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加速度传感器原理 加速度传感器原理( 二 )


电容式加速度传感器的结构一般采用弹簧质量系统 。当质量在加速度的作用下运动时，质量块与固定电极之间的间隙发生变化，进而改变电容值 。与其他类型的加速度传感器相比，电容式加速度计具有灵敏度高、零频响、环境适应性好等特点 。，尤其是受温度影响较小 。但缺点是信号的输入输出是非线性的，范围有限，受电缆电容的影响，而且电容传感器本身是高阻抗信号源，所以电容传感器的输出信号往往需要后续电路来改善 。在实际应用中，电容式加速度传感器多用于低频测量，但通用性不如压电式加速度传感器，成本也远高于压电式加速度传感器 。
加速度传感器可用于控制、手柄振动和摇动、仪器仪表、汽车制动启动检测、地震检测、报警系统、玩具、结构、环境监测、工程振动测量、地质勘探、铁路、桥梁和大坝的振动测试和分析；鼠标、高层建筑结构动力特性和安全振动侦察 。
目前，大多数设备都提供可以检测所有方向的加速度传感器 。以iOS设备为例，我们利用其三轴加速度传感器的特性(如图所示x、Y、z Y、Z轴代表方向)进行分析 。用于检测人行走时三个方向的加速度变化 。
三轴加速度传感器原理图
在用户的水平行走运动中，垂直和向前的加速度会周期性变化，如图所示 。在收脚运动中，由于重心上移，一只脚着地，垂直方向的加速度正增大 。之后继续向前，重心下移两脚触底，但加速度相反 。当脚闭合时，水平加速度减小，当脚迈步时，水平加速度增大 。
反映在图表中，我们可以看到，在行走中，垂直和向前运动产生的加速度大致是一条随时间变化的正弦曲线，在某一点有一个峰值 。其中，垂直方向的加速度变化最大 。通过检测和计算轨迹的峰值，做出加速度阈值决策，可以实时计算出用户运动的步数，进一步估算出用户的行走距离 。
合理的计步算法
因为用户可能在锻炼期间用手水平握住该设备或将该设备放在口袋中 。因此，设备的放置方向是不确定的 。因此，通过计算三个加速度的矢量长度，我们可以得到一个正弦的行走轨迹 。
第二步是峰值检测 。我们记录下最后的向量长度和运动方向 。通过改变向量长度，可以判断当前的加速度方向，并与上次保存的加速度方向进行比较 。如果相反，即刚好在峰值状态之后，进入计步逻辑进行计步，否则丢弃 。通过累计高峰次数，可以获得用户的行走步调 。
最后，就是干涉 。手持设备可能会出现一些低幅度快速抽动的状态，或者我们俗称的手抖，或者某个恶作剧的用户想通过短时间快速反复晃动设备来模拟人走路 。如果不排除这些干扰数据，会影响计步的准确值 。对于这种干扰，我们可以通过在检测中加入阈值和步频判断来过滤 。


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