CN1310616C - 锻炼测验用辅助装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不受大型装置限制或不需复杂操作便可测定最大氧气吸收量的装置。该装置显示与合适的锻炼强度相应的脉动速率的上、下极限值,并借助于光学通信以无线方式实现了把诸如脉动波等信息发送到处理脉动波信息的信息处理装置中或从该装置上接收所述信息。所述装置中设有脉动波检测器;FFT处理器;人体运动检测器;FFT处理器;锻炼强度计算器;和诺谟图记录器。用测验对象的体重除得到的最大氧气吸收量,便可算出每单位体重的最大氧气吸收量。随后,根据性别确定最大氧气吸收量和脉动速率,并把脉动速率乘以上、下极限值系数,以便确定脉动速率的上极限值UL和下极限值LL。

Description

锻炼测验用辅助装置

[001] 技术领域

[002] 本发明涉及一种适用于供用户做规定的适当锻炼时使用的锻炼测验用辅助装置。

[003] 具体地说,本发明适用于能够使用户容易地确定他自身最大氧气吸收量的最大氧气吸收量估算装置;能够显示与合适的锻炼强度相应的脉博速率上下极限值的锻炼测验辅助装置;设计成便携式装置并且可以测量脉博速率或其它脉动波信息的便携式脉动波测量装置;或是涉及在便携式脉动波测量装置和数据处理装置之间发送信息的技术,所述数据处理装置处理来自上述便携式脉动波测量装置的测量数据。

[004] 背景技术

[005] 近年来,很多人为改善其健康状况而进行体育锻炼。

[006] 然而在锻炼时,进行适当强度的锻炼是很必要的,这是因为,在给定强度水平之下的锻炼是无效的,而在给定强度水平之上的锻炼则是危险的。但到目前为止还很难知道锻炼的强度是否合适。

[007] 这是因为很难得到确定合适的锻炼强度所需的数据,而且还由于很难迅速地和精确地传输获得的数据。下面将详细说明所包含的各种因素。

[008] (1)数据捕获

[009] 例如,通过利用最大氧气吸收量的传统公知方法可以得知锻炼强度。

[010] 通常,最大氧气吸收量(VO2max)是指人(或更广义地说是活体)在每个单位时间里吸入的最大氧气量。具体地说,考虑到个体的尺寸,VO2max与个体重量的比值(VO2max/wt)是表示人体耐力的绝对指标。由此可知,最大氧气吸收量在运动生理学等方面的意义极大。例如,利用每单位体重的最大氧气吸收量可以定量地估算个体的耐力,这使得可以更容易地确定训练效果。

[011] 有很多用于确定最大氧气吸收量的传统公知方法。然而所有这些方法的共同点是要求测验对象完成给定强度的训练,然后测量与训练有关的生理参数。

[012] 通常可以将这些方法分成两类:通过测量测验对象的呼吸确定最大氧气吸收量的直接法;和测量与最大氧气吸收量具有高相关性的生理参数并根据这些参数间接得到最大氧气吸收量的间接法。在间接测量的情况下,很多方法都是有效的,这些方法包括与最大氧气吸收量有极大关系的测量心脏负荷或乳酸值的方法,或使用Astrand-Ryhning诺谟图的方法。

[013] 然而,在直接和间接方法中,已有技术需要使用脚踏传动式试验台或脚踏式测力计以便向测验对象施加给定的锻炼负荷。为此,对这种装置的数量和位置都有一些实际的限制,而且测验对象必然会受装置本身的限制。因此,当将生理应力施加到测验对象上时会出现问题。

[014] 此外,在直接方法中,由于要直接测量测验对象呼出的空气,所以装置本身需做的很大。而且必须将锻炼负荷加到测验对象的最大极限,因此在受测个体生病、健康状态不佳或是处在中年或老年的情况下使用这些方法会出现一些问题。

[015] 另一方面,在间接方法中,测量乳酸值的方法需要抽血,而在测量心脏负荷的方法中需要确定心脏的收缩血压。而这些方法都很麻烦。

[016] (2)数据传输

[017] 就安装在手腕上并能显示各种信息的脉动波装置而言,存在多种能光学地检测血量变化和根据这些检测结果测量脉动速率和其它脉动波信息的有效装置。在这些光学脉动波测量装置中,例如把一个带有光接收元件和光发射元件的传感器单元固定到手指上,其中光接收元件可以是例如光敏晶体管,光发射元件可以是LED(发光二极管)。从LED发出的光经手指中的血管反射后由光敏晶体管接收。固此根据接收光量的变化可测出血量的变化。依据检测结果可以计算出脉动速率等参数并予以显示。为此而设计了这样一种装置,其借助于装置主体上的连接器在装置主体和传感器单元之间输入或输出信号,连接器由形成在电缆端头的连接材料构成,所述电缆从传感器单元中伸出。

[018] 由于上述脉动波测量装置是固定在手腕上的,所以如果再在装置中设置时间测量功能,就可以在例如马拉松比赛期间在测量脉动波的同时测量一圈或冲刺的时间。而且,如果在比赛结束时将该数据顺序地显示在装置主体的显示器上,就可以得到用于确定下次比赛步速分配的参考数据。

[019] 然而,为了对在马拉松比赛期间得到的信息进行更详细的分析,还要把存储在装置主体中的信息发送到与装置主体分离设置的数据处理装置中。但是在已有技术中,必须将通信电缆固定在装置主体和数据处理装置之间以实现信息的转播。因此,这个过程对于用户来说是很麻烦的。

[020] 在日本专利申请JP昭-59149128A中也描述了一个锻炼测验负载设备,不过其中的记录装置仅仅存储诸如身高、重量、和所获得的一个测试对象的最大氧吸入量等数据,并未提及存储了其中可直接获得该最大氧气吸入量的值的数据。另外,  日本专利申请JP特开平5-154116A和JP特开平5-154116A也公开了相似的锻炼辅助设备。

[021] 上述三个现有技术是与本发明最接近的现有技术。

[022] 发明内容

[023] 本发明考虑到了上述情况,其第一个目的是提供一种锻炼测验用辅助装置,该装置能够显示与合适的锻炼强度相应的脉动速率的上下极限值。

[024] 此外,本发明的第二个目的是提供一种最大氧气吸收量估算装置,该装置使用户不受装置的限制,它能容易地定确最大氧气吸收量而且操作简单。

[025] 而且,本发明的第三个目的是提供一种便携式脉动波测量装置,该装置通过与处理脉动波信息的数据处理装置之间的光通信能够无线地发送和接收脉动波信号等数据。

[026] 从上述第一目的的角度看,本发明配置有:

[027] 用于检测测验对象锻炼强度的锻炼强度检测器;

[028] 用于检测测验对象脉博速率的脉博速率检测器;

[029] 用于首先记录锻炼强度和脉博速率之间关系以及相应的最大氧气吸收量的记录器;和

[030] 根据存储在记录器中的关系得到与测得的脉博速率和锻炼强度相应的最大氧气吸收量的计算器;

[031] 其中把锻炼强度测量器、脉博速率检测器、记录器和计算器组合成一个可由测验对象携带的便携式装置。

[032] 由此可以在使测验者不受大型设备限制或不需完成复杂操作的情况下容易地得到最大氧气吸收量。

[033] 为了实现上述第二目的,可以根据预先确定的VO2max得出与合适的锻炼强度相应的脉动速率上下极限值,并显示该值。

[034] 最终可以显示与合适的锻炼强度相应的脉动速率上下极限值。

[035] 为了实现上述第三目的,设置在便携式装置内的便携式脉动波测量装置包含一个用于检测体内脉动波的脉动波检测器,其发射和接收信息,所述信息包括送入数据处理器和来自数据处理器的脉动波,数据处理器设置在便携式装置的外部,上述装置还包括通信器件,该器件能够借助于光学信号以无线方式接收脉动波并将从脉动波中得到的脉动波数据转送到信息处理装置中。

[036] 因此,可借助于利用光学信号的无线通信方式把由便携式装置得到的脉动波信息传送到设在外部的数据处理装置中。这样就不需要经历象用电缆连接便携式装置和数据处理装置这样的过程,而是可以在与数据处理装置实际分离的情况下将数据从便携式装置传送到数据处理装置中。而且,由于省去了烦杂的操作,所以从用户的角度看这是非常有益的。

[037] 附图说明

[038] 图1是表示根据本发明第一实施例所述最大氧气吸收量估算装置功能性结构的方框图;

[039] 图2是表示根据同一实施例所述最大氧气吸收量估算装置电子结构的方框图;

[040] 图3是描述本发明中使用的Astrand-Ryhming诺谟图的示意图;

[041] 图4是表示锻炼强度和心脏脉博速率之间关系的曲线图;

[042] 图5表示同一实施例所述最大氧气吸收量估算装置的外部结构;

[043] 图6是表示在同一实施例中主要操作过程的流程图;

[044] 图7是表示在同一实施例中计算显示过程的流程图;

[045] 图8是表示在同一实施例中提醒用户增大锻炼强度步骤的流程图;

[046] 图9是表示在根据本发明第二实施例所述最大氧气吸收量估算装置中步频(Pitch)和步距校正系数之间关系的曲线图;

[047] 图10是表示根据本发明第三实施例所述最大氧气吸收量估算装置电子结构的方框图;

[048] 图11是表示在同一实施例中高度差和步频校正系数之间关系的曲线图;

[049] 图12是表示同一实施例中主要工作过程的流程图;

[050] 图13是表示根据本发明第四实施例所述一个锻炼测验辅助装置结构实例的方框图;

[051] 图14是表示在同一实施例中脉动速率图表实例的示例图;

[052] 图15是表示显示器8上的显示状态实例的示例图;

[053] 图16是表示在同一实施例中锻炼测验辅助装置使用的步频指示器外观的斜视图;

[054] 图17是表示步频指示器电子结构实例的方框图;

[055] 图18是表示步频信号发生器24的结构实例的方框图;

[056] 图19是表示脉动/步频检测器22的结构实例的方框图;

[057] 图20是表示脉动/步频检测器22中各级处理的流程图;

[058] 图21A是表示当将频率fA和频率fB相加时所得信号的图形;

[059] 图21B是表示对相加的信号进行FFT处理之后得到的信号图形;

[060] 图22A表示对来自脉动波传感器301的输出信号进行FFT处理之后得到的结果;

[061] 图22B表示对来自人体运动传感器302的输出信号进行FFT处理之后得到的结果;

[062] 图22C表示从图22A的结果中减去图22B的结果后得到的脉动波分量;

[063] 图23是对人体运动传感器302的输出信号进行FFT处理之后得到的结果;

[064] 图24是表示在确定了人体运动信号谐波之后连而确定脉动波分量的处理方法的流程图;

[065] 图25是表示用脉动/步频检测器22确定脉动波分量的方法实例的流程图;

[066] 图26是表示用脉动/步频检测器22确定脉动波分量的方法实例的流程图;

[067] 图27是用于解释步频指示器工作状态的时基图;

[068] 图28是表示当用压电元件作为步频通报器时其安装状态的截面图;

[069] 图29表示根据本发明第五实施例所述的便携式脉动波测量装置和用于处理由上述装置测得的脉动波数据的数据处理装置;

[070] 图30表示根据同一实施例所述把脉动波测量装置固定到手腕上所用的方法;

[071] 图31是该测量装置主体的平面图;

[072] 图32表示该测量装置中将传感器固定到手指上的结构。

[073] 图33是表示该测量装置数据处理器的方框图;

[074] 图34表示该测量装置的连接器中电连接部分之间的关系;

[075] 图35表示根据该实施例所述连接件80的结构;

[076] 图36表示根据该实施例所述连接器70的结构;

[077] 图37表示根据该实施例所述连接器盖板90的结构;

[078] 图38表示根据该实施例所述通信单元100的结构;

[079] 图39表示该实施例中把通信单元100固定到代替连接件80的连接件70某一位置上的设置情况;

[080] 图40表示根据本发明第六实施例所述把脉动波测量装置固定到手腕上使用的方法;

[081] 图41表示根据该实施例所述通信单元100的结构;

[082] 图42表示根据同一实施例所述连接器70A的结构;

[083] 图43表示根据同一实施例所述连接器盖板90A的结构;

[084] 图44表示根据本发明第七实施例所述把脉动波测量装置固定到手腕上使用的方法;

[085] 图45是表示根据同一实施例所述传输装置400的结构方框图;

[086] 图46表示将该装置戴到脖子上的情况;

[087] 图47表示将该装置装到一副眼镜上的情况;

[088] 图48表示步频通告装置的一个变型例;

[089] 图49表示提醒用户注意延时周期VO2max变化的方案;

[090] 图50-53表示在本发明的第八实施例中作为显示器208的显示器实例。

[091] 具体实施方式

[092] 1.实施例1

[093] 下面将参照附图说明本发明的第一优选实施例。

[094] 1.1实施例的结构

[095] 首先将解释第一实施例所述最大氧气吸收量估算装置。按照该实施例所述的最大氧气吸收量估算装置为了在测验对象完成特定的锻炼时根据给定时间点的锻炼强度(运动强度,活动强度)和心脏脉博速率来估算最大氧气吸收量(VO2max(liter/min))而采用了Astrand-Ryhming诺谟图(Astrand,P.O和Ryhming,I.:用于在次最大活动量期间根据脉动速率计算需氧量(体力适当)的诺谟图。J.Appl.Physiol.,218-221,1954)。然后用测验对象的体重除该估算值,从而得到每单位体重的最大氧气吸收量(VO2max/wt(单位:milliliter/kg/min))。

[096] 1.1.1.Astrond-Ryhming诺谟图

[097] 在解释此实施例之前,首先对前述的Astrond-Ryhming诺谟图作一简要说明。图3显示了一个诺谟图的细节。

[098] 在诺谟图中,锻炼强度与心脏脉搏速率分别描绘在右面与左面的轴上。通过中线与两轴之间所画直线的交点的一致指示出最大氧气吸收量(VO2max)。采用了对适合于两种性别的人的参数。换句话说,通过性别的指示,则可由采用锻炼强度和心脏脉搏速率作为变量的函数估算出最大氧气吸入量(VO2max)。

[099] 1.1.1.1.使用诺谟图的条件

[100] 下面将说明可以使用Astrand-Ryhning诺谟图的条件。

[101] 通常,如图4所示,当锻炼强度低于特定水平时,心脏脉博速率和锻炼强度之间的关系是心脏脉博速率与锻炼强度呈正比增长。然而,当锻炼强度超过某一特定值时,心脏脉博速率的增快相对于锻炼强度增大的比例变缓,直到出现最终的饱和状态。心脏脉博速率与锻炼强度的比例关系开始出现偏差的点通常称为HRtp(心脏速率转变点)。

[102] 虽然该点稍稍高于缺氧阈值(AT值),但是可以将HRtp看作是大约等于所述阈值。

[103] 通过预先假定在测验对象和心脏脉博之间存在的直线关系可形成Astrand-Ryhning诺谟图。

[104] 因此,为了用上述诺谟图精确地估算最大氧气吸收量,需要在测验对象和心脏脉博之间建立直线关系。而为了判断是否存在直线关系,需要在至少三个或多个阶段测量锻炼强度,和确定每个阶段的心脏脉博速率。此外,需要测验对象锻炼到出现HRtp为止。

[105] 1.1.2.功能性结构

[106] 下面将说明该实施例所述最大氧气吸收量估算装置的功能性结构。图1是表示装置功能性结构的方框图。

[107] 在图1中,脉动波检测器101是一个检测测验对象脉动波的传感器。来自脉动波检测器101的脉动波信号由A/D转换器1021转换成数字信号,并由FFT处理器103进行FFT处理。根据该处理器的结果来确定脉动速率。应注意的是,在该实施例中需要得到心脏脉博速率。然而,由于心脏脉博速率等于脉动速率,所以可以假设得到的脉动速率就是心脏脉博速率。因此,就脉动波检测器101而言,可以考虑一种取代直接检测心脏脉博的设计。

[108] 人体运动检测器104是一种在测验对象跑步时用于检测人体运动的传感器。例如,该传感器可以由一个加速度传感器构成。从人体运动检测器104输出的人体运动信号由A/D转换器105转换成数字信号,该信号由FFT处理器106以与脉动波同样的方式进行FFT处理。从处理结果中可以得到跑步时的步频,即,每单位时间的步数。

[109] 记录器107记录与测验对象的步距、性别和重量有关的信息。

[110] 锻炼强度计算器108根据得到的步频、测验对象的步距和体重计算锻炼强度。在这个实例中,假设测验对象进行的运动是跑步,那么锻炼强度可以用单位时间里跑过的距离与测验对象体重的乘积来表示。用测验对象的步距乘以步频可以得到每单位时间跑过的距离。

[111] 诺谟记录器109记录上述Astrand-Ryhning诺谟图关系。因此,如果使用这些诺谟图,便可以根据心脏脉博、锻炼强度、和测验对象的性别得出最大氧气吸收量(VO2max)。

[112] VO2max/wt计算器110通过用测验对象的体重除所得到的最大氧气吸收量(VO2max)来计算每单位重量的最大氧气吸收量(VO2ma/wt)。

[113] VO2max/wt显示器1112显示的是所得到的与测验对象有关的每单位重量最大氧气吸收量的值(VO2max/wt)。

[114] 控制器120控制这些情况下的各种操作。

[115] 1.1.3.电子结构

[116] 下面将说明能实现图1所示功能结构的电子结构。图2是表示该结构的方框图。

[117] 在该图中,CPU201通过总线B对各部分进行控制,并执行各种处理和计算。图1中所示的FFT处理器103、106与锻炼强度计算器108、VO2max/wt计算器110、和控制器120相对应。

[118] ROM202存储CPU201使用的基本程序、和由上述Astrand-Ryhning诺谟图描述的关系,而且其与图1中所示的诺谟图记录器109相对应。

[119] 就将诺谟图存储在ROM202中的设计方案而言,可以将图3中所示的诺谟关系绘制成图表并存储起来。如果将与心脏脉博速率和锻炼强度有关的足够数据带入第三位置,那么可将从120到170(脉博/min)之间的50个间隔用于脉动速率和将从300到1500(kpm/min)之间的120个间隔用于锻炼强度。因此,如果将这些条件结合起来,可以得到6,000种结果。所以,把不同性别的数据结合起来时将得到12,000种结果。换句话说,通过把与上述每一种结合相应的最大氧气吸收量(VO2max)值存储到ROM202中的结构,可以得到与锻炼强度和心脏脉博速率相应的最大氧气吸收量(VO2max),并通过CPU201读出与测得的心脏速率和锻炼强度有关的值。图表所需的容量有12,000种,或略少于12kilo-bytes。

[120] 右侧轴上示出的锻炼强度单位是kpm/min,所以CPU201把所得到的锻炼强度转换成千-磅-米,然后给出诺谟图。应注意的是,1.00[kpm/min]=0.1653[W]。

[121] 还可以提供这样一种设计,即,ROM202记录的是用诺谟图形式而不是用图表形式表示的函数本身,同时CPU201利用这些函数进行计算。

[122] RAM203暂时存储CPU201在控制中使用的各种数据,这些数据包括例如测验对象的体重、步距和性别。RAM203与图1中示出的记录器107相对应。

[123] 传感器接口204在各个特定的时间周期对来自脉动检测器101和人体运动检测器104的每个模拟输出信号进行采样,然后将模拟信号转换成数字信号并输出该信号。传感器接口204与图1中的A/D转换器1021、105相对应。

[124] 除了表的功能之外,时钟电路205还设置了在预先确定的特定时间间隔内向CPU201发送中断信号的功能。

[125] 设置操纵器206是为了由测验对象输入各种值和设定各种功能模式。操纵器由多个将在下文中详细描述的按钮开关构成。

[126] 通报器207在CPU201的控制下产生通报信号,并正式通告测验对象的各种变化。而且从这一点上看,通报器并不是一定局限于依赖于听觉通报器。相反,通报器可以采用能由测验对象的五官识别出的任何形式,例如,以触觉为特征的振动形式。

[127] 显示器208显示来自CPU201的各种信息,其由例如一个LCD(液晶显示器)构成。显示器208对应于图1中所示的VO2max/wt显示器1112。

[128] 1.1.4.外部结构

[129] 本实施例所述的最大氧气吸收量估算装置通常与一个能由测验对象随身携带的物体相结合。这种设计的一个实例是图5中示出的装置,其中所述装置与一个手表相结合。

[130] 如图中所示,该实施例所述的最大氧气吸收量估算装置包括带有手表结构的装置主体500、连接到装置主体500上的电缆501、设置在电缆501端部的脉动波检测器101。

[131] 手表带502装在装置主体500上。更具体地说,手表带502的一端从12点钟的位置缠绕使用者的手腕,而另一端固定在装置主体50上6点钟的位置处。

[132] 在装置主体表面6点钟的位置上设置连接器503。把设在电缆501端部的连接器件504装到连接器503上以便于自由拆卸。通过从连接器503上释放连接器件504,可以将该装置作为标准手表或秒表使用。

[133] 显示器208设在装置主体500的表面上。除了显示当前的时间和日期外,显示器208还采用点阵或段显示方式显示例如估算的最大氧气吸收量(VO2max/wt)、模式等各种信息。

[134] 按钮开关511设置在装置主体500表面上的显示器208下方。当校正步距、体重、时间或日期值时可由一个人操作该按钮返回设定值。

[135] 此外,将按钮开关512设在显示器208的上方,以便当校正步距、体重、时间或日期值时由一个人提供设定值。测验对象还使用该开关开始或停止对消耗时间的测量,以便设置测验对象的性别等信息。

[136] 将按钮开关513-516设置在装置主体500的外周表面上2、4、8、和10点钟的位置处。这些按钮开关中每一个的功能如下所述。

[137] 用按钮开关513可设定装置的各种模式,例如,时间显示模式,时间测量模式,最大氧气吸收量估算模式,输入和修正模式等。按钮开关514用于在装置处于输入和修正模式时对输入/修正的值进行设定,这些值包括时间(小时-分-秒),日期(年-月-日),12/24小时时钟显示,体重,步距和性别。按钮开关515用于转换显示器208上显示的内容。最后,按钮开关516用于控制显示器208中背光的照明。当压下按钮开关516时,显示器208上的电发光(EL)背光接通例如3秒,然后它将自动关闭。

[138] 脉动波检测器101由蓝光LED和光接收元件(附图中均未示出)构成,而且通过将传感器固定到位的带状物520阻止光的接收。脉动波检测器101安装在测验对象食指上的基关节和第二关节之间。脉动波检测器101从蓝光LED中发射光,并通过光接收元件接收由毛细管中的血红蛋白反射的光。通过电缆501把该接收光的输出波形作为脉动波输出到装置主体500中。

[139] 应注意到,从装置的外观上看不到元件,例如,CPU201、人体运动检测器1104、传感器接口204等均罩在装置主体500中。

[140] 1.2.实施例的工作状态

[141] 下面将说明本实施例所述最大氧气吸收量估算装置的工作状态。如上所述,该装置设有各种模式,其中之一是估算最大氧气吸收量的最大氧气吸收量估算模式。下面将解释这一模式的工作状况,同时省略了那些与本申请没有直接联系的其它模式。

[142] 1.2.1.估算最大氧气吸收量的先决条件

[143] 当测验对象操纵按钮开关513把装置主体500的操作模式置于估算最大氧气吸收量的模式时,CPU201首先执行图6中所示的程序。当估算最大氧气吸收量(VO2max/wt)时,用这个主要程序设定作为先决条件使用的信息。具体地说,CPU201执行以下步骤S1-S11。

[144] 首先,在步骤S1中,CPU201进行例如在RAM203中确定所需区域、清除上述区域等初始设定处理。

[145] 接着,在步骤S2中,CPU201确定在RAM203中是否设定有与测验对象的性别、体重、和步距有关的信息。当在该实施例中第一次估算最大氧气吸收量时,由于上述信息并未设在RAM203中,所以要在步骤S2中进行确定。

[146] 然而,如果已将上述信息设在RAM203中,那么CPU201将在步骤S3中从RAM203读出上述设定值,并在显示器208上显示这些信息。接着,在步骤S4中,用通报的形式提醒测验对象选择是否要修正这些被显示的值。

[147] 如果测验对象表示不想修正这些值,那么在步骤S5,CPU201把上述信息作为预定值重新置入RAM203。

[148] 另一方面,如果未将上述信息设在RAM203中,或是当测验对象表示他不希望修正信息时,那么,在步骤S6中,CPU201将确定是否已输入上述信息。如果已经输入上述信息,则处理过程转回到步骤S6。换句话说,在输入测验对象的性别、体重和步距之前,处理程序一直处于步骤S6。此外,一旦输入/修正了该信息,那么在步骤S7中,CPU201将把这些值设置到RAM203中。

[149] 对于修正性别等指令,可以考虑这样一种方法,例如,当测验对象操纵按钮开关时,将装置主体500的操作模式设置到输入/修正模式。此外,作为表示不对上述值进行修正的手段,可以考虑这样一种方法,即,在特定的时间周期内,测验对象不操纵按钮开关513。修正/输入性别、体重、步距和其它信息的方法包括测验对象把装置设置在输入/修正模式,使用按钮开关514把修正/输入目标设在性别、体重、步距等参数上,和由一个人利用按钮开关511及512使目标值增大或减小。

[150] 当把与测验对象的性别、体重和步距有关的信息设置到RAM203中之后,在步骤S8中,CPU201检测来自人体运动检测器104的人体运动信号,并判断测验对象是否已真正开始跑步。如果测验对象还没有开始跑步,那么处理过程再次返回到步骤S8。换句话说,在测验对象开始跑步之前,处理过程一直维持在步骤S8。

[151] 当测验对象真正开始跑步时,则在步骤S9中,CPU201用下面将要说明的方法检测跑步的步频。接着,在步骤S10,根据通报器207进行控制,所述通报器通告测验对象初始的跑步已经得到确定,所以通报器产生与例如10秒内检测到的步频相应的声音通报。结果,在测验对象开始跑步时便产生了与锻炼同步的通报声。

[152] 在步骤S11,CPU201许可执行两个中断处理(计算显示处理和锻炼强度增大通告处理),这两个处理是在各自固定的时间间隔内执行的。换句话说,当将用户的性别等信息设置到RAM203中且测验对象实际上已开始跑步时,CPU201将在各确定的时间间隔内并行地进行计算显示处理和锻炼强度增大通告处理。

[153] 1.2.2.步频检测

[154] 现在将简要地说明在步骤S9中执行的跑步过程中步频检测操作的原理。

[155] 当测验对象跑步时,可以考虑(1)伴随竖向运动的加速度信号,和(2)在人体运动检测器104的人体运动信号中叠加的伴随手臂摆动的加速度信号。

[156] 当企图分别检测加速度信号分量时,由于右脚迈出一步和左脚迈出一步时的竖向加速度是相等的,所以认为伴随竖向运动的一个加速度信号周期相当于跑步时的一步。

[157] 另一方面,装有装置主体500的左臂运动是当左脚向前迈出时左手从向前的位置收回和当右脚向前迈出时左手从后面的位置向前提起的摆动。所以,伴随摆臂的加速度信号与伴随竖向运动的加速度信号同步。此外,这种运动的一个周期相当于跑步期间的两步。

[158] 因此,人体运动信号的一次谐波分量取决于竖向运动,而二次谐波分量则取决于摆臂运动,在人体运动信号中,从竖直运动和摆臂运动中得到的加速度分量相互叠加。

[159] 然而,通常在跑步中伴随摆臂运动的加速度大于伴随竖向运动的加速度。因此,从摆臂运动中得到的二次谐波特性是在人体运动信号中体现的。所以,跑步的步频可以,例如通过由CPU201对来自人体运动检测器104的人体运动信号进行以下处理后得到的结果而检测到。

[160] 即,首先,CPU201对来自人体运动检测器104的人体运动信号进行FFT处理。其次,将具有最大步频的谐波分量确定为二次谐波分量,并检测其峰值频率。第三,确定上述峰值频率,用该频率乘以1/2以得到步频。

[161] 1.2.3.计算显示处理

[162] 下面将参照图7说明计算显示处理的工作过程,所述处理是一种中断处理。在该计算显示处理中,根据测验对象跑步时的锻炼强度和心脏脉博估算在固定的时间间隔内的最大氧气吸收量(VO2max/wt),并将结果显示在显示器上。

[163] CPU201检测测验对象跑步的起始状态(步骤S8),并许可执行中断处理(步骤S11)。然后CPU201在特定的时间间隔(例如30秒)内执行图7中所示的计算显示处理。

[164] 首先,在步骤Sa1,CPU201通过传感器接口204从脉动波检测器中读取脉动波形,并确定脉动速率,即脉博速率(脉博数/分钟)。

[165] 接着,在步骤Sa2,用与步骤S9中相同的方法处理来自人体运动检测器104的人体运动信号,以便检测跑步的步频。

[166] 在步骤Sa3,CPU201用在上一步检测到的步频乘以存储在RAM203中的测验对象的步距,以计算测验对象在每单位时间内的跑步距离。然后用存储在RAM203中的使用者体重乘以跑步距离,以获得锻炼强度[W]。接着,将结果转换成[kpm/min]。

[167] 接下来,在步骤Sa4,CPU201把转换的锻炼强度[kpm/min]和检测到的脉博速率[脉博数/分钟]作为一对数值存储到RAM203中。

[168] 在步骤Sa5中,CPU201判断在RAM203中是否存储了至少三个锻炼强度-脉博速率对。如果少于三对,则不能确定在锻炼强度和脉博速率之间是否存在直线关系。所以判断的结果是[NO],并且结束当前的计算显示处理。如下所述,测验对象将根据通知测验对象增加锻炼强度的处理指示在跑步期间分阶段地增大锻炼强度。同时,随着存储在RAM203中锻炼强度-脉博速率对数量的增加,将每30秒进行一次计算显示处理。因此,只要存在三个或更多个锻炼强度-脉博速率对,那么判断的结果将是[YES]。

[169] 当存在三个或更多个锻炼强度-脉博速率对时,在步骤Sa6,CPU201将判断在这些对之间是否存在直线关系。在这种情况下,应考虑在锻炼强度和脉博速率中包含的微小错误。如果已经建立了直线关系,那么可以在出现心脏速率转折点HRtp之前进行上述跑步,和满足应用Astrand-Ryhming诺谟图的条件。这样,CPU201将执行下面的步骤Sa7-Sa9,以便估算最大氧气吸收量(VO2max/wt)。

[170] 换句话说,在步骤Sa7中,CPU201从存储在ROM202内的图表中读出与存储在RAM203中的测验对象性别相应的值并估算与脉博速率和锻炼强度相应的最大氧气吸收量(VO2max/wt),所述脉博速率和锻炼强度是在当前的计算显示处理阶段在步骤Sa4中存储的。在步骤S8中,CPU201进行用存储在RAM203中的测验对象体重除所读取的最大氧气吸收量(VO2max)的运算,而在步骤Sa9中,在显示器208上显示根据除法运算得到的作为单位体重最大氧气吸收量(VO2max/wt)的值。

[171] 因此,在测验对象开始跑步之后,一旦在锻炼强度和脉博速率之间建立起直线关系,那么就可以在每一次执行计算显示处理后在显示器208上显示出每单位体重的最大氧气吸收量(VO2max/wt)。

[172] 另一方面,如果在步骤Sa6中没有建立起直线关系,则表示在跑步期间已经出现心脏速率转折点HRtp,或是测验对象因某些原因而停止了跑步。因此,在步骤Sa10中,CPU201通过显示停止跑步的指令把这种情况通知测验对象(或者在没有人体运动信号输出的情况下,显示出装置已不再处于最大氧气吸收量估算模式的信息)。可采用从通报器207中发出声音通报的形式或同时采用显示和声音通报的形式完成这种通告。

[173] 用这种方式,可在测验对象开始跑步之后,每30秒执行一次计算显示处理。一旦在跑步期间建立起锻炼强度和脉博速率之间的直线关系,就可以根据锻炼强度和心脏脉博速率估算出最大氧气吸收量(VO2max/wt),并将其显示在显示器上。另一方面,如果没有建立起直线关系,就应提醒测验对象停止跑步。如果没有足够的数据能判断是否已建立起直线关系,则记录当前的锻炼强度和心脏脉博速率,并在下一次计算显示处理之前不再进行判断。

[174] 应注意的是,执行计算显示处理的时间间隔并不限于30秒。

[175] 1.2.4.加大锻炼强度通告装置

[176] 下面将借助图8来解释另一种中断处理,加大锻炼强度的通告处理。在加大锻炼强度的通告得处理中,在测验对象开始跑步后的固定间隔(例如120秒)内向测验对象发送在跑步期间加大锻炼强度的指令。

[177] CPU201检测测验对象是否已开始跑步(步骤S8),并许可执行中断处理(步骤S11)。当这种情况发生时,CPU将在固定的时间间隔内(例如120秒)进行如图8所示的加大锻炼强度通告处理。

[178] 首先,在步骤Sb1,CPU201通过用与上述步骤S9和Sa2相同的方式处理人体运动检测器104的人体运动信号来检测跑步的步频。

[179] 接着,在步骤Sb2,CPU201测定比在前一步中测到的步频快10%的步频,并控制通报器207根据这一步频产生例如10秒钟的嘟嘟声通报。这样,测验对象能够有参考地知道在跑步中各阶段加大锻炼强度的时刻和在下阶段跑步中步频加快的时刻。

[180] 用这种方式,在测验对象开始跑步之后,每120秒钟执行一次锻炼强度加大的通告处理,以提醒测验对象每次加大10%的锻炼强度。

[181] 就跑步中的锻炼强度而言,注意锻炼强度并不是在加大锻炼强度通告处理时得到的,而是在上述计算显示处理的步骤Sa2和Sa3中通过测量和计算得到的。因此,测验对象加大锻炼强度的量级并不是只为10%。换句话说,加大锻炼强度的通告只是一个目标。因此,测验对象可以把锻炼强度保持在恒定水平,或相反地,可以把锻炼强度减小到一定程度。此外,测验对象可以根据他自己的爱好改变锻炼强度。

[182] 此外,从达到目的的角度看,执行加大锻炼强度通告处理的间隔并不限于12秒。

[183] 1.3.具体操作

[184] 下面将说明该实施例中的具体操作。

[185] 测验对象操纵按钮开关513将装置主体500设置到估算最大氧气吸收量的模式。结果是,CPU201执行图6中所示的主程序。在显示器208上显示与当前设置的性别、体重和步距有关的信息(步骤S3)。如果显示的信息与测验对象的信息不同,测验对象可操作按钮开关514来选择修正的目标。然后,测验对象可利用开关511和512设置选定值,使这些值适合他。这样,便可以将该值设在RAM203中作为与测验对象有关的新信息(步骤S7)。另一方面,如果显示的信息是测验对象的信息,那么测验对象就不必在特定的时间周期内操作该装置,从而使真实信息能传递到装置主体500中。由此,可以把前面的信息作为与测验对象有关的信息预置在RAM203中(步骤S5)。用这种方式,可在RAM203中设定与测验对象有关的,例如性别等各种信息。结果,在把装置设到最大氧气吸收量估算模式的下一时刻,将再次读出和显示该信息,从而在每次将装置设到最大氧气吸收量估算模式时,使测验对象不必再次输入与其自身有关的信息。

[186] 只要在RAM203中设置了与测验对象有关的,诸如性别和类似的信息,在测验对象开始跑步时就会产生与跑步的步频相应的通报声音(步骤S10)。这样,测验对象就能够确认装置主体500已经开始检测跑步并且已启动估算处理。

[187] 当测验对象开始跑步时,在装置主体500中执行中断处理(步骤S11)。因此,每隔30秒和120秒便分别执行一次计算显示处理和加大锻炼强度通告处理。

[188] 开始跑步之后,测验对象以恒定的步频跑120秒,直到启动第一次加大锻炼强度通告处理为止。在这120秒内,执行4次计算显示处理。然而,由于锻炼强度不变,所以只得到一个锻炼强度-脉博速率对。因此,在这一时间内,不进行计算显示处理中步骤Sa6-Sa9的处理。

[189] 接着,由于测验对象已开始跑步,所以一旦超过120秒便执行第一次加大锻炼强度通告处理。结果,在表示步频增加10%的时间间隔内产生声音通报。根据通报声音,测验对象把步频提高10%,并尽量把该步频下的跑步维持120秒,直到开始执行第二次加大锻炼强度通告处理为止。在所述的120秒期间,进行4次计算显示处理。然而,当与在先前的处理中得到的锻炼强度-脉博速率对相结合而得到的锻炼强度-脉博速率对的数目不超过2。因此,在这个时间间隔内不执行计算显示处理中的步骤Sa6-Sa9。

[190] 当超过120秒时,由于已完成第一次加大锻炼强度的通告处理,所以开始执行第二次加大锻炼强度的通告处理。在与步频进一步增加10%相对应的时间间隔内产生声音通报。测验对象将步频增加10%,并尽量保持该步频下的跑步。

[191] 在这一时刻之后,当计算显示处理进行30秒时,可以看到因步频增加而引起的脉博速率变化已经进入了稳定状态。因此,当与先前得到的锻炼强度-脉博速率对组合时,得到的锻炼强度-脉博速率对为三对。所以,如果能在这些对之间建立直线关系,就可执行计算显示处理中的步骤Sa7-Sa9,并在显示器208上显示测验对象每单位体重的最大氧气吸收量(VO2max/wt)。这样,测验对象能够知道他自己每单位体重的最大氧气吸收量(VO2max/wt)。

[192] 在此后每30秒进行一次的每次计算显示处理时,显示器208上将显示测验对象每单位体重的最大氧气吸收量。然而,显示的最大氧气吸收量(VO2max/wt)应不会有很大改变。也就是说,在通过训练改善最大氧气吸收量(VO2max/wt)的同时,它基本上是对每个个体的一个值。

[193] 由于每120秒执行一次加大锻炼强度通告处理,所以在相应于步频增加10%的间隔内产生声音通报。测验对象把步频加快10%,并尽量保持这一水平的跑步。然而,步频分阶段增加的结果是锻炼强度和心脏脉博速率在步频变化时刻可能会偏离先前获得的锻炼强度和心脏速率之间的直线关系。出现这种情况时,意味着已经超过心脏速率转折点HRtp。所以在这种情况下,作为在所述时刻进行计算显示处理的结果是在显示器208上显示停止跑步的指令(步骤Sa10)。此后,不允许进行中断处理(步骤Sa11),并终止最大氧气吸收量估算模式的操作。从而结束该实施例的操作。

[194] 本实施例的结果是,测验对象可以只通过根据他自己的爱好选择的跑步来获知自己的最大氧气吸收量,而不受大型设备的限制。所以,测验对象可极容易地对他自己的体力能力有一个客观的评价,从而确定训练效果。

[195] 在前面的实施例中,脉动波检测器101由蓝光LED和光接收元件构成,该检测器被设计来检测由毛细血管中血红蛋白反射作为脉动波形的光。然而,本发明并不限于此。例如,还可以使用压电测微器来构成脉动波检测器101。然而,在使用压电测微器的情况下,要同时检测伴随脉动波的振动和伴随人体运动的振动分量。结果,需要进行从来自压电测微器的输出信号分量中减去来自人体运动检测器104的人体运动信号的处理,从而可以得到仅伴随纯脉动波的振动分量。

[196] 在上述实施例中,利用FFT处理从人体运动信号中得到脉动波信号或得到心脏脉博速率或步频。然而,本发明并不限于此。还可以考虑采用MEM分析、子波分析等。此外,还可以采用简单的峰值检测。

[197] 在前面的实施例中,将步距值直接输入到装置主体500中。然而,也可以考虑将其设计成输入身高的形式。然后通过将输入的身高值与固定的系数相乘或是根据把输入的身高和体重作为自变量构成的函数而间接获得步距。随后将该步距值设定在RAM203中,以便可在获取锻炼强度值时使用。

[198] 2.实施例2

[199] 下面将解释本发明的第二实施例。

[200] 虽然存在个体之间的微小差异,但是通常认为跑步的步频加快时,步距变小。然而,在第一实施例中,由于是不加修改地使用设置在RAM203中的步距值,所以尽管存在步频加快的事实,但使用的步距值却是常数。也就是说,第一实施例并没有考虑跑步过程中的这一特性。

[201] 因此,从这一角度上看,第一实施例存在的缺陷是在步骤Sa3中得到的锻炼强度不精确。

[202] 所以,在第二实施例中,预先制成并存储了表示步频和步距修正系数间关系的图表。当在跑步中步频发生变化时,读出与变化的步频相应的步距修正系数,并将其乘以设在RAM203中的步距,从而校正与上述步频相应的步距。由此,在第二实施例中克服了第一实施例中存在的缺陷。

[203] 因而,按照第二实施例所述的最大氧气吸收量估算装置的结构不必在图1和2所示第一实施例的最大氧气吸收量估算装置中添加任何实质性部件。而只需在RAM203中设置一个表示步频和步距修正系数间关系的图表。如图9中的实线所示,在该图表中,随着步频的加快,步距修正系数变得略小于1。要注意的是,标准步频是在跑步期间步距等于输入的步距(标准的步距)时的步频。

[204] 可以看到,对于每个测验对象来说,步频和步距修正系数之间的关系变化很大。因此,需要对图9中实线所示的关系进行编辑使之与测验对象的个体特性相匹配,由此得到了在用同一图中虚线所示的关系。

[205] 下面将详细说明。首先,在按阶段将步频加快,例如10%之后,由测验对象测量相对于标准步频的步距,并确定测得的步距相对于标准步距的比例。其次,测验对象利用按钮开关511-514把这一比例和相对于标准步频的比例输入到装置主体500中。

[206] 完成这一操作之后,CPU201执行下列操作。即,CPU201标绘输入的比 例和步距比例,并在这些标绘点之间进行内插处理以获得图9中虚线所示的特性曲线。然后将其绘制成图表并存储到RAM203的特定区域中。

[207] 当测验对象处于跑步状态,和在步骤Sa3中计算锻炼强度时,CPU201首先确定在前一步骤Sa2中测得的步频相对于标准步频的比例,其次,从上述图表中读取与该比例相应的步距修正系数。第三,CPU201把从RAM203中读出的标准步距值乘以上述系数,以便校正步距使其与跑步的步频相匹配。第四,CPU201在计算锻炼强度时使用了修正后的步距。

[208] 所以,在第二实施例中,既使在跑步期间加快步频也可以对步距进行校正。此外,由于这种校正与每个具体测验对象的特性相匹配,所以可以更精确地得到最大氧气吸收量(VO2max/wt)。

[209] 3.实施例3

[210] 现在将解释本发明的第三实施例。

[211] 跑步时,不需要把活动范围限制在平坦的道路上。而是可以在通常具有一些斜坡的普通道路上。在跑步过程中出现斜坡的情况下,当在上坡的路上跑动时,步距将变得较短,而在下坡的路上跑动时,步距将变得较长(然而,在跑马拉松的人中,这种关系要反过来)。

[212] 因此,当在斜坡上跑动时,既使是步频不变,步距也将改变。所以,锻炼强度发生变化。然而,在上述第一实施例中,使用的是设在RAM203中的步距值。而且,如果步频不变,那么既使是出现了斜坡,锻炼强度也是根据不变的步频值计算的。

[213] 所以第一实施例的缺点在于在步骤Sa3中得到的锻炼强度不精确。

[214] 因此,在第三实施例中,要知道跑步时的斜坡坡度,并根据该坡度来校正步距。从而,解决了第一实施例中遇到的问题。

[215] 图10是表示第三实施例所述最大氧气吸收量估算装置电子结构的方框图。该图中示出的结构与图2所示第一实施例的结构之不同点在于设置了高度计210。装在装置主体500内部的高度计210根据空气压差得出高度差。

[216] 如果在计算显示处理过程中执行获取高度差的处理,则处理间隔为30秒。因此,可在此时间间隔内得到跑步期间的高度差。

[217] 此外,在本发明的第三实施例中,RAM203内设有具有图11所示特征的步距系数图表。

[218] 如图表中的实线所示,当坡度为(+),即上坡时,随着坡度变大,步距修正系数逐渐小于[1]。相反,当坡度为(-),即下坡时,随着坡度变大,步距修正系数逐渐大于[1]。

[219] 正如在第二实施例中那样,对测验对象个体而言,坡度和步距修正系数之间的关系变化很大。所以需要对图中实线所示的关系进行编辑使之与各测验对象的特性相匹配,从而使所述关系变成由图中虚线表示的关系。

[220] 下面将详细说明该过程。首先,测验对象在有坡度的路上跑动,并在确定坡度的同时确定跑步时的步距与标准步距的比例。最好是采用几个而不是一个坡度-步距对。其次,测验对象用按钮开关511-514把获得的坡度和步距比例输入到装置主体500中。

[221] 结果,CPU201进行下列操作。即,CPU201标绘出输入的坡度和步距比例,并在这些标绘点之间进行内插处理以获得例如由图11中虚线表示的特性曲线。然后把该曲线绘制成图表和将其存储在RAM203的特定区域中。

[222] 当测验对象跑步时,作为中断处理过程执行的计算显示处理流程示于图12中。如该图所示,第三实施例中的计算显示处理是在图7所示的处理过程中的前一步骤Sa2之后添加了步骤Sa101-Sa103。

[223] 也就是就,在步骤Sa2中测出跑步时的步频后,在步骤Sa102中,CPU201获得与高度计210测得的高度差有关的信息。CPU201将该信息存储在RAM203中,而且在步骤Sa103中,根据得到的信息判断是否存在高度差。

[224] 如果在这个点上没有出现高度差,或更具体地说,如果在先前和目前执行计算显示处理之间完成的跑步过程中没有出现高度差,则表示测验对象是在平坦道路上进行跑步。因此,计算锻炼强度时可以使用RAM203中设定的标准步距,而不需对其进行修正(步骤Sa3)。

[225] 另一方面,如果出现高度差,则在步骤Sa103中,CPU201首先根据上述高度差和30秒内的跑步距离来确定坡度。第二,通过从图表中读出坡度值得出与该坡度值相应的步距修正系数。第三,把从RAM203中读出的标准步距乘以修正系数,以便校正步距使之与坡度相适应。所以,如果在跑步期间出现高度差,那么CPU201将校正RAM203中设定的标准步距,并利用校正的步距计算锻炼强度(步骤Sa3)。

[226] 因此,在第三实施例中是根据跑步期间的坡度来修正步距的。而且,这种修正与测验对象的个体特性相匹配,从而能够更精确地得到最大氧气吸收量(VO2max/wt)。

[227] 注意在不考虑因坡度而引起步距变化的情况下,也可根据测验对象随高度变化而产生的势能变化得到锻炼强度。换句话说,可以提供这样一种设计,即,可以把用从高度计210中得到的高度差和RAM203中设定的测验对象体重的乘积描述的势能与得到的锻炼强度相加或从其中减去(上坡时相加,下坡时相减)。

[228] 此外,通过把第二和三实施例相组合能够更精确地获得最大氧气吸收量(VO2max/wt)。即,如果将RAM203中设定的步距修正成使之与步频和坡度相匹配,那么就能更精确地得到最大氧气吸收量(VO2max/wt)。

[229] 4.实施例4

[230] 4.1.基本结构和操作

[231] 下面将参照附图说明本发明的第四实施例。

[232] 图13是表示按照本发明第四实施例所述锻炼测验辅助装置结构实例的方框图。

[233] 在该图中,微计算机1由CPU(中央处理单元)和它的外部电路构成。微计算机1控制装置的所有部分,并确定脉动速率的上极限值UL和下限值LL。

[234] 输入端7设有用来选择各种模式的模式开关M,用于改变设定值的上开关U和下开关D,和用于决定设定值的设定开关S。

[235] 显示器8由液晶显示器构成,并显示由微计算机1确定的上限值UL和下限值LL。

[236] 脉动速率图表记录器9由ROM(只读存储器)构成,其存储下面所示的脉动速率表。

[237] 图14是表示脉动速率表的一个例子的示范性示图。

[238] 如图中所示,该脉动速率表为每个VO2max存储了与该VO2max相对应的脉动速率。

[239] 在图中,VO2max是在给定个体处于最大锻炼强度时刻的最大氧气吸收量。在VO2max为例如40[ml/kg/min]的锻炼中,用VO2max表示最大氧气吸收量,以及锻炼强度。

[240] 在该图中,与每个VO2max相应的脉动速率表示当一个VO2max是上述值的正常人以对应于50%VO2max的强度锻炼时的脉动速率。

[241] 应该注意到,有两种脉动速率图表记录在脉动速率表记录器9中(即,男性和女性)。图14所示的图表是为男性设置的。

[242] 现在将解释具有上述结构的锻炼测验辅助装置的工作情况。

[243] 使用者可以预先利用第一到第三实施例说明的方法或借助于传统的间接方法估算他自己的VO2max。在这种情况下,有一种有效的间接方法,该方法是根据在最大锻炼强度下的心脏速率和功率来估算VO2max/wt(参见Holen-No-Kagaku(健康科学),Vol.32,No.3,1990.)。

[244] 接着,使用者接通装置的电源并按下模式开关M(参见图13),由此把显示器8上的显示变成图15(a)所示的状态。

[245] 在这种状态下,当使用者每按下上开关U(或下开关D)一次,显示器8上的显示就从1(男性)变为2(女性),或从2(女性)变为1(男性)。在用这种方式使显示状态与他或她的性别相匹配之后,使用者可以通过按下设定开关S输入上述值。作为这种情况下的一个实例,其输入的是1(男性)。

[246] 输入使用者的性别之后,微计算机1从存储在脉动速率图表记录器9内的两种脉动速率图表中读取与输入的性别相应的脉动速率表。由于在本例中输入的是1(男性),所以微计算机1读取男性脉动速率图表(参见图14)。

[247] 然后,使用者按下模式开关M,把显示器8上的显示变成图15(b)所示的状态。

[248] 在这种状态下,当使用者连续按动上开关U时显示器8便递增计数,而当使用者连续按压下开关D时显示器8便递减计数。只要使用者使显示状态与他自己的VO2max相匹配,那么他可以通过压下设定开关S输入该值。作为这种情况的一个例子,输入的是40。

[249] 一旦输入了VO2max,微计算机1便从上面读出的脉动速率图表(参见图14)中读取与该VO2max相应的脉动速率。在此,由于输入的是40,所以微计算机1读出与上述值40相应的值125。

[250] 接着,微计算机1通过将读出的脉动速率乘以特定的上限值系数1.2(即120%)便可以确定脉动速率的上限值UL。在该实例中,由于上述脉动速率是125,所以上限值为150。

[251] 相似地,微计算机1通过把在上面读出的脉动速率乘以特定的下限值系数0.8(即80%)便可以确定脉动速率的下限值LL。在该实例中,由于上述脉动速率是125,所以下限值为100。

[252] 最后,微计算机1把上限值UL和下限值LL送到显示器8并在其上进行显示。

[253] 4.2.步频指示器的应用实例

[254] 下面将对在步频指示器中使用该装置的应用实例进行说明。

[255] 4.2.1.整体结构

[256] 下面将参照附图对使用该装置的步频指示器的结构进行说明。图16是上述步频指示器的外观斜视图。

[257] 在该图中,借助表带12将装置的主体14固定在使用者的手腕上。

[258] 下面将要解释的脉动波传感器301(参见图19)和人体运动传感器302(参见图19)是通过指带15固定到手指上的。

[259] 另外,图17是表示上述步频指示器中电子结构实例的方框图。

[260] 在该图中,上下极限值设定元件21是根据本发明所述的装置,该装置的部件、基本结构和工作情况已在上面进行了描述。上下极限值设定元件21确定脉动速率的上极限值UL和下极限值LL,并输出这些极限值。

[261] 脉动速率/步频检测器22检测使用者在锻炼期间的步频和脉博,并输出显示这些值的步频检测信号PS和脉博检测信号BS。脉动/步频检测器22的结构和工作情况将在下面的(2)脉动/步频检测器一节中详细讨论。

[262] 上下极限值比较元件23检测从脉动/步频检测器22输出且用脉动检测信号B表示的脉动是否超出下限值LL或上限值UL。把表示这种状态的信号SS输出到步频信号发生器24。

[263] 步频信号发生器24是一个能根据从脉动/步频检测器22输出的步频检测信号PS和从上下极限比较元件23输出的信号SS形成步频控制信号PCS的电路。该电路的结构例如可如图18所示。

[264] 在图18中,初始步频设定元件33是一个电路,该电路根据信号SS检测使用者的脉动速率超过下限值LL的时刻,并向控制器34输出信号Sa。

[265] 当收到信号Sa时,控制器34输出使用者的步频,该步频是用产生步频控制信号PCS时的步频检测信号PS表示的。

[266] 控制器34检查在信号Sa已输出之后的随后信号SS。如果发现使用音的脉动速率低于下限值LL,则控制器34需要调整步频控制信号PCS,以便使步频以固定的速率加快,直到使用者的脉动速率再次大于下限值为止。

[267] 此外,控制器34检查在信号Sa后输出的信号SS。当发现使用者的脉动速率高于上限值UL时,控制器34将调节步频控制信号PSC,以便使步频以固定的速率放慢,直到脉动速率再次低于上限值UL。

[268] 止动控制元件35是一个用于比较步频控制信号PCS和步频检测信号PS的电路。当在固定的时间周期内两个信号相等时(或当它们几乎相同时),止动控制元件35停止输出步频控制信号PCS,而当两个信号不同时,止动控制元件将再度输出步频控制信号PCS。然而,当改变(加快或放慢)步频时,不管止动控制器35的工作情况如何,控制器34都将连续输出步频控制信号PCS。

[269] 上面已对步频信号发生器24的结构和详细的工作过程进行了描述。然而,本发明并不限于此,只要能进行相同的处理,也可以采用其它结构。因此,借助于软件也能够实现前面的效果。

[270] 此外,图17中所示的声音释放器25由例如压电蜂鸣器和它的驱动电路构成并且在出现某个步频时根据步频控制信号PCS发出嘟嘟声。当没有步频控制信号PCS输出时,声音释放器处于停机状态。

[271] 显示器26由液晶显示器构成。如图16所示,显示器26显示用数字值形式的步频控制信号PCS表示的步频,并根据该步频接通和关闭指示器MK。此外,显示器26根据从脉动/步频检测器22输出的脉动检测信号BS显示脉动速率。当借助于上下极限值设定元件21的模式开关M(参见图13)改变显示模式时,显示器26将显示上极限值UL和下极限值LL(图中未示出)。

[272] 4.2.2.脉动/步频检测器

[273] 现在将参照附图解释脉动/步频检测器22的结构和工作情况。

[274] 图19是表示脉动/步频检测器22的结构实例的方框图。

[275] 在该图中,脉动波传感器301检测人体的脉动波,并将测到的脉动波信号输出到脉动波信号放大电路303。脉动波传感器301例如可以是压电式测微器。

[276] 人体运动传感器302检测人体的运动,并将测到的人体运动信号输出到人体运动信号放大电路304。人体运动传感器302例如可以是一个加速度传感器。

[277] 脉动波信号放大电路303把测到的脉动波信号放大,并把该信号输出到A/D转换电路305和脉动波形整形电路306。

[278] 人体运动信号放大电路304将测到的人体运动信号放大,并把该信号输出到A/D转换电路305和人体运动波形整形电路307。

[279] A/D转换电路305把放大的脉动波信号和人体运动信号从模拟信号转换成数字信号,并将转换结果输出到CPU308。

[280] 脉动波整形电路306对放大的脉动波信号进行整形,并将整形后的信号输出到CPU308。

[281] 人体运动波形整形电路307对放大的人体运动信号进行整形,并将整形后的信号送到CPU308。

[282] 图20是表示脉动/步频检测器22中处理顺序的流程图。

[283] 在该图的步骤SF1中,检测脉动波,将脉动波信号放大,并将放大后的脉动波信号从模拟信号转换成数字信号。

[284] 在步骤SF2,检测人体运动,并将该人体运动信号放大和将放大的人体运动信号从模拟信号转换成数字信号。

[285] 在步骤SF3,对经过模/数转换的脉动波信号和人体运动信号进行FFT处理。

[286] 在步骤SF4,根据经FFT处理的脉动波信号和人体运动信号提取脉动频率分量。

[287] 在步骤SF5,根据提取的脉动频率分量计算脉动速率。

[288] 在本说明书中使用的脉动频率定义为在从对脉动波信号进行FFT处理得到的结果中除去与人体运动信号相应的频率分量后获得的脉动频率分量。

[289] 4.2.2.1.对提取的脉动频率分量的处理原则

[290] 在上述步骤SF4中提取脉动频率分量。现在将解释这一操作的原理。

[291] 图21A表示把频率fA和fB(然而,在此,频率fB的幅值是频率fA的1/2)相加后得到的信号。图21B一个示图,其表示在对相加的信号进行FFT处理后得到的结果。

[292] 按照分析时间的倒数确定从FFT处理结果中得到的最低频率。例如,如果分析时间是16秒,那么谱线是1/16秒。换句话说,得到的分辨率是62.5毫秒。而且,把接受分析的信号解析成谐波分量,所述分量是16Hz的整数倍。各谐波分量的量值(能量)是沿纵轴表示的。图21B表示频率fB的能量是频率fA的一半。

[293] 图22A是表示在锻炼期间对从脉动波传感器301和人体运动传器302输出的信号进行FFT处理之后得到的结果实例图。图22A表示对从脉动波传感器301输出的信号进行FFT处理之后得到的结果(脉动波谱fmg);图22B表示对从人体运动传感器302输出的信号进行FFT处理之后得到的结果(人体运动谱fsg);图22C表示从脉动波谱fmg中减去人体运动谱fsg之后得到的脉动谱fM。

[294] 如这些图中所示,脉动频率分量和从通过人体运动产生的信号中得到的频率分量均示于图22A中。

[295] 相反,由于人体运动传感器302只对应于人体的运动状态,所以在图22B中只有从因人体运动产生的信号中得到的频率分量。

[296] 因此,将人体运动谱fsg从脉动波谱fmg中减去,而用剩余谱线中的最大谱线fM表示脉动频率分量。

[297] 如图20所示,在步骤SF5中根据该脉动频率分量计算脉动速率。

[298] 然而,由于谐波信号的影响,实际上很难用简单地取其差值的方法对从这些传感器输出的波形进行频率分析。所以,下面将更详细地解释确定脉动波的方法。

[299] 首先,我们将考虑分析的频率范围。通常,人体运动的频率是1-2Hz。所以,如果fmax=4Hz,那么用三次谐波进行检测就足够了。

[300] 在该实施例中,提取2-4Hz频率范围内最大的人体运动分量,并假设其中的最大分量是人体运动分量的二次谐波。下面将说明作这种假设的理由。

[301] 图23表示对人体运动传感器302的输出信号进行FFT处理之后得到结果。通常,当锻炼时,特别是当跑步时,如图23所示,二次谐波的能量高于基波(例如,在正常跑步的情况下,增加3-10倍)。在使用者跑步时,如果要分析由人体运动传感器302检测的因素可以考虑以下三点。即,

[302] 1.跑步期间的上、下运动

[303] 2.手臂摆动的基波

[304] 3.手臂摆动的二次谐波

[305] 就(1)而言,当右脚迈出一步和左脚迈出一步时,上、下运动是均匀出现的,所以该运动便成为人体运动分量的二次谐波。

[306] 就(2)而言,其表示的是摆动,其中手臂的前后摆动构成了一个周期。然而,一般说来,虽然该分量的能量较弱,但在跑步期间很难把手臂的摆动转换成平滑的摆动。

[307] 就(3)而言,由于在手臂瞬间向前和向后摆动时产生加速度,所以出现的二次谐波比基波强得多。

[308] 所以,在人体运动的频率内,可以获得有特性的二次谐波分量。

[309] 在常规跑步的情况下,给定的范围是2-4Hz,不管跑步的步速是慢还是快该范围都能够覆盖二次谐波出现的区域。所以在用该方式限制了所述区域之后,通过提取特征二次谐波分量,就能够提高检测的精度。

[310] 4.2.2.2.提取脉动频率分量的详细过程

[311] 图24是处理方法的流程图,所述方法用于在确定了人体运动信号的谐波之后而确定脉动波分量。

[312] 在步骤SD1中,CPU308根据对人体运动信号进行频率分析的结果确定能量P为最大时的谱线fs。

[313] 在步骤SD2中,CPU308判断在频率为二分之一fs频率的位置上是否存在高于给定固定值Th的人体运动分量P(fs/2)。

[314] 当判断的结果是YES时,即,当存在高于给定固定值Th的人体运动分量P(fs/2)时,处理过程进到步骤SD3。

[315] 在步骤SD3中,把频率fs确定为二次谐波(HMC=2)。

[316] 当步骤SD2中中判断结果是NO时,即,当不存在高于给定固定值Th的人体运动分量P(fs/2)时,处理过程进到步骤SD4。

[317] 在步骤SD4中,CPU308判断在频率为三分之一fs频率处是否存在高于给定固定值Th的人体运动分量P(fs/3)。

[318] 当判断结果是YES时,即,当存在高于给定固定值Th的人体运动分量P(fs/3)时,处理过程转向步骤SD5。

[319] 在步骤SD5中,CPU308把频率fs确定为三次谐波(HMC=3)。

[320] 当步骤SD4中的判断结果是NO时,即,当不存在高于给定固定值Th的人体运动分量P(fs/3)时,CPU把频率fs指定为基波频率fs1。

[321] 作为前面处理的结果,可以确定谐波的频率是频率fs,所以在步骤SD7中,得到人体运动的基波fs1。

[322] 在步骤SD8-SD11中,利用脉动波的频率分析结果,对从具有最大能量P的谱线开始按顺序排列的谱线中的频率fm和人体运动频率进行比较。通过这种方式,可以检查所述频率是否与人体运动信号的基波(fs1),二次谐波(2×fs1),或三次谐波(3×fs1)相一致。

[323] 作为这一处理的结果,在步骤SD12中,可以提取与人体运动分量不一致的最大脉动波频率分量fm。

[324] 以上描述脉动/步频检测器22的结构和工作情况。

[325] 4.2.3.工作情况

[326] 下面将参照附图解释步频指示器的工作情况。

[327] 首先,由图17中所示的上下极限设定元件21(即,本发明所述的锻炼测验辅助装置)借助于在上文中以“基本结构和工作情况”为题的部份描述的处理过程确定脉动速率的上限值UL和下限值LL。

[328] 接着,把图16中所示的手指带15固定到手指上,并从例如图27中所示的时刻t1开始跑步。

[329] 结果,图17中所示的脉动/步频检测器22通过上述(2)脉动/步频检测器中描述的处理过程检测使用者的脉动和步频情况,并输出表示这些值的脉动检测信号BS和步频检测信号PS。

[330] 上下极限值比较元件23把脉动检测信号BS与上限值UL和下限值LL进行比较,并输出与比较结果相应的信号SS。

[331] 在这种情况下,如图27所示,当使用者刚开始跑步时,他的脉博不会是下限值LL。因此,初始步频设定元件33(见图18)不输出信号Sa,控制器34也不进行初始步频设定。所以不产生步频控制信号PCS,声音释放器25不产生步频的声提示。

[332] 随后,使用者完成热身并逐渐加快步频。锻炼强度随步频的加快而增大,所以脉动速率增加。

[333] 在图27中所示的时刻t2,用脉动检测信号BS表示的脉动速率超过下限值LL。由上下极限值比较元件23输出的信号SS显示[超出下限值],而初始步频设定元件33(见图18)输出信号Sa。

[334] 当输出信号Sa时,控制器34修正由步频检测信号PS指示的使用者的步频,并将其作为初始步频。步频控制信号PCS响应该步频产生输出信号。

[335] 结果,当步频与步频控制信号PCS相应时(例如,如图27所示,在当前时刻使用者的步频,或160步/分),声音释放器25将产生步频的声提示。换句话说,当使用者的脉动超过下限值LL时,产生第一时刻的步频声。而且,声音释放时的间隔相当于使用者在该时刻的步频。

[336] 此外,当使用者的步频和声音释放器25产生的步频相等,而且相等的持续时间超出特定时间周期时,止动控制器35(见图18)向控制器34输出控制信号。这样,便可中止步频控制信号PCS,并使声音释放器25停止输出步频声。所以,声音释放器25只在图27所示的时刻t2-时刻T1进行步频声的释放。

[337] 在时刻T1过后切断步频声的原因如下。即,使用者进入稳定跑步状态时的步频通常是不变的,所以在没有任何特别原因的情况下,既使是不提供步频声或其它指令,跑步也会以几乎均匀的步频进行。所以,不必提供不需要的步频指令,由此可降低能量消耗。

[338] 接着,如图27所示,以初始步频跑步的使用者的脉动加快。当在时刻t3脉动超过上限值UL时,从上下极限值比较元件23输出的信号SS显示为[超出上限值]。控制器34(见图18)调整步频控制信号PCS以便使步频以固定速率下降直到使用者的脉动降到上限值UL以下。

[339] 当步频改变时,控制器34再次输出步频控制信号PCS,同时从声音释放器25中输出步频声。需要让使用者知道步频的变化。

[340] 在时刻t4,使用者的脉动降到上限值UL以下,控制器34停止对步频控制信号PCS的调整。因此,控制器3 4的设定步频固定在前一时刻t4的步频上(145步/分)。当变化后的步频与使用者的步频在固定的时间周期内一致时,由止动控制器35检测这一情况,并再次停止输出步频控制信号PCS。

[341] 此后,当由于某些原因,例如身体状态发生变化而在时刻t5导致使用者的步频发生变化时,止动控制器35将检测到这一情况。而且,止动控制器35将向控制器34输出步频控制信号PCS。由此,声音释放器25将再次释放步频声,让使用者根据步频声改变他的跑步步频。当使用者的步频和控制器34的设定步频在固定的时间周期内一致时,通过止动控制器35来中止步频控制信号PCS的产生。使用者的脉动逐渐变缓,以致于在时刻t6降至例如下限值LL以下。由于从上下极限值比较元件23输出的信号SS显示出步频已降到下限值以下,所以控制器34要调整步频控制信号PCS以便使步频以固定的速率加快直到使用者的脉动超过下限值LL。

[342] 当步频改变时,控制器34再次输出步频控制信号PCS,并使声音释放器25输出步频声。在这种情况下,从脉动降至下限值LL以下的时刻t6到启动调整步频控制信号PCS的时刻t7之间存在微小的时间差。这是由于控制器34监视特定周期的信号SS。在该例的情况下,进行监视的时刻t7稍慢于时刻t6。但这并不是一个问题,因为为了向使用者发出步频指令已设定了足够早的时间。

[343] 在时刻T4过后,便中止从时刻t7产生的步频声。这是用与上述相同的方式在止动控制器35的控制下完成的。

[344] 到此已完成了对步频指示器工作情况的说明。

[345] 5.实施例5

[346] 5.1.实施例的结构

[347] 5.1.1.整体结构

[348] 下面将参照附图解释本发明的第五实施例。

[349] 图29表示本发明所述的便携式脉动波测量装置和用于对由该便携式脉动波测量装置测得的信息进行处理的数据处理装置。下文中将把这些装置统称为脉动波信息处理装置。图30是表示便携式脉动波测量装置使用方法的示范图。从这些图中可以看出,该实施例中的便携式装置采用的形式是固定到手腕上当作手表使用的脉动波测量装置。如图29中所示,脉动波信息处理装置1由固定到手腕上的脉动波测量装置1A和数据处理装置1B构成,数据处理装置1B在其自身和固定到手腕上的脉动波测量装置1A之间发送数据。

[350] 如上面所述,在固定于手腕上的脉动波测量装置1A上设有连接器70。在连接器70上固定有与数据处理装置1B通信的通信单元100。通信单元100利用光学信号在固定于手腕上的脉动波测量装置1A和数据处理装置1B之间发送数据。将通信单元100设计成使其可从固定于手腕上的脉动波测量装置1A自由拆卸的形式。如下面所述,可以在通信单元100的位置处将连接件80固定到连接器70上,通过电缆20把用于测量脉动波的传感器单元30设在连接件80的端部。

[351] 数据处理装置1B由装置主体2、显示器3、键盘4、打印机5等构成。除了下列几点之外,其构成方式与普通个人计算机相同。所以在此省略了对相同点的详细说明。也就是说,数据处理装置1B内部装有图中未示出的发送控制器和接收控制器,它们借助于光学信号发送和接收数据。发送控制器设有用于发送光信号的LED61,接收控制器设有用于接收光信号的光电晶体管62。LED61和光电晶体管62采用近红外线(例如,中心波长为940纳米),并通过能够遮住可见光的可见光截止滤波器63以及通过设在数据处理器1B前表面上用于进行光传输的通信窗6进行光传输。

[352] 此外,在图30中,固定于手腕上的脉动波测量装置1A大致上由具有手表结构的装置主体10、固定在装置主体10上的电缆20、设在电缆20端部上的传感器单元30构成。装置主体10上设有表带12,表带12从12点的位置开始缠绕在手腕上,并固定在6点的位置上。将装置主体10设计成能借助于表带12与使用者的手腕自由拆卸。传感器单元30上设有可把传感器固定到位的带状物40,带状物的宽度约为10毫米。将用于把传感器固定到位的带状物40戴在食指的根部和关节之间。

[353] 应注意到,当在手表表面上按照时间位置表示方向时,指的是装置主体上的方向,而并不意味着装置主体表面上的显示采用了表针的形式。

[354] 5.1.2.装置主体的结构

[355] 下面将参照图31说明图30中的其它部件,图30是固定于手腕上的脉动波测量装置1A中的主体平面图。

[356] 在图30中,装置主体10上设有树脂表壳11。表壳11的表面上形成有液晶显示装置13,其以数字的形式显示当前的时间和日期,以及脉动速率和其它脉动波信息。

[357] 对检测结果进行信号处理的数据处理器50装在用于根据传感器单元30测得的结果(即脉动波信号)显示脉动速率变化的表壳11内。在数据处理器50中也有表部件形成,所以可以在液晶显示器13上显示标准时间、跑一圈的时间、冲刺时间等。

[358] 按钮开关111-1115是紧靠在表壳11的外周边上形成的,其用于改变各种模式,例如时间设定模式、显示模式、脉动波测量模式、停表模式、数据传输模式等,而按钮开关116-117(未在图30中示出)则形成在表壳11的表面上。

[359] 如图31中点划线所示,表壳11中装有扁平的成形电池590,其作为固定于手腕上的脉动波测量装置1A的电源。电缆20把电能从电池送到传感器单元30,和把传感器单元30测得的结果输入到表壳11内部的数据处理器50。表壳11在水平方向上较长。采用这个特征是为了将电池590和蜂鸣器的扁平压电元件580彼此相邻地设置在表壳11内的平面方向上。这样可以使得装置主体10更薄。

[360] 5.1.3.传感器单元的结构

[361] 如图30所示,传感器单元30由把传感器固定到位的带状物40和光学单元300构成。用于把传感器固定到位的带状物40由柔性的不透明树脂模制材料构成。可以把用于固定传感器就位且缠绕成环形的带状物40拉开或缠绕到手指的指根上。当手松开时,用于把传感器固定到位的带状物40靠其自身的恢复力紧紧地缠绕在手指的根部。用于把传感器固定到位的的带状物40的中部区域较厚,在此处形成一个用于容纳光学单元300的孔41。

[362] 此外,在图32中,后盖3021盖住光学单元300的传感器支架3011作为一个外壳,从而使内部区域形成部件容纳空间。在传感器支架3011的上部用玻璃板3041(滤波器)构成光透明窗。在传感器支架3011的内部固定着与玻璃板3041相对的电路板3051。测量脉动波用的电子部件例如LED31、测量脉动波用的光电晶体管32、晶体管(未示出)等均安装在电路板3051上。用于测量脉动波的LED31的光发射表面和测量脉动波用的光电晶体管32的光接收表面朝向玻璃板3041的方向。

[363] 就光传感器300而言,当把用于固定传感器到位的带状物40固定到手指的指根上从而使玻璃板3041固定在把传感器固定到位的带状物40的内侧上时,测量脉动波用的LED31的光发射表面和测量脉动波用的光电晶体管32的光接收表面都朝向手指的表面。所以,当从测量脉动波用的LED31发出的光照向手指时,测量脉动波用的光电晶体管32接收由手指中的血管反射的光。接收到的光(即脉动波信号)最终从光学单元300通过电缆20输入到装置主体10。

[364] 传感器单元30包括测量脉动波用的LED31和测量脉动波用的光电晶体管32,其中LED31发射的光波长范围是350-600纳米,而光电晶体管接收的光波长范围是300-600纳米。根据对两范围之间的重叠区即约300-600纳米的检测结果来显示生理信息。在有外部光的情况下,很难使波长范围低于700纳米的光穿过手指。所以,既使是外部光照射到未被固定传感器就位的带状物40盖住的手指部分,并如图中虚线X所示用手指作为光导,也不会到达测量脉动波用的光电晶体管32。相反,只有在不受用手指作光导的检测过程影响的波长范围内的光才能到达光电晶体管32。在300纳米或更小波长范围内的光几乎全部被皮肤表面吸收。因此,既使是将接收光的波长范围设定为700纳米或更小,接收光的实际波长范围也是300-700纳米。所以,可以在不完全盖住手指而是只盖住手指的极小区域的情况下抑制外部光的影响。此外,如果在该实施例中使用便携式传感器单元,本发明所述装置将不会妨碍跑步,因为当把装置固定到手指的指根上时该装置将会被跑步者握在手中。

[365] 如图中的箭头C所示,从测量脉动波用的LED31发出的一部分光通过手指到达血管。由血管中的血红蛋白反射的光如箭头D所示到达测量脉动波用的光电晶体管32。沿着该光路接收的光量是由人体反射的光量。此外,如箭头E所示,从测量脉动波用的LED31发出的部分光被手指的表面反射,并到达光电晶体管32。沿该光路接收的光量是由皮肤反射的光量。由测量脉动波用的LED31发射的部分光和由血管反射的部分光如箭头F、G所示在手指的内部吸收或散射,而且其并不到达测量脉动波用的光电晶体管32。

[366] 5.1.4.数据处理器的结构

[367] 根据上述脉动波信号在装置主体10中得到脉动速率。图33是表示在表壳11内部形成的数据处理器50部分功能的方框图。在该图中,脉动波信号转换器51把从传感器单元30通过电缆20输入的信号转换成数字信号,并把该数字信号输出到脉动波信号记录器52。脉动波信号记录器52是一个用于存储数字化脉动波数据的RAM(随机存取存储器)。脉动波信号计算器53读取存储在脉动波信号记录器52中的脉动波数据,并把频率分析后得到的结果输入到脉动波分量提取器54。该脉动波分量提取器54从来自脉动波信号计算器53的输出信号中提取脉动波分量,并把提取的信号输出到脉动速率计算器55。脉动速率计算器55根据输入脉动波的频率分量计算脉动速率,并把计算结果输出到液晶显示装置13。

[368] 在数据处理器50上还形成有数据记录器56,它用于存储由脉动速率计算器55得到的脉动波信息、与该脉动波信息相应的时间数据、利用固定于手腕上的脉动波测量装置1A的手表功能测到的在马拉松期间冲刺或跑一圈的时间。

[369] 在把固定于手腕上的脉动波测量装置1A设到数据传输模式的情况下,通过下列部件的功能,可以在连接件80的位置处把通信单元100安装到连接器70上。即,数据输出控制器57通过通信单元100以光信号的形式把存储在数据记录器56中的脉动波信息和时间数据输出到数据处理器1B。数据输入控制器58通过通信单元100接收从数据处理器1B发出的光学信号,并把该信号存储在数据记录器56中。

[370] 5.1.5.连接器的结构

[371] 为了在正常活动期间可以将固定于手腕上的脉动波测量装置1A作为普通手表使用,所以将图29中所示的连接件80和通信单元100设计成使其能从位于装置主体6点钟位置处的边缘表面脱离。通过把连接器70定位在6点钟位置处,可以把连接器设在手表的侧面上,当把装置主体10固定到手腕上时所述侧面靠近使用者的身体。这样便于使用者操作。此外,由于连接器70不会从手表式装置主体10的3点钟一侧向外伸出,所以在锻炼期间使用者能够自由地移动他的手表。既使是使用者在锻炼期间跌倒手背也不会碰到连接器70。

[372] 图34表示连接器70和连接件80或通信单元100之间的电性连接。该图表示连接件80一侧的传感器电路上的电极和连接器70上的端子的结合情况,其中的端子用于与传感器电路一起进行信号的输入和输出。图中示出的是连接器70和连接件80相联接的情况,然而这与在连接件80的位置上联接通信单元100的情况完全相同。

[373] 在图34中,端子751-756形成在连接器70上。电极831-836与上述端子相应地形成在连接件80上。端子752是正极端子,它通过电极832向测量脉动波用的LED31提供驱动电压VDD,端子753是负极端子,它通过电极833对测量脉动波用的LED31起作用。端子754通过电极834向用于测量脉动波的光电晶体管32的集电极一端提供恒定的驱动电压。

[374] 来自测量脉动波用的光电晶体管32发射极一端的信号通过电极831输入端子751。用于检测连接件80是否固定在连接器70上的信号通过电极835输入到端子755。电极836在传感器单元30处通过人体接地,从而当端子751和电极836电性连接时,电极831-834获得和使用VDD时的地线效果一样的屏蔽。

[375] 将电容器C1和开关SW1插在连接件80一侧上测量脉动波用的LED31的端子之间(电极832、833之间)。开关SW1与电容器C1相连并与测量脉动波用的LED31相并联,而且当把连接件80从连接器70上取下时,开关SW1闭合,而当将连接件80装到连接器70上时,开关SW1断开。

[376] 同样,将电容器C2和开关SW2引入测量脉动波用的光电晶体管32的端子之间(电极8311、834之间)。开关SW2与电容器C2相连并与测量脉动波用的光电晶体管32相并联,而且,当将连接件80从连接器70上取下时,开关SW2闭合,而当把连接件80装到连接器70上时,开关SW2断开。

[377] 5.1.6.连接件的结构

[378] 下面将描述连接器70和连接件80的结构。图35是表示连接件80结构的放大图。图36是连接器70的放大图。

[379] 在图35中,在连接件80底表面801的两侧形成有一对向下方延伸的突起81、82。四个互锁件811、812、821、822在突起81、82的底端向内伸出。两个可控销柱857、858形成在底表面80上,用于在将电缆20与装置主体10相连时,使阻止静电影响的电路转换(如上所述)。当连接件80与连接器70脱离时,这些可控销柱的端部从连接件80的底表面810向外伸出。

[380] 在连接件80的底表面801上形成六个电极831-836。围绕电极的外周形成环形凸起物841-846。正如下面将要解释的,当把连接件80装到连接器70上时,在用连接件80盖住连接器70后,使连接件80沿箭头Q的方向滑动。电极831-836是沿滑动方向(即,箭头Q所示的方向)形成的两排电极831-833和834-836。在两排电极的情况下,将每个电极相对设置,使它们与垂直于连接件80滑动方向的方向偏离。

[381] 5.1.7.连接器的结构

[382] 如图36所示,在连接器70上形成有向外伸出的互锁部分71-74。因此,连接件80盖住连接器70从而使连接件80的突起81、82固定到连接器70中互锁部分71-74的外侧,和将连接件80的互锁件811、821放置在互锁部分71和72之间以及互锁部分73、74之间。接着把连接件80推到连接器70上使互锁件811、821从互锁部分71和72之间以及互锁部分73和74之间通过。(把连接件80装到连接器70上的第一步操作)。此后,使连接件80沿箭头Q的方向滑动(即,连接件80的安装方向,在装置主体10上的6点到12点的方向)。(把连接器70装到连接件80上的第二步操作)。结果是,互锁部分71、73进入互锁件811、821,而互锁件821、822进入互锁部分72、74的底部。这样,互锁件811、821、812、822便分别将互锁部分71-74固定在连接件80的底表面801上。用这种方式,能够将连接件80容易地和牢固地安装到连接器70上。

[383] 与电极831-836相类似,端子751-756是沿连接件80的滑动方向(即,箭头Q的方向)形成的两排端子754-756和端子751-753。此外,与电极831-836的情况相同,在两排端子的情况下,将每个端子相对设置,使其偏离与连接件80的滑动方向相垂直的方向。因此,当将连接器70装到连接件80上时,六个端子751-756与六个电极831-836电性相连,从而能通过电缆20把传感器单元30的测量结果输入到装置主体10。将端子751-756设置在连接器70上形成的孔761-766内。

[384] 当从连接器70上取下连接件80时,连接件80沿箭头R所示的相反方向滑动。结果,互锁件811、821返回到互锁部分71和72之间以及互锁部分73、74之间的位置。所以,如果在这种状态下提起连接件80,则能够将其从连接器70上容易地和可靠地取下。

[385] 用这种方式,形成互锁机构700,当连接件80沿Q所示方向在连接器70上滑动时,该互锁机构呈锁定状态,而当连接件80沿相反方向(箭头R所示方向)滑动时,互锁机构从互锁状态释放。此外,虽然这样设计的互锁机构是一个小部件,但是它能够可靠地实现互锁效果。

[386] 5.1.8.止动机构的结构

[387] 如图36所示,在互锁部分71-74中沿箭头Q所示方向形成有竖直壁711、721、731和741。所以,当把连接件80装到连接器70上时,连接件沿箭头R的方向滑动(第二步操作),使互锁件811、812、821、822分别与竖直壁711、721、731、741相接触,由此将连接件80停在与连接器70相安装的位置上。换句话说,竖直壁711、721、731、741对连接件80起第一止动件的作用。

[388] 相反,当通过沿箭头R的滑动从连接器70上取下连接件80时,互锁件811、821与互锁部分72、74的后侧竖直壁721、741相接触,使连接件80和连接器70停在它们的原始位置。换句话说,后侧竖直壁721、741对连接件80第二止动件的作用。

[389] 5.1.9.开关机构的结构

[390] 在图3 4中,开关SW1的闭合与用箭头表示的可控销柱柱的运动有关。电容器C1与测量脉动波用的LED31电性并联。所以,既使是因静电而带有高电压的一个部件与电极832、833相接触,电荷将存于电容器C1中,而不会损害测量脉动波用的LDE31。

[391] 在图34中,当将连接件80装到连接器70上时,开关SW1将断开,从而形成能够测量脉动波的电路结构。既使是将电荷存在电容器C1中,该电荷也不会通过电极832、833和端子752、753释放,所以设在连接器70和装置主体10中的电路不会受损害。通过这种方式,可以使具有简单结构的开关机构实现可靠的连接操作,从而将连接件80装到连接器70上。

[392] 5.1.10.连接器盖板的结构

[393] 图3 7是表示连接器盖板90结构的示例图。当把连接件80或通信单元100从连接器70上取下和把固定于手腕上的脉动波测量装置1A作为普通手表使用时,则将连接器盖板90装到连接器70上。与连接件80不同,由于连接器盖板90上不需要电极、传感器电路或电缆,所以连接器盖板90很薄。此外,要把连接器盖板90的形状设计成当把它装到连接器70上时不会损坏其外观。然而,连接器盖板相对于连接器70的安装结构与连接件80相同。换句话说,在连接器盖板90的下表面901上形成一对从其两侧向下方伸出的突起91、92。四个互锁件911、912、921、922在突起91、92的底边缘处向内伸出。在底表面901上形成凸起物941-946,这些凸起物与设有连接器70的端子751-756的位置相对应。突起物941-946和端子751-756形成插销机构。

[394] 与使用连接件80的情况相同,当将连接器盖板90装到连接器70上时,连接器盖板90盖住连接器70,从而使连接器盖板90的互锁件911、921处于互锁部分71和72之间以及互锁部分73和74之间。然后,将连接器盖板90压向连接器70,使得互锁件911、921穿入互锁部分71和72之间以及73和74之间。此后,当连接器盖板90沿箭头Q所示方向滑动时(装置主体10上从6点到12点的方向),互锁件911、912进入互锁部分71、73的底部,而互锁件912、922进入互锁部分72、74的底部。这样,便把互锁部分71-74分别固定到互锁件911、921、912、922和连接器盖板90的底面901之间。一旦连接器70的端子伸过凸起物941-946,这些端子便会显现其插销强度。用这种方式,连接器盖板90将进入与连接器70的安装状态。

[395] 5.1.11.传感器单元的结构

[396] 如图38所示,通信单元100的外形与连接件80相同。换句话说,通过与图35相比较可知,在图38中未把通信电缆装到通信单元100上,而是用一个矩形可见光截止滤光片1001盖住通信传感器100上表面的中部。在滤光片1001下方直接开有一个与滤光片1001的形状相似的孔,该孔露出LED1015和光电晶体管102。设计这个孔是为了通过滤光片1001发射和接收光学信号。

[397] 换句话说,通信单元100的内部区域是一个可容纳部件的空间。将图中未示出的电路板固定在与上表面上的滤光器1001相对的位置上。在该电路板上装有LED1015、光电晶体管102、和其它电子元件。LED1015和光电晶体管102使用940纳米左右中等波长的红外光,它们各自的光发生和光接收表面朝向滤光片1001。

[398] 应注意的是,突起1100、1200,互锁件1011、1012、1021、1022,电极1031-1036,凸起物1041-1046,和可控销柱1057、1058的结构与图35中所示的突起81、82,互锁件811、812、821、822,电极831-836,凸起物841-846,和可控销柱857、858具有相同功能。

[399] 5.2.实施例的工作情况

[400] 下面,将根据上述结构解释装置的工作情况。这个实例展现的是使用者跑马拉松时的情况。

[401] 5.2.1.普通手表

[402] 当把固定于手腕上的脉动波测量装置1A作为普通手表使用时,从连接器70上取下装置主体10的连接件80,同时取下电缆20和传感器单元30。在这种状态下,用表带12把装置主体10固定到手腕上。这时,把图37所示的连接器盖板90固定到连接器70上不仅能改善组件的外观,而且还能保护连接器70。

[403] 5.2.2.在脉动波测量模式下的工作

[404] 当用固定于手腕上的脉动波测量装置1A测量跑步时的脉动速率时,按图30所示,把连接件80固定到连接器70上并把电缆20装到装置主体10上。然后用表带12把装置主体10固定到手腕上。在用固定传感器就位的带状物40把传感器单元30(图32中所示光学单元300的玻璃板3041)紧紧地固定到手指上之后,使用者开始跑步。

[405] 如图32所示,当光从测量脉动波用的LED31射向手指时,射出的光到达毛细血管,其中一部分光被血液中的血红蛋白吸收,另一部分形成反射。被手指中的毛细血管反射的光由测量脉动波用的光电晶体管32接收。接收到的光量的变化与因血液中的脉动波而产生的血量的变化相对应。换句话说,当血量较大时,反射光较弱,而当血量较小时,反射光变得较强。因此,通过监视测量脉动波用的光电晶体管32处的反射光量的变化便可检测脉动波。

[406] 另一方面,图33中所示的数据处理器50把从测量脉动波用的光电晶体管32输入的信号转换成数字信号。通过对该数字信号进行频率分析等处理来计算脉动速率,然后把得到的脉动速率显示在液晶显示器13上。由此,固定在手腕上的脉动波测量装置1A起脉动波测量器的作用。同时,把脉动速率和测量脉动速率的时间从脉动速率计算器55输出到数据记录器56,并将其存储在该记录器中。此外,在测量马拉松期间跑一圈的时间或冲刺时间时,该数据仍然存储在数据记录器56中。而且,在把测量温度或湿度的功能加到装置主体10上时,该数据仍然存储在数据记录器56中。一旦马拉松比赛结束,便再次把上述信息依次显示在液晶显示器13上。

[407] 5.2.3.数据传输模式的操作

[408] 用固定于手腕上的脉动波测量装置1A完成如上所述的脉动测量之后,便如图29所示在数据处理器1B和固定于手腕上的脉动测量装置之间进行数据传输。如图39所示,这是通过从连接器70上取下连接件80将通信装置100装到连接器70上实现的。这种状态相当于在数据处理器1B和固定于手腕上的脉动测量装置1A之间形成一对光电耦合器,由此可以在LED61和光电晶体管102之间以及LED1051和光电晶体管62之间进行双向数据传输。

[409] 接着,操纵按钮开关111-117中的一个特定开关把固定于手腕上的脉动波测量装置1A设定在数据传输模式。这时,图33中所示数据处理器50中的数据输出控制器57便可以通过通信单元100中的LED1015以光信号的形式输出存储在数据记录器56中的脉动波信息、时间数据等。当在这种准备状态下向数据处理器1B发出传输数据的指令时,将从LED61通过通信窗6输出指示该指令的光信号。

[410] 当固定于手腕上的脉动波测量装置1A中的光电晶体管102接收到光信号时,数据输出控制器58便接收到消息信号。结果,数据输出控制器57通过LED1015以光信号的形式输出存储在数据记录器56中的脉动波信息、时间数据等。由数据处理器1B中的光电晶体管62接收上述光信号,并通过数据处理器1B对消息信号进行处理。根据数据处理器1B的需要,把脉动波信息和时间数据记录在特定的记录介质上并输出到显示器3或打印机5中。

[411] 因此,不仅可以把脉动波信息等显示在本实施例所述脉动波测量装置1A中装置主体10的液晶显示器上,而且当使用者处于远离数据处理器1B的位置时,还可以通过通信单元100内的数据输出控制器57和LED1051把数据发送到数据处理器1B。换句话说,在马拉松比赛结束时,可以将所有数据一起展示在数据处理器1B中,由此可以容易地对数据进行编辑。

[412] 此外,利用数据输入控制器58和通信单元100内的光电晶体管102可以接收来自数据处理器1B的数据。所以能把在固定于手腕上的脉动波测量装置1A中进行的各种操作条件从数据处理器1B输入到固定于手腕上的脉动波测量装置1A,并把这些条件存储在数据记录器56中。用这种方式,可以对来自数据处理器1B的这些条件进行设定,从而可以不必在固定于手腕上的脉动波测量装置1A上设置更多的开关。而且,为了传输上述数据,采用了可拆卸通信单元100这样的光学通信手段进行数据传输,所以不必在固定于手腕上的脉动波测量装置1A上设置新的接口单元或类似物。这样就可以把固定于手腕上的脉动波测量装置1A做的更小和使其重量更轻。

[413] 6.实施例6

[414] 6.1.实施例的结构

[415] 在实施例5中测量脉动波时,所提供的设计是可以把连接件80或通信单元100选择性地安装到固定于手腕上的脉动波测量装置1A的连接器70上。而在本实施例中,如图40所示,是把通信单元200安装到固定于手腕上的脉动波测量装置1A的连接器70A上,所述通信装置200是由连接件80和通信单元100以一体的方式形成的。

[416] 这样设计的结果是,在本实施例中使用了比实施例5中更多的将连接器70和通信单元200相连接的电极。

[417] 即,图41中以放大的示图形式示出了通信单元200的结构。将滤波器1001设在通信单元200的上表面,且将其与电缆20相连。当与图38中所示的通信单元100相比较时可以发现,电极1137-1140和电路凸起物1147-1150形成在通信单元200的底表面1301上。这些电极是成对的,并且相对于图38中现有的两排电极分别平行设置。应注意的是,这种情况也适合于凸起物。

[418] 注意,突起1300、1400,互锁件1111、1112、1121、1122,电极1131-1136,凸起物1141-1146和可控销柱柱与图38中所示的突起1100、1200,互锁件1011、1012、1021、1022,电极1031-1036,凸起物1041-1046,和可控销柱柱具有相同功能。

[419] 相对于图36中所示的连接器70而言,图42中所示的连接器70A还具有形成在其上表面的端子757-760和孔767-770。这些端子是成对的,并且相对于图36中已经存在的两排端子分别平行设置。对于孔来说也同样保持了正确的位置。

[420] 相对于图37中所示的连接器的盖板90而言,图43中所示的连接器盖板90A还具有形成在其下表面901A上的凸起物947-950。这些凸起物是成对的,而且相对于图37中已经存在的两排凸起物分别平行地设置。

[421] 此外,虽然在图中没有示出,但是相对于LED1015和光电晶体管102,增加了分别与图34中那些设在LED31和光电晶体管32上的电路等效的电路。

[422] 6.2.实施例的工作情况

[423] 下面将描述该实施例的工作情况

[424] 6.2.1.普通手表

[425] 在这种情况下,从手指上取下用于把传感器固定到位的带状物40,同时取下传感器单元30,然后把连接器盖板90A固定到连接器70A上。

[426] 6.2.2.在脉动波测量模式下的工作情况

[427] 在跑步期间测量脉动速率时,把连接器盖板90A从连接器70A上取下,并在该位置上将传感器单元200安装到连接器70A上。然后使用者开始跑步。在数据处理器50对由传感器单元30检测的脉动波信号进行处理并用与实施例5相同的方式将其转换成数字信号之后,通过对数字信号进行频率分析等处理来计算脉动速率,然后在液晶显示器13上显示得到的脉动速率。此外,把测量脉动速率的时间与脉动速率一起存储在数据记录器56中。

[428] 6.2.3.数据传输模式下的工作情况

[429] 当在数据处理器1B和固定于手腕上的脉动波测量装置1A之间进行数据传输时,操作特定的按钮开关将固定于手腕上的脉动波测量装置1A设为数据传输模式的信息。接着,象实施例5一样,数据输出控制器57借助于光学信号把存储在数据记录器56中的信息送到数据处理器1B,并把信息记录到记录介质上,然后将其输出到显示器3或打印机5等设备。

[430] 所以,在该实施例中,一旦将传感器单元30和通信单元200固定好,便可以测量脉动波,把脉动波信号从传感器单元30送到装置主体10,并把脉动信息等从装置主体10送到数据处理器1B等设备上,而不需在其后完成任何与连接器70A的连接或脱离操作。所以极大地减轻了使用者的负担。

[431] 7.实施例7

[432] 7.1.实施例的结构

[433] 如图44所示,在该实施例中,借助于光学信号把脉动波信息从传感器单元30传输到装置主体10中。换句话说,沿着带状物40上表面的纵向把半球形传输装置400固定到位,进而把构成传感器单元30的传感器固定到位。此外,传感器单元30和传输装置400借助于由电缆20B构成的电连接来发送和接收脉动信号。电源从传输装置400送到传感器单元30。在传输装置的支架侧上设有孔。通过这个孔露出用于进行光通信的红外LED401。

[434] 在该实施例中,将连接器盖板90或通信单元100连接到连接器70上。

[435] 下面,将利用图45中的方框图来解释传输装置400的电路结构。在该图中,A/D(模拟/数字)转换器411在特定的时间间隔内对从传感器单元30发出的脉动波信号进行采样,并把该信号转换成数字信号。

[436] 识别编号记录器412记录识别编号以便判断发出光学信号的装置。当脉动信号从传输装置400发送到外部时,识别编号与脉动波信号同时传给光学信号。这样做可以防止在因为有多个个体同时使用固定在手腕上的脉动波测量装置1A时,存在多个传输装置400时出现争线的现象。因此,当在完成设定的情况下发货时,已经为每个传输装置内的识别编号记录器412中记录的识别编号赋予了不同的编号。因此,在这个实施例中,对该实施例中包含装置主体10(即数据处理器50)和数据处理器1B的所有装置都给予了唯一的编号。

[437] 控制器413是一个用于控制传输装置400内部每一部分的电路。此外,发送器414还装有驱动LED401的驱动电路。通过驱动LED401,把由控制器413形成的传输数据转换成光学信号并向外部发送。

[438] 在传输装置400的内部装有作为传感器单元30和传输装置400内部每一部分的电源的电池(未示出)。

[439] 7.2.实施例的工作情况

[440] 下面将说明本实施例的工作情况。

[441] 7.2.1.普通手表

[442] 在这种情况下,从手指上取下用于将传感器固定就位的带状物40,进而取下传感器单元30和传输装置400,并把连接器盖板90固定到连接器70上。

[443] 7.2.2.在脉动波测量模式下的工作情况

[444] 在测量跑步期间的脉动速率时,借助于带状物40把传感器单元30和传输装置400固定到手指上以便将传感器固定到位,从而如图44所示,使LED401的光发射器朝向肘侧(装置主体10一侧)。从固定到手腕上的脉动波测量装置1A的连接器70上取下连接器盖板90,并在该位置上安装通信单元100。然后,使用者可以开始跑步。

[445] 由传感器单元30检测到的脉动波信号在被A/D转换器411转换成数字信号后由控制器413接收。控制器413把来自识别编号记录器412的识别编号等信息提供给已经接收到的数字化信号中,并将该信号送到发送器414。在发送器414中把该信息转换成光学信号,并从LED401送到外部传输装置400。通过通信连接器1000的光电晶体管102把光信号发送到数据处理器50。最后,数据输入控制器58从光信号中提取识别编号部分并将其存储在数据记录器56中。可以将光信号的发送源看作是设在脉动波测量装置1A上的传输装置400,所述脉动波测量装置固定在手腕上,并且把连续的数据作为脉动波信号。此后,用与实施例5相同的方式,接收脉动信号并计算脉动速率,和在液晶显示器13上显示计算结果。把脉动速率和测量脉动速率的时间一起存储在数据记录器56中。

[446] 7.2.3.数据传输模式中的工作情况

[447] 当在数据处理器1B和安装于手腕上的脉动波测量装置1A之间进行数据传输时,操纵特定的按钮开关把装在手腕上的脉动波测量装置1A置于数据传输模式。接着,如同第五实施例那样,数据输出控制器57借助于光学信号把存储在数据记录器56中的信息发送到数据处理器1B中,并将信息在记录介质上,然后输出到显示器3或打印机5等设备中。

[448] 所以,在该实施例中,只要把通信连接器1000、传感器单元30和传输装置400固定在手腕上,就可以测量脉动波,把脉动波从传感器单元30送到装置主体10,和把脉动信息等从装置主体送到数据处理器1B,而不需要进行任何连接或在其之后进行与连接器70的脱离操作。因此,明显减轻了使用者的负担。

[449] 8.实施例8

[450] 在前面的实施例1-3中得到了使用者的VO2max,并根据得到的VO2max,提醒使用者进行锻炼测验。下面将对此进行详细说明。首先,为了提醒使用者进行锻炼测验,而要确定使用者的最佳锻炼强度,每一阶段的锻炼时间,和在给定的时间周期内的锻炼频率。

[451] 正如上面所讨论的那样,最佳锻炼强度是与50%VO2max相对应的锻炼强度。所以,一旦知道了VO2max便可直接确定这个值。此外,如果选普通人作为测验对象,那么每阶段合适的锻炼时间是20min,而合适的锻炼频率是40-50%(即,10天中锻炼4-5天)。

[452] 所以,在这个变型例中,只要得到了VO2max,一个如图50所示的锻炼目标屏就会显示在显示器208上。通过该图所示的例子可以看出,就750kpm/min的锻炼来说,合适的是一星期锻炼3次每次20分钟。在此,当使用者完成了特定操作时,显示器208上显示的是图51所示的屏象。

[453] 在该图中,601是锻炼量目标值显示器,它显示的是使用者每星期锻炼量的目标值。根据前面的例子,锻炼量目标值可以是[750[kpm/min]×20[min]×3[次数]=45000[kpm]。所以将这个值显示在显示器上。应注意的是,锻炼量是通过取锻炼强度相对时间的积分值得到的。602表示锻炼量当前值显示器,其显示了使用者在上一星期完成的锻炼量的累积值。然而,图中所示的例子假设的状态是使用者第一次启动该实施例所述装置并得到VO2max之后出现的状态。所以,在锻炼量当前值显示器602上显示的是[0]。

[454] 此外,603表示直方图显示器,它显示锻炼量当前值相对于锻炼量目标值的百分比。604是脸图显示器,它显示根据锻炼量当前值与锻炼量目标值的比例绘制的脸图。607是锻炼强度目标值显示器,它显示预先得到的锻炼强度目标值(750[kpm/min])。606是锻炼强度当前值显示器,它显示锻炼强度的当前值。该图所示的例子假设使用者已经停止跑动,所以锻炼强度当前值显示器606显示值为[0]。

[455] 另外,605是锻炼强度测量器,其中在[0%]-[200%]的范围内按10%的间隔设置了20个LED。通过点亮这些LED,可以显示锻炼强度当前值相对于锻炼强度目标值的比例。在该图所示的实例中,锻炼强度当前值是[0],所以没有LED被接通。在构成锻炼强度测量器605的LED中,[10-70%]为黄色,[80-120%]为蓝色,和[130%或更高]为红色。

[456] 此外,图52中示出了使用者进行规定程度锻炼时的状态显示实例。在图示的例子中,锻炼量当前值是[13500],所以达到了锻炼量目标值的[30%]。因此,在圆形图显示器603上显示出了与此相应的圆形图而在脸图显示器604上显示的脸图则按照已经取得的目标值比例发生了变化。

[457] 另一方面,如果锻炼强度当前值是[1300],则大大超出了锻炼强度目标值[750]。从而,将导致设置在锻炼强度测量器605上的LED中的一些红色LED发光。所以使用者通过观察显示器就可知道锻炼强度太大。

[458] 此外,图53中示出了使用者锻炼量和锻炼强度的合适状态。在该图中,锻炼量当前值是[45000[kpm]],所以已经达到了锻炼量目标值。而且,圆形图显示器603和脸图显示器604上出现与此状态相应的显示。另外,锻炼强度当前值是[980[kpm/min]]],该值是在锻炼强度目标值的±20%内。因此,锻炼强度测量器605中相应的绿色LED发光。

[459] 在这个变型例中,记录每天的锻炼量,并延续七天,把这些天的累积结果作为锻炼量当前值显示出来。此外,在特定的时间(例如午夜12点)内,除去最早一天的锻炼量数据,代之以使用新一天的锻炼量数据。

[460] 上述实例中使用了七天周期的时间间隔,在该期间对锻炼量数据进行累加。然而,所说间隔也可以是例如10天等。换句话说,使用者可自由设定时间间隔。因此,使用者可以设定具体的目标天数,例如[三个月],然后可以在确定的期限内根据设定的锻炼量进行训练。

[461] 因此,通过在本实施例的装置上设置如实施例五所述的连接器70,和在其上安装通信单元100,便可以与外部装置进行双向数据传输。即,可以把本实施例所述装置测得的VO2max或脉动波数据送到外部装置中。然而,在本实施例所述的装置中,还可以提供锻炼测验,该测验不仅受VO2max测量值的影响,而且还受到从外部装置中得到的各种数据(例如与医务人员或教练员商量的结果)的影响。

[462] 9.变型例

[463] 在前面,已经参照附图详细地说明了本发明。但是,本发明的具体结构并不限于这些实施例。相反,在本发明的范围内还包含了各种改型,这些改型例在设计上的变化仍然处于未脱离本发明思想的限度内,

[464] 下面将给出各种实例。

[465] 9.1.装置构造的变型例

[466] 检测脉动波的位置并不限于手指。而是可以考虑任何能测到脉动波的任何位置(例如耳朵)。

[467] 换句话说,按照前面的实施例,虽然所述装置的构造一般是以手表的形式,但是本发明并不限于此。还可以考虑测验对象日常使用的任何物品,或穿戴在身上的物品(即,可携带物品)。例如,可以将该装置与眼镜、戒指、项链、带状物等物品相结合,或是与通过带状物固定的计步器相结合作为计步器的一个功能件。

[468] 除了手表之外,还可以用一副眼镜和一个辅件作为与本发明所述装置相结合的物品实例。

[469] 图46中所示的项链可以作为与本发明的装置相结合的辅件实例。在该图中,550是一个传感器缓冲垫,其由冲击吸收材料例如泡沫构成。与图44中所示的传输装置400以相同方式形成的传输装置555安装在传感器缓冲垫550上。与光学单元300相对应的的传感器单元设置在传输装置555上。将传感器单元设置成使之与皮肤表面相接触。因此,当将项链带到脖子上时,传感器单元便与脖子后面的皮肤相接触,从而能够测量脉动波。

[470] 把与设在实施例1所述装置主体10内部的各部件相应的部件装入中空的卷筒形外壳551内。在外壳551上设置一个连接器以便把连接器盖板90或通信单元100固定到它的前表面上。按图中所示方式固定通信单元100。

[471] 在外壳551上设置按钮开关。在此示出了图31中所示按钮开关中的按钮开关116、117。然而,还可以设置其它按钮开关。此外,将液晶显示装置13设置到外壳551的前表面上。而且如图中所示,传感器缓冲垫550和外壳551通过链子522连接。

[472] 应注意的是,除了项链之外,显然还可以使用其它类型的辅件。

[473] 图47表示一个将本发明与一副眼镜相结合的实例。如图中所示,其设有可容纳便携式脉动波测量装置的外壳651a和外壳651b。两个外壳分别固定在眼镜腿652上并通过嵌在眼镜腿652中的导线电性连接。

[474] 外壳651a内装有显示控制电路。液晶面板654固定在位于外壳651a透镜653一侧的整个表面上。反射镜以一个特定角度固定在此侧面的边缘上。含有光源(未示出)的液晶面板654的驱动电路装在外壳651a内。从光源发射的光穿过液晶面板654并在反射镜655上反射后射到眼镜的镜片653上。所以,这相当于图33中示出的液晶显示器13。

[475] 外壳651b中包含了那些相当于装在第一实施例所述装置主体内的部件。外壳651b的上表面上设有多个按钮开关。与用项链的情况相同,虽然只示出的按钮开关116、117,但是也可以设置其它的按钮开关。此外,在与皮肤接触的表面相对的侧面上设有连接器以便固定另一连接件80、连接器盖子90或通信单元100。通信单元100按图中所示方式固定。

[476] 把在第一实施例中形成光学单元300的光电晶体管32和LED31装在缓冲垫656内,使测验对象的耳垂固定于缓冲垫656、656之间。此外,通过电缆20把这些缓冲垫连接到连接件80上。

[477] 把连接外壳651a和外壳651b的导线设计成使其沿着眼镜腿延伸,或使其与上述两个外壳构成一体。反射镜是可动的,所以使用者可以调节液晶面板654和反射镜655之间的角度。此外,虽然图47表示的上述情况与实施例1相关,但是也可以考虑将其与第二及第三实施例相结合。

[478] 可以用各种方式对上述实施例进行组合。例如,可以在图44所示传输装置400的位置上使用图46所示的传输装置555并借助于光学信号把在脖子上测得的脉动波信号送到手表一侧。同样,还可以进行这样的设计,其中如图47所示,只把传输装置设在眼镜上,由传输装置把在耳垂上测得的脉动波信号送到手表一侧,然后通过手表传输到数据处理器1B。

[479] 前面描述了以可分离的方式把连接件或通信单元固定到便携式装置例如手表、项链、一副眼镜等物品上所采用的设计方案。然而,当不测量脉动波时,可以把连接件或通信单元固定在便携式装置上,这不会带来任何问题。所以,只要所设计的连接件和通信单元不是交替地固定到连接器上,即,只要设计方案不是实施例1,那么就可以把通信单元固定地安装在便携式装置一侧的位置上。这样,可以在便携式装置上省略连接器70,从而可以简化便携式装置的结构和降低生产成本。

[480] 9.2.锻炼类型的变型

[481] 在前面第一到第三实施例中测验对象进行的锻炼是跑步。然而,本发明并不限于此。例如,在锻炼项目为游泳的情况下也可达到同样的效果。在这种情况下,输入的每一次划水游过的距离相当于跑步中的步距,需检测的每单位时间内的划水次数相当于步频;换句话说,只要能够检测到测验对象的锻炼强度和脉博数并获得最大氧气吸收量(VO2max/wt)则不必限制锻炼的形式。

[482] 要重申的是,作为人体运动传感器302使用的加速度传感器并不限于安装在手腕上,而是可以安装在跑步者身体的任何部位,只要其能根据加速度的变化测出步频即可。

[483] 9.3.记录装置的变型例

[484] 此外,在上述各实施例中,脉动速率图表记录器9是由ROM构成的。然而,还可以使用一种对脉动速率记录器9来说是可写入的非易失性存储器(E2PROM,闪速ROM,备用电池RAM等)。在这种情况下,图14中所示脉动速率图表的内容将根据使用者锻炼能力的提高情况临时写入。

[485] 9.4.估算和输入VO2max的变型例

[486] 就估算VO2max的方法而言,除了上述的间接方法外,还可以考虑其它方法,例如测量测验对象呼出的空气量的方法,或根据乳酸阈值求出VO2max的方法。

[487] 在此引用的呼出气体的方法是根据在呼出的空气中存在的CO2和最大有效锻炼量估算VO2max/wt的方法,而乳酸阈值方法则是根据最大有效锻炼量和血液中的乳酸来估算VO2max/wt。

[488] 除了使用上开关U和下开关D之外,其它适用于输入VO2max的方法包括设置便携式十键盘的方法,或通过连通个人计算机或其它装置(有线或无线)输入VO2max的方法。

[489] 此外,可以针对使用者的年龄、从温度传感器(未示出)中得出的环境温度或所要求的与测验者当前的身体条件相适应的锻炼强度来校正从脉动速率图表中读出的脉动速率。

[490] 另外,上限值UL和下限值LL之间的宽度可以是不超过±20%的值。

[491] 而且,就CPU308进行的频率分析方法而言,除了FFT之外,可以考虑的方法包括最大熵法、子波转换法等。

[492] 9.5.通告使用者时所用方法的变型例

[493] 9.5.1.利用视觉、触觉等的通告

[494] 就第四实施例中对使用者进行步频通告的方法而言,除了从声音释放器25中发出步频通告声音外,还可以采用依赖于视觉或触觉的通告方法。例如,在采用视觉通告的情况下,使LED或类似物与需指示的步频同拍地闪烁。在使用触觉通告时,可以在主体14(参见图16)的底面上设置向外突出的格式存储器合金(formmemory alloy),与指示的步频相一致的电流将通过该格式存储合金。此外,常用的方法还包括振动提醒,这种方式是利用偏心载荷的转动向使用者身上发出振动而实现的。这种振动式提醒器可以与主体14分离或一体地设置,但是应有与所指示步频同拍的电流通过振动式提醒器。此外,如图28所示,可以在主体14底面内侧的某部分上形成厚70微米的凹面。然后把压电元件PZT安装到该凹面上。当在该压电元件上施加适当频率的交流电时,压电元件PZT产生振动,并将振动传递给使用者。因此,如果交流电是以与指示的步频相一致的时钟施加的,那么就可以提供触觉式步频通告。此外,压电元件PZT的厚度为100微米,其直径的长度是凹形面直径长度的80%。

[495] 9.5.2.步频估算结果的通告

[496] 使用者可以知道当前步频的估算结果,即,当前的步频是否处于合适的范围内,是太低还是太高,而不是简单地通告步频。如果通告估算结果的设备依赖于视、听、触或其它五种感觉中的一种,则可以适当地采用任何一种实施例。例如,可以用图48中所示的平面图来指示估算结果是否处于合适的范围内。

[497] 9.5.3.VO2max随时间变化情况的通告

[498] VO2max用于度量耐力增加的情况。因此,在前面的每个实施例中,要在记录器中记录了在一个长时间周期的延续过程中VO2max随时间变化的情况,而且通过在显示器208上显示的变化来通知使用者。图49示出了以一个月为单位显示的VO2max变化实例。在该图中,以直方图的形式显示了从当前时间返回4-6个月中一个月的平均值。由此,使用者能够知道在过去的一个延续时间周期内的训练效果。

[499] 9.6.确定脉博分量的方法变型例

[500] 9.6.1.最大程度简化的实例

[501] 在前面的第四实施例中,按照图24中的流程来确定脉博频率分量。然而,当CPU308的处理能力不足时,可按下述方式简化确定脉博频率分量的过程。

[502] 图25是一个流程图,其表示通过脉动/步频检测器22确定脉博分量的方法实例。

[503] 在该图中,在步骤SB3,CPU308持行脉动波-人体运动减法运算(即,fM=fmg-fsg),以提取仅用脉博信号表示的频率分量。在步骤SB4中,CPU308根据提取的脉动波分量fM确定最大频率分量。确定的fMmax是脉博频率分量。由于因锻炼负荷引起的脉搏分量中的和人体运动分量中的谐波分量的变化之间有差异,所以能很容易地表示出脉博分量的变化。这是由心脏功能的变化引起的,且能容易地用每次博动的心博量(SV)的变化来表示。此外,正如已公知的那样,脉动速率随锻炼负荷的增大而加快。

[504] 9.6.2.确定作为第二谐波的最大人体运动分量

[505] 在前面的实施例4中,最初假设最大的人体运动分量是第二谐波,然后研究确定这一假设是否正确(步骤SD2,SD4)。假设是正确的概率显示为根据诸如锻炼的类型(跑步、游泳、竞走等)、在进行特定类型的锻炼时使用者身体的运动状态等条件而变化。因此,如果这些条件是明白的,那么假设是正确的概率将极高。在这种情况下,可以省略校验假设的过程。

[506] 图26是一个实例的流程图,其中用于确定脉动波分量的方法已在此原理基础上进行了简化。

[507] 在图中所示实例的步骤SC1-SC3中,CPU308确定从人体运动传感器302输出的第二谐波的频率fs2,该频率作为人体运动分量比较容易测到。

[508] 在锻炼项目是跑步的情况下,例如,可将步骤SC2中所示的fmin确定为2Hz,即,跑步中二次谐波出现的下限值频率。

[509] 另一方面,步骤SC2中所示的fmax是由A/D转换器的采样速率确定的频率。当将采样频率设为8Hz时,根据采样理论,再现原始波形的最大频率自动确定为4Hz。

[510] 把在fmax-fmin范围内的最大谱线确定为人体运动分量的第二谐波fs2。

[511] 接着,在步骤SC4中,CPU308得到人体运动的基波频率fs1。

[512] 在步骤SC5-SC8中,CPU308把与人体运动分量的基波(fs1)、二次谐波(2×fs1)、和三次谐波(3×fs1)相一致的脉动波分量从脉动波传感器301测得的谱中去除。

[513] 在步骤SC9中,把上述去除过程之后剩余的最大频率分量确定为脉动波fm。

[514] 9.7.处理配置的变型例

[515] 在前面的第五-第七实施例中,对安装在手腕上的脉动波测量装置1A得到的脉动速率进行计算,并把得到的脉动速率送到数据处理装置1B一侧。然而,也可以考虑把测到的脉动波信号送到数据处理器1B,并根据数据处理器1B中的脉动波信号计算脉动速率。

Claims (5)

1.一种锻炼测验辅助装置,配置有:
用于记录最大氧气吸收量和脉博速率之间的对应关系的记录装置;
用于输入预先确定的最大氧气吸收量的输入装置;
从上述记录装置中读取与上述输入的最大氧气吸收量相应的脉博速率的读取装置;
用于对读取的脉博速率进行校正的校正装置;
用于计算以上述校正的脉博速率为中间值的上限值和下限值的计算装置;
用于把上述上限值和上述下限值通告测验对象的通告装置。
2.根据权利要求1所述的锻炼测验辅助装置,其中采用间接方法对最大氧气吸收量进行估算。
3.根据权利要求1所述的锻炼测验辅助装置,其中根据呼气的成分来估算最大氧气吸收量。
4.根据权利要求1所述的锻炼测验辅助装置,其中根据乳酸阈值估算最大氧气吸收量。
5.根据权利要求1所述的锻炼测验辅助装置,其中:
上述记录装置记录每种性别的所述对应关系;
上述输入装置除了输入上述最大氧气吸收量之外还输入性别;和
上述读取装置从上述记录装置中读取与上述输入的性别和最大氧气吸收量对应的脉搏速率。
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