CH669101A5

CH669101A5 - Personal pulse monitor with opto-electronic detector on headband - produces audible signal of excessive or deficient rate of interruption of light by auricular blood flow

Info

Publication number: CH669101A5
Application number: CH2097/85A
Authority: CH
Inventors: Toni Huber
Original assignee: Toni Huber
Priority date: 1985-05-15
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1989-02-28

Abstract

ON the inside of the headband a pulse detector is constituted by a light source (e.g. LED) on one branch and a photodetector on the other branch of a fork fitted over the top of an ear. Electrical impulses produced in response to the pulsation of blood conveyed by wire to a monitoring circuit. (3). An audible signal is emitted by a transducer whenever the pulse rate varies outside a preset range (e.g. 100 to 160 beats per minute). The headband ensures uninterupted contact between the electronic components and gth ear. USE/ADVANTAGE - For participants in athletic sports. Device is worn comfortably where headband overlaps lobe of ear. Its operation is not perturbed by interference through intermittent contact.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Aus der schweizerischen Patentschrift Nr. 526 296 ist ein Gerät bekannt, welches zum Überwachen des Pulses von sporttreibenden Personen dient. Mittels eines Sensors, der auf der Haut der Person mit Hilfe eines Gurtes befestigt wird, werden die Pulsschläge in elektrische Impulse umgesetzt. Eine Messschaltung überwacht die Pausen zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Impulsen und erzeugt ein erstes Signal, wenn die Pause so lang ist, dass sie einer einstellbaren maximalen Anzahl von Pulsschlägen, beispielsweise 180 Schlägen pro Minute, entspricht. Dieses erste Signal bewirkt, dass ein akustisches Signal ertönt, um der sporttreibenden Person anzuzeigen, dass sie die ihr zumutbare Leistungsgrenze erreicht hat. Sinkt die Anzahl der Pulsschläge unter den eingestellten Maximalwert, so verschwindet das akustische Signal.Die Messschaltung erzeugt ein zweites Signal, wenn die Pause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen grösser wird als ein minimaler einstellbarer Wert, welcher der normalen Anzahl Pulsschläge, z. B. From the Swiss Patent No. 526 296 a device is known which is used to monitor the pulse of people doing sports. The pulse pulses are converted into electrical impulses by means of a sensor that is attached to the person's skin with the help of a belt. A measuring circuit monitors the pauses between two immediately consecutive pulses and generates a first signal when the pause is so long that it corresponds to an adjustable maximum number of pulse beats, for example 180 beats per minute. This first signal causes an acoustic signal to sound to indicate to the person doing the sport that they have reached the reasonable performance limit. If the number of pulse beats drops below the set maximum value, the acoustic signal disappears. The measuring circuit generates a second signal if the pause between two successive pulses becomes greater than a minimum adjustable value which corresponds to the normal number of pulse beats, e.g. B.

78 Schläge pro Minute, entspricht. Dieses zweite Signal bewirkt, dass ein anderes akustisches Signal ertönt, das der sporttreibenden Person anzeigt, dass sie sich wieder von der Anstrengung erholt hat. Diesem bekannten Gerät haften die Nachteile an, dass bei straff angezogenem Gurt die sporttreibende Person in ihrer Bewegungsfreiheit eingeengt wird oder dass bei losem Gurt der Kontakt des Sensors mit der Haut ungenügend ist, wodurch Störgeräusche entstehen, welche die Überwachung verfälschen. 78 beats per minute. This second signal causes another acoustic signal to sound, which indicates to the person exercising that he has recovered from the exertion. This known device suffers from the disadvantages that when the belt is tightened, the sportsperson is restricted in their freedom of movement or that the sensor is not in sufficient contact with the skin when the belt is loose, resulting in disturbing noises which distort the monitoring.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach in der Handhabung ist und bei dem die Überwachung nicht durch Störsignale beeinträchtigt wird. It is an object of the invention to provide a device of the type mentioned in the introduction which is simple to use and in which the monitoring is not impaired by interference signals.

Das erfindungsgemässe Gerät ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet. The device according to the invention is characterized by the features stated in the characterizing part of patent claim 1.

Vorteilhafte Weiterausbildungen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Advantageous further developments of the inventions are described in the dependent claims.

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Stirnband gemäss der Erfindung mit einem Pulsaufnehmer und einer Überwachungsschaltung in der Tragstellung, Fig. 2 das Stirnband gemäss der Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III - III der Fig. 1 und Fig. 4 das Blockschema der Überwachungsschaltung. The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example. Show it 1 is a headband according to the invention with a pulse sensor and a monitoring circuit in the wearing position, 2 shows the headband according to FIG. 1 in a diagrammatic representation, Fig. 3 is a section along the line III - III of Fig. 1 and Fig. 4 shows the block diagram of the monitoring circuit.

Auf der Innenseite eines in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Stimbandes 1 sind ein Puls aufnehmer 2 und eine Uberwachungsschaltung 3 angeordnet. Der Pulsaufnehmer 2 besitzt die Form einer Klammer mit zwei Schenkeln 4 und 5. An dem einen Schenkel 4 ist eine Lichtquelle 6, z. B. eine Leuchtdiode, und am anderen Schenkel 5 ist ein photoelektrischer Wandler 7, z. B. eine Photodiode oder ein Phototransistor, befestigt. On the inside of a stimulation band 1 shown in FIGS. 1 to 3, a pulse sensor 2 and a monitoring circuit 3 are arranged. The pulse sensor 2 has the shape of a clip with two legs 4 and 5. On the one leg 4 is a light source 6, z. B. a light emitting diode, and on the other leg 5 is a photoelectric converter 7, z. B. a photodiode or a phototransistor attached.

Das von der Lichtquelle 6 ausgestrahlte Licht durchquert denjenigen Teil des Ohres 8 einer sporttreibenden Person, welcher Teil sich zwischen der Lichtquelle 6 und dem photoelektrischen Wandler 7 befindet. Der photoelektrische Wandler 7 erzeugt elektrische Messimpulse, die von der Durchblutung des genannten Ohrteiles abhängig sind. Die Messimpulse werden über eine Leitung 9 der Uberwachungsschaltung 3 zugeführt und ausgewertet. The light emitted by the light source 6 traverses that part of the ear 8 of a sports person which part is located between the light source 6 and the photoelectric converter 7. The photoelectric converter 7 generates electrical measuring pulses which are dependent on the blood supply to the ear part mentioned. The measurement pulses are fed to the monitoring circuit 3 via a line 9 and evaluated.

Die Lichtquelle 6 und der photoelektrische Wandler 7 können auch vertauscht werden, d. h. die Lichtquelle 6 kann im Schenkel 5 und der photoelektn.sche#Wandler 7 in dem Schenkel 4 angeordnet sein. The light source 6 and the photoelectric converter 7 can also be interchanged, i. H. the light source 6 can be arranged in the leg 5 and the photoelectronic transducer 7 in the leg 4.

Die Überwachungsschaltung 3 kann beispielsweise gemäss dem Blockschema nach der Fig. 4 aufgebaut sein. An drei Anschlussklemmen 10 wird ein als photoelektrischer Wandler 7 dienender Phototransistor angeschlossen. Die Ausgangssignale des Phototransistors werden in einem Verstärker 11 verstärkt und einem Begrenzer 12 zugeführt. Das Ausgangssignal des Begrenzers 12 gelangt zu einem monostabilen Multivibrator 13. Dieser erzeugt aufgrund der ihm zugeführten Signale eine Folge von Impulsen konstanter Amplitude und konstanter Dauer im Rhythmus des Pulses der zu überwachenden Person. The monitoring circuit 3 can be constructed, for example, according to the block diagram according to FIG. 4. A phototransistor serving as a photoelectric converter 7 is connected to three connection terminals 10. The output signals of the phototransistor are amplified in an amplifier 11 and fed to a limiter 12. The output signal of the limiter 12 arrives at a monostable multivibrator 13. Based on the signals supplied to it, this produces a sequence of pulses of constant amplitude and constant duration in the rhythm of the pulse of the person to be monitored.

Über den Q-Ausgang des Multivibrabors 13 gelangen diese Impulse zu monostabilen Multivibratoren 14 und 15 und über den Q-Ausgang zu einem ersten Eingang von UND-Toren 16 und 17 einer Koinzidenzschaltung. Die Ausgänge der monostabilen Multivibratoren 14 und 15 sind je an einen zweiten Eingang der UND-Tore 16 bzw. 17 angeschlossen. Die Ausgänge der UND-Tore 16 und 17 sind mit einem ODER-Tor 18 verbunden. An den Ausgang des ODER-Tores 18 ist ein monostabiler Multivibrator 19 angeschaltet, dessen Ausgang an einen NF-Generator 20 angeschlossen ist. Ein akustischer Wandler 21 ist mit dem Ausgang des NF-Generators 20 verbunden. Via the Q output of the multivibrator 13, these pulses reach monostable multivibrators 14 and 15 and via the Q output to a first input of AND gates 16 and 17 of a coincidence circuit. The outputs of the monostable multivibrators 14 and 15 are each connected to a second input of the AND gates 16 and 17, respectively. The outputs of the AND gates 16 and 17 are connected to an OR gate 18. A monostable multivibrator 19 is connected to the output of the OR gate 18, the output of which is connected to an LF generator 20. An acoustic transducer 21 is connected to the output of the AF generator 20.

Die Multivibratoren 14 und 15 dienen zum Steuern der aus den UND-Toren 16 und 17 sowie dem ODER-Tor 18 gebildeten Koinzidenzschaltung. Die Zeit, nach der die beiden monostabilen Multivibratoren 14 und 15 wieder in ihren stabilen Zustand zurückkehren, ist mittels den in der Fig. 2 dargestellten Einstellschrauben 25 bzw. 26 einzeln einstellbar. So kann beispielsweise die Rückkehrzeit des monostabi len Multivibrators 14 in einem Bereich von 133-200 ms und jene des monostabilen Multivibrators 15 in einen Bereich von 300 - 466 ms eingestellt werden. Diese Zeiten entsprechen 180-150 Pulsschlägen/min für den Multivibrator 14 und 120-90 Pulsschlägen/min für den Multivibrator 15. The multivibrators 14 and 15 serve to control the coincidence circuit formed from the AND gates 16 and 17 and the OR gate 18. The time after which the two monostable multivibrators 14 and 15 return to their stable state can be set individually by means of the adjusting screws 25 and 26 shown in FIG. 2. For example, the return time of the monostable multivibrator 14 can be set in a range of 133-200 ms and that of the monostable multivibrator 15 in a range of 300 - 466 ms. These times correspond to 180-150 beats / min for the multivibrator 14 and 120-90 beats / min for the multivibrator 15.

Die Multivibratoren 14 und 15 und der zweite Eingang des UND-Tores 16 sind am Q-Ausgang des Multivibrators 13 angeschlossen, wobei die Multivibratoren 14 und 15 erst durch die Rückflanke des vom Multivibrator 13 erzeugten Impulses gesetzt werden. Der eine Eingang des UND-Tores 17 ist mit dem Q-Ausgang des Multivibrators 13 und der andere Eingang mit dem Q-Ausgang des Multivibrators 15 verbunden. Im Ruhezustand ist demnach am Ausgang des Multivibrators 14 kein Signal, d.h. beispielsweise eine binäre 0 und am Ausgang des Multivibrators 15 ein Signal, d. h. beispielsweise eine binäre 1 vorhanden. The multivibrators 14 and 15 and the second input of the AND gate 16 are connected to the Q output of the multivibrator 13, the multivibrators 14 and 15 being set only by the trailing edge of the pulse generated by the multivibrator 13. One input of the AND gate 17 is connected to the Q output of the multivibrator 13 and the other input to the Q output of the multivibrator 15. Accordingly, in the idle state there is no signal at the output of the multivibrator 14, i.e. for example a binary 0 and a signal at the output of the multivibrator 15, i. H. for example a binary 1 exists.

Durch den ersten am Ausgang des Begrenzers 12 auftretenden Impuls wird der monostabile Multivibrator 13 gesetzt, weil die Multivibratoren 14 und 15 erst auf die Rückflanke dieses Impulses ansprechen, werden die beiden monostabilen Multivibratoren 14 und 15 erst nach einer Zeit von 200 ms gesetzt. An dem mit dem zweiten Eingang des UND Tores 16 verbundenen Ausgang des Multivibrabors 13 ist eine binäre 0 vorhanden, durch welche das UND-Tor 16 gesperrt wird. Und das UND-Tor 17 ist gesperrt, weil dem ersten Eingang des UND-Tores 17 ebenfalls eine binäre 0 vom Q-Ausgang des gesetzten Multivibrators 15 zugeführt wird. Das ODER-Tor 18 bleibt gesperrt, so dass der NF Generator 30 nicht eingeschaltet wird und der Lautsprecher 5 kein akustisches Signal abgibt. The monostable multivibrator 13 is set by the first pulse occurring at the output of the limiter 12, because the multivibrators 14 and 15 only respond to the trailing edge of this pulse, the two monostable multivibrators 14 and 15 are only set after a time of 200 ms. A binary 0 is present at the output of the multivibrator 13 connected to the second input of the AND gate 16, by means of which the AND gate 16 is blocked. And the AND gate 17 is blocked because the first input of the AND gate 17 is also supplied with a binary 0 from the Q output of the multivibrator 15 set. The OR gate 18 remains locked, so that the NF generator 30 is not switched on and the loudspeaker 5 does not emit an acoustic signal.

Es sei nun angenommen, dass die Rückkehrzeit des Multivibrators 14 auf 175 ms und dass die Rückkehrzeit des Mültivibrators 15 auf 100 ms eingestellt sei, was 160 bzw. It is now assumed that the return time of the multivibrator 14 is set to 175 ms and that the return time of the multivibrator 15 is set to 100 ms, which is 160 or

100 Pulsschlägen/inin entspricht. Die Anzahl der Impulsschläge/min kann nun a) über der oberen Grenze von 160 Pulsschlägen/min, b) unterhalb der unteren Grenze von 100 Pulsschlägen/ min oder c) zwischen diesen beiden Grenzwerten liegen. 100 pulse beats corresponds. The number of pulse beats / min can now be a) above the upper limit of 160 pulse beats / min, b) below the lower limit of 100 pulse beats / min or c) between these two limit values.

Im Falle a) tritt der nächste Impuls am Ausgang des Begrenzers 12 auf, bevor der monostabile Multivibrator 14 in seine Ausgangslage zurückgekehrt ist. Dies bewirkt, dass beide Multivibratoren 14 und 15 am Ende dieses Impulses neu gesetzt werden. Das UND-Tor 16 wird entsperrt, weil bei ihm eine Koinzidenz festgestellt wurde. Das ODER-Tor 18 wird leitend, wodurch der NF-Generator 20 über den Multivibrator 19 etwa 70 ms lang eingeschaltet wird und der akustische Wandler 21 ein akustisches Signal abgibt, welches der sporttreibenden Person anzeigt, dass die obere Grenze überschritten ist. In case a), the next pulse occurs at the output of the limiter 12 before the monostable multivibrator 14 has returned to its starting position. This causes both multivibrators 14 and 15 to be reset at the end of this pulse. The AND gate 16 is unlocked because it has found a coincidence. The OR gate 18 becomes conductive, as a result of which the NF generator 20 is switched on for about 70 ms via the multivibrator 19 and the acoustic transducer 21 emits an acoustic signal which indicates to the person doing sports that the upper limit has been exceeded.

Im Falle b) wird nach Ablauf der Rückstellzeit von 175 ms der Multivibrator 14 in seine Ausgangslage zurückkehren, so dass das UND-Tor 16 gesperrt wird. Nach Ablauf der Rückstellzeit von 400 ms wird das UND-Tor 17 entsperrt, weil bei ihm eine Koinzidenz festgestellt wurde. Ein Signal gelangt zum ODER-Tor 18, welches den Multivibrator 19 setzt und damit den NF-Generator 20 einschaltet, so dass der akustische Wandler 21 ein akustisches Signal abgibt, zum Zeichen dafür, dass die untere Grenze überschritten ist, d. h. dass die Erholungszeit der sporttreibenden Person beendet ist. In case b), the multivibrator 14 will return to its starting position after the reset time of 175 ms, so that the AND gate 16 is blocked. After the reset time of 400 ms, the AND gate 17 is unlocked because a coincidence was found in it. A signal arrives at the OR gate 18, which sets the multivibrator 19 and thus switches on the AF generator 20, so that the acoustic transducer 21 emits an acoustic signal, as a sign that the lower limit has been exceeded, i. H. that the recovery time of the sportsperson has ended.

Im Falle c) kehrt nach Ablauf der Rückstellzeit von 175 ms der Multivibrator 14 in seine Ausgangslage zurück, so dass das UND-Tor 16 gesperrt wird. Wenn nun der nächste Impuls nach der Rückstellzeit von 175 ms, jedoch vor Ablauf der Rückstellzeit von 400 ms des Multivibrators 15 eintrifft, bleibt das UND-Tor 27 gesperrt und das ODER-Tor 28 wird nicht geöffnet. Deshalb bleibt der akustische Wandler 21 stumm. Dies zeigt der sporttreibenden Person an, dass ihr Puls sich innerhalb der eingestellten Grenzen befindet. In case c), the multivibrator 14 returns to its initial position after the reset time of 175 ms, so that the AND gate 16 is blocked. If the next pulse arrives after the reset time of 175 ms, but before the reset time of 400 ms of the multivibrator 15, the AND gate 27 remains blocked and the OR gate 28 is not opened. Therefore, the acoustic transducer 21 remains silent. This indicates to the person doing sports that their pulse is within the set limits.

Weil der Pulsaufnehmer 2 durch das Stirnband 1 zusätzlich an dem Ohrteil, auf den er aufgesetzt ist, gehalten wird, treten praktisch keine relativen Verschiebebewegungen zwischen dem Pulsaufnehmer 2 und dem genannten Ohrteil auf, wodurch keine Störgeräusche auftreten, welche die Betriebssicherheit und Messgenauigkeit in Frage stellen würden. Anstelle oder zusätzlich zur Überwachungsschaltung 3 kann ein Sender 22 im Stirnband 1 angeordnet sein. Der Sender ist über eine in der Fig. 4 gestrichelt dargestellte Leitung 23 mit dem Ausgang des Begrenzers 12 verbunden und sendet die vom Begrenzer erzeugten Impulse über eine im Stirnband I integrierte Antenne 24 zu einem nicht dargestellten Empfän ger. Dieser Empfänger kann eine oben beschriebene Über- wachungseinrichtung 3 und auch eine Schaltung zum Bestimmen und Anzeigen des Pulses der sporttreibenden Person aufweisen. Dies ermöglicht einem Trainer, die ihm anvertraute sporttreibende Person zu überwachen. Because the pulse sensor 2 is additionally held by the headband 1 on the ear part on which it is placed, there are practically no relative displacement movements between the pulse sensor 2 and the mentioned ear part, as a result of which no interfering noises occur which jeopardize the operational reliability and measuring accuracy would. Instead of or in addition to the monitoring circuit 3, a transmitter 22 can be arranged in the headband 1. The transmitter is connected via a line 23 shown in dashed lines in FIG. 4 to the output of the limiter 12 and sends the pulses generated by the limiter via an antenna 24 integrated in the headband I to a receiver (not shown). This receiver can have a monitoring device 3 described above and also a circuit for determining and displaying the pulse of the person doing sports. This enables a trainer to monitor the person practicing sports entrusted to him.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Device for monitoring the pulse of a person, with an electro-optical pulse transducer for converting the pulse beats into electrical measuring pulses as a function of the blood flow to a part of the body of the said person and a monitoring circuit for generating an acoustic signal if the said pulse beats exceed an adjustable setpoint and / or a transmitter for transmitting the measurement pulses to a receiver to which the monitoring circuit is connected, characterized in that the pulse sensor (2) is arranged on the inside of a stimulation band (1) and is intended to encompass part of an ear of said person.

2. Device according to claim 1, characterized in that the pulse sensor (2) has the shape of a clip with two legs (4, 5), that in one leg (4) a light source (6) and in the other leg (5) a photoelectric converter (7) is arranged, and that one or the other leg is attached to the inside of the stimulation band (l).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the monitoring circuit (3) and / or the transmitter (22) on the inside of the Stirubandes (1) is attached.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that an acoustic transducer (21) is connected to the monitoring circuit (3), which transducer is intended for insertion into the auditory canal of said ear.

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that an acoustic transducer (21) is connected to the monitoring device (3) and that the transducer is arranged on one of the legs (4, 5) of the pulse sensor (2).