步数计步器(计步器是怎么知道我们走了多少步的？谜底揭晓……)

Posted 2023-05-30

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如今，每个人都非常关注健康。不管是出门佩戴手环、计步器，还是拿手机，记录自己行走的步数，已经是很多人的生活习惯了。可是，计步器到底是怎么工作的？它是怎么知道我们每天走了多少步的？

机械式计步器原理类似摆锤

廖勇，是中国电子科学研究院工程师。他表示，“最开始的计步器是机械式的，原理其实很简单，就跟摆锤一样。因为人在走路的时候是会把那个摆锤带着动。它动一下，基本上就是人在走一步。然后摆锤动一下，和金属接触通电，就记了一步。”

智能手环和计步软件的工作原理是什么？

原来，计步器是依靠摆锤与金属的接触，才能记录我们的步数，可是现在流行的智能手环和手机里的计步软件也是这个原理吗？

廖勇解释道：“现在的手机手环里面，它一般是用一个非常小的芯片，叫三轴加速度传感器。通过这个加速度传感器，可以测量手机或者是手环在三个不同方向上的加速度。然后通过对这个加速度的值进行计算，就可以大概测出走路的步数。”

那么，这种加速度传感器是怎么知道我们走路的步数呢？

“有一种特殊的材料，叫压电陶瓷材料，根据作用在上面力的大小产生不同的形变，就可以产生不同的电压变化，通过作用在上面的力来测量出加速度，然后通过加速度就能够判断出人在走路的时候，他是在哪个方向进行运动，或者说频率大概是多少。”廖勇表示。

如何分辨手晃还是走路产生的晃动？

可是，如果用手摇晃手机，也会产生加速度，这个传感器是怎么分辨手晃和走路的区别的呢？

廖勇表示，人走路的时候，频率一定是在某一个范围之内的。比方说，一秒钟跨出多少步，或者说一分钟只能走出多远。如果人拿着手机在晃的话，频率会非常快。其次，（晃动）加速度变化比人在走路的加速度变化要大得多。基本上通过这两个方面，就能够判断出来到底是人拿着手机在晃，还是真正的一个人在走。

加速度传感器应用广泛

其实，计步功能只是加速度传感器的一部分应用。在车辆安全、桥梁健康等方面，加速度传感器都有着非常重要的作用。

廖勇介绍说：“车上的安全气囊为什么会弹起来？车开到一定速度以上，然后突然停下来，安全气囊就会弹出来，这实际上是有一个加速度传感器在测量车在前进方向的加速度。通过一个量的变化，来判断现在应不应该把安全气囊弹出来。”

此外，加速度传感器还可以应用在桥梁的健康监测中。传感器技术与计算机技术，通信技术并称为现代信息技术的三大支柱。航天运载火箭上，采用的传感器达2000多个；一架民航客机所用的传感器也有上千个。可以说，任何自动控制装置和系统都离不开传感器技术。