專利名稱：鍛煉測(cè)驗(yàn)用輔助裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于供用戶做規(guī)定的適當(dāng)鍛煉時(shí)使用的鍛煉測(cè)驗(yàn)用輔助裝置。
具體地說，本發(fā)明適用于能夠使用戶容易地確定他自身最大氧氣吸收量的最大氧氣吸收量估算裝置；能夠顯示與合適的鍛煉強(qiáng)度相應(yīng)的脈博速率上下極限值的鍛煉測(cè)驗(yàn)輔助裝置；設(shè)計(jì)成便攜式裝置并且可以測(cè)量脈博速率或其它脈動(dòng)波信息的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置；或是涉及在便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置和數(shù)據(jù)處理裝置之間發(fā)送信息的技術(shù)，所述數(shù)據(jù)處理裝置處理來自上述便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
近年來，很多人為改善其健康狀況而進(jìn)行體育鍛煉。
然而在鍛煉時(shí)，進(jìn)行適當(dāng)強(qiáng)度的鍛煉是很必要的，這是因?yàn)椋诮o定強(qiáng)度水平之下的鍛煉是無效的，而在給定強(qiáng)度水平之上的鍛煉則是危險(xiǎn)的。但到目前為止還很難知道鍛煉的強(qiáng)度是否合適。
這是因?yàn)楹茈y得到確定合適的鍛煉強(qiáng)度所需的數(shù)據(jù)，而且還由于很難迅速地和精確地傳輸獲得的數(shù)據(jù)。下面將詳細(xì)說明所包含的各種因素。
(1)數(shù)據(jù)捕獲例如，通過利用最大氧氣吸收量的傳統(tǒng)公知方法可以得知鍛煉強(qiáng)度。
通常，最大氧氣吸收量(VO2max)是指人(或更廣義地說是活體)在每個(gè)單位時(shí)間里吸入的最大氧氣量。具體地說，考慮到個(gè)體的尺寸，VO2max與個(gè)體重量的比值(VO2max/wt)是表示人體耐力的絕對(duì)指標(biāo)。由此可知，最大氧氣吸收量在運(yùn)動(dòng)生理學(xué)等方面的意義極大。例如，利用每單位體重的最大氧氣吸收量可以定量地估算個(gè)體的耐力，這使得可以更容易地確定訓(xùn)練效果。
有很多用于確定最大氧氣吸收量的傳統(tǒng)公知方法。然而所有這些方法的共同點(diǎn)是要求測(cè)驗(yàn)對(duì)象完成給定強(qiáng)度的訓(xùn)練，然后測(cè)量與訓(xùn)練有關(guān)的生理參數(shù)。
通?？梢詫⑦@些方法分成兩類通過測(cè)量測(cè)驗(yàn)對(duì)象的呼吸確定最大氧氣吸收量的直接法；和測(cè)量與最大氧氣吸收量具有高相關(guān)性的生理參數(shù)并根據(jù)這些參數(shù)間接得到最大氧氣吸收量的間接法。在間接測(cè)量的情況下，很多方法都是有效的，這些方法包括與最大氧氣吸收量有極大關(guān)系的測(cè)量心臟負(fù)荷或乳酸值的方法，或使用Astrand-Ryhning諾謨圖的方法。
然而，在直接和間接方法中，已有技術(shù)需要使用腳踏傳動(dòng)式試驗(yàn)臺(tái)或腳踏式測(cè)力計(jì)以便向測(cè)驗(yàn)對(duì)象施加給定的鍛煉負(fù)荷。為此，對(duì)這種裝置的數(shù)量和位置都有一些實(shí)際的限制，而且測(cè)驗(yàn)對(duì)象必然會(huì)受裝置本身的限制。因此，當(dāng)將生理應(yīng)力施加到測(cè)驗(yàn)對(duì)象上時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題。
此外，在直接方法中，由于要直接測(cè)量測(cè)驗(yàn)對(duì)象呼出的空氣，所以裝置本身需做的很大。而且必須將鍛煉負(fù)荷加到測(cè)驗(yàn)對(duì)象的最大極限，因此在受測(cè)個(gè)體生病、健康狀態(tài)不佳或是處在中年或老年的情況下使用這些方法會(huì)出現(xiàn)一些問題。
另一方面，在間接方法中，測(cè)量乳酸值的方法需要抽血，而在測(cè)量心臟負(fù)荷的方法中需要確定心臟的收縮血壓。而這些方法都很麻煩。
(2)數(shù)據(jù)傳輸就安裝在手腕上并能顯示各種信息的脈動(dòng)波裝置而言，存在多種能光學(xué)地檢測(cè)血量變化和根據(jù)這些檢測(cè)結(jié)果測(cè)量脈動(dòng)速率和其它脈動(dòng)波信息的有效裝置。在這些光學(xué)脈動(dòng)波測(cè)量裝置中，例如把一個(gè)帶有光接收元件和光發(fā)射元件的傳感器單元固定到手指上，其中光接收元件可以是例如光敏晶體管，光發(fā)射元件可以是LED(發(fā)光二極管)。從LED發(fā)出的光經(jīng)手指中的血管反射后由光敏晶體管接收。因此根據(jù)接收光量的變化可測(cè)出血量的變化。依據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以計(jì)算出脈動(dòng)速率等參數(shù)并予以顯示。為此而設(shè)計(jì)了這樣一種裝置，其借助于裝置主體上的連接器在裝置主體和傳感器單元之間輸入或輸出信號(hào)，連接器由形成在電纜端頭的連接材料構(gòu)成，所述電纜從傳感器單元中伸出。
由于上述脈動(dòng)波測(cè)量裝置是固定在手腕上的，所以如果再在裝置中設(shè)置時(shí)間測(cè)量功能，就可以在例如馬拉松比賽期間在測(cè)量脈動(dòng)波的同時(shí)測(cè)量一圈或沖刺的時(shí)間。而且，如果在比賽結(jié)束時(shí)將該數(shù)據(jù)順序地顯示在裝置主體的顯示器上，就可以得到用于確定下次比賽步速分配的參考數(shù)據(jù)。
然而，為了對(duì)在馬拉松比賽期間得到的信息進(jìn)行更詳細(xì)的分析，還要把存儲(chǔ)在裝置主體中的信息發(fā)送到與裝置主體分離設(shè)置的數(shù)據(jù)處理裝置中。但是在已有技術(shù)中，必須將通信電纜固定在裝置主體和數(shù)據(jù)處理裝置之間以實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)播。因此，這個(gè)過程對(duì)于用戶來說是很麻煩的。
在日本專利申請(qǐng)JP昭-59149128A中也描述了一個(gè)鍛煉測(cè)驗(yàn)負(fù)載設(shè)備，不過其中的記錄裝置僅僅存儲(chǔ)諸如身高、重量、和所獲得的一個(gè)測(cè)試對(duì)象的最大氧吸入量等數(shù)據(jù)，并未提及存儲(chǔ)了其中可直接獲得該最大氧氣吸入量的值的數(shù)據(jù)。另外，日本專利申請(qǐng)JP特開平5-154116A和JP特開平5-154116A也公開了相似的鍛煉輔助設(shè)備。
上述三個(gè)現(xiàn)有技術(shù)是與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮到了上述情況，其第一個(gè)目的是提供一種鍛煉測(cè)驗(yàn)用輔助裝置，該裝置能夠顯示與合適的鍛煉強(qiáng)度相應(yīng)的脈動(dòng)速率的上下極限值。
此外，本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種最大氧氣吸收量估算裝置，該裝置使用戶不受裝置的限制，它能容易地定確最大氧氣吸收量而且操作簡單。
而且，本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置，該裝置通過與處理脈動(dòng)波信息的數(shù)據(jù)處理裝置之間的光通信能夠無線地發(fā)送和接收脈動(dòng)波信號(hào)等數(shù)據(jù)。
從上述第一目的的角度看，本發(fā)明配置有用于檢測(cè)測(cè)驗(yàn)對(duì)象鍛煉強(qiáng)度的鍛煉強(qiáng)度檢測(cè)器；用于檢測(cè)測(cè)驗(yàn)對(duì)象脈博速率的脈博速率檢測(cè)器；用于首先記錄鍛煉強(qiáng)度和脈博速率之間關(guān)系以及相應(yīng)的最大氧氣吸收量的記錄器；和根據(jù)存儲(chǔ)在記錄器中的關(guān)系得到與測(cè)得的脈博速率和鍛煉強(qiáng)度相應(yīng)的最大氧氣吸收量的計(jì)算器；其中把鍛煉強(qiáng)度測(cè)量器、脈博速率檢測(cè)器、記錄器和計(jì)算器組合成一個(gè)可由測(cè)驗(yàn)對(duì)象攜帶的便攜式裝置。
由此可以在使測(cè)驗(yàn)者不受大型設(shè)備限制或不需完成復(fù)雜操作的情況下容易地得到最大氧氣吸收量。
為了實(shí)現(xiàn)上述第二目的，可以根據(jù)預(yù)先確定的VO2max得出與合適的鍛煉強(qiáng)度相應(yīng)的脈動(dòng)速率上下極限值，并顯示該值。
最終可以顯示與合適的鍛煉強(qiáng)度相應(yīng)的脈動(dòng)速率上下極限值。
為了實(shí)現(xiàn)上述第三目的，設(shè)置在便攜式裝置內(nèi)的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置包含一個(gè)用于檢測(cè)體內(nèi)脈動(dòng)波的脈動(dòng)波檢測(cè)器，其發(fā)射和接收信息，所述信息包括送入數(shù)據(jù)處理器和來自數(shù)據(jù)處理器的脈動(dòng)波，數(shù)據(jù)處理器設(shè)置在便攜式裝置的外部，上述裝置還包括通信器件，該器件能夠借助于光學(xué)信號(hào)以無線方式接收脈動(dòng)波并將從脈動(dòng)波中得到的脈動(dòng)波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到信息處理裝置中。
因此，可借助于利用光學(xué)信號(hào)的無線通信方式把由便攜式裝置得到的脈動(dòng)波信息傳送到設(shè)在外部的數(shù)據(jù)處理裝置中。這樣就不需要經(jīng)歷象用電纜連接便攜式裝置和數(shù)據(jù)處理裝置這樣的過程，而是可以在與數(shù)據(jù)處理裝置實(shí)際分離的情況下將數(shù)據(jù)從便攜式裝置傳送到數(shù)據(jù)處理裝置中。而且，由于省去了煩雜的操作，所以從用戶的角度看這是非常有益的。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例所述最大氧氣吸收量估算裝置功能性結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2是表示根據(jù)同一實(shí)施例所述最大氧氣吸收量估算裝置電子結(jié)構(gòu)的方框圖；圖3是描述本發(fā)明中使用的Astrand-Ryhming諾謨圖的示意圖；圖4是表示鍛煉強(qiáng)度和心臟脈博速率之間關(guān)系的曲線圖；圖5表示同一實(shí)施例所述最大氧氣吸收量估算裝置的外部結(jié)構(gòu)；圖6是表示在同一實(shí)施例中主要操作過程的流程圖；圖7是表示在同一實(shí)施例中計(jì)算顯示過程的流程圖；圖8是表示在同一實(shí)施例中提醒用戶增大鍛煉強(qiáng)度步驟的流程圖；圖9是表示在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例所述最大氧氣吸收量估算裝置中步頻(Pitch)和步距校正系數(shù)之間關(guān)系的曲線圖；圖10是表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例所述最大氧氣吸收量估算裝置電子結(jié)構(gòu)的方框圖；圖11是表示在同一實(shí)施例中高度差和步頻校正系數(shù)之間關(guān)系的曲線圖；圖12是表示同一實(shí)施例中主要工作過程的流程圖；
圖13是表示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例所述一個(gè)鍛煉測(cè)驗(yàn)輔助裝置結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖；圖14是表示在同一實(shí)施例中脈動(dòng)速率圖表實(shí)例的示例圖；圖15是表示顯示器8上的顯示狀態(tài)實(shí)例的示例圖；圖16是表示在同一實(shí)施例中鍛煉測(cè)驗(yàn)輔助裝置使用的步頻指示器外觀的斜視圖；圖17是表示步頻指示器電子結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖；圖18是表示步頻信號(hào)發(fā)生器24的結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖；圖19是表示脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22的結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖；圖20是表示脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22中各級(jí)處理的流程圖；圖21A是表示當(dāng)將頻率fA和頻率fB相加時(shí)所得信號(hào)的圖形；圖21B是表示對(duì)相加的信號(hào)進(jìn)行FFT處理之后得到的信號(hào)圖形；圖22A表示對(duì)來自脈動(dòng)波傳感器301的輸出信號(hào)進(jìn)行FFT處理之后得到的結(jié)果；圖22B表示對(duì)來自人體運(yùn)動(dòng)傳感器302的輸出信號(hào)進(jìn)行FFT處理之后得到的結(jié)果；圖22C表示從圖22A的結(jié)果中減去圖22B的結(jié)果后得到的脈動(dòng)波分量；圖23是對(duì)人體運(yùn)動(dòng)傳感器302的輸出信號(hào)進(jìn)行FFT處理之后得到的結(jié)果；圖24是表示在確定了人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)諧波之后進(jìn)而確定脈動(dòng)波分量的處理方法的流程圖；圖25是表示用脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22確定脈動(dòng)波分量的方法實(shí)例的流程圖；圖26是表示用脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22確定脈動(dòng)波分量的方法實(shí)例的流程圖；圖27是用于解釋步頻指示器工作狀態(tài)的時(shí)基圖；圖28是表示當(dāng)用壓電元件作為步頻通報(bào)器時(shí)其安裝狀態(tài)的截面圖；圖29表示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例所述的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置和用于處理由上述裝置測(cè)得的脈動(dòng)波數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理裝置；圖30表示根據(jù)同一實(shí)施例所述把脈動(dòng)波測(cè)量裝置固定到手腕上所用的方法；
圖31是該測(cè)量裝置主體的平面圖；圖32表示該測(cè)量裝置中將傳感器固定到手指上的結(jié)構(gòu)。
圖33是表示該測(cè)量裝置數(shù)據(jù)處理器的方框圖；圖34表示該測(cè)量裝置的連接器中電連接部分之間的關(guān)系；圖35表示根據(jù)該實(shí)施例所述連接件80的結(jié)構(gòu)；圖36表示根據(jù)該實(shí)施例所述連接器70的結(jié)構(gòu)；圖37表示根據(jù)該實(shí)施例所述連接器蓋板90的結(jié)構(gòu)；圖38表示根據(jù)該實(shí)施例所述通信單元100的結(jié)構(gòu)；圖39表示該實(shí)施例中把通信單元100固定到代替連接件80的連接件70某一位置上的設(shè)置情況；圖40表示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例所述把脈動(dòng)波測(cè)量裝置固定到手腕上使用的方法；圖41表示根據(jù)該實(shí)施例所述通信單元100的結(jié)構(gòu)；圖42表示根據(jù)同一實(shí)施例所述連接器70A的結(jié)構(gòu)；圖43表示根據(jù)同一實(shí)施例所述連接器蓋板90A的結(jié)構(gòu)；圖44表示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例所述把脈動(dòng)波測(cè)量裝置固定到手腕上使用的方法；圖45是表示根據(jù)同一實(shí)施例所述傳輸裝置400的結(jié)構(gòu)方框圖；圖46表示將該裝置戴到脖子上的情況；圖47表示將該裝置裝到一副眼鏡上的情況；圖48表示步頻通告裝置的一個(gè)變型例；圖49表示提醒用戶注意延時(shí)周期VO2max變化的方案；圖50-53表示在本發(fā)明的第八實(shí)施例中作為顯示器208的顯示器實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
1.實(shí)施例1下面將參照

本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例。
1.1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)首先將解釋第一實(shí)施例所述最大氧氣吸收量估算裝置。按照該實(shí)施例所述的最大氧氣吸收量估算裝置為了在測(cè)驗(yàn)對(duì)象完成特定的鍛煉時(shí)根據(jù)給定時(shí)間點(diǎn)的鍛煉強(qiáng)度(運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，活動(dòng)強(qiáng)度)和心臟脈博速率來估算最大氧氣吸收量(VO2max(liter/min))而采用了Astrand-Ryhming諾謨圖(Astrand，P.O和Ryhming，I.用于在次最大活動(dòng)量期間根據(jù)脈動(dòng)速率計(jì)算需氧量(體力適當(dāng))的諾謨圖。
J.Appl.Physiol.，218-221，1954)。然后用測(cè)驗(yàn)對(duì)象的體重除該估算值，從而得到每單位體重的最大氧氣吸收量(VO2max/wt(單位milliliter/kg/min))。
1.1.1.Astrond-Ryhming諾謨圖在解釋此實(shí)施例之前，首先對(duì)前述的Astrond-Ryhming諾謨圖作一簡要說明。圖3顯示了一個(gè)諾謨圖的細(xì)節(jié)。
在諾謨圖中，鍛煉強(qiáng)度與心臟脈搏速率分別描繪在右面與左面的軸上。通過中線與兩軸之間所畫直線的交點(diǎn)的一致指示出最大氧氣吸收量(VO2max)。采用了對(duì)適合于兩種性別的人的參數(shù)。換句話說，通過性別的指示，則可由采用鍛煉強(qiáng)度和心臟脈搏速率作為變量的函數(shù)估算出最大氧氣吸入量(VO2max)。
1.1.1.1.使用諾謨圖的條件下面將說明可以使用Astrand-Ryhning諾謨圖的條件。
通常，如圖4所示，當(dāng)鍛煉強(qiáng)度低于特定水平時(shí)，心臟脈博速率和鍛煉強(qiáng)度之間的關(guān)系是心臟脈博速率與鍛煉強(qiáng)度呈正比增長。然而，當(dāng)鍛煉強(qiáng)度超過某一特定值時(shí)，心臟脈博速率的增快相對(duì)于鍛煉強(qiáng)度增大的比例變緩，直到出現(xiàn)最終的飽和狀態(tài)。心臟脈博速率與鍛煉強(qiáng)度的比例關(guān)系開始出現(xiàn)偏差的點(diǎn)通常稱為HRtp(心臟速率轉(zhuǎn)變點(diǎn))。
雖然該點(diǎn)稍稍高于缺氧閾值(AT值)，但是可以將HRtp看作是大約等于所述閾值。
通過預(yù)先假定在測(cè)驗(yàn)對(duì)象和心臟脈博之間存在的直線關(guān)系可形成Astrand-Ryhning諾謨圖。
因此，為了用上述諾謨圖精確地估算最大氧氣吸收量，需要在測(cè)驗(yàn)對(duì)象和心臟脈博之間建立直線關(guān)系。而為了判斷是否存在直線關(guān)系，需要在至少三個(gè)或多個(gè)階段測(cè)量鍛煉強(qiáng)度，和確定每個(gè)階段的心臟脈博速率。此外，需要測(cè)驗(yàn)對(duì)象鍛煉到出現(xiàn)HRtp為止。
1.1.2.功能性結(jié)構(gòu)下面將說明該實(shí)施例所述最大氧氣吸收量估算裝置的功能性結(jié)構(gòu)。圖1是表示裝置功能性結(jié)構(gòu)的方框圖。
在圖1中，脈動(dòng)波檢測(cè)器101是一個(gè)檢測(cè)測(cè)驗(yàn)對(duì)象脈動(dòng)波的傳感器。來自脈動(dòng)波檢測(cè)器101的脈動(dòng)波信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器1021轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并由FFT處理器103進(jìn)行FFT處理。根據(jù)該處理器的結(jié)果來確定脈動(dòng)速率。應(yīng)注意的是，在該實(shí)施例中需要得到心臟脈博速率。然而，由于心臟脈博速率等于脈動(dòng)速率，所以可以假設(shè)得到的脈動(dòng)速率就是心臟脈博速率。因此，就脈動(dòng)波檢測(cè)器101而言，可以考慮一種取代直接檢測(cè)心臟脈博的設(shè)計(jì)。
人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器104是一種在測(cè)驗(yàn)對(duì)象跑步時(shí)用于檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)的傳感器。例如，該傳感器可以由一個(gè)加速度傳感器構(gòu)成。從人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器104輸出的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器105轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)由FFT處理器106以與脈動(dòng)波同樣的方式進(jìn)行FFT處理。從處理結(jié)果中可以得到跑步時(shí)的步頻，即，每單位時(shí)間的步數(shù)。
記錄器107記錄與測(cè)驗(yàn)對(duì)象的步距、性別和重量有關(guān)的信息。
鍛煉強(qiáng)度計(jì)算器108根據(jù)得到的步頻、測(cè)驗(yàn)對(duì)象的步距和體重計(jì)算鍛煉強(qiáng)度。在這個(gè)實(shí)例中，假設(shè)測(cè)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)是跑步，那么鍛煉強(qiáng)度可以用單位時(shí)間里跑過的距離與測(cè)驗(yàn)對(duì)象體重的乘積來表示。用測(cè)驗(yàn)對(duì)象的步距乘以步頻可以得到每單位時(shí)間跑過的距離。
諾謨記錄器109記錄上述Astrand-Ryhning諾謨圖關(guān)系。因此，如果使用這些諾謨圖，便可以根據(jù)心臟脈博、鍛煉強(qiáng)度、和測(cè)驗(yàn)對(duì)象的性別得出最大氧氣吸收量(VO2max)。
VO2max/wt計(jì)算器110通過用測(cè)驗(yàn)對(duì)象的體重除所得到的最大氧氣吸收量(VO2max)來計(jì)算每單位重量的最大氧氣吸收量(VO2max/wt)。
VO2max/wt顯示器1112顯示的是所得到的與測(cè)驗(yàn)對(duì)象有關(guān)的每單位重量最大氧氣吸收量的值(VO2max/wt)。
控制器120控制這些情況下的各種操作。
1.1.3.電子結(jié)構(gòu)下面將說明能實(shí)現(xiàn)圖1所示功能結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)。圖2是表示該結(jié)構(gòu)的方框圖。
在該圖中，CPU201通過總線B對(duì)各部分進(jìn)行控制，并執(zhí)行各種處理和計(jì)算。圖1中所示的FFT處理器103、106與鍛煉強(qiáng)度計(jì)算器108、VO2max/wt計(jì)算器110、和控制器120相對(duì)應(yīng)。
ROM202存儲(chǔ)CPU201使用的基本程序、和由上述Astrand-Ryhning諾謨圖描述的關(guān)系，而且其與圖1中所示的諾謨圖記錄器109相對(duì)應(yīng)。
就將諾謨圖存儲(chǔ)在ROM202中的設(shè)計(jì)方案而言，可以將圖3中所示的諾謨關(guān)系繪制成圖表并存儲(chǔ)起來。如果將與心臟脈博速率和鍛煉強(qiáng)度有關(guān)的足夠數(shù)據(jù)帶入第三位置，那么可將從120到170(脈博/min)之間的50個(gè)間隔用于脈動(dòng)速率和將從300到1500(kpm/min)之間的120個(gè)間隔用于鍛煉強(qiáng)度。因此，如果將這些條件結(jié)合起來，可以得到6,000種結(jié)果。所以，把不同性別的數(shù)據(jù)結(jié)合起來時(shí)將得到12,000種結(jié)果。換句話說，通過把與上述每一種結(jié)合相應(yīng)的最大氧氣吸收量(VO2max)值存儲(chǔ)到ROM202中的結(jié)構(gòu)，可以得到與鍛煉強(qiáng)度和心臟脈博速率相應(yīng)的最大氧氣吸收量(VO2max)，并通過CPU201讀出與測(cè)得的心臟速率和鍛煉強(qiáng)度有關(guān)的值。圖表所需的容量有12,000種，或略少于12kilo-bytes。
右側(cè)軸上示出的鍛煉強(qiáng)度單位是kpm/min，所以CPU201把所得到的鍛煉強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成千-磅-米，然后給出諾謨圖。應(yīng)注意的是，1.00[kpm/min]＝0.1653[W]。
還可以提供這樣一種設(shè)計(jì)，即，ROM202記錄的是用諾謨圖形式而不是用圖表形式表示的函數(shù)本身，同時(shí)CPU201利用這些函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
RAM203暫時(shí)存儲(chǔ)CPU201在控制中使用的各種數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括例如測(cè)驗(yàn)對(duì)象的體重、步距和性別。RAM203與圖1中示出的記錄器107相對(duì)應(yīng)。
傳感器接口204在各個(gè)特定的時(shí)間周期對(duì)來自脈動(dòng)檢測(cè)器101和人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器104的每個(gè)模擬輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸出該信號(hào)。傳感器接口204與圖1中的A/D轉(zhuǎn)換器1021、105相對(duì)應(yīng)。
除了表的功能之外，時(shí)鐘電路205還設(shè)置了在預(yù)先確定的特定時(shí)間間隔內(nèi)向CPU201發(fā)送中斷信號(hào)的功能。
設(shè)置操縱器206是為了由測(cè)驗(yàn)對(duì)象輸入各種值和設(shè)定各種功能模式。操縱器由多個(gè)將在下文中詳細(xì)描述的按鈕開關(guān)構(gòu)成。
通報(bào)器207在CPU201的控制下產(chǎn)生通報(bào)信號(hào)，并正式通告測(cè)驗(yàn)對(duì)象的各種變化。而且從這一點(diǎn)上看，通報(bào)器并不是一定局限于依賴于聽覺通報(bào)器。相反，通報(bào)器可以采用能由測(cè)驗(yàn)對(duì)象的五官識(shí)別出的任何形式，例如，以觸覺為特征的振動(dòng)形式。
顯示器208顯示來自CPU201的各種信息，其由例如一個(gè)LCD(液晶顯示器)構(gòu)成。顯示器208對(duì)應(yīng)于圖1中所示的VO2max/wt顯示器1112。
1.1.4.外部結(jié)構(gòu)本實(shí)施例所述的最大氧氣吸收量估算裝置通常與一個(gè)能由測(cè)驗(yàn)對(duì)象隨身攜帶的物體相結(jié)合。這種設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)例是圖5中示出的裝置，其中所述裝置與一個(gè)手表相結(jié)合。
如圖中所示，該實(shí)施例所述的最大氧氣吸收量估算裝置包括帶有手表結(jié)構(gòu)的裝置主體500、連接到裝置主體500上的電纜501、設(shè)置在電纜501端部的脈動(dòng)波檢測(cè)器101。
手表帶502裝在裝置主體500上。更具體地說，手表帶502的一端從12點(diǎn)鐘的位置纏繞使用者的手腕，而另一端固定在裝置主體50上6點(diǎn)鐘的位置處。
在裝置主體表面6點(diǎn)鐘的位置上設(shè)置連接器503。把設(shè)在電纜501端部的連接器件504裝到連接器503上以便于自由拆卸。通過從連接器503上釋放連接器件504，可以將該裝置作為標(biāo)準(zhǔn)手表或秒表使用。
顯示器208設(shè)在裝置主體500的表面上。除了顯示當(dāng)前的時(shí)間和日期外，顯示器208還采用點(diǎn)陣或段顯示方式顯示例如估算的最大氧氣吸收量(VO2max/wt)、模式等各種信息。
按鈕開關(guān)511設(shè)置在裝置主體500表面上的顯示器208下方。當(dāng)校正步距、體重、時(shí)間或日期值時(shí)可由一個(gè)人操作該按鈕返回設(shè)定值。
此外，將按鈕開關(guān)512設(shè)在顯示器208的上方，以便當(dāng)校正步距、體重、時(shí)間或日期值時(shí)由一個(gè)人提供設(shè)定值。測(cè)驗(yàn)對(duì)象還使用該開關(guān)開始或停止對(duì)消耗時(shí)間的測(cè)量，以便設(shè)置測(cè)驗(yàn)對(duì)象的性別等信息。
將按鈕開關(guān)513-516設(shè)置在裝置主體500的外周表面上2、4、8、和10點(diǎn)鐘的位置處。這些按鈕開關(guān)中每一個(gè)的功能如下所述。
用按鈕開關(guān)513可設(shè)定裝置的各種模式，例如，時(shí)間顯示模式，時(shí)間測(cè)量模式，最大氧氣吸收量估算模式，輸入和修正模式等。按鈕開關(guān)514用于在裝置處于輸入和修正模式時(shí)對(duì)輸入/修正的值進(jìn)行設(shè)定，這些值包括時(shí)間(小時(shí)-分-秒)，日期(年-月-日)，12/24小時(shí)時(shí)鐘顯示，體重，步距和性別。按鈕開關(guān)515用于轉(zhuǎn)換顯示器208上顯示的內(nèi)容。最后，按鈕開關(guān)516用于控制顯示器208中背光的照明。當(dāng)壓下按鈕開關(guān)516時(shí)，顯示器208上的電發(fā)光(EL)背光接通例如3秒，然后它將自動(dòng)關(guān)閉。
脈動(dòng)波檢測(cè)器101由藍(lán)光LED和光接收元件(附圖中均未示出)構(gòu)成，而且通過將傳感器固定到位的帶狀物520阻止光的接收。脈動(dòng)波檢測(cè)器101安裝在測(cè)驗(yàn)對(duì)象食指上的基關(guān)節(jié)和第二關(guān)節(jié)之間。脈動(dòng)波檢測(cè)器101從藍(lán)光LED中發(fā)射光，并通過光接收元件接收由毛細(xì)管中的血紅蛋白反射的光。通過電纜501把該接收光的輸出波形作為脈動(dòng)波輸出到裝置主體500中。
應(yīng)注意到，從裝置的外觀上看不到元件，例如，CPU201、人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器1104、傳感器接口204等均罩在裝置主體500中。
1.2.實(shí)施例的工作狀態(tài)下面將說明本實(shí)施例所述最大氧氣吸收量估算裝置的工作狀態(tài)。如上所述，該裝置設(shè)有各種模式，其中之一是估算最大氧氣吸收量的最大氧氣吸收量估算模式。下面將解釋這一模式的工作狀況，同時(shí)省略了那些與本申請(qǐng)沒有直接聯(lián)系的其它模式。
1.2.1.估算最大氧氣吸收量的先決條件當(dāng)測(cè)驗(yàn)對(duì)象操縱按鈕開關(guān)513把裝置主體500的操作模式置于估算最大氧氣吸收量的模式時(shí)，CPU201首先執(zhí)行圖6中所示的程序。當(dāng)估算最大氧氣吸收量(VO2max/wt)時(shí)，用這個(gè)主要程序設(shè)定作為先決條件使用的信息。具體地說，CPU201執(zhí)行以下步驟S1-S11。
首先，在步驟S1中，CPU201進(jìn)行例如在RAM203中確定所需區(qū)域、清除上述區(qū)域等初始設(shè)定處理。
接著，在步驟S2中，CPU201確定在RAM203中是否設(shè)定有與測(cè)驗(yàn)對(duì)象的性別、體重、和步距有關(guān)的信息。當(dāng)在該實(shí)施例中第一次估算最大氧氣吸收量時(shí)，由于上述信息并未設(shè)在RAM203中，所以要在步驟S2中進(jìn)行確定。
然而，如果已將上述信息設(shè)在RAM203中，那么CPU201將在步驟S3中從RAM203讀出上述設(shè)定值，并在顯示器208上顯示這些信息。接著，在步驟S4中，用通報(bào)的形式提醒測(cè)驗(yàn)對(duì)象選擇是否要修正這些被顯示的值。
如果測(cè)驗(yàn)對(duì)象表示不想修正這些值，那么在步驟S5，CPU201把上述信息作為預(yù)定值重新置入RAM203。
另一方面，如果未將上述信息設(shè)在RAM203中，或是當(dāng)測(cè)驗(yàn)對(duì)象表示他不希望修正信息時(shí)，那么，在步驟S6中，CPU201將確定是否已輸入上述信息。如果已經(jīng)輸入上述信息，則處理過程轉(zhuǎn)回到步驟S6。換句話說，在輸入測(cè)驗(yàn)對(duì)象的性別、體重和步距之前，處理程序一直處于步驟S6。此外，一旦輸入/修正了該信息，那么在步驟S7中，CPU201將把這些值設(shè)置到RAM203中。
對(duì)于修正性別等指令，可以考慮這樣一種方法，例如，當(dāng)測(cè)驗(yàn)對(duì)象操縱按鈕開關(guān)時(shí)，將裝置主體500的操作模式設(shè)置到輸入/修正模式。此外，作為表示不對(duì)上述值進(jìn)行修正的手段，可以考慮這樣一種方法，即，在特定的時(shí)間周期內(nèi)，測(cè)驗(yàn)對(duì)象不操縱按鈕開關(guān)513。修正/輸入性別、體重、步距和其它信息的方法包括測(cè)驗(yàn)對(duì)象把裝置設(shè)置在輸入/修正模式，使用按鈕開關(guān)514把修正/輸入目標(biāo)設(shè)在性別、體重、步距等參數(shù)上，和由一個(gè)人利用按鈕開關(guān)511及512使目標(biāo)值增大或減小。
當(dāng)把與測(cè)驗(yàn)對(duì)象的性別、體重和步距有關(guān)的信息設(shè)置到RAM203中之后，在步驟S8中，CPU201檢測(cè)來自人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器104的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)，并判斷測(cè)驗(yàn)對(duì)象是否已真正開始跑步。如果測(cè)驗(yàn)對(duì)象還沒有開始跑步，那么處理過程再次返回到步驟S8。換句話說，在測(cè)驗(yàn)對(duì)象開始跑步之前，處理過程一直維持在步驟S8。
當(dāng)測(cè)驗(yàn)對(duì)象真正開始跑步時(shí)，則在步驟S9中，CPU201用下面將要說明的方法檢測(cè)跑步的步頻。接著，在步驟S10，根據(jù)通報(bào)器207進(jìn)行控制，所述通報(bào)器通告測(cè)驗(yàn)對(duì)象初始的跑步已經(jīng)得到確定，所以通報(bào)器產(chǎn)生與例如10秒內(nèi)檢測(cè)到的步頻相應(yīng)的聲音通報(bào)。結(jié)果，在測(cè)驗(yàn)對(duì)象開始跑步時(shí)便產(chǎn)生了與鍛煉同步的通報(bào)聲。
在步驟S11，CPU201許可執(zhí)行兩個(gè)中斷處理(計(jì)算顯示處理和鍛煉強(qiáng)度增大通告處理)，這兩個(gè)處理是在各自固定的時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行的。換句話說，當(dāng)將用戶的性別等信息設(shè)置到RAM203中且測(cè)驗(yàn)對(duì)象實(shí)際上已開始跑步時(shí)，CPU201將在各確定的時(shí)間間隔內(nèi)并行地進(jìn)行計(jì)算顯示處理和鍛煉強(qiáng)度增大通告處理。
1.2.2.步頻檢測(cè)現(xiàn)在將簡要地說明在步驟S9中執(zhí)行的跑步過程中步頻檢測(cè)操作的原理。
當(dāng)測(cè)驗(yàn)對(duì)象跑步時(shí)，可以考慮(1)伴隨豎向運(yùn)動(dòng)的加速度信號(hào)，和(2)在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器104的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)中疊加的伴隨手臂擺動(dòng)的加速度信號(hào)。
當(dāng)企圖分別檢測(cè)加速度信號(hào)分量時(shí)，由于右腳邁出一步和左腳邁出一步時(shí)的豎向加速度是相等的，所以認(rèn)為伴隨豎向運(yùn)動(dòng)的一個(gè)加速度信號(hào)周期相當(dāng)于跑步時(shí)的一步。
另一方面，裝有裝置主體500的左臂運(yùn)動(dòng)是當(dāng)左腳向前邁出時(shí)左手從向前的位置收回和當(dāng)右腳向前邁出時(shí)左手從后面的位置向前提起的擺動(dòng)。所以，伴隨擺臂的加速度信號(hào)與伴隨豎向運(yùn)動(dòng)的加速度信號(hào)同步。此外，這種運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期相當(dāng)于跑步期間的兩步。
因此，人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)的一次諧波分量取決于豎向運(yùn)動(dòng)，而二次諧波分量則取決于擺臂運(yùn)動(dòng)，在人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)中，從豎直運(yùn)動(dòng)和擺臂運(yùn)動(dòng)中得到的加速度分量相互疊加。
然而，通常在跑步中伴隨擺臂運(yùn)動(dòng)的加速度大于伴隨豎向運(yùn)動(dòng)的加速度。因此，從擺臂運(yùn)動(dòng)中得到的二次諧波特性是在人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)中體現(xiàn)的。所以，跑步的步頻可以，例如通過由CPU201對(duì)來自人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器104的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行以下處理后得到的結(jié)果而檢測(cè)到。
即，首先，CPU201對(duì)來自人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器104的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行FFT處理。其次，將具有最大步頻的諧波分量確定為二次諧波分量，并檢測(cè)其峰值頻率。第三，確定上述峰值頻率，用該頻率乘以1/2以得到步頻。
1.2.3.計(jì)算顯示處理下面將參照?qǐng)D7說明計(jì)算顯示處理的工作過程，所述處理是一種中斷處理。在該計(jì)算顯示處理中，根據(jù)測(cè)驗(yàn)對(duì)象跑步時(shí)的鍛煉強(qiáng)度和心臟脈博估算在固定的時(shí)間間隔內(nèi)的最大氧氣吸收量(VO2max/wt)，并將結(jié)果顯示在顯示器上。
CPU201檢測(cè)測(cè)驗(yàn)對(duì)象跑步的起始狀態(tài)(步驟S8)，并許可執(zhí)行中斷處理(步驟S11)。然后CPU201在特定的時(shí)間間隔(例如30秒)內(nèi)執(zhí)行圖7中所示的計(jì)算顯示處理。
首先，在步驟Sa1，CPU201通過傳感器接口204從脈動(dòng)波檢測(cè)器中讀取脈動(dòng)波形，并確定脈動(dòng)速率，即脈博速率(脈博數(shù)/分鐘)。
接著，在步驟Sa2，用與步驟S9中相同的方法處理來自人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器104的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)，以便檢測(cè)跑步的步頻。
在步驟Sa3，CPU201用在上一步檢測(cè)到的步頻乘以存儲(chǔ)在RAM203中的測(cè)驗(yàn)對(duì)象的步距，以計(jì)算測(cè)驗(yàn)對(duì)象在每單位時(shí)間內(nèi)的跑步距離。然后用存儲(chǔ)在RAM203中的使用者體重乘以跑步距離，以獲得鍛煉強(qiáng)度[W]。接著，將結(jié)果轉(zhuǎn)換成[kpm/min]。
接下來，在步驟Sa4，CPU201把轉(zhuǎn)換的鍛煉強(qiáng)度[kpm/min]和檢測(cè)到的脈博速率[脈博數(shù)/分鐘]作為一對(duì)數(shù)值存儲(chǔ)到RAM203中。
在步驟Sa5中，CPU201判斷在RAM203中是否存儲(chǔ)了至少三個(gè)鍛煉強(qiáng)度-脈博速率對(duì)。如果少于三對(duì)，則不能確定在鍛煉強(qiáng)度和脈博速率之間是否存在直線關(guān)系。所以判斷的結(jié)果是[NO]，并且結(jié)束當(dāng)前的計(jì)算顯示處理。如下所述，測(cè)驗(yàn)對(duì)象將根據(jù)通知測(cè)驗(yàn)對(duì)象增加鍛煉強(qiáng)度的處理指示在跑步期間分階段地增大鍛煉強(qiáng)度。同時(shí)，隨著存儲(chǔ)在RAM203中鍛煉強(qiáng)度-脈博速率對(duì)數(shù)量的增加，將每30秒進(jìn)行一次計(jì)算顯示處理。因此，只要存在三個(gè)或更多個(gè)鍛煉強(qiáng)度-脈博速率對(duì)，那么判斷的結(jié)果將是[YES]。
當(dāng)存在三個(gè)或更多個(gè)鍛煉強(qiáng)度-脈博速率對(duì)時(shí)，在步驟Sa6，CPU201將判斷在這些對(duì)之間是否存在直線關(guān)系。在這種情況下，應(yīng)考慮在鍛煉強(qiáng)度和脈博速率中包含的微小錯(cuò)誤。如果已經(jīng)建立了直線關(guān)系，那么可以在出現(xiàn)心臟速率轉(zhuǎn)折點(diǎn)HRtp之前進(jìn)行上述跑步，和滿足應(yīng)用Astrand-Ryhming諾謨圖的條件。這樣，CPU201將執(zhí)行下面的步驟Sa7-Sa9，以便估算最大氧氣吸收量(VO2max/wt)。
換句話說，在步驟Sa7中，CPU201從存儲(chǔ)在ROM202內(nèi)的圖表中讀出與存儲(chǔ)在RAM203中的測(cè)驗(yàn)對(duì)象性別相應(yīng)的值并估算與脈博速率和鍛煉強(qiáng)度相應(yīng)的最大氧氣吸收量(VO2max/wt)，所述脈博速率和鍛煉強(qiáng)度是在當(dāng)前的計(jì)算顯示處理階段在步驟Sa4中存儲(chǔ)的。在步驟S8中，CPU201進(jìn)行用存儲(chǔ)在RAM203中的測(cè)驗(yàn)對(duì)象體重除所讀取的最大氧氣吸收量(VO2max)的運(yùn)算，而在步驟Sa9中，在顯示器208上顯示根據(jù)除法運(yùn)算得到的作為單位體重最大氧氣吸收量(VO2max/wt)的值。
因此，在測(cè)驗(yàn)對(duì)象開始跑步之后，一旦在鍛煉強(qiáng)度和脈博速率之間建立起直線關(guān)系，那么就可以在每一次執(zhí)行計(jì)算顯示處理后在顯示器208上顯示出每單位體重的最大氧氣吸收量(VO2max/wt)。
另一方面，如果在步驟Sa6中沒有建立起直線關(guān)系，則表示在跑步期間已經(jīng)出現(xiàn)心臟速率轉(zhuǎn)折點(diǎn)HRtp，或是測(cè)驗(yàn)對(duì)象因某些原因而停止了跑步。因此，在步驟Sa10中，CPU201通過顯示停止跑步的指令把這種情況通知測(cè)驗(yàn)對(duì)象(或者在沒有人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)輸出的情況下，顯示出裝置已不再處于最大氧氣吸收量估算模式的信息)?？刹捎脧耐▓?bào)器207中發(fā)出聲音通報(bào)的形式或同時(shí)采用顯示和聲音通報(bào)的形式完成這種通告。
用這種方式，可在測(cè)驗(yàn)對(duì)象開始跑步之后，每30秒執(zhí)行一次計(jì)算顯示處理。一旦在跑步期間建立起鍛煉強(qiáng)度和脈博速率之間的直線關(guān)系，就可以根據(jù)鍛煉強(qiáng)度和心臟脈博速率估算出最大氧氣吸收量(VO2max/wt)，并將其顯示在顯示器上。另一方面，如果沒有建立起直線關(guān)系，就應(yīng)提醒測(cè)驗(yàn)對(duì)象停止跑步。如果沒有足夠的數(shù)據(jù)能判斷是否已建立起直線關(guān)系，則記錄當(dāng)前的鍛煉強(qiáng)度和心臟脈博速率，并在下一次計(jì)算顯示處理之前不再進(jìn)行判斷。
應(yīng)注意的是，執(zhí)行計(jì)算顯示處理的時(shí)間間隔并不限于30秒。
1.2.4.加大鍛煉強(qiáng)度通告裝置下面將借助圖8來解釋另一種中斷處理，加大鍛煉強(qiáng)度的通告處理。在加大鍛煉強(qiáng)度的通告得處理中，在測(cè)驗(yàn)對(duì)象開始跑步后的固定間隔(例如120秒)內(nèi)向測(cè)驗(yàn)對(duì)象發(fā)送在跑步期間加大鍛煉強(qiáng)度的指令。
CPU201檢測(cè)測(cè)驗(yàn)對(duì)象是否已開始跑步(步驟S8)，并許可執(zhí)行中斷處理(步驟S11)。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，CPU將在固定的時(shí)間間隔內(nèi)(例如120秒)進(jìn)行如圖8所示的加大鍛煉強(qiáng)度通告處理。
首先，在步驟Sb1，CPU201通過用與上述步驟S9和Sa2相同的方式處理人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器104的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)來檢測(cè)跑步的步頻。
接著，在步驟Sb2，CPU201測(cè)定比在前一步中測(cè)到的步頻快10％的步頻，并控制通報(bào)器207根據(jù)這一步頻產(chǎn)生例如10秒鐘的嘟嘟聲通報(bào)。這樣，測(cè)驗(yàn)對(duì)象能夠有參考地知道在跑步中各階段加大鍛煉強(qiáng)度的時(shí)刻和在下階段跑步中步頻加快的時(shí)刻。
用這種方式，在測(cè)驗(yàn)對(duì)象開始跑步之后，每120秒鐘執(zhí)行一次鍛煉強(qiáng)度加大的通告處理，以提醒測(cè)驗(yàn)對(duì)象每次加大10％的鍛煉強(qiáng)度。
就跑步中的鍛煉強(qiáng)度而言，注意鍛煉強(qiáng)度并不是在加大鍛煉強(qiáng)度通告處理時(shí)得到的，而是在上述計(jì)算顯示處理的步驟Sa2和Sa3中通過測(cè)量和計(jì)算得到的。因此，測(cè)驗(yàn)對(duì)象加大鍛煉強(qiáng)度的量級(jí)并不是只為10％。換句話說，加大鍛煉強(qiáng)度的通告只是一個(gè)目標(biāo)。因此，測(cè)驗(yàn)對(duì)象可以把鍛煉強(qiáng)度保持在恒定水平，或相反地，可以把鍛煉強(qiáng)度減小到一定程度。此外，測(cè)驗(yàn)對(duì)象可以根據(jù)他自己的愛好改變鍛煉強(qiáng)度。
此外，從達(dá)到目的的角度看，執(zhí)行加大鍛煉強(qiáng)度通告處理的間隔并不限于12秒。
1.3.具體操作下面將說明該實(shí)施例中的具體操作。
測(cè)驗(yàn)對(duì)象操縱按鈕開關(guān)513將裝置主體500設(shè)置到估算最大氧氣吸收量的模式。結(jié)果是，CPU201執(zhí)行圖6中所示的主程序。在顯示器208上顯示與當(dāng)前設(shè)置的性別、體重和步距有關(guān)的信息(步驟S3)。如果顯示的信息與測(cè)驗(yàn)對(duì)象的信息不同，測(cè)驗(yàn)對(duì)象可操作按鈕開關(guān)514來選擇修正的目標(biāo)。然后，測(cè)驗(yàn)對(duì)象可利用開關(guān)511和512設(shè)置選定值，使這些值適合他。這樣，便可以將該值設(shè)在RAM203中作為與測(cè)驗(yàn)對(duì)象有關(guān)的新信息(步驟S7)。另一方面，如果顯示的信息是測(cè)驗(yàn)對(duì)象的信息，那么測(cè)驗(yàn)對(duì)象就不必在特定的時(shí)間周期內(nèi)操作該裝置，從而使真實(shí)信息能傳遞到裝置主體500中。由此，可以把前面的信息作為與測(cè)驗(yàn)對(duì)象有關(guān)的信息預(yù)置在RAM203中(步驟S5)。用這種方式，可在RAM203中設(shè)定與測(cè)驗(yàn)對(duì)象有關(guān)的，例如性別等各種信息。結(jié)果，在把裝置設(shè)到最大氧氣吸收量估算模式的下一時(shí)刻，將再次讀出和顯示該信息，從而在每次將裝置設(shè)到最大氧氣吸收量估算模式時(shí)，使測(cè)驗(yàn)對(duì)象不必再次輸入與其自身有關(guān)的信息。
只要在RAM203中設(shè)置了與測(cè)驗(yàn)對(duì)象有關(guān)的，諸如性別和類似的信息，在測(cè)驗(yàn)對(duì)象開始跑步時(shí)就會(huì)產(chǎn)生與跑步的步頻相應(yīng)的通報(bào)聲音(步驟S10)。這樣，測(cè)驗(yàn)對(duì)象就能夠確認(rèn)裝置主體500已經(jīng)開始檢測(cè)跑步并且已啟動(dòng)估算處理。
當(dāng)測(cè)驗(yàn)對(duì)象開始跑步時(shí)，在裝置主體500中執(zhí)行中斷處理(步驟S11)。因此，每隔30秒和120秒便分別執(zhí)行一次計(jì)算顯示處理和加大鍛煉強(qiáng)度通告處理。
開始跑步之后，測(cè)驗(yàn)對(duì)象以恒定的步頻跑120秒，直到啟動(dòng)第一次加大鍛煉強(qiáng)度通告處理為止。在這120秒內(nèi)，執(zhí)行4次計(jì)算顯示處理。然而，由于鍛煉強(qiáng)度不變，所以只得到一個(gè)鍛煉強(qiáng)度-脈博速率對(duì)。因此，在這一時(shí)間內(nèi)，不進(jìn)行計(jì)算顯示處理中步驟Sa6-Sa9的處理。
接著，由于測(cè)驗(yàn)對(duì)象已開始跑步，所以一旦超過120秒便執(zhí)行第一次加大鍛煉強(qiáng)度通告處理。結(jié)果，在表示步頻增加10％的時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生聲音通報(bào)。根據(jù)通報(bào)聲音，測(cè)驗(yàn)對(duì)象把步頻提高10％，并盡量把該步頻下的跑步維持120秒，直到開始執(zhí)行第二次加大鍛煉強(qiáng)度通告處理為止。在所述的120秒期間，進(jìn)行4次計(jì)算顯示處理。然而，當(dāng)與在先前的處理中得到的鍛煉強(qiáng)度-脈博速率對(duì)相結(jié)合而得到的鍛煉強(qiáng)度-脈博速率對(duì)的數(shù)目不超過2。因此，在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)不執(zhí)行計(jì)算顯示處理中的步驟Sa6-Sa9。
當(dāng)超過120秒時(shí)，由于已完成第一次加大鍛煉強(qiáng)度的通告處理，所以開始執(zhí)行第二次加大鍛煉強(qiáng)度的通告處理。在與步頻進(jìn)一步增加10％相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生聲音通報(bào)。測(cè)驗(yàn)對(duì)象將步頻增加10％，并盡量保持該步頻下的跑步。
在這一時(shí)刻之后，當(dāng)計(jì)算顯示處理進(jìn)行30秒時(shí)，可以看到因步頻增加而引起的脈博速率變化已經(jīng)進(jìn)入了穩(wěn)定狀態(tài)。因此，當(dāng)與先前得到的鍛煉強(qiáng)度-脈博速率對(duì)組合時(shí)，得到的鍛煉強(qiáng)度-脈博速率對(duì)為三對(duì)。所以，如果能在這些對(duì)之間建立直線關(guān)系，就可執(zhí)行計(jì)算顯示處理中的步驟Sa7-Sa9，并在顯示器208上顯示測(cè)驗(yàn)對(duì)象每單位體重的最大氧氣吸收量(VO2max/wt)。這樣，測(cè)驗(yàn)對(duì)象能夠知道他自己每單位體重的最大氧氣吸收量(VO2max/wt)。
在此后每30秒進(jìn)行一次的每次計(jì)算顯示處理時(shí)，顯示器208上將顯示測(cè)驗(yàn)對(duì)象每單位體重的最大氧氣吸收量。然而，顯示的最大氧氣吸收量(VO2max/wt)應(yīng)不會(huì)有很大改變。也就是說，在通過訓(xùn)練改善最大氧氣吸收量(VO2max/wt)的同時(shí)，它基本上是對(duì)每個(gè)個(gè)體的一個(gè)值。
由于每120秒執(zhí)行一次加大鍛煉強(qiáng)度通告處理，所以在相應(yīng)于步頻增加10％的間隔內(nèi)產(chǎn)生聲音通報(bào)。測(cè)驗(yàn)對(duì)象把步頻加快10％，并盡量保持這一水平的跑步。然而，步頻分階段增加的結(jié)果是鍛煉強(qiáng)度和心臟脈博速率在步頻變化時(shí)刻可能會(huì)偏離先前獲得的鍛煉強(qiáng)度和心臟速率之間的直線關(guān)系。出現(xiàn)這種情況時(shí)，意味著已經(jīng)超過心臟速率轉(zhuǎn)折點(diǎn)HRtp。所以在這種情況下，作為在所述時(shí)刻進(jìn)行計(jì)算顯示處理的結(jié)果是在顯示器208上顯示停止跑步的指令(步驟Sa10)。此后，不允許進(jìn)行中斷處理(步驟Sa11)，并終止最大氧氣吸收量估算模式的操作。從而結(jié)束該實(shí)施例的操作。
本實(shí)施例的結(jié)果是，測(cè)驗(yàn)對(duì)象可以只通過根據(jù)他自己的愛好選擇的跑步來獲知自己的最大氧氣吸收量，而不受大型設(shè)備的限制。所以，測(cè)驗(yàn)對(duì)象可極容易地對(duì)他自己的體力能力有一個(gè)客觀的評(píng)價(jià)，從而確定訓(xùn)練效果。
在前面的實(shí)施例中，脈動(dòng)波檢測(cè)器101由藍(lán)光LED和光接收元件構(gòu)成，該檢測(cè)器被設(shè)計(jì)來檢測(cè)由毛細(xì)血管中血紅蛋白反射作為脈動(dòng)波形的光。然而，本發(fā)明并不限于此。例如，還可以使用壓電測(cè)微器來構(gòu)成脈動(dòng)波檢測(cè)器101。然而，在使用壓電測(cè)微器的情況下，要同時(shí)檢測(cè)伴隨脈動(dòng)波的振動(dòng)和伴隨人體運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)分量。結(jié)果，需要進(jìn)行從來自壓電測(cè)微器的輸出信號(hào)分量中減去來自人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器104的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)的處理，從而可以得到僅伴隨純脈動(dòng)波的振動(dòng)分量。
在上述實(shí)施例中，利用FFT處理從人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)中得到脈動(dòng)波信號(hào)或得到心臟脈博速率或步頻。然而，本發(fā)明并不限于此。還可以考慮采用MEM分析、子波分析等。此外，還可以采用簡單的峰值檢測(cè)。
在前面的實(shí)施例中，將步距值直接輸入到裝置主體500中。然而，也可以考慮將其設(shè)計(jì)成輸入身高的形式。然后通過將輸入的身高值與固定的系數(shù)相乘或是根據(jù)把輸入的身高和體重作為自變量構(gòu)成的函數(shù)而間接獲得步距。隨后將該步距值設(shè)定在RAM203中，以便可在獲取鍛煉強(qiáng)度值時(shí)使用。
2.實(shí)施例2下面將解釋本發(fā)明的第二實(shí)施例。
雖然存在個(gè)體之間的微小差異，但是通常認(rèn)為跑步的步頻加快時(shí)，步距變小。然而，在第一實(shí)施例中，由于是不加修改地使用設(shè)置在RAM203中的步距值，所以盡管存在步頻加快的事實(shí)，但使用的步距值卻是常數(shù)。也就是說，第一實(shí)施例并沒有考慮跑步過程中的這一特性。
因此，從這一角度上看，第一實(shí)施例存在的缺陷是在步驟Sa3中得到的鍛煉強(qiáng)度不精確。
所以，在第二實(shí)施例中，預(yù)先制成并存儲(chǔ)了表示步頻和步距修正系數(shù)間關(guān)系的圖表。當(dāng)在跑步中步頻發(fā)生變化時(shí)，讀出與變化的步頻相應(yīng)的步距修正系數(shù)，并將其乘以設(shè)在RAM203中的步距，從而校正與上述步頻相應(yīng)的步距。由此，在第二實(shí)施例中克服了第一實(shí)施例中存在的缺陷。
因而，按照第二實(shí)施例所述的最大氧氣吸收量估算裝置的結(jié)構(gòu)不必在圖1和2所示第一實(shí)施例的最大氧氣吸收量估算裝置中添加任何實(shí)質(zhì)性部件。而只需在RAM203中設(shè)置一個(gè)表示步頻和步距修正系數(shù)間關(guān)系的圖表。如圖9中的實(shí)線所示，在該圖表中，隨著步頻的加快，步距修正系數(shù)變得略小于1。要注意的是，標(biāo)準(zhǔn)步頻是在跑步期間步距等于輸入的步距(標(biāo)準(zhǔn)的步距)時(shí)的步頻。
可以看到，對(duì)于每個(gè)測(cè)驗(yàn)對(duì)象來說，步頻和步距修正系數(shù)之間的關(guān)系變化很大。因此，需要對(duì)圖9中實(shí)線所示的關(guān)系進(jìn)行編輯使之與測(cè)驗(yàn)對(duì)象的個(gè)體特性相匹配，由此得到了在用同一圖中虛線所示的關(guān)系。
下面將詳細(xì)說明。首先，在按階段將步頻加快，例如10％之后，由測(cè)驗(yàn)對(duì)象測(cè)量相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)步頻的步距，并確定測(cè)得的步距相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)步距的比例。其次，測(cè)驗(yàn)對(duì)象利用按鈕開關(guān)511-514把這一比例和相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)步頻的比例輸入到裝置主體500中。
完成這一操作之后，CPU201執(zhí)行下列操作。即，CPU201標(biāo)繪輸入的比例和步距比例，并在這些標(biāo)繪點(diǎn)之間進(jìn)行內(nèi)插處理以獲得圖9中虛線所示的特性曲線。然后將其繪制成圖表并存儲(chǔ)到RAM203的特定區(qū)域中。
當(dāng)測(cè)驗(yàn)對(duì)象處于跑步狀態(tài)，和在步驟Sa3中計(jì)算鍛煉強(qiáng)度時(shí)，CPU201首先確定在前一步驟Sa2中測(cè)得的步頻相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)步頻的比例，其次，從上述圖表中讀取與該比例相應(yīng)的步距修正系數(shù)。第三，CPU201把從RAM203中讀出的標(biāo)準(zhǔn)步距值乘以上述系數(shù)，以便校正步距使其與跑步的步頻相匹配。第四，CPU201在計(jì)算鍛煉強(qiáng)度時(shí)使用了修正后的步距。
所以，在第二實(shí)施例中，既使在跑步期間加快步頻也可以對(duì)步距進(jìn)行校正。此外，由于這種校正與每個(gè)具體測(cè)驗(yàn)對(duì)象的特性相匹配，所以可以更精確地得到最大氧氣吸收量(VO2max/wt)。
3.實(shí)施例3現(xiàn)在將解釋本發(fā)明的第三實(shí)施例。
跑步時(shí)，不需要把活動(dòng)范圍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。在跑步過程中出現(xiàn)斜坡的情況下，當(dāng)在上坡的路上跑動(dòng)時(shí)，步距將變得較短，而在下坡的路上跑動(dòng)時(shí)，步距將變得較長(然而，在跑馬拉松的人中，這種關(guān)系要反過來)。
因此，當(dāng)在斜坡上跑動(dòng)時(shí)，既使是步頻不變，步距也將改變。所以，鍛煉強(qiáng)度發(fā)生變化。然而，在上述第一實(shí)施例中，使用的是設(shè)在RAM203中的步距值。而且，如果步頻不變，那么既使是出現(xiàn)了斜坡，鍛煉強(qiáng)度也是根據(jù)不變的步頻值計(jì)算的。
所以第一實(shí)施例的缺點(diǎn)在于在步驟Sa3中得到的鍛煉強(qiáng)度不精確。
因此，在第三實(shí)施例中，要知道跑步時(shí)的斜坡坡度，并根據(jù)該坡度來校正步距。從而，解決了第一實(shí)施例中遇到的問題。
圖10是表示第三實(shí)施例所述最大氧氣吸收量估算裝置電子結(jié)構(gòu)的方框圖。該圖中示出的結(jié)構(gòu)與圖2所示第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)之不同點(diǎn)在于設(shè)置了高度計(jì)210。裝在裝置主體500內(nèi)部的高度計(jì)210根據(jù)空氣壓差得出高度差。
如果在計(jì)算顯示處理過程中執(zhí)行獲取高度差的處理，則處理間隔為30秒。因此，可在此時(shí)間間隔內(nèi)得到跑步期間的高度差。
此外，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，RAM203內(nèi)設(shè)有具有圖11所示特征的步距系數(shù)圖表。
如圖表中的實(shí)線所示，當(dāng)坡度為(+)，即上坡時(shí)，隨著坡度變大，步距修正系數(shù)逐漸小于[1]。相反，當(dāng)坡度為(-)，即下坡時(shí)，隨著坡度變大，步距修正系數(shù)逐漸大于[1]。
正如在第二實(shí)施例中那樣，對(duì)測(cè)驗(yàn)對(duì)象個(gè)體而言，坡度和步距修正系數(shù)之間的關(guān)系變化很大。所以需要對(duì)圖中實(shí)線所示的關(guān)系進(jìn)行編輯使之與各測(cè)驗(yàn)對(duì)象的特性相匹配，從而使所述關(guān)系變成由圖中虛線表示的關(guān)系。
下面將詳細(xì)說明該過程。首先，測(cè)驗(yàn)對(duì)象在有坡度的路上跑動(dòng)，并在確定坡度的同時(shí)確定跑步時(shí)的步距與標(biāo)準(zhǔn)步距的比例。最好是采用幾個(gè)而不是一個(gè)坡度-步距對(duì)。其次，測(cè)驗(yàn)對(duì)象用按鈕開關(guān)511-514把獲得的坡度和步距比例輸入到裝置主體500中。
結(jié)果，CPU201進(jìn)行下列操作。即，CPU201標(biāo)繪出輸入的坡度和步距比例，并在這些標(biāo)繪點(diǎn)之間進(jìn)行內(nèi)插處理以獲得例如由圖11中虛線表示的特性曲線。然后把該曲線繪制成圖表和將其存儲(chǔ)在RAM203的特定區(qū)域中。
當(dāng)測(cè)驗(yàn)對(duì)象跑步時(shí)，作為中斷處理過程執(zhí)行的計(jì)算顯示處理流程示于圖12中。如該圖所示，第三實(shí)施例中的計(jì)算顯示處理是在圖7所示的處理過程中的前一步驟Sa2之后添加了步驟Sa101-Sa103。
也就是就，在步驟Sa2中測(cè)出跑步時(shí)的步頻后，在步驟Sa102中，CPU201獲得與高度計(jì)210測(cè)得的高度差有關(guān)的信息。CPU201將該信息存儲(chǔ)在RAM203中，而且在步驟Sa103中，根據(jù)得到的信息判斷是否存在高度差。
如果在這個(gè)點(diǎn)上沒有出現(xiàn)高度差，或更具體地說，如果在先前和目前執(zhí)行計(jì)算顯示處理之間完成的跑步過程中沒有出現(xiàn)高度差，則表示測(cè)驗(yàn)對(duì)象是在平坦道路上進(jìn)行跑步。因此，計(jì)算鍛煉強(qiáng)度時(shí)可以使用RAM203中設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)步距，而不需對(duì)其進(jìn)行修正(步驟Sa3)。
另一方面，如果出現(xiàn)高度差，則在步驟Sa103中，CPU201首先根據(jù)上述高度差和30秒內(nèi)的跑步距離來確定坡度。第二，通過從圖表中讀出坡度值得出與該坡度值相應(yīng)的步距修正系數(shù)。第三，把從RAM203中讀出的標(biāo)準(zhǔn)步距乘以修正系數(shù)，以便校正步距使之與坡度相適應(yīng)。所以，如果在跑步期間出現(xiàn)高度差，那么CPU201將校正RAM203中設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)步距，并利用校正的步距計(jì)算鍛煉強(qiáng)度(步驟Sa3)。
因此，在第三實(shí)施例中是根據(jù)跑步期間的坡度來修正步距的。而且，這種修正與測(cè)驗(yàn)對(duì)象的個(gè)體特性相匹配，從而能夠更精確地得到最大氧氣吸收量(VO2max/wt)。
注意在不考慮因坡度而引起步距變化的情況下，也可根據(jù)測(cè)驗(yàn)對(duì)象隨高度變化而產(chǎn)生的勢(shì)能變化得到鍛煉強(qiáng)度。換句話說，可以提供這樣一種設(shè)計(jì)，即，可以把用從高度計(jì)210中得到的高度差和RAM203中設(shè)定的測(cè)驗(yàn)對(duì)象體重的乘積描述的勢(shì)能與得到的鍛煉強(qiáng)度相加或從其中減去(上坡時(shí)相加，下坡時(shí)相減)。
此外，通過把第二和三實(shí)施例相組合能夠更精確地獲得最大氧氣吸收量(VO2max/wt)。即，如果將RAM203中設(shè)定的步距修正成使之與步頻和坡度相匹配，那么就能更精確地得到最大氧氣吸收量(VO2max/wt)。
4.實(shí)施例44.1.基本結(jié)構(gòu)和操作下面將參照

本發(fā)明的第四實(shí)施例。
圖13是表示按照本發(fā)明第四實(shí)施例所述鍛煉測(cè)驗(yàn)輔助裝置結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖。
在該圖中，微計(jì)算機(jī)1由CPU(中央處理單元)和它的外部電路構(gòu)成。微計(jì)算機(jī)1控制裝置的所有部分，并確定脈動(dòng)速率的上極限值UL和下限值LL。
輸入端7設(shè)有用來選擇各種模式的模式開關(guān)M，用于改變?cè)O(shè)定值的上開關(guān)U和下開關(guān)D，和用于決定設(shè)定值的設(shè)定開關(guān)S。
顯示器8由液晶顯示器構(gòu)成，并顯示由微計(jì)算機(jī)1確定的上限值UL和下限值LL。
脈動(dòng)速率圖表記錄器9由ROM(只讀存儲(chǔ)器)構(gòu)成，其存儲(chǔ)下面所示的脈動(dòng)速率表。
圖14是表示脈動(dòng)速率表的一個(gè)例子的示范性示圖。
如圖中所示，該脈動(dòng)速率表為每個(gè)VO2max存儲(chǔ)了與該VO2max相對(duì)應(yīng)的脈動(dòng)速率。
在圖中，VO2max是在給定個(gè)體處于最大鍛煉強(qiáng)度時(shí)刻的最大氧氣吸收量。在VO2max為例如40[ml/kg/min]的鍛煉中，用VO2max表示最大氧氣吸收量，以及鍛煉強(qiáng)度。
在該圖中，與每個(gè)VO2max相應(yīng)的脈動(dòng)速率表示當(dāng)一個(gè)VO2max是上述值的正常人以對(duì)應(yīng)于50％VO2max的強(qiáng)度鍛煉時(shí)的脈動(dòng)速率。
應(yīng)該注意到，有兩種脈動(dòng)速率圖表記錄在脈動(dòng)速率表記錄器9中(即，男性和女性)。圖14所示的圖表是為男性設(shè)置的。
現(xiàn)在將解釋具有上述結(jié)構(gòu)的鍛煉測(cè)驗(yàn)輔助裝置的工作情況。
使用者可以預(yù)先利用第一到第三實(shí)施例說明的方法或借助于傳統(tǒng)的間接方法估算他自己的VO2max。在這種情況下，有一種有效的間接方法，該方法是根據(jù)在最大鍛煉強(qiáng)度下的心臟速率和功率來估算VO2max/wt(參見Holen-No-Kagaku(健康科學(xué))，Vol.32，No.3，1990.)。
接著，使用者接通裝置的電源并按下模式開關(guān)M(參見圖13)，由此把顯示器8上的顯示變成圖15(a)所示的狀態(tài)。
在這種狀態(tài)下，當(dāng)使用者每按下上開關(guān)U(或下開關(guān)D)一次，顯示器8上的顯示就從1(男性)變?yōu)?(女性)，或從2(女性)變?yōu)?(男性)。在用這種方式使顯示狀態(tài)與他或她的性別相匹配之后，使用者可以通過按下設(shè)定開關(guān)S輸入上述值。作為這種情況下的一個(gè)實(shí)例，其輸入的是1(男性)。
輸入使用者的性別之后，微計(jì)算機(jī)1從存儲(chǔ)在脈動(dòng)速率圖表記錄器9內(nèi)的兩種脈動(dòng)速率圖表中讀取與輸入的性別相應(yīng)的脈動(dòng)速率表。由于在本例中輸入的是1(男性)，所以微計(jì)算機(jī)1讀取男性脈動(dòng)速率圖表(參見圖14)。
然后，使用者按下模式開關(guān)M，把顯示器8上的顯示變成圖15(b)所示的狀態(tài)。
在這種狀態(tài)下，當(dāng)使用者連續(xù)按動(dòng)上開關(guān)U時(shí)顯示器8便遞增計(jì)數(shù)，而當(dāng)使用者連續(xù)按壓下開關(guān)D時(shí)顯示器8便遞減計(jì)數(shù)。只要使用者使顯示狀態(tài)與他自己的VO2max相匹配，那么他可以通過壓下設(shè)定開關(guān)S輸入該值。作為這種情況的一個(gè)例子，輸入的是40。
一旦輸入了VO2max，微計(jì)算機(jī)1便從上面讀出的脈動(dòng)速率圖表(參見圖14)中讀取與該VO2max相應(yīng)的脈動(dòng)速率。在此，由于輸入的是40，所以微計(jì)算機(jī)1讀出與上述值40相應(yīng)的值125。
接著，微計(jì)算機(jī)1通過將讀出的脈動(dòng)速率乘以特定的上限值系數(shù)1.2(即120％)便可以確定脈動(dòng)速率的上限值UL。在該實(shí)例中，由于上述脈動(dòng)速率是125，所以上限值為150。
相似地，微計(jì)算機(jī)1通過把在上面讀出的脈動(dòng)速率乘以特定的下限值系數(shù)0.8(即80％)便可以確定脈動(dòng)速率的下限值LL。在該實(shí)例中，由于上述脈動(dòng)速率是125，所以下限值為100。
最后，微計(jì)算機(jī)1把上限值UL和下限值LL送到顯示器8并在其上進(jìn)行顯示。
4.2.步頻指示器的應(yīng)用實(shí)例下面將對(duì)在步頻指示器中使用該裝置的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行說明。
4.2.1.整體結(jié)構(gòu)下面將參照附圖對(duì)使用該裝置的步頻指示器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
圖16是上述步頻指示器的外觀斜視圖。
在該圖中，借助表帶12將裝置的主體14固定在使用者的手腕上。
下面將要解釋的脈動(dòng)波傳感器301(參見圖19)和人體運(yùn)動(dòng)傳感器302(參見圖19)是通過指帶15固定到手指上的。
另外，圖17是表示上述步頻指示器中電子結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖。
在該圖中，上下極限值設(shè)定元件21是根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，該裝置的部件、基本結(jié)構(gòu)和工作情況已在上面進(jìn)行了描述。上下極限值設(shè)定元件21確定脈動(dòng)速率的上極限值UL和下極限值LL，并輸出這些極限值。
脈動(dòng)速率/步頻檢測(cè)器22檢測(cè)使用者在鍛煉期間的步頻和脈博，并輸出顯示這些值的步頻檢測(cè)信號(hào)PS和脈博檢測(cè)信號(hào)BS。脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22的結(jié)構(gòu)和工作情況將在下面的(2)脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器一節(jié)中詳細(xì)討論。
上下極限值比較元件23檢測(cè)從脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22輸出且用脈動(dòng)檢測(cè)信號(hào)B表示的脈動(dòng)是否超出下限值LL或上限值UL。把表示這種狀態(tài)的信號(hào)SS輸出到步頻信號(hào)發(fā)生器24。
步頻信號(hào)發(fā)生器24是一個(gè)能根據(jù)從脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22輸出的步頻檢測(cè)信號(hào)PS和從上下極限比較元件23輸出的信號(hào)SS形成步頻控制信號(hào)PCS的電路。該電路的結(jié)構(gòu)例如可如圖18所示。
在圖18中，初始步頻設(shè)定元件33是一個(gè)電路，該電路根據(jù)信號(hào)SS檢測(cè)使用者的脈動(dòng)速率超過下限值LL的時(shí)刻，并向控制器34輸出信號(hào)Sa。
當(dāng)收到信號(hào)Sa時(shí)，控制器34輸出使用者的步頻，該步頻是用產(chǎn)生步頻控制信號(hào)PCS時(shí)的步頻檢測(cè)信號(hào)PS表示的。
控制器34檢查在信號(hào)Sa已輸出之后的隨后信號(hào)SS。如果發(fā)現(xiàn)使用者的脈動(dòng)速率低于下限值LL，則控制器34需要調(diào)整步頻控制信號(hào)PCS，以便使步頻以固定的速率加快，直到使用者的脈動(dòng)速率再次大于下限值為止。
此外，控制器34檢查在信號(hào)Sa后輸出的信號(hào)SS。當(dāng)發(fā)現(xiàn)使用者的脈動(dòng)速率高于上限值UL時(shí)，控制器34將調(diào)節(jié)步頻控制信號(hào)PSC，以便使步頻以固定的速率放慢，直到脈動(dòng)速率再次低于上限值UL。
止動(dòng)控制元件35是一個(gè)用于比較步頻控制信號(hào)PCS和步頻檢測(cè)信號(hào)PS的電路。當(dāng)在固定的時(shí)間周期內(nèi)兩個(gè)信號(hào)相等時(shí)(或當(dāng)它們幾乎相同時(shí))，止動(dòng)控制元件35停止輸出步頻控制信號(hào)PCS，而當(dāng)兩個(gè)信號(hào)不同時(shí)，止動(dòng)控制元件將再度輸出步頻控制信號(hào)PCS。然而，當(dāng)改變(加快或放慢)步頻時(shí)，不管止動(dòng)控制器35的工作情況如何，控制器34都將連續(xù)輸出步頻控制信號(hào)PCS。
上面已對(duì)步頻信號(hào)發(fā)生器24的結(jié)構(gòu)和詳細(xì)的工作過程進(jìn)行了描述。然而，本發(fā)明并不限于此，只要能進(jìn)行相同的處理，也可以采用其它結(jié)構(gòu)。因此，借助于軟件也能夠?qū)崿F(xiàn)前面的效果。
此外，圖17中所示的聲音釋放器25由例如壓電蜂鳴器和它的驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成并且在出現(xiàn)某個(gè)步頻時(shí)根據(jù)步頻控制信號(hào)PCS發(fā)出嘟嘟聲。當(dāng)沒有步頻控制信號(hào)PCS輸出時(shí)，聲音釋放器處于停機(jī)狀態(tài)。
顯示器26由液晶顯示器構(gòu)成。如圖16所示，顯示器26顯示用數(shù)字值形式的步頻控制信號(hào)PCS表示的步頻，并根據(jù)該步頻接通和關(guān)閉指示器MK。此外，顯示器26根據(jù)從脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22輸出的脈動(dòng)檢測(cè)信號(hào)BS顯示脈動(dòng)速率。當(dāng)借助于上下極限值設(shè)定元件21的模式開關(guān)M(參見圖13)改變顯示模式時(shí)，顯示器26將顯示上極限值UL和下極限值LL(圖中未示出)。
4.2.2.脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器現(xiàn)在將參照附圖解釋脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22的結(jié)構(gòu)和工作情況。
圖19是表示脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22的結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖。
在該圖中，脈動(dòng)波傳感器301檢測(cè)人體的脈動(dòng)波，并將測(cè)到的脈動(dòng)波信號(hào)輸出到脈動(dòng)波信號(hào)放大電路303。脈動(dòng)波傳感器301例如可以是壓電式測(cè)微器。
人體運(yùn)動(dòng)傳感器302檢測(cè)人體的運(yùn)動(dòng)，并將測(cè)到的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)輸出到人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)放大電路304。人體運(yùn)動(dòng)傳感器302例如可以是一個(gè)加速度傳感器。
脈動(dòng)波信號(hào)放大電路303把測(cè)到的脈動(dòng)波信號(hào)放大，并把該信號(hào)輸出到A/D轉(zhuǎn)換電路305和脈動(dòng)波形整形電路306。
人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)放大電路304將測(cè)到的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)放大，并把該信號(hào)輸出到A/D轉(zhuǎn)換電路305和人體運(yùn)動(dòng)波形整形電路307。
A/D轉(zhuǎn)換電路305把放大的脈動(dòng)波信號(hào)和人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到CPU308。
脈動(dòng)波整形電路306對(duì)放大的脈動(dòng)波信號(hào)進(jìn)行整形，并將整形后的信號(hào)輸出到CPU308。
人體運(yùn)動(dòng)波形整形電路307對(duì)放大的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行整形，并將整形后的信號(hào)送到CPU308。
圖20是表示脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22中處理順序的流程圖。
在該圖的步驟SF1中，檢測(cè)脈動(dòng)波，將脈動(dòng)波信號(hào)放大，并將放大后的脈動(dòng)波信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
在步驟SF2，檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)，并將該人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)放大和將放大的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
在步驟SF3，對(duì)經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換的脈動(dòng)波信號(hào)和人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行FFT處理。
在步驟SF4，根據(jù)經(jīng)FFT處理的脈動(dòng)波信號(hào)和人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)提取脈動(dòng)頻率分量。
在步驟SF5，根據(jù)提取的脈動(dòng)頻率分量計(jì)算脈動(dòng)速率。
在本說明書中使用的脈動(dòng)頻率定義為在從對(duì)脈動(dòng)波信號(hào)進(jìn)行FFT處理得到的結(jié)果中除去與人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)相應(yīng)的頻率分量后獲得的脈動(dòng)頻率分量。
4.2.2.1.對(duì)提取的脈動(dòng)頻率分量的處理原則在上述步驟SF4中提取脈動(dòng)頻率分量?，F(xiàn)在將解釋這一操作的原理。
圖21A表示把頻率fA和fB(然而，在此，頻率fB的幅值是頻率fA的1/2)相加后得到的信號(hào)。圖21B一個(gè)示圖，其表示在對(duì)相加的信號(hào)進(jìn)行FFT處理后得到的結(jié)果。
按照分析時(shí)間的倒數(shù)確定從FFT處理結(jié)果中得到的最低頻率。例如，如果分析時(shí)間是16秒，那么譜線是1/16秒。換句話說，得到的分辨率是62.5毫秒。而且，把接受分析的信號(hào)解析成諧波分量，所述分量是16Hz的整數(shù)倍。各諧波分量的量值(能量)是沿縱軸表示的。圖21B表示頻率fB的能量是頻率fA的一半。
圖22A是表示在鍛煉期間對(duì)從脈動(dòng)波傳感器301和人體運(yùn)動(dòng)傳器302輸出的信號(hào)進(jìn)行FFT處理之后得到的結(jié)果實(shí)例圖。圖22A表示對(duì)從脈動(dòng)波傳感器301輸出的信號(hào)進(jìn)行FFT處理之后得到的結(jié)果(脈動(dòng)波譜fmg)；圖22B表示對(duì)從人體運(yùn)動(dòng)傳感器302輸出的信號(hào)進(jìn)行FFT處理之后得到的結(jié)果(人體運(yùn)動(dòng)譜fsg)；圖22C表示從脈動(dòng)波譜fmg中減去人體運(yùn)動(dòng)譜fsg之后得到的脈動(dòng)譜fM。
如這些圖中所示，脈動(dòng)頻率分量和從通過人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)中得到的頻率分量均示于圖22A中。
相反，由于人體運(yùn)動(dòng)傳感器302只對(duì)應(yīng)于人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以在圖22B中只有從因人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)中得到的頻率分量。
因此，將人體運(yùn)動(dòng)譜fsg從脈動(dòng)波譜fmg中減去，而用剩余譜線中的最大譜線fM表示脈動(dòng)頻率分量。
如圖20所示，在步驟SF5中根據(jù)該脈動(dòng)頻率分量計(jì)算脈動(dòng)速率。
然而，由于諧波信號(hào)的影響，實(shí)際上很難用簡單地取其差值的方法對(duì)從這些傳感器輸出的波形進(jìn)行頻率分析。所以，下面將更詳細(xì)地解釋確定脈動(dòng)波的方法。
首先，我們將考慮分析的頻率范圍。通常，人體運(yùn)動(dòng)的頻率是1-2Hz。所以，如果fmax＝4Hz，那么用三次諧波進(jìn)行檢測(cè)就足夠了。
在該實(shí)施例中，提取2-4Hz頻率范圍內(nèi)最大的人體運(yùn)動(dòng)分量，并假設(shè)其中的最大分量是人體運(yùn)動(dòng)分量的二次諧波。下面將說明作這種假設(shè)的理由。
圖23表示對(duì)人體運(yùn)動(dòng)傳感器302的輸出信號(hào)進(jìn)行FFT處理之后得到結(jié)果。通常，當(dāng)鍛煉時(shí)，特別是當(dāng)跑步時(shí)，如圖23所示，二次諧波的能量高于基波(例如，在正常跑步的情況下，增加3-10倍)。在使用者跑步時(shí)，如果要分析由人體運(yùn)動(dòng)傳感器302檢測(cè)的因素可以考慮以下三點(diǎn)。即，1.跑步期間的上、下運(yùn)動(dòng)2.手臂擺動(dòng)的基波3.手臂擺動(dòng)的二次諧波就(1)而言，當(dāng)右腳邁出一步和左腳邁出一步時(shí)，上、下運(yùn)動(dòng)是均勻出現(xiàn)的，所以該運(yùn)動(dòng)便成為人體運(yùn)動(dòng)分量的二次諧波。
就(2)而言，其表示的是擺動(dòng)，其中手臂的前后擺動(dòng)構(gòu)成了一個(gè)周期。然而，一般說來，雖然該分量的能量較弱，但在跑步期間很難把手臂的擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成平滑的擺動(dòng)。
就(3)而言，由于在手臂瞬間向前和向后擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生加速度，所以出現(xiàn)的二次諧波比基波強(qiáng)得多。
所以，在人體運(yùn)動(dòng)的頻率內(nèi)，可以獲得有特性的二次諧波分量。
在常規(guī)跑步的情況下，給定的范圍是2-4Hz，不管跑步的步速是慢還是快該范圍都能夠覆蓋二次諧波出現(xiàn)的區(qū)域。所以在用該方式限制了所述區(qū)域之后，通過提取特征二次諧波分量，就能夠提高檢測(cè)的精度。
4.2.2.2.提取脈動(dòng)頻率分量的詳細(xì)過程圖24是處理方法的流程圖，所述方法用于在確定了人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)的諧波之后而確定脈動(dòng)波分量。
在步驟SD1中，CPU308根據(jù)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻率分析的結(jié)果確定能量P為最大時(shí)的譜線fs。
在步驟SD2中，CPU308判斷在頻率為二分之一fs頻率的位置上是否存在高于給定固定值Th的人體運(yùn)動(dòng)分量P(fs/2)。
當(dāng)判斷的結(jié)果是YES時(shí)，即，當(dāng)存在高于給定固定值Th的人體運(yùn)動(dòng)分量P(fs/2)時(shí)，處理過程進(jìn)到步驟SD3。
在步驟SD3中，把頻率fs確定為二次諧波(HMC＝2)。
當(dāng)步驟SD2中中判斷結(jié)果是NO時(shí)，即，當(dāng)不存在高于給定固定值Th的人體運(yùn)動(dòng)分量P(fs/2)時(shí)，處理過程進(jìn)到步驟SD4。
在步驟SD4中，CPU308判斷在頻率為三分之一fs頻率處是否存在高于給定固定值Th的人體運(yùn)動(dòng)分量P(fs/3)。
當(dāng)判斷結(jié)果是YES時(shí)，即，當(dāng)存在高于給定固定值Th的人體運(yùn)動(dòng)分量P(fs/3)時(shí)，處理過程轉(zhuǎn)向步驟SD5。
在步驟SD5中，CPU308把頻率fs確定為三次諧波(HMC＝3)。
當(dāng)步驟SD4中的判斷結(jié)果是NO時(shí)，即，當(dāng)不存在高于給定固定值Th的人體運(yùn)動(dòng)分量P(fs/3)時(shí)，CPU把頻率fs指定為基波頻率fs1。
作為前面處理的結(jié)果，可以確定諧波的頻率是頻率fs，所以在步驟SD7中，得到人體運(yùn)動(dòng)的基波fs1。
在步驟SD8-SD11中，利用脈動(dòng)波的頻率分析結(jié)果，對(duì)從具有最大能量P的譜線開始按順序排列的譜線中的頻率fm和人體運(yùn)動(dòng)頻率進(jìn)行比較。通過這種方式，可以檢查所述頻率是否與人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)的基波(fs1)，二次諧波(2xfs1)，或三次諧波(3xfs1)相一致。
作為這一處理的結(jié)果，在步驟SD12中，可以提取與人體運(yùn)動(dòng)分量不一致的最大脈動(dòng)波頻率分量fm。
以上描述脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22的結(jié)構(gòu)和工作情況。
4.2.3.工作情況下面將參照附圖解釋步頻指示器的工作情況。
首先，由圖17中所示的上下極限設(shè)定元件21(即，本發(fā)明所述的鍛煉測(cè)驗(yàn)輔助裝置)借助于在上文中以“基本結(jié)構(gòu)和工作情況”為題的部份描述的處理過程確定脈動(dòng)速率的上限值UL和下限值LL。
接著，把圖16中所示的手指帶15固定到手指上，并從例如圖27中所示的時(shí)刻t1開始跑步。
結(jié)果，圖17中所示的脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22通過上述(2)脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器中描述的處理過程檢測(cè)使用者的脈動(dòng)和步頻情況，并輸出表示這些值的脈動(dòng)檢測(cè)信號(hào)BS和步頻檢測(cè)信號(hào)PS。
上下極限值比較元件23把脈動(dòng)檢測(cè)信號(hào)BS與上限值UL和下限值LL進(jìn)行比較，并輸出與比較結(jié)果相應(yīng)的信號(hào)SS。
在這種情況下，如圖27所示，當(dāng)使用者剛開始跑步時(shí)，他的脈博不會(huì)是下限值LL。因此，初始步頻設(shè)定元件33(見圖18)不輸出信號(hào)Sa，控制器34也不進(jìn)行初始步頻設(shè)定。所以不產(chǎn)生步頻控制信號(hào)PCS，聲音釋放器25不產(chǎn)生步頻的聲提示。
隨后，使用者完成熱身并逐漸加快步頻。鍛煉強(qiáng)度隨步頻的加快而增大，所以脈動(dòng)速率增加。
在圖27中所示的時(shí)刻t2，用脈動(dòng)檢測(cè)信號(hào)BS表示的脈動(dòng)速率超過下限值LL。由上下極限值比較元件23輸出的信號(hào)SS顯示[超出下限值]，而初始步頻設(shè)定元件33(見圖18)輸出信號(hào)Sa。
當(dāng)輸出信號(hào)Sa時(shí)，控制器34修正由步頻檢測(cè)信號(hào)PS指示的使用者的步頻，并將其作為初始步頻。步頻控制信號(hào)PCS響應(yīng)該步頻產(chǎn)生輸出信號(hào)。
結(jié)果，當(dāng)步頻與步頻控制信號(hào)PCS相應(yīng)時(shí)(例如，如圖27所示，在當(dāng)前時(shí)刻使用者的步頻，或160步/分)，聲音釋放器25將產(chǎn)生步頻的聲提示。換句話說，當(dāng)使用者的脈動(dòng)超過下限值LL時(shí)，產(chǎn)生第一時(shí)刻的步頻聲。而且，聲音釋放時(shí)的間隔相當(dāng)于使用者在該時(shí)刻的步頻。
此外，當(dāng)使用者的步頻和聲音釋放器25產(chǎn)生的步頻相等，而且相等的持續(xù)時(shí)間超出特定時(shí)間周期時(shí)，止動(dòng)控制器35(見圖18)向控制器34輸出控制信號(hào)。這樣，便可中止步頻控制信號(hào)PCS，并使聲音釋放器25停止輸出步頻聲。所以，聲音釋放器25只在圖27所示的時(shí)刻t2-時(shí)刻T1進(jìn)行步頻聲的釋放。
在時(shí)刻T1過后切斷步頻聲的原因如下。即，使用者進(jìn)入穩(wěn)定跑步狀態(tài)時(shí)的步頻通常是不變的，所以在沒有任何特別原因的情況下，既使是不提供步頻聲或其它指令，跑步也會(huì)以幾乎均勻的步頻進(jìn)行。所以，不必提供不需要的步頻指令，由此可降低能量消耗。
接著，如圖27所示，以初始步頻跑步的使用者的脈動(dòng)加快。當(dāng)在時(shí)刻t3脈動(dòng)超過上限值UL時(shí)，從上下極限值比較元件23輸出的信號(hào)SS顯示為[超出上限值]。控制器34(見圖18)調(diào)整步頻控制信號(hào)PCS以便使步頻以固定速率下降直到使用者的脈動(dòng)降到上限值UL以下。
當(dāng)步頻改變時(shí)，控制器34再次輸出步頻控制信號(hào)PCS，同時(shí)從聲音釋放器25中輸出步頻聲。需要讓使用者知道步頻的變化。
在時(shí)刻t4，使用者的脈動(dòng)降到上限值UL以下，控制器34停止對(duì)步頻控制信號(hào)PCS的調(diào)整。因此，控制器34的設(shè)定步頻固定在前一時(shí)刻t4的步頻上(145步/分)。當(dāng)變化后的步頻與使用者的步頻在固定的時(shí)間周期內(nèi)一致時(shí)，由止動(dòng)控制器35檢測(cè)這一情況，并再次停止輸出步頻控制信號(hào)PCS。
此后，當(dāng)由于某些原因，例如身體狀態(tài)發(fā)生變化而在時(shí)刻t5導(dǎo)致使用者的步頻發(fā)生變化時(shí)，止動(dòng)控制器35將檢測(cè)到這一情況。而且，止動(dòng)控制器35將向控制器34輸出步頻控制信號(hào)PCS。由此，聲音釋放器25將再次釋放步頻聲，讓使用者根據(jù)步頻聲改變他的跑步步頻。當(dāng)使用者的步頻和控制器34的設(shè)定步頻在固定的時(shí)間周期內(nèi)一致時(shí)，通過止動(dòng)控制器35來中止步頻控制信號(hào)PCS的產(chǎn)生。使用者的脈動(dòng)逐漸變緩，以致于在時(shí)刻t6降至例如下限值LL以下。由于從上下極限值比較元件23輸出的信號(hào)SS顯示出步頻已降到下限值以下，所以控制器34要調(diào)整步頻控制信號(hào)PCS以便使步頻以固定的速率加快直到使用者的脈動(dòng)超過下限值LL。
當(dāng)步頻改變時(shí)，控制器34再次輸出步頻控制信號(hào)PCS，并使聲音釋放器25輸出步頻聲。在這種情況下，從脈動(dòng)降至下限值LL以下的時(shí)刻t6到啟動(dòng)調(diào)整步頻控制信號(hào)PCS的時(shí)刻t7之間存在微小的時(shí)間差。這是由于控制器34監(jiān)視特定周期的信號(hào)SS。在該例的情況下，進(jìn)行監(jiān)視的時(shí)刻t7稍慢于時(shí)刻t6。但這并不是一個(gè)問題，因?yàn)闉榱讼蚴褂谜甙l(fā)出步頻指令已設(shè)定了足夠早的時(shí)間。
在時(shí)刻T4過后，便中止從時(shí)刻t7產(chǎn)生的步頻聲。這是用與上述相同的方式在止動(dòng)控制器35的控制下完成的。
到此已完成了對(duì)步頻指示器工作情況的說明。
5.實(shí)施例55.1.實(shí)施例的結(jié)構(gòu)5.1.1.整體結(jié)構(gòu)下面將參照附圖解釋本發(fā)明的第五實(shí)施例。
圖29表示本發(fā)明所述的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置和用于對(duì)由該便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置測(cè)得的信息進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理裝置。下文中將把這些裝置統(tǒng)稱為脈動(dòng)波信息處理裝置。圖30是表示便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置使用方法的示范圖。從這些圖中可以看出，該實(shí)施例中的便攜式裝置采用的形式是固定到手腕上當(dāng)作手表使用的脈動(dòng)波測(cè)量裝置。如圖29中所示，脈動(dòng)波信息處理裝置1由固定到手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A和數(shù)據(jù)處理裝置1B構(gòu)成，數(shù)據(jù)處理裝置1B在其自身和固定到手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A之間發(fā)送數(shù)據(jù)。
如上面所述，在固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A上設(shè)有連接器70。在連接器70上固定有與數(shù)據(jù)處理裝置1B通信的通信單元100。通信單元100利用光學(xué)信號(hào)在固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A和數(shù)據(jù)處理裝置1B之間發(fā)送數(shù)據(jù)。將通信單元100設(shè)計(jì)成使其可從固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A自由拆卸的形式。如下面所述，可以在通信單元100的位置處將連接件80固定到連接器70上，通過電纜20把用于測(cè)量脈動(dòng)波的傳感器單元30設(shè)在連接件80的端部。
數(shù)據(jù)處理裝置1B由裝置主體2、顯示器3、鍵盤4、打印機(jī)5等構(gòu)成。除了下列幾點(diǎn)之外，其構(gòu)成方式與普通個(gè)人計(jì)算機(jī)相同。所以在此省略了對(duì)相同點(diǎn)的詳細(xì)說明。也就是說，數(shù)據(jù)處理裝置1B內(nèi)部裝有圖中未示出的發(fā)送控制器和接收控制器，它們借助于光學(xué)信號(hào)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送控制器設(shè)有用于發(fā)送光信號(hào)的LED61，接收控制器設(shè)有用于接收光信號(hào)的光電晶體管62。LED61和光電晶體管62采用近紅外線(例如，中心波長為940納米)，并通過能夠遮住可見光的可見光截止濾波器63以及通過設(shè)在數(shù)據(jù)處理器1B前表面上用于進(jìn)行光傳輸?shù)耐ㄐ糯?進(jìn)行光傳輸。
此外，在圖30中，固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A大致上由具有手表結(jié)構(gòu)的裝置主體10、固定在裝置主體10上的電纜20、設(shè)在電纜20端部上的傳感器單元30構(gòu)成。裝置主體10上設(shè)有表帶12，表帶12從12點(diǎn)的位置開始纏繞在手腕上，并固定在6點(diǎn)的位置上。將裝置主體10設(shè)計(jì)成能借助于表帶12與使用者的手腕自由拆卸。傳感器單元30上設(shè)有可把傳感器固定到位的帶狀物40，帶狀物的寬度約為10毫米。將用于把傳感器固定到位的帶狀物40戴在食指的根部和關(guān)節(jié)之間。
應(yīng)注意到，當(dāng)在手表表面上按照時(shí)間位置表示方向時(shí)，指的是裝置主體上的方向，而并不意味著裝置主體表面上的顯示采用了表針的形式。
5.1.2.裝置主體的結(jié)構(gòu)下面將參照?qǐng)D31說明圖30中的其它部件，圖30是固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A中的主體平面圖。
在圖30中，裝置主體10上設(shè)有樹脂表殼11。表殼11的表面上形成有液晶顯示裝置13，其以數(shù)字的形式顯示當(dāng)前的時(shí)間和日期，以及脈動(dòng)速率和其它脈動(dòng)波信息。
對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行信號(hào)處理的數(shù)據(jù)處理器50裝在用于根據(jù)傳感器單元30測(cè)得的結(jié)果(即脈動(dòng)波信號(hào))顯示脈動(dòng)速率變化的表殼11內(nèi)。在數(shù)據(jù)處理器50中也有表部件形成，所以可以在液晶顯示器13上顯示標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、跑一圈的時(shí)間、沖刺時(shí)間等。
按鈕開關(guān)111-1115是緊靠在表殼11的外周邊上形成的，其用于改變各種模式，例如時(shí)間設(shè)定模式、顯示模式、脈動(dòng)波測(cè)量模式、停表模式、數(shù)據(jù)傳輸模式等，而按鈕開關(guān)116-117(未在圖30中示出)則形成在表殼11的表面上。
如圖31中點(diǎn)劃線所示，表殼11中裝有扁平的成形電池590，其作為固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A的電源。電纜20把電能從電池送到傳感器單元30，和把傳感器單元30測(cè)得的結(jié)果輸入到表殼11內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理器50。表殼11在水平方向上較長。采用這個(gè)特征是為了將電池590和蜂鳴器的扁平壓電元件580彼此相鄰地設(shè)置在表殼11內(nèi)的平面方向上。這樣可以使得裝置主體10更薄。
5.1.3.傳感器單元的結(jié)構(gòu)如圖30所示，傳感器單元30由把傳感器固定到位的帶狀物40和光學(xué)單元300構(gòu)成。用于把傳感器固定到位的帶狀物40由柔性的不透明樹脂模制材料構(gòu)成。可以把用于固定傳感器就位且纏繞成環(huán)形的帶狀物40拉開或纏繞到手指的指根上。當(dāng)手松開時(shí)，用于把傳感器固定到位的帶狀物40靠其自身的恢復(fù)力緊緊地纏繞在手指的根部。用于把傳感器固定到位的的帶狀物40的中部區(qū)域較厚，在此處形成一個(gè)用于容納光學(xué)單元300的孔41。
此外，在圖32中，后蓋3021蓋住光學(xué)單元300的傳感器支架3011作為一個(gè)外殼，從而使內(nèi)部區(qū)域形成部件容納空間。在傳感器支架3011的上部用玻璃板3041(濾波器)構(gòu)成光透明窗。在傳感器支架3011的內(nèi)部固定著與玻璃板3041相對(duì)的電路板3051。測(cè)量脈動(dòng)波用的電子部件例如LED31、測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32、晶體管(未示出)等均安裝在電路板3051上。用于測(cè)量脈動(dòng)波的LED31的光發(fā)射表面和測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32的光接收表面朝向玻璃板3041的方向。
就光傳感器300而言，當(dāng)把用于固定傳感器到位的帶狀物40固定到手指的指根上從而使玻璃板3041固定在把傳感器固定到位的帶狀物40的內(nèi)側(cè)上時(shí)，測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31的光發(fā)射表面和測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32的光接收表面都朝向手指的表面。所以，當(dāng)從測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31發(fā)出的光照向手指時(shí)，測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32接收由手指中的血管反射的光。接收到的光(即脈動(dòng)波信號(hào))最終從光學(xué)單元300通過電纜20輸入到裝置主體10。
傳感器單元30包括測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31和測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32，其中LED31發(fā)射的光波長范圍是350-600納米，而光電晶體管接收的光波長范圍是300-600納米。根據(jù)對(duì)兩范圍之間的重疊區(qū)即約300-600納米的檢測(cè)結(jié)果來顯示生理信息。在有外部光的情況下，很難使波長范圍低于700納米的光穿過手指。所以，既使是外部光照射到未被固定傳感器就位的帶狀物40蓋住的手指部分，并如圖中虛線X所示用手指作為光導(dǎo)，也不會(huì)到達(dá)測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32。相反，只有在不受用手指作光導(dǎo)的檢測(cè)過程影響的波長范圍內(nèi)的光才能到達(dá)光電晶體管32。在300納米或更小波長范圍內(nèi)的光幾乎全部被皮膚表面吸收。因此，既使是將接收光的波長范圍設(shè)定為700納米或更小，接收光的實(shí)際波長范圍也是300-700納米。所以，可以在不完全蓋住手指而是只蓋住手指的極小區(qū)域的情況下抑制外部光的影響。此外，如果在該實(shí)施例中使用便攜式傳感器單元，本發(fā)明所述裝置將不會(huì)妨礙跑步，因?yàn)楫?dāng)把裝置固定到手指的指根上時(shí)該裝置將會(huì)被跑步者握在手中。
如圖中的箭頭C所示，從測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31發(fā)出的一部分光通過手指到達(dá)血管。由血管中的血紅蛋白反射的光如箭頭D所示到達(dá)測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32。沿著該光路接收的光量是由人體反射的光量。此外，如箭頭E所示，從測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31發(fā)出的部分光被手指的表面反射，并到達(dá)光電晶體管32。沿該光路接收的光量是由皮膚反射的光量。由測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31發(fā)射的部分光和由血管反射的部分光如箭頭F、G所示在手指的內(nèi)部吸收或散射，而且其并不到達(dá)測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32。
5.1.4.數(shù)據(jù)處理器的結(jié)構(gòu)根據(jù)上述脈動(dòng)波信號(hào)在裝置主體10中得到脈動(dòng)速率。圖33是表示在表殼11內(nèi)部形成的數(shù)據(jù)處理器50部分功能的方框圖。在該圖中，脈動(dòng)波信號(hào)轉(zhuǎn)換器51把從傳感器單元30通過電纜20輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并把該數(shù)字信號(hào)輸出到脈動(dòng)波信號(hào)記錄器52。脈動(dòng)波信號(hào)記錄器52是一個(gè)用于存儲(chǔ)數(shù)字化脈動(dòng)波數(shù)據(jù)的RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。脈動(dòng)波信號(hào)計(jì)算器53讀取存儲(chǔ)在脈動(dòng)波信號(hào)記錄器52中的脈動(dòng)波數(shù)據(jù)，并把頻率分析后得到的結(jié)果輸入到脈動(dòng)波分量提取器54。該脈動(dòng)波分量提取器54從來自脈動(dòng)波信號(hào)計(jì)算器53的輸出信號(hào)中提取脈動(dòng)波分量，并把提取的信號(hào)輸出到脈動(dòng)速率計(jì)算器55。脈動(dòng)速率計(jì)算器55根據(jù)輸入脈動(dòng)波的頻率分量計(jì)算脈動(dòng)速率，并把計(jì)算結(jié)果輸出到液晶顯示裝置13。
在數(shù)據(jù)處理器50上還形成有數(shù)據(jù)記錄器56，它用于存儲(chǔ)由脈動(dòng)速率計(jì)算器55得到的脈動(dòng)波信息、與該脈動(dòng)波信息相應(yīng)的時(shí)間數(shù)據(jù)、利用固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A的手表功能測(cè)到的在馬拉松期間沖刺或跑一圈的時(shí)間。
在把固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A設(shè)到數(shù)據(jù)傳輸模式的情況下，通過下列部件的功能，可以在連接件80的位置處把通信單元100安裝到連接器70上。即，數(shù)據(jù)輸出控制器57通過通信單元100以光信號(hào)的形式把存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中的脈動(dòng)波信息和時(shí)間數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)處理器1B。數(shù)據(jù)輸入控制器58通過通信單元100接收從數(shù)據(jù)處理器1B發(fā)出的光學(xué)信號(hào)，并把該信號(hào)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中。
5.1.5.連接器的結(jié)構(gòu)為了在正?；顒?dòng)期間可以將固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A作為普通手表使用，所以將圖29中所示的連接件80和通信單元100設(shè)計(jì)成使其能從位于裝置主體6點(diǎn)鐘位置處的邊緣表面脫離。通過把連接器70定位在6點(diǎn)鐘位置處，可以把連接器設(shè)在手表的側(cè)面上，當(dāng)把裝置主體10固定到手腕上時(shí)所述側(cè)面靠近使用者的身體。這樣便于使用者操作。此外，由于連接器70不會(huì)從手表式裝置主體10的3點(diǎn)鐘一側(cè)向外伸出，所以在鍛煉期間使用者能夠自由地移動(dòng)他的手表。既使是使用者在鍛煉期間跌倒手背也不會(huì)碰到連接器70。
圖34表示連接器70和連接件80或通信單元100之間的電性連接。該圖表示連接件80一側(cè)的傳感器電路上的電極和連接器70上的端子的結(jié)合情況，其中的端子用于與傳感器電路一起進(jìn)行信號(hào)的輸入和輸出。圖中示出的是連接器70和連接件80相聯(lián)接的情況，然而這與在連接件80的位置上聯(lián)接通信單元100的情況完全相同。
在圖34中，端子751-756形成在連接器70上。電極831-836與上述端子相應(yīng)地形成在連接件80上。端子752是正極端子，它通過電極832向測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31提供驅(qū)動(dòng)電壓VDD，端子753是負(fù)極端子，它通過電極833對(duì)測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31起作用。端子754通過電極834向用于測(cè)量脈動(dòng)波的光電晶體管32的集電極一端提供恒定的驅(qū)動(dòng)電壓。
來自測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32發(fā)射極一端的信號(hào)通過電極831輸入端子751。用于檢測(cè)連接件80是否固定在連接器70上的信號(hào)通過電極835輸入到端子755。電極836在傳感器單元30處通過人體接地，從而當(dāng)端子751和電極836電性連接時(shí)，電極831-834獲得和使用VDD時(shí)的地線效果一樣的屏蔽。
將電容器C1和開關(guān)SW1插在連接件80一側(cè)上測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31的端子之間(電極832、833之間)。開關(guān)SW1與電容器C1相連并與測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31相并聯(lián)，而且當(dāng)把連接件80從連接器70上取下時(shí)，開關(guān)SW1閉合，而當(dāng)將連接件80裝到連接器70上時(shí)，開關(guān)SW1斷開。
同樣，將電容器C2和開關(guān)SW2引入測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32的端子之間(電極8311、834之間)。開關(guān)SW2與電容器C2相連并與測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32相并聯(lián)，而且，當(dāng)將連接件80從連接器70上取下時(shí)，開關(guān)SW2閉合，而當(dāng)把連接件80裝到連接器70上時(shí)，開關(guān)SW2斷開。
5.1.6.連接件的結(jié)構(gòu)下面將描述連接器70和連接件80的結(jié)構(gòu)。圖35是表示連接件80結(jié)構(gòu)的放大圖。圖36是連接器70的放大圖。
在圖35中，在連接件80底表面801的兩側(cè)形成有一對(duì)向下方延伸的突起81、82。四個(gè)互鎖件811、812、821、822在突起81、82的底端向內(nèi)伸出。兩個(gè)可控銷柱857、858形成在底表面80上，用于在將電纜20與裝置主體10相連時(shí)，使阻止靜電影響的電路轉(zhuǎn)換(如上所述)。當(dāng)連接件80與連接器70脫離時(shí)，這些可控銷柱的端部從連接件80的底表面810向外伸出。
在連接件80的底表面801上形成六個(gè)電極831-836。圍繞電極的外周形成環(huán)形凸起物841-846。正如下面將要解釋的，當(dāng)把連接件80裝到連接器70上時(shí)，在用連接件80蓋住連接器70后，使連接件80沿箭頭Q的方向滑動(dòng)。電極831-836是沿滑動(dòng)方向(即，箭頭Q所示的方向)形成的兩排電極831-833和834-836。在兩排電極的情況下，將每個(gè)電極相對(duì)設(shè)置，使它們與垂直于連接件80滑動(dòng)方向的方向偏離。
5.1.7.連接器的結(jié)構(gòu)如圖36所示，在連接器70上形成有向外伸出的互鎖部分71-74。因此，連接件80蓋住連接器70從而使連接件80的突起81、82固定到連接器70中互鎖部分71-74的外側(cè)，和將連接件80的互鎖件811、821放置在互鎖部分71和72之間以及互鎖部分73、74之間。接著把連接件80推到連接器70上使互鎖件811、821從互鎖部分71和72之間以及互鎖部分73和74之間通過。(把連接件80裝到連接器70上的第一步操作)。此后，使連接件80沿箭頭Q的方向滑動(dòng)(即，連接件80的安裝方向，在裝置主體10上的6點(diǎn)到12點(diǎn)的方向)。(把連接器70裝到連接件80上的第二步操作)。結(jié)果是，互鎖部分71、73進(jìn)入互鎖件811、821，而互鎖件821、822進(jìn)入互鎖部分72、74的底部。這樣，互鎖件811、821、812、822便分別將互鎖部分71-74固定在連接件80的底表面801上。用這種方式，能夠?qū)⑦B接件80容易地和牢固地安裝到連接器70上。
與電極831-836相類似，端子751-756是沿連接件80的滑動(dòng)方向(即，箭頭Q的方向)形成的兩排端子754-756和端子751-753。此外，與電極831-836的情況相同，在兩排端子的情況下，將每個(gè)端子相對(duì)設(shè)置，使其偏離與連接件80的滑動(dòng)方向相垂直的方向。因此，當(dāng)將連接器70裝到連接件80上時(shí)，六個(gè)端子751-756與六個(gè)電極831-836電性相連，從而能通過電纜20把傳感器單元30的測(cè)量結(jié)果輸入到裝置主體10。將端子751-756設(shè)置在連接器70上形成的孔761-766內(nèi)。
當(dāng)從連接器70上取下連接件80時(shí)，連接件80沿箭頭R所示的相反方向滑動(dòng)。結(jié)果，互鎖件811、821返回到互鎖部分71和72之間以及互鎖部分73、74之間的位置。所以，如果在這種狀態(tài)下提起連接件80，則能夠?qū)⑵鋸倪B接器70上容易地和可靠地取下。
用這種方式，形成互鎖機(jī)構(gòu)700，當(dāng)連接件80沿Q所示方向在連接器70上滑動(dòng)時(shí)，該互鎖機(jī)構(gòu)呈鎖定狀態(tài)，而當(dāng)連接件80沿相反方向(箭頭R所示方向)滑動(dòng)時(shí)，互鎖機(jī)構(gòu)從互鎖狀態(tài)釋放。此外，雖然這樣設(shè)計(jì)的互鎖機(jī)構(gòu)是一個(gè)小部件，但是它能夠可靠地實(shí)現(xiàn)互鎖效果。
5.1.8.止動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖36所示，在互鎖部分71-74中沿箭頭Q所示方向形成有豎直壁711、721、731和741。所以，當(dāng)把連接件80裝到連接器70上時(shí)，連接件沿箭頭R的方向滑動(dòng)(第二步操作)，使互鎖件811、812、821、822分別與豎直壁711、721、731、741相接觸，由此將連接件80停在與連接器70相安裝的位置上。換句話說，豎直壁711、721、731、741對(duì)連接件80起第一止動(dòng)件的作用。
相反，當(dāng)通過沿箭頭R的滑動(dòng)從連接器70上取下連接件80時(shí)，互鎖件811、821與互鎖部分72、74的后側(cè)豎直壁721、741相接觸，使連接件80和連接器70停在它們的原始位置。換句話說，后側(cè)豎直壁721、741對(duì)連接件80起第二止動(dòng)件的作用。
5.1.9.開關(guān)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)在圖34中，開關(guān)SW1的閉合與用箭頭表示的可控銷柱柱的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。電容器C1與測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31電性并聯(lián)。所以，既使是因靜電而帶有高電壓的一個(gè)部件與電極832、833相接觸，電荷將存于電容器C1中，而不會(huì)損害測(cè)量脈動(dòng)波用的LDE31。
在圖34中，當(dāng)將連接件80裝到連接器70上時(shí)，開關(guān)SW1將斷開，從而形成能夠測(cè)量脈動(dòng)波的電路結(jié)構(gòu)。既使是將電荷存在電容器C1中，該電荷也不會(huì)通過電極832、833和端子752、753釋放，所以設(shè)在連接器70和裝置主體10中的電路不會(huì)受損害。通過這種方式，可以使具有簡單結(jié)構(gòu)的開關(guān)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可靠的連接操作，從而將連接件80裝到連接器70上。
5.1.10.連接器蓋板的結(jié)構(gòu)圖37是表示連接器蓋板90結(jié)構(gòu)的示例圖。當(dāng)把連接件80或通信單元100從連接器70上取下和把固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A作為普通手表使用時(shí)，則將連接器蓋板90裝到連接器70上。與連接件80不同，由于連接器蓋板90上不需要電極、傳感器電路或電纜，所以連接器蓋板90很薄。此外，要把連接器蓋板90的形狀設(shè)計(jì)成當(dāng)把它裝到連接器70上時(shí)不會(huì)損壞其外觀。然而，連接器蓋板相對(duì)于連接器70的安裝結(jié)構(gòu)與連接件80相同。換句話說，在連接器蓋板90的下表面901上形成一對(duì)從其兩側(cè)向下方伸出的突起91、92。四個(gè)互鎖件911、912、921、922在突起91、92的底邊緣處向內(nèi)伸出。在底表面901上形成凸起物941-946，這些凸起物與設(shè)有連接器70的端子751-756的位置相對(duì)應(yīng)。突起物941-946和端子751-756形成插銷機(jī)構(gòu)。
與使用連接件80的情況相同，當(dāng)將連接器蓋板90裝到連接器70上時(shí)，連接器蓋板90蓋住連接器70，從而使連接器蓋板90的互鎖件911、921處于互鎖部分71和72之間以及互鎖部分73和74之間。然后，將連接器蓋板90壓向連接器70，使得互鎖件911、921穿入互鎖部分71和72之間以及73和74之間。此后，當(dāng)連接器蓋板90沿箭頭Q所示方向滑動(dòng)時(shí)(裝置主體10上從6點(diǎn)到12點(diǎn)的方向)，互鎖件911、912進(jìn)入互鎖部分71、73的底部，而互鎖件912、922進(jìn)入互鎖部分72、74的底部。這樣，便把互鎖部分71-74分別固定到互鎖件911、921、912、922和連接器蓋板90的底面901之間。一旦連接器70的端子伸過凸起物941-946，這些端子便會(huì)顯現(xiàn)其插銷強(qiáng)度。用這種方式，連接器蓋板90將進(jìn)入與連接器70的安裝狀態(tài)。
5.1.11.傳感器單元的結(jié)構(gòu)如圖38所示，通信單元100的外形與連接件80相同。換句話說，通過與圖35相比較可知，在圖38中未把通信電纜裝到通信單元100上，而是用一個(gè)矩形可見光截止濾光片1001蓋住通信傳感器100上表面的中部。在濾光片1001下方直接開有一個(gè)與濾光片1001的形狀相似的孔，該孔露出LED1015和光電晶體管102。設(shè)計(jì)這個(gè)孔是為了通過濾光片1001發(fā)射和接收光學(xué)信號(hào)。
換句話說，通信單元100的內(nèi)部區(qū)域是一個(gè)可容納部件的空間。將圖中未示出的電路板固定在與上表面上的濾光器1001相對(duì)的位置上。在該電路板上裝有LED1015、光電晶體管102、和其它電子元件。LED1015和光電晶體管102使用940納米左右中等波長的紅外光，它們各自的光發(fā)生和光接收表面朝向?yàn)V光片1001。
應(yīng)注意的是，突起1100、1200，互鎖件1011、1012、1021、1022，電極1031-1036，凸起物1041-1046，和可控銷柱1057、1058的結(jié)構(gòu)與圖35中所示的突起81、82，互鎖件811、812、821、822，電極831-836，凸起物841-846，和可控銷柱857、858具有相同功能。
5.2.實(shí)施例的工作情況下面，將根據(jù)上述結(jié)構(gòu)解釋裝置的工作情況。這個(gè)實(shí)例展現(xiàn)的是使用者跑馬拉松時(shí)的情況。
5.2.1.普通手表當(dāng)把固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A作為普通手表使用時(shí)，從連接器70上取下裝置主體10的連接件80，同時(shí)取下電纜20和傳感器單元30。在這種狀態(tài)下，用表帶12把裝置主體10固定到手腕上。這時(shí)，把圖37所示的連接器蓋板90固定到連接器70上不僅能改善組件的外觀，而且還能保護(hù)連接器70。
5.2.2.在脈動(dòng)波測(cè)量模式下的工作當(dāng)用固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A測(cè)量跑步時(shí)的脈動(dòng)速率時(shí)，按圖30所示，把連接件80固定到連接器70上并把電纜20裝到裝置主體10上。然后用表帶12把裝置主體10固定到手腕上。在用固定傳感器就位的帶狀物40把傳感器單元30(圖32中所示光學(xué)單元300的玻璃板3041)緊緊地固定到手指上之后，使用者開始跑步。
如圖32所示，當(dāng)光從測(cè)量脈動(dòng)波用的LED31射向手指時(shí)，射出的光到達(dá)毛細(xì)血管，其中一部分光被血液中的血紅蛋白吸收，另一部分形成反射。被手指中的毛細(xì)血管反射的光由測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32接收。接收到的光量的變化與因血液中的脈動(dòng)波而產(chǎn)生的血量的變化相對(duì)應(yīng)。換句話說，當(dāng)血量較大時(shí)，反射光較弱，而當(dāng)血量較小時(shí)，反射光變得較強(qiáng)。因此，通過監(jiān)視測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32處的反射光量的變化便可檢測(cè)脈動(dòng)波。
另一方面，圖33中所示的數(shù)據(jù)處理器50把從測(cè)量脈動(dòng)波用的光電晶體管32輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。通過對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率分析等處理來計(jì)算脈動(dòng)速率，然后把得到的脈動(dòng)速率顯示在液晶顯示器13上。由此，固定在手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A起脈動(dòng)波測(cè)量器的作用。同時(shí)，把脈動(dòng)速率和測(cè)量脈動(dòng)速率的時(shí)間從脈動(dòng)速率計(jì)算器55輸出到數(shù)據(jù)記錄器56，并將其存儲(chǔ)在該記錄器中。此外，在測(cè)量馬拉松期間跑一圈的時(shí)間或沖刺時(shí)間時(shí)，該數(shù)據(jù)仍然存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中。而且，在把測(cè)量溫度或濕度的功能加到裝置主體10上時(shí)，該數(shù)據(jù)仍然存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中。一旦馬拉松比賽結(jié)束，便再次把上述信息依次顯示在液晶顯示器13上。
5.2.3.數(shù)據(jù)傳輸模式的操作用固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A完成如上所述的脈動(dòng)測(cè)量之后，便如圖29所示在數(shù)據(jù)處理器1B和固定于手腕上的脈動(dòng)測(cè)量裝置之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如圖39所示，這是通過從連接器70上取下連接件80將通信裝置100裝到連接器70上實(shí)現(xiàn)的。這種狀態(tài)相當(dāng)于在數(shù)據(jù)處理器1B和固定于手腕上的脈動(dòng)測(cè)量裝置1A之間形成一對(duì)光電耦合器，由此可以在LED61和光電晶體管102之間以及LED1051和光電晶體管62之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。
接著，操縱按鈕開關(guān)111-117中的一個(gè)特定開關(guān)把固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A設(shè)定在數(shù)據(jù)傳輸模式。這時(shí)，圖33中所示數(shù)據(jù)處理器50中的數(shù)據(jù)輸出控制器57便可以通過通信單元100中的LED1015以光信號(hào)的形式輸出存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中的脈動(dòng)波信息、時(shí)間數(shù)據(jù)等。當(dāng)在這種準(zhǔn)備狀態(tài)下向數(shù)據(jù)處理器1B發(fā)出傳輸數(shù)據(jù)的指令時(shí)，將從LED61通過通信窗6輸出指示該指令的光信號(hào)。
當(dāng)固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A中的光電晶體管102接收到光信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)輸出控制器58便接收到消息信號(hào)。結(jié)果，數(shù)據(jù)輸出控制器57通過LED1015以光信號(hào)的形式輸出存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中的脈動(dòng)波信息、時(shí)間數(shù)據(jù)等。由數(shù)據(jù)處理器1B中的光電晶體管62接收上述光信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)處理器1B對(duì)消息信號(hào)進(jìn)行處理。根據(jù)數(shù)據(jù)處理器1B的需要，把脈動(dòng)波信息和時(shí)間數(shù)據(jù)記錄在特定的記錄介質(zhì)上并輸出到顯示器3或打印機(jī)5中。
因此，不僅可以把脈動(dòng)波信息等顯示在本實(shí)施例所述脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A中裝置主體10的液晶顯示器上，而且當(dāng)使用者處于遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)處理器1B的位置時(shí)，還可以通過通信單元100內(nèi)的數(shù)據(jù)輸出控制器57和LED1051把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理器1B。換句話說，在馬拉松比賽結(jié)束時(shí)，可以將所有數(shù)據(jù)一起展示在數(shù)據(jù)處理器1B中，由此可以容易地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。
此外，利用數(shù)據(jù)輸入控制器58和通信單元100內(nèi)的光電晶體管102可以接收來自數(shù)據(jù)處理器1B的數(shù)據(jù)。所以能把在固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A中進(jìn)行的各種操作條件從數(shù)據(jù)處理器1B輸入到固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A，并把這些條件存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中。用這種方式，可以對(duì)來自數(shù)據(jù)處理器1B的這些條件進(jìn)行設(shè)定，從而可以不必在固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A上設(shè)置更多的開關(guān)。而且，為了傳輸上述數(shù)據(jù)，采用了可拆卸通信單元100這樣的光學(xué)通信手段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以不必在固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A上設(shè)置新的接口單元或類似物。這樣就可以把固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A做的更小和使其重量更輕。
6.實(shí)施例66.1.實(shí)施例的結(jié)構(gòu)在實(shí)施例5中測(cè)量脈動(dòng)波時(shí)，所提供的設(shè)計(jì)是可以把連接件80或通信單元100選擇性地安裝到固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A的連接器70上。而在本實(shí)施例中，如圖40所示，是把通信單元200安裝到固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A的連接器70A上，所述通信裝置200是由連接件80和通信單元100以一體的方式形成的。
這樣設(shè)計(jì)的結(jié)果是，在本實(shí)施例中使用了比實(shí)施例5中更多的將連接器70和通信單元200相連接的電極。
即，圖41中以放大的示圖形式示出了通信單元200的結(jié)構(gòu)。將濾波器1001設(shè)在通信單元200的上表面，且將其與電纜20相連。當(dāng)與圖38中所示的通信單元100相比較時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，電極1137-1140和電路凸起物1147-1150形成在通信單元200的底表面1301上。這些電極是成對(duì)的，并且相對(duì)于圖38中現(xiàn)有的兩排電極分別平行設(shè)置。應(yīng)注意的是，這種情況也適合于凸起物。
注意，突起1300、1400，互鎖件1111、1112、1121、1122，電極1131-1136，凸起物1141-1146和可控銷柱柱與圖38中所示的突起1100、1200，互鎖件1011、1012、1021、1022，電極1031-1036，凸起物1041-1046，和可控銷柱柱具有相同功能。
相對(duì)于圖36中所示的連接器70而言，圖42中所示的連接器70A還具有形成在其上表面的端子757-760和孔767-770。這些端子是成對(duì)的，并且相對(duì)于圖36中已經(jīng)存在的兩排端子分別平行設(shè)置。對(duì)于孔來說也同樣保持了正確的位置。
相對(duì)于圖37中所示的連接器的蓋板90而言，圖43中所示的連接器蓋板90A還具有形成在其下表面901A上的凸起物947-950。這些凸起物是成對(duì)的，而且相對(duì)于圖37中已經(jīng)存在的兩排凸起物分別平行地設(shè)置。
此外，雖然在圖中沒有示出，但是相對(duì)于LED1015和光電晶體管102，增加了分別與圖34中那些設(shè)在LED31和光電晶體管32上的電路等效的電路。
6.2.實(shí)施例的工作情況下面將描述該實(shí)施例的工作情況6.2.1.普通手表在這種情況下，從手指上取下用于把傳感器固定到位的帶狀物40，同時(shí)取下傳感器單元30，然后把連接器蓋板90A固定到連接器70A上。
6.2.2.在脈動(dòng)波測(cè)量模式下的工作情況在跑步期間測(cè)量脈動(dòng)速率時(shí)，把連接器蓋板90A從連接器70A上取下，并在該位置上將傳感器單元200安裝到連接器70A上。然后使用者開始跑步。在數(shù)據(jù)處理器50對(duì)由傳感器單元30檢測(cè)的脈動(dòng)波信號(hào)進(jìn)行處理并用與實(shí)施例5相同的方式將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后，通過對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率分析等處理來計(jì)算脈動(dòng)速率，然后在液晶顯示器13上顯示得到的脈動(dòng)速率。此外，把測(cè)量脈動(dòng)速率的時(shí)間與脈動(dòng)速率一起存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中。
6.2.3.數(shù)據(jù)傳輸模式下的工作情況當(dāng)在數(shù)據(jù)處理器1B和固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，操作特定的按鈕開關(guān)將固定于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A設(shè)為數(shù)據(jù)傳輸模式的信息。接著，象實(shí)施例5一樣，數(shù)據(jù)輸出控制器57借助于光學(xué)信號(hào)把存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中的信息送到數(shù)據(jù)處理器1B，并把信息記錄到記錄介質(zhì)上，然后將其輸出到顯示器3或打印機(jī)5等設(shè)備。
所以，在該實(shí)施例中，一旦將傳感器單元30和通信單元200固定好，便可以測(cè)量脈動(dòng)波，把脈動(dòng)波信號(hào)從傳感器單元30送到裝置主體10，并把脈動(dòng)信息等從裝置主體10送到數(shù)據(jù)處理器1B等設(shè)備上，而不需在其后完成任何與連接器70A的連接或脫離操作。所以極大地減輕了使用者的負(fù)擔(dān)。
7.實(shí)施例77.1.實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖44所示，在該實(shí)施例中，借助于光學(xué)信號(hào)把脈動(dòng)波信息從傳感器單元30傳輸?shù)窖b置主體10中。換句話說，沿著帶狀物40上表面的縱向把半球形傳輸裝置400固定到位，進(jìn)而把構(gòu)成傳感器單元30的傳感器固定到位。此外，傳感器單元30和傳輸裝置400借助于由電纜20B構(gòu)成的電連接來發(fā)送和接收脈動(dòng)信號(hào)。電源從傳輸裝置400送到傳感器單元30。在傳輸裝置的支架側(cè)上設(shè)有孔。通過這個(gè)孔露出用于進(jìn)行光通信的紅外LED401。
在該實(shí)施例中，將連接器蓋板90或通信單元100連接到連接器70上。
下面，將利用圖45中的方框圖來解釋傳輸裝置400的電路結(jié)構(gòu)。在該圖中，A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器411在特定的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)從傳感器單元30發(fā)出的脈動(dòng)波信號(hào)進(jìn)行采樣，并把該信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
識(shí)別編號(hào)記錄器412記錄識(shí)別編號(hào)以便判斷發(fā)出光學(xué)信號(hào)的裝置。當(dāng)脈動(dòng)信號(hào)從傳輸裝置400發(fā)送到外部時(shí)，識(shí)別編號(hào)與脈動(dòng)波信號(hào)同時(shí)傳給光學(xué)信號(hào)。這樣做可以防止在因?yàn)橛卸鄠€(gè)個(gè)體同時(shí)使用固定在手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A時(shí)，存在多個(gè)傳輸裝置400時(shí)出現(xiàn)爭線的現(xiàn)象。因此，當(dāng)在完成設(shè)定的情況下發(fā)貨時(shí)，已經(jīng)為每個(gè)傳輸裝置內(nèi)的識(shí)別編號(hào)記錄器412中記錄的識(shí)別編號(hào)賦予了不同的編號(hào)。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，對(duì)該實(shí)施例中包含裝置主體10(即數(shù)據(jù)處理器50)和數(shù)據(jù)處理器1B的所有裝置都給予了唯一的編號(hào)。
控制器413是一個(gè)用于控制傳輸裝置400內(nèi)部每一部分的電路。此外，發(fā)送器414還裝有驅(qū)動(dòng)LED401的驅(qū)動(dòng)電路。通過驅(qū)動(dòng)LED401，把由控制器413形成的傳輸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)并向外部發(fā)送。
在傳輸裝置400的內(nèi)部裝有作為傳感器單元30和傳輸裝置400內(nèi)部每一部分的電源的電池(未示出)。
7.2.實(shí)施例的工作情況下面將說明本實(shí)施例的工作情況。
7.2.1.普通手表在這種情況下，從手指上取下用于將傳感器固定就位的帶狀物40，進(jìn)而取下傳感器單元30和傳輸裝置400，并把連接器蓋板90固定到連接器70上。
7.2.2.在脈動(dòng)波測(cè)量模式下的工作情況在測(cè)量跑步期間的脈動(dòng)速率時(shí)，借助于帶狀物40把傳感器單元30和傳輸裝置400固定到手指上以便將傳感器固定到位，從而如圖44所示，使LED401的光發(fā)射器朝向肘側(cè)(裝置主體10一側(cè))。從固定到手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A的連接器70上取下連接器蓋板90，并在該位置上安裝通信單元100。然后，使用者可以開始跑步。
由傳感器單元30檢測(cè)到的脈動(dòng)波信號(hào)在被A/D轉(zhuǎn)換器411轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后由控制器413接收?？刂破?13把來自識(shí)別編號(hào)記錄器412的識(shí)別編號(hào)等信息提供給已經(jīng)接收到的數(shù)字化信號(hào)中，并將該信號(hào)送到發(fā)送器414。在發(fā)送器414中把該信息轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)，并從LED401送到外部傳輸裝置400。通過通信連接器1000的光電晶體管102把光信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理器50。最后，數(shù)據(jù)輸入控制器58從光信號(hào)中提取識(shí)別編號(hào)部分并將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中?？梢詫⒐庑盘?hào)的發(fā)送源看作是設(shè)在脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A上的傳輸裝置400，所述脈動(dòng)波測(cè)量裝置固定在手腕上，并且把連續(xù)的數(shù)據(jù)作為脈動(dòng)波信號(hào)。此后，用與實(shí)施例5相同的方式，接收脈動(dòng)信號(hào)并計(jì)算脈動(dòng)速率，和在液晶顯示器13上顯示計(jì)算結(jié)果。把脈動(dòng)速率和測(cè)量脈動(dòng)速率的時(shí)間一起存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中。
7.2.3.數(shù)據(jù)傳輸模式中的工作情況當(dāng)在數(shù)據(jù)處理器1B和安裝于手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，操縱特定的按鈕開關(guān)把裝在手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A置于數(shù)據(jù)傳輸模式。接著，如同第五實(shí)施例那樣，數(shù)據(jù)輸出控制器57借助于光學(xué)信號(hào)把存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器56中的信息發(fā)送到數(shù)據(jù)處理器1B中，并將信息在記錄介質(zhì)上，然后輸出到顯示器3或打印機(jī)5等設(shè)備中。
所以，在該實(shí)施例中，只要把通信連接器1000、傳感器單元30和傳輸裝置400固定在手腕上，就可以測(cè)量脈動(dòng)波，把脈動(dòng)波從傳感器單元30送到裝置主體10，和把脈動(dòng)信息等從裝置主體送到數(shù)據(jù)處理器1B，而不需要進(jìn)行任何連接或在其之后進(jìn)行與連接器70的脫離操作。因此，明顯減輕了使用者的負(fù)擔(dān)。
8.實(shí)施例8在前面的實(shí)施例1-3中得到了使用者的VO2max，并根據(jù)得到的VO2max，提醒使用者進(jìn)行鍛煉測(cè)驗(yàn)。下面將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，為了提醒使用者進(jìn)行鍛煉測(cè)驗(yàn)，而要確定使用者的最佳鍛煉強(qiáng)度，每一階段的鍛煉時(shí)間，和在給定的時(shí)間周期內(nèi)的鍛煉頻率。
正如上面所討論的那樣，最佳鍛煉強(qiáng)度是與50％VO2max相對(duì)應(yīng)的鍛煉強(qiáng)度。所以，一旦知道了VO2max便可直接確定這個(gè)值。此外，如果選普通人作為測(cè)驗(yàn)對(duì)象，那么每階段合適的鍛煉時(shí)間是20min，而合適的鍛煉頻率是40-50％(即，10天中鍛煉4-5天)。
所以，在這個(gè)變型例中，只要得到了VO2max，一個(gè)如圖50所示的鍛煉目標(biāo)屏就會(huì)顯示在顯示器208上。通過該圖所示的例子可以看出，就750kpm/min的鍛煉來說，合適的是一星期鍛煉3次每次20分鐘。在此，當(dāng)使用者完成了特定操作時(shí)，顯示器208上顯示的是圖51所示的屏象。
在該圖中，601是鍛煉量目標(biāo)值顯示器，它顯示的是使用者每星期鍛煉量的目標(biāo)值。根據(jù)前面的例子，鍛煉量目標(biāo)值可以是[750[kpm/min]×20[min]×3[次數(shù)]＝45000[kpm]]。所以將這個(gè)值顯示在顯示器上。應(yīng)注意的是，鍛煉量是通過取鍛煉強(qiáng)度相對(duì)時(shí)間的積分值得到的。602表示鍛煉量當(dāng)前值顯示器，其顯示了使用者在上一星期完成的鍛煉量的累積值。然而，圖中所示的例子假設(shè)的狀態(tài)是使用者第一次啟動(dòng)該實(shí)施例所述裝置并得到VO2max之后出現(xiàn)的狀態(tài)。所以，在鍛煉量當(dāng)前值顯示器602上顯示的是
。
此外，603表示直方圖顯示器，它顯示鍛煉量當(dāng)前值相對(duì)于鍛煉量目標(biāo)值的百分比。604是臉圖顯示器，它顯示根據(jù)鍛煉量當(dāng)前值與鍛煉量目標(biāo)值的比例繪制的臉圖。607是鍛煉強(qiáng)度目標(biāo)值顯示器，它顯示預(yù)先得到的鍛煉強(qiáng)度目標(biāo)值(750[kpm/min])。606是鍛煉強(qiáng)度當(dāng)前值顯示器，它顯示鍛煉強(qiáng)度的當(dāng)前值。該圖所示的例子假設(shè)使用者已經(jīng)停止跑動(dòng)，所以鍛煉強(qiáng)度當(dāng)前值顯示器606顯示值為
。
另外，605是鍛煉強(qiáng)度測(cè)量器，其中在
-[200％]的范圍內(nèi)按10％的間隔設(shè)置了20個(gè)LED。通過點(diǎn)亮這些LED，可以顯示鍛煉強(qiáng)度當(dāng)前值相對(duì)于鍛煉強(qiáng)度目標(biāo)值的比例。在該圖所示的實(shí)例中，鍛煉強(qiáng)度當(dāng)前值是
，所以沒有LED被接通。在構(gòu)成鍛煉強(qiáng)度測(cè)量器605的LED中，[10-70％]為黃色，[80-120％]為藍(lán)色，和[130％或更高]為紅色。
此外，圖52中示出了使用者進(jìn)行規(guī)定程度鍛煉時(shí)的狀態(tài)顯示實(shí)例。在圖示的例子中，鍛煉量當(dāng)前值是[13500]，所以達(dá)到了鍛煉量目標(biāo)值的[30％]。因此，在圓形圖顯示器603上顯示出了與此相應(yīng)的圓形圖而在臉圖顯示器604上顯示的臉圖則按照已經(jīng)取得的目標(biāo)值比例發(fā)生了變化。
另一方面，如果鍛煉強(qiáng)度當(dāng)前值是 ，則大大超出了鍛煉強(qiáng)度目標(biāo)值[750]。從而，將導(dǎo)致設(shè)置在鍛煉強(qiáng)度測(cè)量器605上的LED中的一些紅色LED發(fā)光。所以使用者通過觀察顯示器就可知道鍛煉強(qiáng)度太大。
此外，圖53中示出了使用者鍛煉量和鍛煉強(qiáng)度的合適狀態(tài)。在該圖中，鍛煉量當(dāng)前值是[45000[kpm]]，所以已經(jīng)達(dá)到了鍛煉量目標(biāo)值。而且，圓形圖顯示器603和臉圖顯示器604上出現(xiàn)與此狀態(tài)相應(yīng)的顯示。另外，鍛煉強(qiáng)度當(dāng)前值是[980[kpm/min]]，該值是在鍛煉強(qiáng)度目標(biāo)值的±20％內(nèi)。因此，鍛煉強(qiáng)度測(cè)量器605中相應(yīng)的綠色LED發(fā)光。
在這個(gè)變型例中，記錄每天的鍛煉量，并延續(xù)七天，把這些天的累積結(jié)果作為鍛煉量當(dāng)前值顯示出來。此外，在特定的時(shí)間(例如午夜12點(diǎn))內(nèi)，除去最早一天的鍛煉量數(shù)據(jù)，代之以使用新一天的鍛煉量數(shù)據(jù)。
上述實(shí)例中使用了七天周期的時(shí)間間隔，在該期間對(duì)鍛煉量數(shù)據(jù)進(jìn)行累加。然而，所說間隔也可以是例如10天等。換句話說，使用者可自由設(shè)定時(shí)間間隔。因此，使用者可以設(shè)定具體的目標(biāo)天數(shù)，例如[三個(gè)月]，然后可以在確定的期限內(nèi)根據(jù)設(shè)定的鍛煉量進(jìn)行訓(xùn)練。
因此，通過在本實(shí)施例的裝置上設(shè)置如實(shí)施例五所述的連接器70，和在其上安裝通信單元100，便可以與外部裝置進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。即，可以把本實(shí)施例所述裝置測(cè)得的VO2max或脈動(dòng)波數(shù)據(jù)送到外部裝置中。然而，在本實(shí)施例所述的裝置中，還可以提供鍛煉測(cè)驗(yàn)，該測(cè)驗(yàn)不僅受VO2max測(cè)量值的影響，而且還受到從外部裝置中得到的各種數(shù)據(jù)(例如與醫(yī)務(wù)人員或教練員商量的結(jié)果)的影響。
9.變型例在前面，已經(jīng)參照附圖詳細(xì)地說明了本發(fā)明。但是，本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)并不限于這些實(shí)施例。相反，在本發(fā)明的范圍內(nèi)還包含了各種改型，這些改型例在設(shè)計(jì)上的變化仍然處于未脫離本發(fā)明思想的限度內(nèi)，下面將給出各種實(shí)例。
9.1.裝置構(gòu)造的變型例檢測(cè)脈動(dòng)波的位置并不限于手指。而是可以考慮任何能測(cè)到脈動(dòng)波的任何位置(例如耳朵)。
換句話說，按照前面的實(shí)施例，雖然所述裝置的構(gòu)造一般是以手表的形式，但是本發(fā)明并不限于此。還可以考慮測(cè)驗(yàn)對(duì)象日常使用的任何物品，或穿戴在身上的物品(即，可攜帶物品)。例如，可以將該裝置與眼鏡、戒指、項(xiàng)鏈、帶狀物等物品相結(jié)合，或是與通過帶狀物固定的計(jì)步器相結(jié)合作為計(jì)步器的一個(gè)功能件。
除了手表之外，還可以用一副眼鏡和一個(gè)輔件作為與本發(fā)明所述裝置相結(jié)合的物品實(shí)例。
圖46中所示的項(xiàng)鏈可以作為與本發(fā)明的裝置相結(jié)合的輔件實(shí)例。在該圖中，550是一個(gè)傳感器緩沖墊，其由沖擊吸收材料例如泡沫構(gòu)成。與圖44中所示的傳輸裝置400以相同方式形成的傳輸裝置555安裝在傳感器緩沖墊550上。與光學(xué)單元300相對(duì)應(yīng)的的傳感器單元設(shè)置在傳輸裝置555上。將傳感器單元設(shè)置成使之與皮膚表面相接觸。因此，當(dāng)將項(xiàng)鏈帶到脖子上時(shí)，傳感器單元便與脖子后面的皮膚相接觸，從而能夠測(cè)量脈動(dòng)波。
把與設(shè)在實(shí)施例1所述裝置主體10內(nèi)部的各部件相應(yīng)的部件裝入中空的卷筒形外殼551內(nèi)。在外殼551上設(shè)置一個(gè)連接器以便把連接器蓋板90或通信單元100固定到它的前表面上。按圖中所示方式固定通信單元100。
在外殼551上設(shè)置按鈕開關(guān)。在此示出了圖31中所示按鈕開關(guān)中的按鈕開關(guān)116、117。然而，還可以設(shè)置其它按鈕開關(guān)。此外，將液晶顯示裝置13設(shè)置到外殼551的前表面上。而且如圖中所示，傳感器緩沖墊550和外殼551通過鏈子522連接。
應(yīng)注意的是，除了項(xiàng)鏈之外，顯然還可以使用其它類型的輔件。
圖47表示一個(gè)將本發(fā)明與一副眼鏡相結(jié)合的實(shí)例。如圖中所示，其設(shè)有可容納便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置的外殼651a和外殼651b。兩個(gè)外殼分別固定在眼鏡腿652上并通過嵌在眼鏡腿652中的導(dǎo)線電性連接。
外殼651a內(nèi)裝有顯示控制電路。液晶面板654固定在位于外殼651a透鏡653一側(cè)的整個(gè)表面上。反射鏡以一個(gè)特定角度固定在此側(cè)面的邊緣上。含有光源(未示出)的液晶面板654的驅(qū)動(dòng)電路裝在外殼651a內(nèi)。從光源發(fā)射的光穿過液晶面板654并在反射鏡655上反射后射到眼鏡的鏡片653上。所以，這相當(dāng)于圖33中示出的液晶顯示器13。
外殼651b中包含了那些相當(dāng)于裝在第一實(shí)施例所述裝置主體內(nèi)的部件。外殼651b的上表面上設(shè)有多個(gè)按鈕開關(guān)。與使用項(xiàng)鏈的情況相同，雖然只示出的按鈕開關(guān)116、117，但是也可以設(shè)置其它的按鈕開關(guān)。此外，在與皮膚接觸的表面相對(duì)的側(cè)面上設(shè)有連接器以便固定另一連接件80、連接器蓋子90或通信單元100。通信單元100按圖中所示方式固定。
把在第一實(shí)施例中形成光學(xué)單元300的光電晶體管32和LED31裝在緩沖墊656內(nèi)，使測(cè)驗(yàn)對(duì)象的耳垂固定于緩沖墊656、656之間。此外，通過電纜20把這些緩沖墊連接到連接件80上。
把連接外殼651a和外殼651b的導(dǎo)線設(shè)計(jì)成使其沿著眼鏡腿延伸，或使其與上述兩個(gè)外殼構(gòu)成一體。反射鏡是可動(dòng)的，所以使用者可以調(diào)節(jié)液晶面板654和反射鏡655之間的角度。此外，雖然圖47表示的上述情況與實(shí)施例1相關(guān)，但是也可以考慮將其與第二及第三實(shí)施例相結(jié)合。
可以用各種方式對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行組合。例如，可以在圖44所示傳輸裝置400的位置上使用圖46所示的傳輸裝置555并借助于光學(xué)信號(hào)把在脖子上測(cè)得的脈動(dòng)波信號(hào)送到手表一側(cè)。同樣，還可以進(jìn)行這樣的設(shè)計(jì)，其中如圖47所示，只把傳輸裝置設(shè)在眼鏡上，由傳輸裝置把在耳垂上測(cè)得的脈動(dòng)波信號(hào)送到手表一側(cè)，然后通過手表傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器1B。
前面描述了以可分離的方式把連接件或通信單元固定到便攜式裝置例如手表、項(xiàng)鏈、一副眼鏡等物品上所采用的設(shè)計(jì)方案。然而，當(dāng)不測(cè)量脈動(dòng)波時(shí)，可以把連接件或通信單元固定在便攜式裝置上，這不會(huì)帶來任何問題。所以，只要所設(shè)計(jì)的連接件和通信單元不是交替地固定到連接器上，即，只要設(shè)計(jì)方案不是實(shí)施例1，那么就可以把通信單元固定地安裝在便攜式裝置一側(cè)的位置上。這樣，可以在便攜式裝置上省略連接器70，從而可以簡化便攜式裝置的結(jié)構(gòu)和降低生產(chǎn)成本。
9.2.鍛煉類型的變型在前面第一到第三實(shí)施例中測(cè)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行的鍛煉是跑步。然而，本發(fā)明并不限于此。例如，在鍛煉項(xiàng)目為游泳的情況下也可達(dá)到同樣的效果。在這種情況下，輸入的每一次劃水游過的距離相當(dāng)于跑步中的步距，需檢測(cè)的每單位時(shí)間內(nèi)的劃水次數(shù)相當(dāng)于步頻；換句話說，只要能夠檢測(cè)到測(cè)驗(yàn)對(duì)象的鍛煉強(qiáng)度和脈博數(shù)并獲得最大氧氣吸收量(VO2max/wt)則不必限制鍛煉的形式。
要重申的是，作為人體運(yùn)動(dòng)傳感器302使用的加速度傳感器并不限于安裝在手腕上，而是可以安裝在跑步者身體的任何部位，只要其能根據(jù)加速度的變化測(cè)出步頻即可。
9.3.記錄裝置的變型例此外，在上述各實(shí)施例中，脈動(dòng)速率圖表記錄器9是由ROM構(gòu)成的。然而，還可以使用一種對(duì)脈動(dòng)速率記錄器9來說是可寫入的非易失性存儲(chǔ)器(E2PROM，閃速ROM，備用電池RAM等)。在這種情況下，圖14中所示脈動(dòng)速率圖表的內(nèi)容將根據(jù)使用者鍛煉能力的提高情況臨時(shí)寫入。
9.4.估算和輸入VO2max的變型例就估算VO2max的方法而言，除了上述的間接方法外，還可以考慮其它方法，例如測(cè)量測(cè)驗(yàn)對(duì)象呼出的空氣量的方法，或根據(jù)乳酸閾值求出VO2max的方法。
在此引用的呼出氣體的方法是根據(jù)在呼出的空氣中存在的CO2和最大有效鍛煉量估算VO2max/wt的方法，而乳酸閾值方法則是根據(jù)最大有效鍛煉量和血液中的乳酸來估算VO2max/wt。
除了使用上開關(guān)U和下開關(guān)D之外，其它適用于輸入VO2max的方法包括設(shè)置便攜式十鍵盤的方法，或通過連通個(gè)人計(jì)算機(jī)或其它裝置(有線或無線)輸入VO2max的方法。
此外，可以針對(duì)使用者的年齡、從溫度傳感器(未示出)中得出的環(huán)境溫度或所要求的與測(cè)驗(yàn)者當(dāng)前的身體條件相適應(yīng)的鍛煉強(qiáng)度來校正從脈動(dòng)速率圖表中讀出的脈動(dòng)速率。
另外，上限值UL和下限值LL之間的寬度可以是不超過±20％的值。
而且，就CPU308進(jìn)行的頻率分析方法而言，除了FFT之外，可以考慮的方法包括最大熵法、子波轉(zhuǎn)換法等。
9.5.通告使用者時(shí)所用方法的變型例9.5.1.利用視覺、觸覺等的通告就第四實(shí)施例中對(duì)使用者進(jìn)行步頻通告的方法而言，除了從聲音釋放器25中發(fā)出步頻通告聲音外，還可以采用依賴于視覺或觸覺的通告方法。例如，在采用視覺通告的情況下，使LED或類似物與需指示的步頻同拍地閃爍。在使用觸覺通告時(shí)，可以在主體14(參見圖16)的底面上設(shè)置向外突出的格式存儲(chǔ)器合金(form memory alloy)，與指示的步頻相一致的電流將通過該格式存儲(chǔ)合金。此外，常用的方法還包括振動(dòng)提醒，這種方式是利用偏心載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)向使用者身上發(fā)出振動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。這種振動(dòng)式提醒器可以與主體14分離或一體地設(shè)置，但是應(yīng)有與所指示步頻同拍的電流通過振動(dòng)式提醒器。此外，如圖28所示，可以在主體14底面內(nèi)側(cè)的某部分上形成厚70微米的凹面。然后把壓電元件PZT安裝到該凹面上。當(dāng)在該壓電元件上施加適當(dāng)頻率的交流電時(shí)，壓電元件PZT產(chǎn)生振動(dòng)，并將振動(dòng)傳遞給使用者。因此，如果交流電是以與指示的步頻相一致的時(shí)鐘施加的，那么就可以提供觸覺式步頻通告。此外，壓電元件PZT的厚度為100微米，其直徑的長度是凹形面直徑長度的80％。
9.5.2.步頻估算結(jié)果的通告使用者可以知道當(dāng)前步頻的估算結(jié)果，即，當(dāng)前的步頻是否處于合適的范圍內(nèi)，是太低還是太高，而不是簡單地通告步頻。如果通告估算結(jié)果的設(shè)備依賴于視、聽、觸或其它五種感覺中的一種，則可以適當(dāng)?shù)夭捎萌魏我环N實(shí)施例。例如，可以用圖48中所示的平面圖來指示估算結(jié)果是否處于合適的范圍內(nèi)。
9.5.3.VO2max隨時(shí)間變化情況的通告VO2max用于度量耐力增加的情況。因此，在前面的每個(gè)實(shí)施例中，要在記錄器中記錄了在一個(gè)長時(shí)間周期的延續(xù)過程中VO2max隨時(shí)間變化的情況，而且通過在顯示器208上顯示的變化來通知使用者。圖49示出了以一個(gè)月為單位顯示的VO2max變化實(shí)例。在該圖中，以直方圖的形式顯示了從當(dāng)前時(shí)間返回4-6個(gè)月中一個(gè)月的平均值。由此，使用者能夠知道在過去的一個(gè)延續(xù)時(shí)間周期內(nèi)的訓(xùn)練效果。
9.6.確定脈博分量的方法變型例9.6.1.最大程度簡化的實(shí)例在前面的第四實(shí)施例中，按照?qǐng)D24中的流程來確定脈博頻率分量。然而，當(dāng)CPU308的處理能力不足時(shí)，可按下述方式簡化確定脈博頻率分量的過程。
圖25是一個(gè)流程圖，其表示通過脈動(dòng)/步頻檢測(cè)器22確定脈博分量的方法實(shí)例。
在該圖中，在步驟SB3，CPU308持行脈動(dòng)波-人體運(yùn)動(dòng)減法運(yùn)算(即，fM＝fmg-fsg)，以提取僅用脈博信號(hào)表示的頻率分量。在步驟SB4中，CPU308根據(jù)提取的脈動(dòng)波分量fM確定最大頻率分量。確定的fMmax是脈博頻率分量。由于因鍛煉負(fù)荷引起的脈搏分量中的和人體運(yùn)動(dòng)分量中的諧波分量的變化之間有差異，所以能很容易地表示出脈博分量的變化。這是由心臟功能的變化引起的，且能容易地用每次博動(dòng)的心博量(SV)的變化來表示。此外，正如已公知的那樣，脈動(dòng)速率隨鍛煉負(fù)荷的增大而加快。
9.6.2.確定作為第二諧波的最大人體運(yùn)動(dòng)分量在前面的實(shí)施例4中，最初假設(shè)最大的人體運(yùn)動(dòng)分量是第二諧波，然后研究確定這一假設(shè)是否正確(步驟SD2，SD4)。假設(shè)是正確的概率顯示為根據(jù)諸如鍛煉的類型(跑步、游泳、競走等)、在進(jìn)行特定類型的鍛煉時(shí)使用者身體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等條件而變化。因此，如果這些條件是明白的，那么假設(shè)是正確的概率將極高。在這種情況下，可以省略校驗(yàn)假設(shè)的過程。
圖26是一個(gè)實(shí)例的流程圖，其中用于確定脈動(dòng)波分量的方法已在此原理基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡化。
在圖中所示實(shí)例的步驟SC1-SC3中，CPU308確定從人體運(yùn)動(dòng)傳感器302輸出的第二諧波的頻率fs2，該頻率作為人體運(yùn)動(dòng)分量比較容易測(cè)到。
在鍛煉項(xiàng)目是跑步的情況下，例如，可將步驟SC2中所示的fmin確定為2Hz，即，跑步中二次諧波出現(xiàn)的下限值頻率。
另一方面，步驟SC2中所示的fmax是由A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率確定的頻率。當(dāng)將采樣頻率設(shè)為8Hz時(shí)，根據(jù)采樣理論，再現(xiàn)原始波形的最大頻率自動(dòng)確定為4Hz。
把在fmax-fmin范圍內(nèi)的最大譜線確定為人體運(yùn)動(dòng)分量的第二諧波fs2。
接著，在步驟SC4中，CPU308得到人體運(yùn)動(dòng)的基波頻率fs1。
在步驟SC5-SC8中，CPU308把與人體運(yùn)動(dòng)分量的基波(fs1)、二次諧波(2xfs1)、和三次諧波(3xfs1)相一致的脈動(dòng)波分量從脈動(dòng)波傳感器301測(cè)得的譜中去除。
在步驟SC9中，把上述去除過程之后剩余的最大頻率分量確定為脈動(dòng)波fm。
9.7.處理配置的變型例在前面的第五-第七實(shí)施例中，對(duì)安裝在手腕上的脈動(dòng)波測(cè)量裝置1A得到的脈動(dòng)速率進(jìn)行計(jì)算，并把得到的脈動(dòng)速率送到數(shù)據(jù)處理裝置1B一側(cè)。然而，也可以考慮把測(cè)到的脈動(dòng)波信號(hào)送到數(shù)據(jù)處理器1B，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理器1B中的脈動(dòng)波信號(hào)計(jì)算脈動(dòng)速率。
權(quán)利要求
1.一種裝在便攜式裝置中的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置，其具有用于檢測(cè)體內(nèi)脈動(dòng)波的脈動(dòng)波檢測(cè)裝置，所說檢測(cè)器向設(shè)在所說便攜式裝置外部的信息處理裝置發(fā)送包含所說脈動(dòng)波的信息和從信息處理裝置上接收包含脈動(dòng)波的信息，所說便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置包括用于接收所說脈動(dòng)波和從所說脈動(dòng)波中減去人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)分量并借助光信號(hào)以無線方式將從所說脈動(dòng)波中得到的脈動(dòng)波信息傳送到所說信息處理裝置的通信裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置，其中所說的通信裝置上具有一個(gè)連接裝置，該連接裝置以可自由拆卸的方式安裝到其中形成有脈動(dòng)波接收部件的連接元件上或是其中形成有發(fā)送器的連接元件上，所說發(fā)送器把所說脈動(dòng)波信息發(fā)送到所說信息處理裝置中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置，其中所說的通信器中具有一個(gè)連接器，該連接器以可自由拆卸的方式安裝到一個(gè)連接元件上，在所說連接元件中以整體形式形成脈動(dòng)波接收部件和發(fā)送器，所說發(fā)送器把所說脈動(dòng)波信息送到所說信息處理裝置中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置，其中所說的通信裝置具有一個(gè)與所說發(fā)送器形成一體的接收部件，該部件借助于光學(xué)信號(hào)以無線的方式接收從所說信息處理裝置發(fā)出的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置，其中所說脈動(dòng)波檢測(cè)器上帶有一個(gè)脈動(dòng)波發(fā)送器，該發(fā)送器借助于光學(xué)信號(hào)以無線的方式發(fā)送所說的脈動(dòng)波；和所說通信裝置具有一個(gè)連接裝置，該連接裝置以可自由拆卸的方式裝到一個(gè)連接元件上，在所說連接元件中以一體的方式形式有通過光學(xué)信號(hào)接收所說脈動(dòng)波的接收元件和把所說脈動(dòng)波信息送到所說信息處理裝置中的傳輸元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置，其中所說接收元件接收從所說信息處理裝置借助光學(xué)信號(hào)以無線方式發(fā)送的信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置，其中所說光學(xué)信號(hào)是近紅外光，所說接收元件帶有一個(gè)能從所說光學(xué)信號(hào)中阻擋住可見光的濾波器和近紅外輻射接收元件，近紅外輻射接收元件接收通過所說濾波器的光學(xué)信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的便攜式脈動(dòng)波測(cè)量裝置，其中所說連接元件固定在所說連接裝置中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不受大型裝置限制或不需復(fù)雜操作便可測(cè)定最大氧氣吸收量的裝置。該裝置顯示與合適的鍛煉強(qiáng)度相應(yīng)的脈動(dòng)速率的上、下極限值，并借助于光學(xué)通信以無線方式實(shí)現(xiàn)了把諸如脈動(dòng)波等信息發(fā)送到處理脈動(dòng)波信息的信息處理裝置中或從該裝置上接收所述信息。所述裝置中設(shè)有脈動(dòng)波檢測(cè)器；FFT處理器；人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器；FFT處理器；鍛煉強(qiáng)度計(jì)算器；和諾謨圖記錄器。用測(cè)驗(yàn)對(duì)象的體重除得到的最大氧氣吸收量，便可算出每單位體重的最大氧氣吸收量。隨后，根據(jù)性別確定最大氧氣吸收量和脈動(dòng)速率，并把脈動(dòng)速率乘以上、下極限值系數(shù)，以便確定脈動(dòng)速率的上極限值UL和下極限值LL。
文檔編號(hào)A61B5/22GK1545979SQ200410042298
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期1997年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月8日
發(fā)明者天野和彥, 上馬場和夫, 石山仁, 和夫 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社