Multi-Sensor 多重感測器

我們整合多種元件、排除各種干擾,每種感測器彼此協作、相互校正,達成精準量測的使命。

垂直整合方寸之間

方寸之間

微型化 多合一

感測器廣泛應用於日常生活各個層面,大到火箭、飛機,小至手機、穿戴式裝置。透過 MEMS (Micro Electro Mechanical System) 微機電系統技術,原本龐大、笨重的各式傳統機械式感測器元件,得以縮小到奈米等級大小,再封裝成電子晶片。秉持「垂直整合」的設計理念,Garmin 採用了多合一電子式感測器,不僅體積小、功耗低;不同感測元件各司其職,搭配軟體協同合作,就能把數據轉化為一項又一項的便利服務。

  1. 陀螺儀能偵測三軸的重力變化,是用來測量角動量的工具。角動量為一種向量,具有方向性。沿一軸旋轉的物體,其轉動慣量和角速度的乘積即為角動量。因此,角動量是與轉動慣量、角速度成正比。角速度與速度不同,角速度是單位時間內旋轉的角度。因此沒有旋轉,就沒有角速度。若只對 X 軸旋轉,則 Y 軸與 Z 軸的輸出為 0,X 軸的輸出就是旋轉的角速度;將角速度對時間積分就可以計算出旋轉的「角度」。因為優良的定向特性,陀螺儀廣泛應用在船舶、飛機與武器航行時的導航用途。目前廣泛使用的電子陀螺儀,是利用科氏力(Coriolis force)配合簡諧振盪(Simple harmonic oscillation)的原理,與傳統旋轉式的陀螺完全不同。許多感測器、穩定器及許多量測儀器都運用了陀螺儀,包括手機和穿戴裝置都能見到它的蹤影。

  2. 為測量加速度的裝置。可量測物體的「運動加速度」及地球質量所產生的「重力加速度」。因為重力加速度不會隨時間快速變化,加速度計能常用來校正陀螺儀,防止誤差累積。而運動加速度也可以用來計算物體的位移與速度,當感測器為自由落體時,運動加速度與重力加速度會互相抵銷,使輸出變成 0。在有重力的環境中,加速度計因能感測重力加速度,也常作為傾斜計使用。

  3. 用來測量磁場的元件。磁阻感測器取代了傳統羅盤的磁針,利用勞倫茲力會造成電流中電子的偏向的原理,藉由磁場在 X、Y、Z 三軸上的投影來計算出行進方向角度。磁場的單位為特斯拉 (Tesla) 或高斯 (Gauss)。地球本身存在磁場,卻非環境中唯一的磁場,還包含了許多的干擾源,電子羅盤不僅不受傾斜與震動影響,還可透過其他元件輔助校正來提升精確度,具備了傳統羅盤沒有的優勢。

  4. 薄膜式氣壓計是一般最常見的壓力感測元件,內部有一片薄膜,隨壓力不同,薄膜會呈現凸起或凹下,透過電容感應器測得電阻值變化,再推得氣壓變化。由於大氣壓力會隨著海拔高度的增加而減少,量測數據經過校正與轉換後,可獲得所在地的高度資訊。若搭配溫度感測器,還能依測得的溫度修正測量結果,提升氣壓計精確度,大大增加戶外及室內運動等不同環境使用的便利。氣壓計的數據可以輔助 GPS,提升都會區高架橋下,或高樓室內的定位速度與精度。以 Garmin 第一款潛水錶 DescentTM MK1 為例,更使用了兩種不同的壓力計,分別偵測不同範圍的壓力值,幾乎涵蓋了所有戶外活動的使用範圍,功能遠超越一般潛水錶。

多工協作 精準呈現

不同感測器如何協作,完成各種情境下的應用? Garmin 整合多種感測器,並持續探索不同可能,創造有意義的應用。

跑步應用

陀螺儀顯示「方向」,加速度計顯示「加速度」,兩者合起來就是「向量」。搭配電子羅盤顯示的「方位」,GPS顯示的「位置」,就能夠推算出「位移」;再加上時間,就能得出「活動模式」。Garmin 跑錶的「跑步動態」,包含多項專業指標,一點都不含糊!

步頻:雙腳每分鐘跨出的步數,這是跑者經常測量的跑步指標。

資料傳輸
GPS
氣壓計
電子羅盤
陀螺儀
加速度計
0
0

注意事項:以上數據僅供參考,實際數值會依個人體能狀況不同而有所差異。

步幅:左右腳跨步移動的距離,這是跑者經常測量的跑步指標。

資料傳輸
GPS
氣壓計
電子羅盤
陀螺儀
加速度計

注意事項:以上數據僅供參考,實際數值會依個人體能狀況不同而有所差異。

身體重心垂直振動的高度。振幅愈大,跑步效率愈差。垂直振幅並非愈低愈好,必須搭配「步幅」來看。移動效率 = 垂直振幅 ÷ 步幅 × 100%,指每個跨步推動自己向前進的效率。愈優秀的跑者,愈能確保能量是用在推進而非向上。

資料傳輸
GPS
氣壓計
電子羅盤
陀螺儀
加速度計

注意事項:以上數據僅供參考,實際數值會依個人體能狀況不同而有所差異。

單腳腳掌從接觸地面的瞬間,到完全離開地面所花的時間。

資料傳輸
GPS
氣壓計
電子羅盤
陀螺儀
加速度計
0

注意事項:以上數據僅供參考,實際數值會依個人體能狀況不同而有所差異。

定位記錄

單獨使用陀螺儀和加速度計只能標示向量;加上電子羅盤的「方向」及 GPS「定位」,就能精準顯示所在位置及移動路徑軌跡。

資料傳輸
GPS
氣壓計
電子羅盤
陀螺儀
加速度計
資料傳輸
GPS
氣壓計
電子羅盤
陀螺儀
加速度計

ClimbPro 爬坡曲線

結合 GPS 及壓力計,即時顯示使用者位置及海拔高度變化。fenix 系列錶款都搭載 ClimbProTM 爬坡曲線功能,顯示使用者目前所在高度,並繪製高度變化表。

資料傳輸
GPS
氣壓計
電子羅盤
陀螺儀
加速度計