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Wie funktioniert ein Schrittzähler?

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Noch vor einigen Jahren wahren Schrittzähler Armbänder und Uhren nicht mehr als Schrittzähler, die am Handgelenk getragen wurden.

Heutzutage können sie zusätzlich deine Herzfrequenz messen, deinen Schlaf analysieren und liefern genaue Daten über zurückgelegte Strecke mittels GPS.

Viele High-Tech-Unternehmen von Fitbit bis Whitings haben sich mittlerweile auf die Herstellung und Vermarktung von Aktivitätstrackern spezialisiert und liefern sehr fortschrittlichste Technologie für das Handgelenk.

Aber wie funktionieren diese Fitness Gadgets eigentlich und wie werden die Daten gemessen, die wir zur Analyse unserer Fitness und Trainingsziele nutzen?

Zunächst einmal sind viele Modelle mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet, wodurch ein moderner High-End Schrittzähler Armband heutzutage einem komplexen Minilabor gleicht.

Mehrere dieser Sensoren wollen wir im Folgenden näher betrachten:

Beschleunigungssensoren

Der grundlegende Sensor ist der Beschleunigungsmesser. Er kann viele Messdaten liefern, wird aber normalerweise zum Zählen der Schritte verwendet. Mehrachsige Beschleunigungssensoren messen die Beschleunigungskraft in verschiedenen Richtungen und können so bestimmen, ob sich das Gerät gerade bewegt oder nicht. Ein Algorithmus bewertet dann, ob diese Bewegungen von einem Schritt stammen oder nicht.

beschleunigungssensor

Nicht alle Beschleunigungsmesser im Innern eines Schrittzählers sind gleich aufgebaut. Es gibt sowohl analoge Sensoren als auch digitale Sensoren, weiterhin ist die Anzahl der vermessenen Achsen unterschiedlich.

Günstigere Modelle messen die Beschleunigung in der Regel über 2 Achsen, also in 2 Dimensionen. Etwas teurere Modelle verwenden 3-Dimensionale Sensoren, wodurch die Messgenauigkeit verbessert wird

GPS (Global Positioning System) ist eine Positionsbestimmungstechnologie die in den 70er Jahren vom US-Verteidigungsministerium entwickelt wurde und seitdem dem Jahr 2000 mit einer Genauigkeit von etwa 10 Metern auch für zivile Zwecke eingesetzt wird.

Die GPS-Funktion im Schrittzähler verbraucht aufgrund des permanenten Empfangsmodus ziemlich viel Akkuenergie.

gps

Das GPS-Netz umfasst über 20 Satelliten, die die Erde 2 mal am Tag umkreisen. Hat eine Person Kontakt zu mindestens 4 GPS-Satelliten aufgebaut, kann deren Position bestimmt werden.

Dazu empfängt der GPS-Empfänger die GPS-Signale von den jeweiligen Satelliten. Durch die Laufzeitunterschiede (die Zeitunterschiede, die das Signal um vom jeweiligen Satelliten zu dem GPS Empfänger am Handgelenk benötigt) zwischen den einzelnen Satelliten, kann ausgewertet werden, wo genau sich der GPS Empfänger am Handgelenk befindet.

Im Gegensatz zur einfachen Schrittzählung mittels Beschleunigungssensoren ermöglichen es Schrittzähler mit GPS-Technologie Läufern, Wanderern und Radfahrern Ihre Position und somit die Fortbewegung deutlich präziser zu erfassen.

Im Unterschied zum EKG, dass ein Arzt benutzen würde um deine Herzfrequenz zu ermitteln, messen Armbänder deine Herzfrequenz über LED’s und Photosensoren aus.

Dabei leuchten die LED’s einige Millimeter tief in die Haut hinein, während ein optischer Sensor die Stärke des reflektierten Lichts misst. Da Blut mehr Licht absorbiert als das Unterhautgewebe, können die Schwankungen der Lichtstärke dazu genutzt werden, den Puls zu messen.

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Aktuell ist das Verfahren der optischen Herzfrequenzmessgeräte am Handgelenk einfach nicht so genau, wie ein EKG. Dennoch liefern Armbänder mit optischer Herzfrequenzmessung gute Kontrollwerte.

Zu beachten ist, dass die Genauigkeit von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich ist, denn jeder Hersteller löst die technischen Herausforderungen die unterschiedliche Hauttöne, starke Behaarung oder Tattoos mit sich bringen unterschiedlich. Hier gilt es besonders auf Erfahrungswerte, zum Beispiel aus Kundenrezensionen bei Amazon, zu achten.


Professionelle Sportler setzen daher beim pulskontrollierten Training auf Herzfrequenzsensorem mit Brustgurt.

Hautleitwert-Sensoren

Hautleitwert Sensoren messen die elektrische Leitfähigkeit der Haut. Innere oder äußere Kräfte jeglicher Art, können die Hautleitfähigkeit verändern. Wenn du also zu schwitzen beginnst, wird kann dein Fitnessarmband genau das registrieren

Eine LED leuchtet dann durch die Haut und ein optischer Sensor ermittelt die Stärke des reflektierten Lichts.

Zu erkennen, ob und wie stark der Anwender schwitzt, gibt der integrierten Software weitere Informationen um zu Erkennen, wie intensiv sich der Trainierende gerade belastet. Das kann zum Beispiel dazu genutzt werden, um dem Anwender bestimmte Übungen zu empfehlen.

Umgebungslichtsensoren

Umgebungslichtsensoren befinden sich heutzutage überall um uns herum. Zum Beispiel dimmen die meisten Handys ihr Display in der Nacht und erhellen es bei stärkerem Sonnenschein. Ein Fitness-Tracker verwendet diese Sensoren für einen ähnlichen Zweck – nämlich um die Tageszeit zu erfassen

UV Sensoren

Während Umgebungslichtsensoren nur das sichtbare Spektrum des Lichts auswerten, werten UV Sensoren das Licht aus, dessen Wellenlänge zu klein ist, um vom menschlichen Auge registriert zu werden.

UV Sensoren teilen dir zum Beispiel mit, wenn du dich schädlicher UV-Strahlung aussetzt – in der Regel von der Sonne ausgehend. Eine Software vergleicht die gemessene UV-Intensität mit Werten, die als schädlich gelten, und gibt eine Warnung aus, falls die Intensität zu stark für den durchschnittlichen Hauttyp ist.

uv-und-thermomether

Thermometer

Selbst einfache Thermometer liefern wertvolle Informationen durch das Messen der Hauttemperatur. Steigende Hauttemperatur kann dem Fitnessarmband anzeigen, dass du dich gerade im Training befindest oder wenn deine Herzfrequenz dabei nicht entsprechend steigt, dass du krank werden könntest.

Bioimpedanz Sensoren

Bioimpedanz bezeichnet die Messung der Körperzusammensetzung aus Wasser, Fett, Muskelmasse und mehr durch den Widerstand, den ein Wechselstromsignal im Körper erfährt.

Dieses Verfahren wird von vielen Körperfettwaagen eingesetzt. 2 Elektroden senden das Wechselstromsignal in den Körper und 2 weitere Elektroden messen den Spannungsabfall und die Phasenverschiebungen (hervorgerufen durch den elektrischen Widerstand des Körpers, der abhängig von der Zusammensetzung des Körpers ist).

Das Jawbone UP3 verwendet einen Bioimpedanz Sensor um Herzfrequenz, Atemfrequenz und Hautleitwert zu ermitteln. Der Sensor soll sehr kleine Impedanzänderungen im Körper messen. Und zum Beispiel die Herzfrequenz durch das Messen der Impedanzänderungen, die durch das Blutvolumen hervorgerufen werden, ermitteln. Der gleiche Sensor soll auch den Sauerstoffgehalt im Blut messen.

Fazit

Diese Sensoren können ein Schrittzähler Armband heutzutage mit Unmengen von Daten beliefern, um Ihre Herzfrequenz , Körpertemperatur und Aktivität zu messen. Aber erst durch den Einsatz von spezieller Software können diese Werte in nützliche Daten umgewandelt werden. Einige Applikationen können aus diesen Daten sogar Ratschläge ermitteln und als eine Art „Personalcoach“ fungieren. In jedem Fall erhältst du dadurch aber ein gutes Bild von deiner persönlichen Fitness und Gesundheit und kannst darüber hinaus ermitteln, ob dein Training diese verbessert.


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