Zegarek sportowy jako urządzenie pomiarowe

Marek Stasik

2

• 1504 r. Peter Henlein tworzy pierwszy zegarek kieszonkowy o mechaniźmie sprężynowym

• 1959 r. Seiko tworzy pierwszy zegarek kwarcowy

• 1968 r. George H. Thiess zastępuje wskazówki zegarka cyfrowym wyświetlaczem

Historia zegarka

3

Zegarek kieszonkowy Petera Henleina (Germanisches Nationalmuseum)

4

• Obecnie zegarki coraz w mniejszym stopniu służą wyłącznie do mierzenia czasu. Posiadają wiele innych zastosowań. Stały się na przestrzeni ostatnich lat naszymi trenerami personalnymi.

Zegarki w dzisiejszych czasach

5

• Pomiar tętna odbywa się za pomocą czujnika optycznego. Czujnik optyczny składa się z zielonych diod LED oraz światłoczułych fotodiod. Światło zielone padając na krew koloru czerwonego zostaje częściowo pochłonięte. Między uderzeniami serca przepływ krwi jest mniejszy. Zatem stopień pochłaniania światła jest też mniejszy. Wszystkie zmiany odbitego światła są rejestrowane przez fotodiodę. Dzięki temu można określić liczbę uderzeń serca na minutę czyli tętno.

Pulsometr

6

7

• Odpowiednie miejsce noszenia zegarka

o Tarcza zegarka znajduje się na zewnętrznej części nagdarstka

o Spód zegarka nie dotyka kości nadgarstka

• Pasek zegarka dopasowany do nadgarstka

• Pasek zegarka osłania sensor od promieni słonecznych

Warunki dobrego pomiaru

8

• Nie sprawdza się we wszystkich sportach między innymi w sportach zimowych czy w pływaniu.

• Pomiar czuły na różne tatuaże oraz kolor skóry

• Nie czuły na szybkie zmiany tętna

• Szybkość pomiaru

• Dobra dokładność tętna średniego

• Łatwość pomiaru

• Lepsza kontrola własnego ciała

Wady pomiaru tętna z nadgarstka Zalety pomiaru tętna z nadgarstka

9

• Składa się z trzech głównych komponentów:

o Segment kosmiczny – 32 satelity GPS

o Segment kontrolny – anteny naziemne, główna stacja kontrolująca, stacje monitorujące

o Segment użytkownika - odbiorniki sygnału GPS

Technologia GPS

10

11

• Odbiornik czyli w naszym przypadku zegarek pobiera sygnał nadawany z satelitów. Porównując czas wysłania sygnału z satelity z czasem dotarcia sygnału do odbiornika oblicza odległość pomiędzy odbiornikiem a satelitą. Do określenia precyzyjnej lokalizacji urządzenia potrzeba minimalnie 4 satelitów.

12

• Słaba dokładność w terenie zadaszonym spowodowana odbiciem sygnału

• Słaby odczyt lokalizacji chwilowej (niedokładność w zakresie 5m)

• Częstotliwość próbkowania (wysyłania sygnału) co 30 sekund

• Orientacja w terenie

• Lepsze zaplanowanie treningów sportowych

• Mierzenie odległości, tempa w czasie wysiłku fizycznego

Wady Zalety

13

Określenie precyzyjnego położenia odbiornika GPS

14

• W 2017 roku firma Strava opubliowała trasy biegowe swoich użytkowników. Okazało się, że z aplikacji korzystali wojskowi przebywający w tajnych bazach. Niektóre lokalizacje były niewidoczne nawet na zdjęciach satelitarnych Map Google czy Apple Maps. Po tym incydencie żołnierze mają zakaz korzystania z takich aplikacji.

Niebezpieczeństwo płynące z korzystania GPS

15

Baza w Kandaharze (Afganistan)

16

• Krokomierz początkowo był urządzeniem mechanicznym. Obecnie takie krokomierze zostały wyparte przez akcelerometry trzyosiowe, które analizują zmianę przyspieszenia w trzech kierunkach. Głownym elementem czujnika jest masa bezwładna, która stanowi elektrodę w układzie kondensatora pomiarowego. W wyniku przemieszczenia się masy bezwładnej zmienia się pojemność i napięcie wyjściowe. W ten sposób można określić wychylenie zegarka, a tym samym zliczać przebyte kroki.

Krokomierz

17

akcelerometr trzyosiowy

18

• Obliczanie spalonych kalorii podczas wysiłku. Dzięki temu można lepiej dopasować dietę oraz osiągnąć lepsze rezultaty w zrzuceniu zbędnych kalorii.

• Wyznaczanie faz snu. Dzięki temu zegarek może obudzić nas w fazie płytkiego snu. Wtedy budzenie przebiega w delikatny sposób.

Inne funkcje akcelerometru

19

• Czułość na drgania niekoniecznie pochodzące od ruchu użytkownika

• Alternatywa do pomiarów z użyciem GPS

• Zastosowanie w pomieszczeniach zamkniętych

• Umieszczanie krokomierzy w dowolnej orientacji i na dowolnej części ciała

• Małe rozmiary czujnika ruchu

Wady Zalety

20

• Wysokość nad poziomem morza wyznacza się za pomocą GPS, ale też dzięki sensorom badających zmianę ciśnienia atmosferycznego. Wraz ze wzrostem wysokości maleje ciśnienie atmosferyczne. Poprzez porównanie ciśnienia na poziomie morza a ciśnieniem lokalnym wyznacza się wysokość.

Wysokościomierz

21

• Czujnik odpowiedzialny za określenie kierunków geograficznych składa się z dwóch cewek, które wytwarzają niewielkie napięcie spowodowane polem magnetycznym Ziemi. W zależności od kierunku i położenia czujnika względem pola magnetycznego zmienia się wartość napięcia. Dzięki zmianom napięcia zegarek określa położenie biegunów magnetycznych.

Kompas cyfrowy

22

Najczęściej zegarki sportowe określają swoje położenie wykorzystując sygnał GPS. Zarówno kompas cyfrowy jak i wysokościomierz można znaleźć tylko w zegarkach lepszej jakości.

23

Zegarki w przyszłości mają wyeliminować smartfony. Będą też mierzyły o wiele więcej funkcji naszego organizmu. Jednym z pomysłów jest wykrywanie chorób na podstawie pomiarów krwi. Potencjał zegarków nie jest jeszcze do końca wykorzystany.

24

• https://www.zibi.pl/g-shock/technologia/out250/

• https://ep.com.pl/files/3422.pdf

• https://www.czasopismologistyka.pl/artykuly-naukowe/send/298-artykuly-na-plycie-cd-1/3970-artykul

• https://support.apple.com/pl-pl/HT204666

• https://www.aktywnynadgarstek.pl/klub/tomtom-cardio-pomiar-tetna-na-nadgarstku/

• https://pl.wikipedia.org/wiki/Czujnik_optyczny

• https://www.aktywnynadgarstek.pl/klub/tomtom-cardio-pomiar-tetna-na-nadgarstku/

• http://runstuff.pl/2017/05/16/suunto-sport-wrist-hr-pomiar-tetna-nadgarstka/

• http://cirm.am.szczecin.pl/download/Wyklad%2004%20-%20GPS.pdf

• https://www.finder.pl/aktualnosci/nawigacja-gpsjak-to-wlasciwie-dziala/

• http://www.magazynbieganie.pl/gps-od-czego-zalezy-dokladnosc/

• https://geoforum.pl/news/24862/wrazliwe-dane-zobaczysz-na-sportowej-mapie

• http://www.komputerswiat.pl/nowosci/internet/2018/05/lokacje-tajnych-baz-usa-ujawnione-przez-aplikacje-do-fitnessu.aspx

• https://businessinsider.com.pl/technologie/nowe-technologie/aplikacja-strava-dane-z-map-ujawnily-tajne-bazy-wojskowe/9rvwvt9

• https://elektronikab2b.pl/technika/27825-czujniki-noszone---w-teorii-i-w-praktyce#.WurjWi5ubIU

• https://elektronikab2b.pl/technika/12098-zyroskopy-i-akcelerometry-mems-w-elektronice-uzytkowej#.WuruvC5ubIU

Bibliografia: