Älypuhelimen antureiden käyttö ihmisen tasapainon mittaamiseen

Abstract

Älypuhelimista löytyy useita erilaisia antureita, kuten kiihtyvyysanturi, gyroskooppi ja magnetometri. Näistä kolmesta anturista muodostuvaa kokonaisuutta, eli inertia-antureita, on tutkittu ihmisen tasapainon mittaamisessa. Näiden antureiden käyttö voi mahdollistaa samankaltaisien mittauksien tekemisen myös älypuhelimen avulla. Tämä helpottaisi tasapainomittauksien suorittamista laboratorio-olosuhteiden ulkopuolella.

Tässä kandidaatintyössä tutkitaan älypuhelimien antureiden soveltuvuutta ihmisen tasapainon mittaamiseen. Työssä selvitetään vastaavatko älypuhelimien anturit ominaisuuksiltaan tasapainon mittaamiseen käytettyjä inertia-antureita kirjallisuusselvityksen avulla. Työssä suoritetaan myös mittaus, missä testataan kahta erilaista älypuhelinta mittaamaan kiihtyvyyttä, kulmanopeutta, magneettivuon tiheyttä sekä orientaatiota. Älypuhelimien tuloksia verrataan toisiinsa sekä erilliseen kiihtyvyysanturiin. Mittaustulosten tulkintaan käytetään apuna videokuvaa tasapainotesteistä.

Työssä päästiin tulokseen, että mittauksissa käytettyjen älypuhelimien inertia-anturit soveltuvat ihmisen tasapainon mittaamiseen inertia-antureiden tavoin, sekä molempien älypuhelimien mittaustulokset vastasivat myös toisiaan. Älypuhelimen antureilla saavutettava 100 Hz näytteenottotaajuus on riittävä ihmisen tasapainon mittaamiseen. Tasapainon mittaamista varten antureiden resoluutiovaatimuksista tarvitaan enemmän tutkimusta. Älypuhelin vaatii lisäksi sovelluksen ja algoritmien kehittämistä, jotta mittaustulokset olisivat tulkittavissa.

Smartphones have many kinds of sensors, such as accelerometer, gyroscope, and magnetometer. The combination of those three sensors is called inertial measurement unit. Inertial sensors have been used to measure human balance. These sensors are also included in smartphones and could provide a way of using smartphones to measure human balance. This would made measuring balance easier to do outside of laboratory conditions.

Purpose of this thesis is to research use of a smartphones sensor to measure balance of a person. Literature review is made to research if smartphones sensors correspond to inertial sensor that are made for balance measurements. Two smartphones are also tested to measure acceleration, angular velocity, magnetic flux density and orientation during two different balance tests. The acceleration measurements from smartphones are also compared to a separate accelerometer. A video of the balance tests is used to help analyze the measurements.

In this thesis it was found that smartphones can be used to measure balance of a person and that the measurements of the smartphones are correlative. 100 Hz sampling rate which possible to achieve with a smartphone was found to be enough and commonly used in studies about balance of a person. It was also found that more information about resolution requirements of the sensors is needed for measurements of balance.