（文章來源：Garmin佳明）

對手機、手表或者其它智能設備來說，體積永遠是至關重要的。以如此小的體積，卻能實現那么多功能，它們里面的各種微型電子傳感器功不可沒。有些數據可以通過模擬算法來預估，但更為精準的數據一定需要這些電子傳感器的精準度數才能做到。

比如佳明的戶外手表系列fenix，就在表內集成了GPS、陀螺儀、加速度計、高度計、電子羅盤、氣壓計…等等，對應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、輪船等的是接近的，可以視為是它們的微縮版。通過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，如今可以做到奈米等級大小，封裝成電子晶片，就能容身在空間非常有限的手表里，且能放入很多個傳感器了。

陀螺儀：此陀螺非彼陀螺——如今的陀螺儀叫微機電陀螺儀（MEMS），是用來測量角動量（angular momentum）的工具，與傳統旋轉式的陀螺完全不同。解釋一下角動量：角動量是具有方向性的一種向量，XYZ三軸分別代表了三個方向，當一個物體沿著其中一軸發生旋轉，就會產生角速度，將角速度對時間積分就可以計算出旋轉的「角度」， 其轉動慣量和角速度的乘積即為角動量。

陀螺儀利用了物理學的科里奧利力（Coriolis force），配合簡諧振蕩（Simple harmonic oscillation）的原理，在內部產生微小的電容變化，然后測量電容，能偵測出XYZ三軸出現的非常輕微的重力變化，計算出角速度。結合加速度計、GPS等，它就能得到當下身體處于的平衡狀態，分析出身體細微運動代表的動作含義，以及幫助GPS更為精準的讀取運動數據。

加速度計：加速度計可以測量出物體的「運動加速度」及地球引力產生的「重力加速度」。因為重力加速度并不會隨著時間變化，加速度計也能用來校正陀螺儀，防止誤差累積。加速度計能夠感測不同方向的加速度或振動等運動狀況，從來用來計算戴著手表的人實際位移與速度。

比如通常的計步數功能，為何雙手甩臂時并不會記為步數，而真正向前行走的甩臂看似與原地甩臂無異，卻能準確被識別為步行步數，很大一部分功勞就歸功在加速度計上。

電子羅盤用來測量磁場的工具。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準的水平面才能工作，里面的傾角傳感器可以在非水平狀態時作出補償。加上地球本身雖然存在磁場，卻并非環境中存在的唯一磁場，手表中的電子磁場可以不受傾斜與震動的影響，還能排除其它磁場干擾源，然后校正提升到最佳精準度。因而有了電子羅盤的加持，方位感的問題就解決了。

所以，先做個小總結，上述陀螺儀+加速度計+電子羅盤的組合，用在GPS運動手表上就是——通過陀螺儀顯示「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，就能得出當下「活動模式」的監測。這就是GPS運動手表工作的大致原理了，它告訴你當下的配速、距離、以及更高階的跑步動態，并且很少出現偏差。

而跑步對人類而言還是一個接近“二維”的運動，如果是有海拔起伏的登山或者是潛水這樣的“三維”運動，這時候還會有一個很重要的電子傳感器，氣壓計登場。氣壓計目前最常見的氣壓計為薄膜式氣壓計，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，于是量測數據經過校正與轉換后，手表就可獲得所在地的海拔高度。更精確些，搭乘電梯抵達一些高層建筑，你也能看到手表上的高度氣壓發生明顯變化，會實時告知你當下所處的高度。氣壓計也不是單兵作戰的設備，搭配溫度傳感器，進一步依測得的溫度修正測量結果，提升氣壓計精確度；

氣壓計也能幫助到在GPS信號很弱的地方，比如都市區的高架橋下、高樓室內的定位速度與精度。應用到潛水上，氣壓計更為復雜。Garmin第一款潛水表Descent TM MK1就使用了兩種不同的壓力計，分別偵測不同范圍的壓力值，這樣就更為多變和難測的深水中也能提供精確潛水深度，也是遠遠領先其它潛水表的地方。
（責任編輯：fqj）