CN211383466U - 一种便携式电刺激发生装置和健身系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种便携式电刺激发生装置和健身系统。便携式电刺激发生装置连接多个用于接触人体肌肉的电极片，便携式电刺激发生装置包括：可充电电源、电压转换装置、控制组件、保护组件、通信组件和壳体；电压转换装置用于将所述可充电电源的电压转换为所述控制组件、保护组件、通信组件分别使用的电压，为控制组件、保护组件、通信组件提供电压；保护组件和通信组件均与控制组件电连接；保护组件包括：用于检测每一个电极片上电流值的电流检测放大器、连接电流检测放大器的运算放大器、连接运算放大器的数字隔离器；所述数字隔离器与所述控制组件连接。本实用新型的电刺激发生装置结构简单，小型化，便于用户携带使用。

Description

一种便携式电刺激发生装置和健身系统

技术领域

本实用新型属于肌肉电刺激技术领域，具体涉及一种便携式电刺激发生装置和健身系统。

背景技术

肌肉电刺激技术，即Electrical Muscle Stimulation(简称EMS)。传统的体育训练方式中，肌肉的收缩和动作，是由中枢神经系统通过生物电信号传递指令来控制肌肉完成的，当大脑产生的电刺激通过脊髓达到肌肉之后，就能通过电流刺激肌肉产生运动。EMS要做的就是代替大脑信号，通过外部电流直接刺激运动神经，让肌肉引发收缩运动，即使身体没有运动，所刺激肌肉也同样能够处于运动的状态。

随着近来运动医学的进步，证明基于电刺激的肌肉训练装置具有增进健康的作用。目前，体育运动员将电刺激的肌肉训练装置用于输氧量、肌力强化、放松、抗炎症、疼痛治疗、肌肉拉紧等用途。电刺激的肌肉训练装置，通过使几赫兹到几千赫兹的低频电流流过人体，来解除肌肉的紧张，或者缓和肌肉的麻痹或疼痛等。在电刺激的肌肉训练装置中，将触头接触到人体的应用部位，将低频电流施加到触人体上，以缓解人体应用部位的紧张、麻痹及疼痛等症状。

然而，研究机构和健身房用的电刺激的肌肉训练装置，往往设备庞大，操作复杂，对大众使用者的使用造成不便。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术中EMS健身设备结构复杂，不方便使用者携带移动的问题，本实用新型提供一种便携式电刺激发生装置和健身系统。

(二)技术方案

为了达到上述的目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

本实用新型提供一种便携式电刺激发生装置，所述电刺激发生装置连接多个用于接触人体肌肉的电极片，所述电刺激发生装置包括：可充电电源、电压转换装置、控制组件、保护组件、通信组件和壳体；

所述可充电电源、电压转换装置、控制组件、保护组件、通信组件集成在所述壳体内；

所述电压转换装置用于将所述可充电电源的电压转换为所述控制组件、保护组件、通信组件分别使用的电压，为控制组件、保护组件、通信组件提供电压；

所述保护组件和所述通信组件均与所述控制组件电连接；

所述保护组件包括：用于检测每一个电极片上电流值的电流检测放大器、连接电流检测放大器的运算放大器、连接运算放大器的数字隔离器；所述数字隔离器与所述控制组件连接。

进一步地，所述电压转换装置包括：直流-直流降压变换器和/或直流-直流升压变换器。

进一步地，所述直流-直流降压变换器包括：

全控型开关管、续流二极管和电感电容滤波电路；

所述全控型开关管的B极连接所述控制组件中用于驱动处理器产生脉冲刺激信号的脉冲驱动设备，C极连接输入电压的正极，E极连接所述电感电容滤波电路的输入端；

所述续流二极管的正极连接输入电压的负极，续流二极管的负极连接所述电感电容滤波电路的输入端；所述电感电容滤波电路的输出端连接外接所述控制组件；

所述输入电压为所述可充电电源的电压，所述脉冲驱动设备与所述控制组件中的处理器连接。

进一步地，所述直流-直流升压变换器包括：

升压电感、全控型开关管、续流二极管、滤波电容；

所述全控型开关管的B极连接所述控制组件中用于驱动处理器产生脉冲刺激信号的脉冲驱动设备，C极通过升压电感连接输入电压的正极，E极与输入电压的负极、滤波电容的负极连通；

所述续流二极管的正极与C极连通，续流二极管的负极连接滤波电容的正极，所述滤波电容的正极和负极之间连接所述控制组件中的处理器；所述输入电压为所述电源电压，所述脉冲驱动设备与所述控制组件中的处理器连接。

进一步地，所述控制组件包括：

脉冲驱动设备、处理器和信号调制装置；所述脉冲驱动设备、处理器和信号调制装置依次连接；

所述脉冲驱动设备用于驱动所述处理器产生用于对肌肉进行刺激锻炼的脉冲刺激信号，所述信号调制装置用于对所述脉冲刺激信号进行调制，并将调制后的信号输出至所述电极片。

进一步地，所述通信组件包括：

蓝牙模块或红外模块；所述蓝牙模块接受外部设备指令并传输至所述控制组件中的处理器。

第二方面，本实用新型还提供一种健身系统，包括：如第一方面任一所述的一种便携式电刺激发生装置、多个用于接触人体肌肉的电极片，所述便携式电刺激发生装置连接多个电极片。

进一步地，所述电极片设置在可穿戴的电极服；所述电极服为耐磨防水导电服。

进一步地，还包括：向所述便携式电刺激发生装置发送脉冲刺激信号关联的信息的移动终端。本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种便携式的电刺激发生装置，包括用于产生脉冲信号的控制组件、用于检测电极片电流值的保护组件、通信组件和壳体；电刺激发生装置结构简单，小型化，便于用户携带使用。

本实用新型的健身系统不受环境限制，不受区域限制，可方便用户携带使用，提高了健身系统的利用率。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种电刺激发生装置的结构示意图；

图2为图1中电压转换装置的一种转换器的示意图；

图3为图1中电压转换装置的另一种转换器的示意图；

图4为图1中保护组件的结构示意图。

附图标记：

可充电电源01；

电压转换装置02；

控制组件03；

保护组件04；

通信组件05；

壳体06。

具体实施方式

为了更好地解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

本实用新型公开一种便携式电刺激发生装置，所述电刺激发生装置连接多个用于接触人体肌肉的电极片。

如图1所示，本实施例的电刺激发生装置包括：可充电电源01、电压转换装置02、控制组件03、保护组件04、通信组件05和壳体06；

所述可充电电源01、电压转换装置02、控制组件03、保护组件04、通信组件05集成在所述壳体06内；

所述电压转换装置02用于将所述可充电电源01的电压转换为所述控制组件03、保护组件04、通信组件05分别使用的电压，为控制组件03、保护组件04、通信组件05提供电压；

所述保护组件04和所述通信组件05均与所述控制组件03电连接；

所述保护组件04包括：用于检测每一个电极片上电流值的电流检测放大器、连接电流检测放大器的运算放大器、连接运算放大器的数字隔离器；所述数字隔离器与所述控制组件连接。

举例来说，控制组件03可包括：脉冲驱动设备、处理器和信号调制装置；所述脉冲驱动设备、处理器和信号调制装置依次连接；

其中，脉冲驱动设备用于驱动所述处理器产生用于对肌肉进行刺激锻炼的脉冲刺激信号，所述信号调制装置用于对所述脉冲刺激信号进行调制，并将调制后的信号输出至所述电极片。

本实施例中，处理器可包括：AD9833型号的芯片。本实施例中的控制组件还可以包括脉宽调制芯片，脉宽调制芯片连接处理器，用于脉宽调制芯片通过改变脉冲列的周期对处理器发出来的脉冲信号(即脉冲刺激信号)进行调频，改变脉冲的宽度或占空比对脉冲信号进行调压，从而达到控制电刺激发生装置发出不同脉冲刺激信号的目的。

前述保护组件04检测到每一个电极片的电流值后，通过运算放大器进行计算处理，如果存在至少一个电极片的电流值超过预设阈值，则数字隔离器向控制组件传输停止指令，使得控制组件停止向电极片发送脉冲刺激信号。由此，可以保护健身过程中人体肌肉不会因为过高电流而受伤。

在本实施例中，壳体内集成的是可充电电源，为此，壳体上设置有充电接口，其使得可充电电源通过充电接口与外部充电设备连接，实现可充电电源的充放电。可充电电源可理解为锂电池。

在一种可选的实施例中，壳体内可设置可以拆卸式安装的锂电池，在需要充电时，拆卸下来进行单独充电，充电后可安装在壳体内为其他部件提供电能。

本实施例的电刺激发生装置的壳体上设置有电源开关按钮，电源开关按钮用于开启或切断可充电电源与控制组件等的电源。此外，电刺激发生装置壳体上设置有USB充电口，通过USB充电口为可充电电源进行充电。

电刺激发生装置壳体上设置有指示灯，指示灯包括为可充电电源充电的充电指示灯和电池电量指示灯。本实施例中，充电指示灯为绿色灯，当电刺激发生装置的可充电电源处于充电状态时，充电指示灯亮起；当可充电电源充满后，充电指示灯熄灭。当电池电量充足，电池电量指示灯常亮；当电池电量不足10％时，电池电量指示灯开始进入闪烁状态。

电刺激发生装置的壳体上还设置有电极线接口，通过电极线接口将产生的脉冲信号输出电极片。

本实施例的电刺激发生装置结构简单，成本低且小型化，便于用户携带使用。

为更好的理解上述结构中的保护组件，参见图4所示，图4示出了保护组件的部分结构示意图。在图4中，保护组件的电流检测放大器(例如可以是AD8206型号的电流检测放大器)对发送每一个电极片上的电流进行检测，当检测到电流大于设定的预订值，电流检测放大器输出一个高电平，给到运算放大器(例如可以是MCP6004型号的运算放大器)。本实施例的运算放大器具有极低失调电压、高输入阻抗的特性，属于高精密运算放大器。

运算放大器基于电流检测放大器检测的电流值在确定电流检测放大器的高电平异常信号后，经过比较运算，输出给数字隔离器的高电平信号。

本实施例的数字隔离器可为型号ADuM1400的数字隔离器，其根据云端放大器的信号确定是否给控制组件的处理器发送信号。

上述运算放大器给数字隔离器发送高电平信号之后，数字隔离器经过电平转换给控制组件的处理器如CPU发送安全保护信号。

处理器收到数字隔离器的安全保护信号后，关断全部的脉冲刺激信号的输出，确保所有电极片没有信号和电流输出，做到安全保护。

进一步地，在具体实现过程中，图1所示的电压转换装置可包括：直流-直流降压变换器和/或直流-直流升压变换器。在本申请的具体实现中，可以根据控制组件和保护组件等各自的需要选择直流-直流降压变换器或直流-直流升压变换器。

举例来说，若可充电电源的电压小于控制组件所需的电压，则需要通过直流-直流升压变换器将可充电电源的电压转换为控制组件所需的电压。

若可充电电源的电压大于控制组件所需的电压，则需要通过直流-直流降压变换器将可充电电源的电压转换为控制组件所需的电压。

相应的，针对保护组件也是通过上述方式实现供电。

在一种可选的实现方式中，如图2所示，所述直流-直流降压变换器包括：全控型开关管、续流二极管和电感电容(LC)滤波电路；

所述全控型开关管的B极连接所述控制组件中用于驱动处理器产生脉冲刺激信号的脉冲驱动设备，C极连接输入电压的正极，E极连接所述电感电容滤波电路的输入端；

所述续流二极管的正极连接输入电压的负极，续流二极管的负极连接所述电感电容滤波电路的输入端；所述电感电容滤波电路的输出端连接外接所述控制组件；

所述输入电压为所述可充电电源的电压，所述脉冲驱动设备与所述控制组件中的处理器连接。

本实施例中的全控型开关管可为功率晶体管，如MOS管或三极管。

LC滤波电路主要是用于减少输出值控制组件/保护组件上的谐波电压。

基于图2所示的直流-直流降压变换器，输出至控制组件/保护组件的电压V₀＝D×V_i；

其中，V_i表示可充电电源产生的输入电压，D为输出波形的占空比/导通比。

T_on表示全控型开关管的导通时间，T_s表示一个脉冲周期。

在另一种可选的实现方式中，如图3所示，所述直流-直流升压变换器包括：升压电感、全控型开关管、续流二极管、滤波电容；

所述全控型开关管的B极连接所述控制组件中用于驱动处理器产生脉冲刺激信号的脉冲驱动设备，C极通过升压电感连接输入电压的正极，E极与输入电压的负极、滤波电容的负极连通；

所述续流二极管的正极与C极连通，续流二极管的负极连接滤波电容的正极，所述滤波电容的正极和负极之间连接所述控制组件中的处理器；所述输入电压为所述电源电压，所述脉冲驱动设备与所述控制组件中的处理器连接。

基于图3所示的直流-直流升压变换器，输出至控制组件/保护组件的电压

其中，V_i表示光伏组件产生的输入电压，D为输出波形的占空比/导通比。

T_on表示全控型开关管的导通时间，T_s表示一个脉冲周期。

上述图2和图3中，改变开关管的导通时间，即改变导通占空比，进而改变变压比，实现调节或控制输出的电压V₀。本实施例的全控型开关管可为功率晶体管，如三极管或MOS管。

上述图2和图3仅为举例说明电压转换装置的结构，并不限定电压转换装置的实际电路，根据实际需要配置。

由此，本申请中的电刺激发生装置通过可充电电源提供电能，无需使用家用的交流电，或者其他高压电源，保证使用的安全，且可以随时移动，在任何环境下使用，方便携带和使用，提高了使用率。

进一步地，在本申请实现过程中，前述的通信组件可为蓝牙模块或红外模块/WLAN。本实施例中的通信组件可以是CRM508-5型号，通过U118位号的管脚14和15与控制组件的处理器连接并通信。此外，CRM508-5型号的通信组件通过U118位号的管脚24接收外部设备的指令，并将接收的信号透传给处理器，使得处理器接收到信号并做信号处理。

也就是说，所述蓝牙模块接受外部设备指令并传输至所述控制组件中的处理器。由此，可以通过外部移动设备如手机等直接控制电刺激发生装置，使得电刺激发生装置变换各种脉冲刺激信号，保证健身效果。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供一种健身系统，包括上述任意实施例中的电刺激发生装置、多个用于接触人体肌肉的电极片，其中电刺激发生装置连接多个电极片，并产生脉冲刺激信号通过电极片作用于人体肌肉，实现健身。

在具体实现过程中，本实施例的电极片设置在可穿戴的电极服；所述电极服为耐磨防水导电服。本实施例中的电极服采用耐磨防水导电布，具有耐磨损的优点，延长了电极服的使用，有效降低了电极服的磨损速率，以避免因电极服的磨损导致电极服的阻抗分布不均匀，进而导致电极作用于身体时，用户体感有差异性。

此外，在实际应用中，上述的健身系统还包括：借助于通信组件与电刺激发生装置进行交互的移动终端。也就是说，移动终端向所述便携式电刺激发生装置发送脉冲刺激信号关联的信息。即，移动终端通过所述通信组件与所述电刺激发生装置连接，控制所述电刺激发生装置产生脉冲刺激信号，产生的脉冲刺激信号借助于电极片刺激肌肉。

在本实施例中借助于移动终端的控制，可以使得电刺激发生装置输出不同频率、不同幅值和不同脉宽的脉冲刺激信号，从而达到用户不同的锻炼目的。

同时，本实施例的健身系统还包括后台服务器，每个用户可以将自己的使用数据主动上传至后台服务器，通过后台服务器对用户数据的分析处理，后台服务器针对不同用户的不同目的制定生成出不同的锻炼方案或康复治疗方案，实现个性化服务。

本实施例的电刺激发生装置具有小型化、便携化的特点，这使得锻炼随时随地、不受时间、空间环境以及天气的影响。可用于老年人以及白领缓解肌肉僵硬、肩颈酸痛、缓解疲劳等；面向康复理疗机构，用于肌肉损伤人员做康复肌肉训练；面向专业健身机构，用于增加锻炼者身体的心肺功能、增肌强体、减肥塑身。

本实施例的装置和系统均保护的是结构，并不保护任何方法。在本申请实施例中所有结构都是清楚的，且是有连接关系的。

需要理解的是，以上对本实用新型的具体实施例进行的描述只是为了说明本实用新型的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，但本实用新型并不限于上述特定实施方式。凡是在本实用新型权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种便携式电刺激发生装置，其特征在于，所述电刺激发生装置连接多个用于接触人体肌肉的电极片，所述电刺激发生装置包括：可充电电源、电压转换装置、控制组件、保护组件、通信组件和壳体；

所述可充电电源、电压转换装置、控制组件、保护组件、通信组件集成在所述壳体内；

所述电压转换装置用于将所述可充电电源的电压转换为所述控制组件、保护组件、通信组件分别使用的电压，为控制组件、保护组件、通信组件提供电压；

所述保护组件和所述通信组件均与所述控制组件电连接；

所述保护组件包括：用于检测每一个电极片上电流值的电流检测放大器、连接电流检测放大器的运算放大器、连接运算放大器的数字隔离器；所述数字隔离器与所述控制组件连接。

2.根据权利要求1所述的便携式电刺激发生装置，其特征在于，所述电压转换装置包括：直流-直流降压变换器和/或直流-直流升压变换器。

3.根据权利要求2所述的便携式电刺激发生装置，其特征在于，

所述直流-直流降压变换器包括：

全控型开关管、续流二极管和电感电容滤波电路；

所述全控型开关管的B极连接所述控制组件中用于驱动处理器产生脉冲刺激信号的脉冲驱动设备，C极连接输入电压的正极，E极连接所述电感电容滤波电路的输入端；

所述续流二极管的正极连接输入电压的负极，续流二极管的负极连接所述电感电容滤波电路的输入端；所述电感电容滤波电路的输出端连接外接所述控制组件；

所述输入电压为所述可充电电源的电压，所述脉冲驱动设备与所述控制组件中的处理器连接。

4.根据权利要求3所述的便携式电刺激发生装置，其特征在于，所述直流-直流升压变换器包括：

升压电感、全控型开关管、续流二极管、滤波电容；

所述全控型开关管的B极连接所述控制组件中用于驱动处理器产生脉冲刺激信号的脉冲驱动设备，C极通过升压电感连接输入电压的正极，E极与输入电压的负极、滤波电容的负极连通；

所述续流二极管的正极与C极连通，续流二极管的负极连接滤波电容的正极，所述滤波电容的正极和负极之间连接所述控制组件中的处理器；所述输入电压为电源电压，所述脉冲驱动设备与所述控制组件中的处理器连接。

5.根据权利要求1至4任一所述的便携式电刺激发生装置，其特征在于，所述控制组件包括：

脉冲驱动设备、处理器和信号调制装置；所述脉冲驱动设备、处理器和信号调制装置依次连接；

所述脉冲驱动设备用于驱动所述处理器产生用于对肌肉进行刺激锻炼的脉冲刺激信号，所述信号调制装置用于对所述脉冲刺激信号进行调制，并将调制后的信号输出至所述电极片。

6.根据权利要求5所述的便携式电刺激发生装置，其特征在于，所述通信组件包括：

蓝牙模块或红外模块；所述蓝牙模块或红外模块接收外部设备指令并传输至所述控制组件中的处理器。

7.一种健身系统，其特征在于，包括：如权利要求1至权利要求6任一所述的一种便携式电刺激发生装置、多个用于接触人体肌肉的电极片，所述便携式电刺激发生装置连接多个电极片。

8.根据权利要求7所述的健身系统，其特征在于，所述电极片设置在可穿戴的电极服；所述电极服为耐磨防水导电服。

9.根据权利要求7所述的健身系统，其特征在于，还包括：向所述便携式电刺激发生装置发送脉冲刺激信号关联的信息的移动终端。

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