计步器是怎么知道我们走了多少步的？谜底揭晓……
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。
「物理揭秘」你每天走了 计步器怎么知道我们走了多少步呢？
计步器怎么知道我们走了多少步呢？
如今，每个人都非常关注健康。而运动正是健康最重要的手段。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呢？是怎么知道我们每天走了多少步的呢？
中国电子科学研究院工程师廖勇：“最开始的计步器是机械式的，原理其实很简单，就跟摆锤一样的。因为人在走路的时候是会把那个摆锤带着在动，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。”
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？
中国电子科学研究院工程师廖勇：“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，通过这个传感器可以测量手机或者是手环在三个不同的方向上的加速度，然后通过这个加速度的值进行一些算法的运算，然后统计就可以知道大概可以测出来走路的步数。”
那么这种传感器是怎么知道我们走路的步数的呢？
中国电子科学研究院工程师廖勇：“有一种特殊的材料，叫压电陶瓷材料，根据作用在上面的力的大小产生不同的形变，就可以产生不同的电压的变化，就可以通过作用在上面的力来测量出加速度，然后通过加速度能够判断出这个人是走路的时候，他是在哪个方向进行运动，或者说频率大概是多少。”
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？
中国电子科学研究院工程师廖勇：“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。如果人的手拿着手机在晃的话，第一个晃的频率会非常的快，第二个拿着手机晃的时候，加速度变化是比人在走路的加速度变化要大的多的，基本上通过这两个方面，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。”
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。
中国电子科学研究院工程师廖勇：“车上的安全气囊为什么会弹起来，车开到一定的速度之上然后突然停下来，安全气囊就会弹出来，实际上是有一个加速度传感器在测量车在前进的方向负加速度，或者说从很快的速度突然变得停下来，一个量的变化，来判断说现在应不应该把安全气囊弹出来。
加速度传感器另外一个可以应用的地方是桥梁的一些健康的监测，因为桥梁虽然看起来是硬的，实际上是会有一些形变的，可以有些变化，但是每个桥梁的变化它不能以某一个频率来发生这种振动，因为它如果是产生跟这个桥梁的固有频率产生共振，会对桥梁的结构健康产生影响。
所以就可以在桥梁地面上，设置一些加速度传感器来测量桥梁的振动，然后能够判断出振动是不是在可以允许的范围之内的。”
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。
(来源:科普中国)
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