這張表后面的機械原理你知道嗎？

 

 

 

首先我們需要知道計步器怎么知道我們走了多少步呢？

 

如今，每個(gè)人都非常關(guān)注健康。而運動(dòng)正是健康最重要的手段。不管是出門(mén)佩戴手環(huán)、計步器，還是拿手機，記錄自己行走的步數，已經(jīng)是很多人的生活習慣了?？墒?，計步器到底是怎么工作的呢？是怎么知道我們每天走了多少步的呢？

 

 

中國電子科學(xué)研究院工程師廖勇：“最開(kāi)始的計步器是機械式的，原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就跟擺錘一樣的。因為人在走路的時(shí)候是會(huì )把那個(gè)擺錘帶著(zhù)在動(dòng)，它動(dòng)一下基本上就是人在走一步，然后擺錘動(dòng)一下，和金屬接觸通電，就記了一步。”

 

原來(lái)，計步器是依靠擺錘與金屬的接觸，才能記錄我們的步數，可是現在流行的智能手環(huán)和手機里的計步軟件也是這個(gè)原理嗎？

 

中國電子科學(xué)研究院工程師廖勇：“現在的手機手環(huán)里面，它一般是用一個(gè)非常小的芯片，叫三軸加速度傳感器，通過(guò)這個(gè)傳感器可以測量手機或者是手環(huán)在三個(gè)不同的方向上的加速度，然后通過(guò)這個(gè)加速度的值進(jìn)行一些算法的運算，然后統計就可以知道大概可以測出來(lái)走路的步數。”

 

 

那么這種傳感器是怎么知道我們走路的步數的呢？

 

中國電子科學(xué)研究院工程師廖勇：“有一種特殊的材料，叫壓電陶瓷材料，根據作用在上面的力的大小產(chǎn)生不同的形變，就可以產(chǎn)生不同的電壓的變化，就可以通過(guò)作用在上面的力來(lái)測量出加速度，然后通過(guò)加速度能夠判斷出這個(gè)人是走路的時(shí)候，他是在哪個(gè)方向進(jìn)行運動(dòng)，或者說(shuō)頻率大概是多少。”

 

 

可是，如果用手搖晃手機，也會(huì )產(chǎn)生加速度，這個(gè)傳感器是怎么分辨手晃和走路的區別的呢？
中國電子科學(xué)研究院工程師廖勇：“人走路的時(shí)候，頻率一定是在某一個(gè)范圍之內的，比方說(shuō)一秒鐘跨出多少步，或者說(shuō)一分鐘只能走出多遠。如果人的手拿著(zhù)手機在晃的話(huà)，第一個(gè)晃的頻率會(huì )非常的快，第二個(gè)拿著(zhù)手機晃的時(shí)候，加速度變化是比人在走路的加速度變化要大的多的，基本上通過(guò)這兩個(gè)方面，能夠判斷出來(lái)到底是人拿著(zhù)手機在晃，還是真正的一個(gè)人在走。”

 

 

其實(shí)計步功能只是加速度傳感器的一部分應用。在車(chē)輛安全、橋梁健康等方面，加速度傳感器都有著(zhù)非常重要的作用。中國電子科學(xué)研究院工程師廖勇：“車(chē)上的安全氣囊為什么會(huì )彈起來(lái)，車(chē)開(kāi)到一定的速度之上然后突然停下來(lái)，安全氣囊就會(huì )彈出來(lái)，實(shí)際上是有一個(gè)加速度傳感器在測量車(chē)在前進(jìn)的方向負加速度，或者說(shuō)從很快的速度突然變得停下來(lái)，一個(gè)量的變化，來(lái)判斷說(shuō)現在應不應該把安全氣囊彈出來(lái)。

 

加速度傳感器另外一個(gè)可以應用的地方是橋梁的一些健康的監測，因為橋梁雖然看起來(lái)是硬的，實(shí)際上是會(huì )有一些形變的，可以有些變化，但是每個(gè)橋梁的變化它不能以某一個(gè)頻率來(lái)發(fā)生這種振動(dòng)，因為它如果是產(chǎn)生跟這個(gè)橋梁的固有頻率產(chǎn)生共振，會(huì )對橋梁的結構健康產(chǎn)生影響。

 

所以就可以在橋梁地面上，設置一些加速度傳感器來(lái)測量橋梁的振動(dòng)，然后能夠判斷出振動(dòng)是不是在可以允許的范圍之內的。”

 

 

想必有的朋友在大學(xué)階段應該必修過(guò)《傳感器與檢測技術(shù)》這門(mén)課程，它是工科電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)課，是研究傳感器與檢測技術(shù)的實(shí)用科學(xué)，在現代檢測與控制系統中有著(zhù)舉足輕重的作用。傳感器技術(shù)與計算機技術(shù)，通信技術(shù)并稱(chēng)為現代信息技術(shù)的三大支柱。航天運載火箭上，采用的傳感器達2000多個(gè)；一架民航客機所用的傳感器也有上千個(gè)?？梢哉f(shuō)，任何自動(dòng)控制裝置和系統都離不開(kāi)傳感器技術(shù)。


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