盘点那些新颖且有趣的电子传感器

（文章来源：Garmin佳明）

对手机、手表或者其它智能设备来说，体积永远是至关重要的。以如此小的体积，却能实现那么多功能，它们里面的各种微型电子传感器功不可没。有些数据可以通过模拟算法来预估，但更为精准的数据一定需要这些电子传感器的精准度数才能做到。

比如佳明的户外手表系列fenix，就在表内集成了GPS、陀螺仪、加速度计、高度计、电子罗盘、气压计…等等，对应的就能得到位置追踪、爬升高度，跑步/行走的步幅/频率、海拔高度、爬楼高度、极端气候预警等等的功能。原理上，微信电子传感器和那些用在大型器械上的，如火箭、飞机、轮船等的是接近的，可以视为是它们的微缩版。通过MEMS (Micro Electro Mechanical System) 微机电系统技术，原本庞大、笨重的各式传统机械式感测器元件，如今可以做到奈米等级大小，封装成电子晶片，就能容身在空间非常有限的手表里，且能放入很多个传感器了。

陀螺仪：此陀螺非彼陀螺——如今的陀螺仪叫微机电陀螺仪（MEMS），是用来测量角动量（angular momentum）的工具，与传统旋转式的陀螺完全不同。解释一下角动量：角动量是具有方向性的一种向量，XYZ三轴分别代表了三个方向，当一个物体沿着其中一轴发生旋转，就会产生角速度，将角速度对时间积分就可以计算出旋转的「角度」， 其转动惯量和角速度的乘积即为角动量。

陀螺仪利用了物理学的科里奥利力（Coriolis force），配合简谐振荡（Simple harmonic oscillation）的原理，在内部产生微小的电容变化，然后测量电容，能侦测出XYZ三轴出现的非常轻微的重力变化，计算出角速度。结合加速度计、GPS等，它就能得到当下身体处于的平衡状态，分析出身体细微运动代表的动作含义，以及帮助GPS更为精准的读取运动数据。

加速度计：加速度计可以测量出物体的「运动加速度」及地球引力产生的「重力加速度」。因为重力加速度并不会随着时间变化，加速度计也能用来校正陀螺仪，防止误差累积。加速度计能够感测不同方向的加速度或振动等运动状况，从来用来计算戴着手表的人实际位移与速度。

比如通常的计步数功能，为何双手甩臂时并不会记为步数，而真正向前行走的甩臂看似与原地甩臂无异，却能准确被识别为步行步数，很大一部分功劳就归功在加速度计上。

电子罗盘用来测量磁场的工具。如今的电子罗盘不再需要像以前的水平罗盘那样必须在标准的水平面才能工作，里面的倾角传感器可以在非水平状态时作出补偿。加上地球本身虽然存在磁场，却并非环境中存在的唯一磁场，手表中的电子磁场可以不受倾斜与震动的影响，还能排除其它磁场干扰源，然后校正提升到最佳精准度。因而有了电子罗盘的加持，方位感的问题就解决了。

所以，先做个小总结，上述陀螺仪+加速度计+电子罗盘的组合，用在GPS运动手表上就是——通过陀螺仪显示「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，就能得出当下「活动模式」的监测。这就是GPS运动手表工作的大致原理了，它告诉你当下的配速、距离、以及更高阶的跑步动态，并且很少出现偏差。

而跑步对人类而言还是一个接近“二维”的运动，如果是有海拔起伏的登山或者是潜水这样的“三维”运动，这时候还会有一个很重要的电子传感器，气压计登场。气压计目前最常见的气压计为薄膜式气压计，内部有一片薄膜，随压力不同，薄膜会呈现凸起或凹下，透过电容感应器测得电阻值变化，再推得所处外界的气压变化。

随着海拔越高，大气气压越低，于是量测数据经过校正与转换后，手表就可获得所在地的海拔高度。更精确些，搭乘电梯抵达一些高层建筑，你也能看到手表上的高度气压发生明显变化，会实时告知你当下所处的高度。气压计也不是单兵作战的设备，搭配温度传感器，进一步依测得的温度修正测量结果，提升气压计精确度；

气压计也能帮助到在GPS信号很弱的地方，比如都市区的高架桥下、高楼室内的定位速度与精度。应用到潜水上，气压计更为复杂。Garmin第一款潜水表Descent TM MK1就使用了两种不同的压力计，分别侦测不同范围的压力值，这样就更为多变和难测的深水中也能提供精确潜水深度，也是远远领先其它潜水表的地方。
（责任编辑：fqj）