（文章來(lái)源：Garmin佳明）

對(duì)手機(jī)、手表或者其它智能設(shè)備來(lái)說(shuō)，體積永遠(yuǎn)是至關(guān)重要的。以如此小的體積，卻能實(shí)現(xiàn)那么多功能，它們里面的各種微型電子傳感器功不可沒(méi)。有些數(shù)據(jù)可以通過(guò)模擬算法來(lái)預(yù)估，但更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)一定需要這些電子傳感器的精準(zhǔn)度數(shù)才能做到。

比如佳明的戶外手表系列fenix，就在表內(nèi)集成了GPS、陀螺儀、加速度計(jì)、高度計(jì)、電子羅盤、氣壓計(jì)…等等，對(duì)應(yīng)的就能得到位置追蹤、爬升高度，跑步/行走的步幅/頻率、海拔高度、爬樓高度、極端氣候預(yù)警等等的功能。原理上，微信電子傳感器和那些用在大型器械上的，如火箭、飛機(jī)、輪船等的是接近的，可以視為是它們的微縮版。通過(guò)MEMS (Micro Electro Mechanical System) 微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，原本龐大、笨重的各式傳統(tǒng)機(jī)械式感測(cè)器元件，如今可以做到奈米等級(jí)大小，封裝成電子晶片，就能容身在空間非常有限的手表里，且能放入很多個(gè)傳感器了。

陀螺儀：此陀螺非彼陀螺——如今的陀螺儀叫微機(jī)電陀螺儀（MEMS），是用來(lái)測(cè)量角動(dòng)量（angular momentum）的工具，與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式的陀螺完全不同。解釋一下角動(dòng)量：角動(dòng)量是具有方向性的一種向量，XYZ三軸分別代表了三個(gè)方向，當(dāng)一個(gè)物體沿著其中一軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，就會(huì)產(chǎn)生角速度，將角速度對(duì)時(shí)間積分就可以計(jì)算出旋轉(zhuǎn)的「角度」， 其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的乘積即為角動(dòng)量。

陀螺儀利用了物理學(xué)的科里奧利力（Coriolis force），配合簡(jiǎn)諧振蕩（Simple harmonic oscillation）的原理，在內(nèi)部產(chǎn)生微小的電容變化，然后測(cè)量電容，能偵測(cè)出XYZ三軸出現(xiàn)的非常輕微的重力變化，計(jì)算出角速度。結(jié)合加速度計(jì)、GPS等，它就能得到當(dāng)下身體處于的平衡狀態(tài)，分析出身體細(xì)微運(yùn)動(dòng)代表的動(dòng)作含義，以及幫助GPS更為精準(zhǔn)的讀取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

加速度計(jì)：加速度計(jì)可以測(cè)量出物體的「運(yùn)動(dòng)加速度」及地球引力產(chǎn)生的「重力加速度」。因?yàn)橹亓铀俣炔⒉粫?huì)隨著時(shí)間變化，加速度計(jì)也能用來(lái)校正陀螺儀，防止誤差累積。加速度計(jì)能夠感測(cè)不同方向的加速度或振動(dòng)等運(yùn)動(dòng)狀況，從來(lái)用來(lái)計(jì)算戴著手表的人實(shí)際位移與速度。

比如通常的計(jì)步數(shù)功能，為何雙手甩臂時(shí)并不會(huì)記為步數(shù)，而真正向前行走的甩臂看似與原地甩臂無(wú)異，卻能準(zhǔn)確被識(shí)別為步行步數(shù)，很大一部分功勞就歸功在加速度計(jì)上。

電子羅盤用來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的工具。如今的電子羅盤不再需要像以前的水平羅盤那樣必須在標(biāo)準(zhǔn)的水平面才能工作，里面的傾角傳感器可以在非水平狀態(tài)時(shí)作出補(bǔ)償。加上地球本身雖然存在磁場(chǎng)，卻并非環(huán)境中存在的唯一磁場(chǎng)，手表中的電子磁場(chǎng)可以不受傾斜與震動(dòng)的影響，還能排除其它磁場(chǎng)干擾源，然后校正提升到最佳精準(zhǔn)度。因而有了電子羅盤的加持，方位感的問(wèn)題就解決了。

所以，先做個(gè)小總結(jié)，上述陀螺儀+加速度計(jì)+電子羅盤的組合，用在GPS運(yùn)動(dòng)手表上就是——通過(guò)陀螺儀顯示「方向」，加速度計(jì)顯示「加速度」，兩者合起來(lái)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(shí)間，就能得出當(dāng)下「活動(dòng)模式」的監(jiān)測(cè)。這就是GPS運(yùn)動(dòng)手表工作的大致原理了，它告訴你當(dāng)下的配速、距離、以及更高階的跑步動(dòng)態(tài)，并且很少出現(xiàn)偏差。

而跑步對(duì)人類而言還是一個(gè)接近“二維”的運(yùn)動(dòng)，如果是有海拔起伏的登山或者是潛水這樣的“三維”運(yùn)動(dòng)，這時(shí)候還會(huì)有一個(gè)很重要的電子傳感器，氣壓計(jì)登場(chǎng)。氣壓計(jì)目前最常見的氣壓計(jì)為薄膜式氣壓計(jì)，內(nèi)部有一片薄膜，隨壓力不同，薄膜會(huì)呈現(xiàn)凸起或凹下，透過(guò)電容感應(yīng)器測(cè)得電阻值變化，再推得所處外界的氣壓變化。

隨著海拔越高，大氣氣壓越低，于是量測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)校正與轉(zhuǎn)換后，手表就可獲得所在地的海拔高度。更精確些，搭乘電梯抵達(dá)一些高層建筑，你也能看到手表上的高度氣壓發(fā)生明顯變化，會(huì)實(shí)時(shí)告知你當(dāng)下所處的高度。氣壓計(jì)也不是單兵作戰(zhàn)的設(shè)備，搭配溫度傳感器，進(jìn)一步依測(cè)得的溫度修正測(cè)量結(jié)果，提升氣壓計(jì)精確度；

氣壓計(jì)也能幫助到在GPS信號(hào)很弱的地方，比如都市區(qū)的高架橋下、高樓室內(nèi)的定位速度與精度。應(yīng)用到潛水上，氣壓計(jì)更為復(fù)雜。Garmin第一款潛水表Descent TM MK1就使用了兩種不同的壓力計(jì)，分別偵測(cè)不同范圍的壓力值，這樣就更為多變和難測(cè)的深水中也能提供精確潛水深度，也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先其它潛水表的地方。
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