CN109106358A - 健身设备的光学心律变化量测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种健身设备的光学心律变化量测装置，用于感测使用者通过皮肤表面引起的血压脉搏引起的体积变化，然后产生一系列心率信号。光学心律信号感测器包括载体、发光装置、光接收装置、信号数字化装置、处理单元和感测致动单元。感测致动单元用于产生一使能信号以启动光接收装置开始接收一系列光学心律信号，并启动处理单元开始接收来自信号数字化装置的数字化光学心律信号。光栅设置在发光装置和光接收装置之间，用于阻挡外部干涉光干扰光接收装置。本申请具有准确量测使用者的心跳信号、安全舒适的运动量测心跳信号、克服传统EKG技术的握把上的问题以及最佳的外部干涉光所造成的干扰防制的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及个人运动量测技术领域，更具体地涉及一种健身设备的光学心律变化量测装置。
背景技术
骑自行车由于例如运动和旅行的目的而成为一种趋势。经常从事户外运动的运动者往往将注意力集中在运动上而忽视他们自己的生理状况。如果没有进行适当的量测或评估来监测骑车者的健康状况，骑车者可能会因过度骑车而受到伤害。
因此，有必要提供一种能够监测骑车者健康状况的运动量测系统。现有技术中已有各种健康监测设备被开发出。
心电图(EKG)是现有技术之一，能够使用放置在使用者皮肤上的电极在一段时间内记录心脏的电性活动。这些电极可感测皮肤上由每次心跳过程中心肌去极化和再极化的电生理模式引起的微小电变化。这是一个非常普遍使用的心脏测试方式。
EKG电极可以安装在诸如室内健身器材、户外自行车或滑板车之类的运动设备的握把上作为心跳感测装置，用于感测使用者在运动期间的运动状态。但是，EKG电极通常安装在运动设备的两个独立握把上以量测使用者的心跳。因此，使用者必须将他的双手握在握把上才能准确量测心跳信号。否则，很容易导致不准确的量测结果。另外，由于使用者的手势、手汗或运动期间的污物，EKG电路通常会接收到不想要的信号杂讯。为了克服这个问题，在EKG电路中需额外设计补偿电路。
现有技术中用于监测使用者运动时心率状况的另一种方法是使用光学部件。虽然使用光学方法量测和计算使用者的心跳信号的技术基本上是可行的，但因为各种因素，例如振动和外部干涉光，故无法准确地量测心跳信号。
发明内容
为了解决现有的技术问题，本发明的一目的是提供一种健身设备的光学心律变化量测装置，其使用光学体积量测技术来监测运动者于运动期间的心率。
为实现上述目的，本发明提供了一种健身设备的光学心律变化量测装置，其包括：光学心律信号感测器，用于感测使用者通过皮肤表面引起的血压脉搏引起的体积变化，然后产生一系列心率信号。光学心律信号感测器包括载体、发光装置、光接收装置、信号数字化装置、处理单元和感测致动单元。感测致动单元用于产生一使能信号以启动光接收装置开始接收一系列光学心律信号，并启动处理单元开始接收来自信号数字化装置的数字化光学心律信号。光栅设置在发光装置和光接收装置之间，用于阻挡外部干涉光干扰光接收装置。
光学心律信号感测器被设计为面向使用者的手掌上的穴位，以准确地量测使用者的心跳信号。
在运动人体工程学方面，使用者可以通过他的五个手指及手掌抓握握把，以达到安全舒适的运动量测心跳信号的目的。
本发明不需要信号补偿电路，即可克服使用者必须将双手握在传统EKG技术的握把上的问题。
在本发明的设计中，光栅设置在发光装置和光接收装置上，从而获得最大的遮光区域，并且当使用者的皮肤接触本发明的光学心律变化量测装置的握把时，可达到最佳的外部干涉光所造成的干扰防制效果。
本发明所采用的具体技术，将通过以下的实施例及附呈图式作进一步的说明。
附图说明
图1显示本发明较佳实施例的光学心律信号量测装置的立体图。
图2显示图1的光学心律变化量测装置的扩大视图。
图3是沿着图1的3-3断面的剖视图。
图4是沿着图1的4-4断面的剖视图。
图5显示在握把的外表面上形成一电阻式感测致动单元的剖视图。
图6是根据本发明第一实施例的功能电路图。
图7显示根据本发明第二实施例的功能电路图。
图8显示本发明的光学心律变化量测装置在运动期间由使用者的手掌握持的示意图。
图9显示将本发明的光学心律变化量测装置安装在汽车的方向盘上的示意图。
图10是本发明的光学心律变化量测装置安装在室内健身器材上的示意图。
图11显示本发明的光学心律变化量测装置安装在户外自行车上的示意图。
图12是根据本发明第三实施例的功能电路图。
图13是根据本发明第四实施例的功能电路图。
图14是根据本发明第五实施例的功能电路图。
图15显示根据本发明第六实施例的功能电路图。
附图标号
1 握把
11 外表面
12 内表面
13 凹部区域
2、2a、2b、2c 光学心律信号感测器
21 载体
22 皮肤接触表面
23 发光装置
24 光接收装置
25 处理单元
26 信号数字化装置
27 电源供应装置
28 心率信号传输装置
28a 无线心率信号传输装置
29 显示器
29a 便携式电子设备
29b 健身控制台
29c 连接器
31 光栅
32 围绕部分
4 感测致动单元
5 运动感测器
6 使用者
61 皮肤表面
62 手指
7 方向盘
8 室内健身设备
9 户外自行车
L1 光学信号
L2 外部干涉光
V 工作电压
s1 光学心律信号
s2 数字化的光学心律信号
s3 使能信号
s4 心率信号
s5 运动感测信号
具体实施方式
参阅图1和图2所示，图1显示本发明较佳实施例的光学心律变化量测装置的立体图，图2显示图1的光学心律变化量测装置的局部放大立体图。如图所示，光学心律变化量测装置包括适于由使用者的手掌抓握的握把1。握把1具有一外表面11和一内表面12。
在本发明的另一实施例中，握把1也可以是适合佩戴在使用者的选定部分(例如手腕)上的可穿戴电子装置的形式。
参考图3和图4，其中图3是沿图1的3-3断面的剖视图，图4是沿图1的4-4断面的剖视图。
光学心律信号感测器2安装在握把1的一凹部区域13中。较佳地，光学心律信号感测器2被布置为面向使用者的手掌上的穴位，以准确地量测使用者的心跳信号。
光学心律信号感测器2包括一安装在握把1的凹部区域13中的载体21，该载体21定义一皮肤接触表面22，且该皮肤接触表面22的四周围可围绕一圈金属作为触控作用。
光学心律信号感测器2包括一发光装置23和一光接收装置24。发光装置23设置在载体21上，能够从载体21的皮肤接触表面22向外发射出一光学信号L1。光接收装置24亦设置在载体21上并以一预定距离对应于发光装置23，用于接收发光装置23产生的光学信号L1。
光栅31设置在载体21上并位于发光装置23和光接收装置24之间。光栅31较佳地相对于皮肤接触表面22略微突出于载体21上。光栅31还可以包括围绕发光装置23和光接收装置24的围绕部分32。
一感测致动单元4设置在载体21下方并布置在握把1的内表面12上。感测致动单元4为板形，其与绝缘材料所制成的握把1之间构成一电容器感测装置，用于感测载体21的皮肤接触表面22被使用者触摸期间的电容变化。
如图5所示，感测致动单元4可以是形成在握把1的外表面11上的可接触板的形式，以感测载体21的皮肤接触表面22在受到使用者接触期间的电阻变化。或者，感测致动单元4可以是形成在载体21的皮肤接触表面22上。
图6显示根据本发明第一实施例的功能电路图。如图所示，光学心律信号感测器2中的发光装置23电连接到处理单元25。光接收装置24用于接收由发光装置23产生的光学信号L1，然后产生一系列的光学心律信号s1。
信号数字化装置26连接到光接收装置24，用于接收该光学心律信号s1并将其转换成数字化的光学心律信号s2，然后将数字化的光学心律信号s2传送到处理单元25。
一电源供应装置27用于提供工作电压V给发光装置23、光接收装置24、处理单元25、信号数字化装置26、心率信号传输装置28、显示器29以及感测致动单元4。电源供应装置27可以是内置于光学心律信号感测器2中的内部电源单元，或者是通过习知的连接器将工作电压V提供给光学心律信号感测器2的外部电源供应装置。
感测致动单元4电连接至处理单元25，用以产生使能信号s3至处理单元25以致动光接收装置24开始接收发光装置23的光学信号L1并致动处理单元25开始接收光接收装置24的一系列光学心律信号s1。
感测致动单元4和光栅31组合作为防干扰装置的功能，用于防止发射到光接收装置24的外部干涉光L2所引起光学心律信号感测器2的异常操作。
光学心律信号感测器2可以进一步包括运动感测器5。运动感测器5可以是振动感测器或加速度计。运动感测器5电连接到处理单元25，用于在感测到光学心律信号感测器2的振动或加速度时，产生一运动感测信号s5到处理单元25。
当载体21的皮肤接触表面22被使用者6的皮肤表面61触摸时，使能信号s3被发送到处理单元25。此时，发光装置23照亮皮肤表面，以使得光接收装置24通过使用者6的皮肤表面61量测由使用者6的手掌上的血压脉搏引起的体积变化。此后，产生一系列光学心律信号s1通过光接收装置24将一系列数字化的光学心律信号s2发送到处理单元25，然后由处理单元25产生与数字化的光学心律信号s2对应的一系列心率信号s4。最后，心率信号s4通过心率信号传输装置28传输到显示器29进行显示。
图7显示根据本发明第二实施例的功能电路图。该实施例的电路图与图6所示的实施例的电路图相同，其显示发光装置23也适用于照亮使用者6的手指62的皮肤表面，使得光接收装置24量测由手指62上的血压脉冲引起的体积变化以产生光学心律信号s1。
参照图8，其显示本发明的光学心律变化量测装置在运动过程中由使用者6的手掌握持的示意图。图9显示本发明的光学心律变化量测装置1安装在汽车的方向盘7上的示意图。
图10显示将本发明的光学心律信号量测装置安装在一室内健身设备8上的示意图。图11显示本发明的光学心律信号量测装置安装在一户外自行车9的示意图。
图12显示根据本发明第三实施例的功能电路图。第三实施例的光学心律信号感测器2a与图6的第一实施例的不同之处在于第一实施例的显示器29被替换为便携式电子设备29a。便携式电子设备29a可以是移动电话或个人数字助理。此外，心率信号s4通过无线心率信号传输装置28a传输到便携式电子装置29a。较佳实施例中，无线心率信号传输装置28a与便携式电子装置29a之间的数据传输界面可使用近距离无线通信(Near-fieldCommunication，简称NFC)或无线射频识别(Radio Frequency Identification，简称RFID)的高频无线通信界面，以将心率信号s4以无线非接触式方式传送到便携式电子装置29a。
图13显示根据本发明第四实施例的功能电路图。第四实施例的光学心律信号感测器2b与图6的第一实施例的不同之处在于，第一实施例的心率信号传输装置28是经由一连接器29c连接到室内健身设备、户外自行车或者机车、滑板车的健身控制台29b。在此实施例中，从处理单元25发送的心率信号s4通过心率信号传输装置28和连接器29c传输到健身控制台29b以进行显示。此外，工作电压V通过连接器29c从健身控制台29b提供给光学心律信号感测器2。较佳实施例中，心率信号传输装置28与健身控制台29b之间的数据传输界面亦可改用近距离无线通信(Near-field Communication，简称NFC)或无线射频识别(RadioFrequency Identification，简称RFID)的高频无线通信协定，以将心率信号s4以无线非接触式方式传送到健身控制台29b。
图14是根据本发明第五实施例的功能电路图。本实施例包括与图13中所示的第四实施例大致类似的部件/部件，并且为了一致性，相同的部件用相同的元件号予以表示。在该实施例中，发光装置23、光接收装置24、信号数字化装置26、感测致动单元4、运动感测器5、光栅31和围绕部分32被安装在第五实施例的光学心律信号感测器2c中，而处理单元25和心率信号传输装置28被包括在健身控制台29b中。
图15显示根据本发明第六实施例的功能电路图。该实施例的电路图与图14所示的实施例的电路图相同。它还示出发光装置23也适用于照亮使用者6的手指62的皮肤表面，使得光接收装置24感测手指62上的血压脉搏引起的体积变化，以产生光学心律信号s1。
以上所举实施例仅是用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围，凡其他未脱离本发明所揭示的精神下而完成的等效修饰或置换，均应包含于申请专利范围内。
Claims (10)
1.一种健身设备的光学心律变化量测装置，包括一握把，该握把具有一凹部区域，其特征在于，该光学心律变化量测装置包括：一光学心律信号感测器，且该光学心律信号感测器包括：
一载体，安装在该握把的该凹部区域，该载体界定一皮肤接触表面；
一发光装置，设置在该载体上用于产生一光学信号；
一光接收装置，设置在该载体上并且与该发光装置彼此相对应地相距一距离，用于接收由该发光装置产生的该光学信号，然后产生一系列光学心律信号；
一信号数字化装置，电连接到该光接收装置，用于接收该一系列光学心律信号并将其转换成一数字化的光学心律信号；和
一处理单元，电连接到该发光装置和该信号数字化装置，用于从该信号数字化装置接收该数字化的光学心律信号；
一电源供应装置，用于提供一工作电压至该光学心律信号感测器；
一感测致动单元，电连接至该处理单元，用以产生一使能信号至该处理单元，以致动该光接收装置开始接收该光学心律信号，并致动该处理单元开始接收该数字化的光学心律信号；
一光栅，设置在该载体上，用于阻挡外部干涉光干扰该光接收装置；
一心率信号传输装置，电连接于该处理单元；
其中当该载体的该皮肤接触表面被使用者的皮肤表面触摸时，从而产生一使能信号到该处理单元，该发光装置照亮该使用者的该皮肤表面，该光接收装置感测该使用者皮肤的血压脉搏所产生的体积变化，从而产生该数字化的光学心律信号到该处理单元，然后通过该心率信号传输装置传输对应于该数字化的光学心律信号的一系列心率信号。
2.如权利要求1所述的健身设备的光学心律变化量测装置，其特征在于，该握把适于被使用者的手掌抓握，且该握把安装在室内健身器材、户外自行车、滑板车、方向盘之一。
3.如权利要求1所述的健身设备的光学心律变化量测装置，其特征在于，该心率信号传输装置电连接到一显示器。
4.如权利要求1所述的健身设备的光学心律变化量测装置，其特征在于，该心率信号传输装置为一无线心率信号传输装置，该无线心率信号传输装置进一步将该心率信号以无线方式传输至一便携式电子装置，该无线心率信号传输装置是NFC或RFID的高频无线通信界面之一。
5.如权利要求1所述的健身设备的光学心律变化量测装置，其特征在于，该心率信号传输装置连接到室内健身器材、室外脚踏车和滑板车之一的一健身控制台，以将该心率信号传输到该健身控制台，并且该光学心律信号感测器所需的该工作电压是由该健身控制台所提供，该心率信号传输装置通过一连接器或NFC、RFID的高频无线通信界面之一传送该心率信号到该健身控制台。
6.如权利要求1所述的健身设备的光学心律变化量测装置，其特征在于，还包括：电连接至该处理单元的一运动感测器，用于产生一运动感测信号至该处理单元，该运动感测器选自振动感测器、加速度计之一。
7.如权利要求1所述的健身设备的光学心律变化量测装置，其特征在于，该感测致动单元是一电容式感测致动单元，其是设置在该光学心律信号感测器的该载体。
8.如权利要求1所述的健身设备的光学心律变化量测装置，其特征在于，该感测致动单元是一电阻式感测致动单元，其是设置在该光学心律信号感测器的该载体。
9.如权利要求1所述的健身设备的光学心律变化量测装置，其特征在于，该电源供应装置是内建在该光学心律信号感测器中或是一外部电源供应装置，以供应该工作电压至该光学心律信号感测器。
10.如权利要求1所述的健身设备的光学心律变化量测装置，其特征在于，该光栅还包括围绕该发光装置和该光接收装置的围绕部分。
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Application publication date: 20190101 |