Multi-Sensor 多重感测器

我们整合多种组件、排除各种干扰,每种传感器彼此协作、相互校正,达成精准量测的使命。

垂直整合方寸之间

方寸之间

微型化 多合一

传感器广泛应用于日常生活各个层面,大到火箭、飞机,小至手机、穿戴式装置。透过 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传感器组件,得以缩小到奈米等级大小,再封装成电子芯片。秉持「垂直整合」的设计理念,Garmin 采用了多合一电子式传感器,不仅体积小、功耗低;不同感测组件各司其职,搭配软件协同合作,就能把数据转化为一项又一项的便利服务。

  1. 陀螺仪能侦测三轴的重力变化,是用来测量角动量的工具。角动量为一种向量,具有方向性。沿一轴旋转的物体,其转动惯量和角速度的乘积即为角动量。因此,角动量是与转动惯量、角速度成正比。角速度与速度不同,角速度是单位时间内旋转的角度。因此没有旋转,就没有角速度。若只对 X 轴旋转,则 Y 轴与 Z 轴的输出为 0,X 轴的输出就是旋转的角速度;将角速度对时间积分就可以计算出旋转的「角度」。因为优良的定向特性,陀螺仪广泛应用在船舶、飞机与武器航行时的导航用途。目前广泛使用的电子陀螺仪,是利用科氏力(Coriolis force)配合简谐振荡(Simple harmonic oscillation)的原理,与传统旋转式的陀螺完全不同。许多传感器、稳定器及许多量测仪器都运用了陀螺仪,包括手机和穿戴装置都能见到它的踪影。

  2. 测量加速度的装置。可量测物体的「运动加速度」及地球质量所产生的「重力加速度」。因为重力加速度不会随时间快速变化,加速度计能常用来校正陀螺仪,防止误差累积。而运动加速度也可以用来计算物体的位移与速度,当传感器为自由落体时,运动加速度与重力加速度会互相抵销,使输出变成 0。在有重力的环境中,加速度计因能感测重力加速度,也常作为倾斜计使用。

  3. 用来测量磁场的组件。磁阻传感器取代了传统罗盘的磁针,利用劳伦兹力会造成电流中电子的偏向的原理,藉由磁场在 X、Y、Z 三轴上的投影来计算出行进方向角度。磁场的单位为特斯拉 (Tesla) 或高斯 (Gauss)。地球本身存在磁场,却非环境中唯一的磁场,还包含了许多的干扰源,电子罗盘不仅不受倾斜与震动影响,还可透过其他组件辅助校正来提升精确度,具备了传统罗盘没有的优势。

  4. 薄膜式气压计是一般最常见的压力感测组件,内部有一片薄膜,随压力不同,薄膜会呈现凸起或凹下,透过电容传感器测得电阻值变化,再推得气压变化。由于大气压力会随着海拔高度的增加而减少,量测数据经过校正与转换后,可获得所在地的高度信息。若搭配温度传感器,还能依测得的温度修正测量结果,提升气压计精确度,大大增加户外及室内运动等不同环境使用的便利。气压计的数据可以辅助 GPS,提升都会区高架桥下,或高楼室内的定位速度与精度。以 Garmin 第一款潜水表 DescentTM MK1 为例,更使用了两种不同的压力计,分别侦测不同范围的压力值,几乎涵盖了所有户外活动的使用范围,功能远超越一般潜水表。

多任务协作 精准整合

不同传感器如何协作,完成各种情境下的应用? Garmin 整合多种传感器,并持续探索不同可能,创造有意义的应用。

跑步应用

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「活动模式」。Garmin 跑表的「跑步动态」,包含多项专业指标,一点都不含糊!

步频:双脚每分钟跨出的步数。这是跑者经常会测量的跑步指标。

资料传输
GPS
气压计
电子罗盘
陀螺仪
加速度计
0
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注意事项:以上数据仅供参考,实际数值会依个人体能状况不同而有所差异。

步幅:左右脚跨步移动的距离。这是跑者经常会测量的跑步指标。

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GPS
气压计
电子罗盘
陀螺仪
加速度计

注意事项:以上数据仅供参考,实际数值会依个人体能状况不同而有所差异。

身体重心垂直振动的高度。振幅愈大,跑步效率愈差。垂直振幅并非愈低愈好,必须搭配「步幅」来看。移动效率 = 垂直振幅 ÷ 步幅 × 100%,指每个跨步推动自己向前进的效率。愈优秀的跑者,愈能确保能量是用在推进而非向上。

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GPS
气压计
电子罗盘
陀螺仪
加速度计

注意事项:以上数据仅供参考,实际数值会依个人体能状况不同而有所差异。

单脚脚掌从接触地面的瞬间,到完全离开地面所花的时间。

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GPS
气压计
电子罗盘
陀螺仪
加速度计
0

注意事项:以上数据仅供参考,实际数值会依个人体能状况不同而有所差异。

定位记录

单独使用陀螺仪和加速度计只能标示向量;加上电子罗盘的「方向」及 GPS「定位」,就能精准显示所在位置及动作路径轨迹。

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GPS
气压计
电子罗盘
陀螺仪
加速度计
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GPS
气压计
电子罗盘
陀螺仪
加速度计

ClimbProTM 爬坡曲线

结合 GPS 及压力计,实时显示用户位置及海拔高度变化。fenix 系列表款都搭载 ClimbProTM 爬坡曲线功能,显示用户目前所在高度,并绘制高度变化表。

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GPS
气压计
电子罗盘
陀螺仪
加速度计