение. Эти типы акселерометров могут измерять постоянное, а также медленное переходное и периодическое ускорение.

Трехосный емкостный акселерометр

Современные акселерометры бывают всех трех форм. Они часто представляют собой микроэлектромеханические системы (MEMS), содержащие несколько компонентов, каждый размером от 1 до 100 микрометров. Акселерометры, встроенные в планшеты и смартфоны, обычно имеют площадь менее 100 миллиметров.

Микромеханический акселерометр чувствителен только к одному направлению в плоскости. Двухосевой акселерометр построен путем интеграции двух устройств перпендикулярно, а трехосный акселерометр может быть сделан путем добавления другого устройства вне плоскости. Интегрированный модуль может быть гораздо более точным, чем три отдельных устройства, объединенные после упаковки.

Для достижения сверхвысокой чувствительности можно использовать квантовое туннелирование. Однако этот процесс является чрезвычайно сложным и дорогостоящим.

С помощью существующих технологий мы можем измерять ускорения до тысяч g. Инженерам и производителям приходится идти на компромисс между максимальным измеряемым ускорением и чувствительностью устройства.

Применение

Акселерометры используются в различных областях, от инженерной и бытовой электроники до биологии и медицинских технологий. Ниже приведены наиболее часто используемые датчики акселерометров.

Навигация

Инерциальная навигационная система (также называемая инерциальной эталонной платформой) использует компьютер и акселерометры для непрерывного измерения местоположения, ориентации и скорости движущегося объекта без каких-либо внешних ориентиров.

Инженерия

Акселерометры широко используются для измерения вибрации на машинах, автомобильных двигателях и зданиях. В автомобильном секторе акселерометры с высоким значением g используются для обнаружения дорожно-транспортных происшествий и установки подушек безопасности в нужное время.

Они также используются для контроля работоспособности оборудования и регистрации вибрации вращающихся инструментов, таких как компрессоры, турбины, которые, если их не обслуживать, могут привести к дорогостоящему ремонту. Некоторые акселерометры специально настроены (встроены в гравиметры) для измерения гравитационных сил.

Бытовая электроника

Многие производители ноутбуков используют акселерометры для защиты жестких дисков от повреждений. Если датчик обнаруживает внезапное падение, головки жесткого диска припаркованы, чтобы избежать повреждения диска и потери данных.

Биология и медицинское применение

В биологических науках все чаще используются акселерометры. Данные, получаемые с помощью высокочувствительных трехосных акселерометров, позволяют ученым различать поведенческие модели животных, когда они находятся вне поля зрения.

Многие автоматические внешние дефибрилляторы содержат акселерометр для определения глубины сдавления грудной клетки СЛР.

Несколько компаний производят часы для спортсменов, которые состоят из акселерометров для измерения скорости и пройденных дистанций бегунов. Современные будильники фазы сна также интегрированы с акселерометрическими датчиками, так что они могут обнаружить движение спящего и разбудить человека в цикле не-быстрого сна.

Источник

Как работают умные часы с функцией измерения давления

Как умные часы измеряют давление?

Если вы думаете, что смарт-часы с функцией измерения артериального давления — это полный аналог медицинского тонометра, то спешим вас разочаровать. Даже специализированные приборы имеют ограничения при использовании. Например, запястные тонометры не рекомендуются людям старше 45 лет — из-за возрастной потери эластичности сосудов прибор не сможет точно поймать пульсовую волну.

А такой гаджет как фитнес-браслет или смарт-часы и вовсе не является узкоспециализированным медицинским устройством, да и принцип работы этих приборов отличается от механизма тонометров.

Чтобы получить более-менее достоверные результаты при измерении давления, носимые устройства должны работать по одному из этих принципов:

● Первый — при помощи ЭКГ-датчиков считываются электрические поля, создаваемые сердечными сокращениями, а фотоплетизмографические сенсоры (о принципе их работы можно прочитать здесь) определяют объем крови в артерии в конкретный момент. После этого математический алгоритм начинает рассчитывать пульс и артериальное давление пользователя.

● Второй метод получил название осциллометрического — именно он используется в медицинских тонометрах. Манжета накачивает и сбрасывает воздух при помощи компрессора, после чего гаджет отслеживает колебания воздуха в манжете, преобразует их в электрические сигналы и выдает цифровой результат на дисплее. Этот способ измерения давления более достоверный, чем первый, но, повторимся, его не рекомендуется использовать людям старше 45 лет.

А вот недорогие устройства, в изобилии представленные на рынке, измеряют артериальное давление, мягко говоря, очень приблизительно. Они используют показатели пульсометра и данные, заранее внесенные пользователем (вес, возраст, пол и т.д.), рассчитывая давление с помощью программного алгоритма.

Причем не все подобные гаджеты учитывают даже личные параметры человека. Некоторые (обычно самые бюджетные модели) вообще используют для расчета давления только пульсометр.

Насколько точными будут показания этих устройств? Вам повезет, если вы не страдаете повышенным или пониженным давлением — тогда есть шансы на относительно корректные результаты. Но если у вас нет проблем, тогда зачем вообще эта функция? В тех случаях, когда имеются какие-либо возрастные изменения или заболевания, доверять показаниям псевдо-тонометров не стоит, и уж тем более принимать решения насчет своего здоровья на их основе.

Кому действительно нужны часы с функцией измерения артериального давления?

Прежде всего, такие смарт-часы пригодятся людям, страдающим артериальной гипертензией. Хотя принимать решение о приеме лекарств на основе полученных от умных часов данных не стоит. А вот повышенные значения будут сигналом, что пора воспользоваться полноценным тонометром и уже на основе его измерений предпринимать какие-то действия.

Также эта функция пригодится спортсменам, которые смогут отслеживать свое состояние во время тренировок: например, на пробежке или при занятиях в зале.

Модельный ряд

Редакция проанализировала носимые устройства, умеющие измерять давление, представленные на российском рынке. Увы, выяснилось, что у большинства моделей эта функция есть только для галочки и красивых слов в рекламном ролике — они измеряют давление лишь при помощи пульсометра и не могут выдавать корректные показания.

Asus VivoWatch BP (HC-A04)

Практичные часы, показаниям которых уже можно доверять. Конечно, VivoWatch BP не претендуют на лавры полноценного медицинского прибора, однако все задатки для этого у них есть. Для замеров давления используются ЭКГ-датчики и фотоплетизмографические сенсоры, о принципах работы которых мы рассказали выше.

Устройство позиционируется как первый гаджет, созданный для круглосуточного отслеживания и контроля давления и состояния организма в целом. Помимо этого прибор дает персональные рекомендации по поддержанию нормального уровня АД.

Кроме озвученных сенсоров, в VivoWatch BP установлен акселерометр и GPS-датчик. Если сравнивать модель с другими смарт-часами, оснащение может показаться скудным. Но с другой стороны, при установке всевозможных датчиков — барометра, освещенности и прочих, — размеры этих часов раздулись бы до неприличных в 2021 году размеров.

Для анализа данных и управления гаджетом необходимо установить на смартфон фирменное приложение Asus HealthConnect — оно доступно как на iOS, так и на Android. Поначалу набор функций выглядит довольно стандартным: здесь можно менять циферблаты, посмотреть количество пройденных шагов, пульс, данные о сне. Однако в Asus HealthConnect вы можете вести учет не только своего веса и роста, но и записывать показатели сахара в крови, а также следить за приемом медикаментов. Таким образом, приложение больше напоминает органайзер или медицинскую книжку — все-таки в Asus изначально сделали упор на медицинское предназначение гаджета.

Omron HeartGuide

Единственные умные часы, показания которых будут соответствовать значениям, полученным при помощи медицинского запястного тонометра. Что, в принципе, и неудивительно — японская компания Omron специализируется именно на производстве медицинского оборудования, в том числе тонометров, поэтому ее опыт в этой сфере пришелся как нельзя кстати.

В отличие от конкурентов, здесь для измерения артериального давления, используется осциллометрический метод — воздушные баллоны встроены прямо в ремешок. Отметим, что Omron HeartGuide — это еще и единственные часы, которые получили сертификат от FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США).

В Omron HeartGuide применяется проприетарная операционная система, так что поэкспериментировать со сторонним ПО у пользователя возможности не будет (что, как нам кажется, к лучшему). Детальную информацию о замерах давления, своей активности, сожженных калориях и прочем можно посмотреть в приложении HeartAdvisor. Удобно, что часы совместимы даже с устаревшими смартфонами, на которых установлены операционные системы iOS 8.0 или Android 4.4.

Приятно удивляет автономность модели — при 3-4 замерах давления в день заряда аккумулятора хватает почти на 2 недели. Единственное что может отпугнуть некоторых пользователей — это высокая цена около 80 000 рублей.

Вывод

Стоит ли покупать умные-часы с функцией измерения артериального давления? Если у вас есть проблемы со здоровьем, то приобретение такого гаджета точно не будет лишним. Однако обращайте внимание только на модели, оснащенные ЭКГ-датчиками (а не их имитацией, когда за ЭКГ-датчик выдается обычный пульсометр), или, что еще лучше, на устройства, использующие осциллометрический метод. Будем надеяться, что скоро ассортимент носимых устройств с функцией измерения давления станет больше. В любом случае, мы не советуем принимать лекарства, основываясь только на данных от умных часов.

Источник