專利名稱：用于測(cè)量使用自行車和訓(xùn)練器械的人的脈搏的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量使用自行車和訓(xùn)練器械的人的脈搏的裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中，心博頻率對(duì)訓(xùn)練質(zhì)量是非常重要的需檢測(cè)的 指示參數(shù)。
事實(shí)上，任何體育運(yùn)動(dòng)只有在心博頻率為正常值時(shí)才會(huì)對(duì)心血管的血液 循環(huán)具有有益效果，若心博頻率過高則是很危險(xiǎn)的。
因此，任何體育訓(xùn)練都必須具有一個(gè)適當(dāng)限定的頻率范圍，其最小頻率 和最大頻率值取決于使用者的參數(shù)，例如年齡和己達(dá)到的訓(xùn)練水平。
已知的一個(gè)事實(shí)是體育運(yùn)動(dòng)的一種最重要的作用是減輕體重，或，換句 話說，消耗多余的卡路里。
因此，為達(dá)到期望的效果，使心搏頻率保持在一個(gè)合適的水平是非常有 利的。
特別是，在一段足夠長的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行體育運(yùn)動(dòng)是重要的，它使訓(xùn)練者只 燃燒體內(nèi)多余的脂肪并盡可能減少有用的糖。
因此心博頻率和吸氣訓(xùn)練持續(xù)時(shí)間代表兩個(gè)必須精確控制的參數(shù)。 目前，為了測(cè)量運(yùn)動(dòng)中的心博頻率，傳統(tǒng)使用的頻率監(jiān)控裝置包括一個(gè) 帶在胸前的有彈性的帶子，支撐兩個(gè)電極和一個(gè)脈搏檢測(cè)表以及一個(gè)電子放 大器，該放大器放大脈動(dòng)肌肉群產(chǎn)生的信號(hào)，所述在先技術(shù)的裝置還包括一 個(gè)峰值檢測(cè)器，用來檢測(cè)每個(gè)訓(xùn)練周期的心博頻率最大值，由此確定單個(gè)心 跳時(shí)間，同時(shí)對(duì)每個(gè)脈博，短波無線電發(fā)射器發(fā)射一個(gè)相應(yīng)的脈沖到相應(yīng)的
接受器，該接受器安裝在較短距離處一即從所述發(fā)射器始的最遠(yuǎn)距離為lm， 并在兩個(gè)相鄰脈博之間計(jì)算時(shí)間以確定心博頻率。
但是，這種方法要求準(zhǔn)確地使用，并將所說的彈性帶子定位以使所說的 電極正好置于使用者前方區(qū)域，這樣就可以通過所述電極接觸皮膚以便依次 恰當(dāng)?shù)貦z測(cè)測(cè)量信號(hào)。事實(shí)上，還要加上汗液、頭發(fā)、皮膚的不均勻度，由于使用者運(yùn)動(dòng)使彈 性帶沒有處于期望的位置，抵靠帶子的使用者衣物的干擾代表負(fù)極，都會(huì)妨 礙測(cè)量的準(zhǔn)確性。
而且，彈性帶子更容易打擾和干擾使用者，因此，所說的帶子在實(shí)際中 的應(yīng)用非常有限。
事實(shí)上，由于彈性帶的干擾性，大胸女子一般不喜歡使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服以上缺陷，提供一種基于測(cè)量 方法的檢測(cè)脈搏的裝置，其目前僅適用于體育場(chǎng)訓(xùn)練活動(dòng)，而不適用于移動(dòng) 訓(xùn)練器械。
在上述所提到的目的范圍內(nèi)，本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供一種裝置， 該裝置可以產(chǎn)生與使用者脈搏模式相應(yīng)的精確的信號(hào)，因此，可以很容易的 監(jiān)控脈搏。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種裝置，由于其結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，該裝置 在運(yùn)行過程中非常可靠、安全。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種裝置，該裝置制造簡(jiǎn)單、且從經(jīng)濟(jì)角度 而言，非常具有競(jìng)爭(zhēng)力。
按照本發(fā)明的一方面，本發(fā)明的上述以及其它目的將通過一種測(cè)量脈搏 的裝置來實(shí)現(xiàn)，該裝置用于測(cè)量使用自行車和自由移動(dòng)體育訓(xùn)練器械的人的 脈搏，其特征在于，所說的裝置包括多個(gè)與使用者手相接觸的電極，這些電 極與至少一個(gè)脈搏檢測(cè)表耦聯(lián)，所說的電極置于自行車或訓(xùn)練器械的轉(zhuǎn)向控 制件上。


本發(fā)明的進(jìn)一步特征和有益效果將在以下優(yōu)選的但并不是排他的，用于 測(cè)量通常使用自行車和訓(xùn)練器械的人的脈搏的裝置的實(shí)施例的實(shí)施例中體現(xiàn) 出來， 一般來講，并不限于以下所描述的這些實(shí)施例和附圖。
圖l本發(fā)明所涉及裝置的方框圖2包括多個(gè)測(cè)量電極的轉(zhuǎn)向把手的示意圖3手柄示意圖，例如圖2中的俯視、仰視的右側(cè)手柄；
圖4手柄示意圖，例如圖2中的俯視、仰視的左側(cè)手柄。
具體實(shí)施例方式
參考上面附圖所述，本發(fā)明所涉及的用于測(cè)量使用自行車和訓(xùn)練器械的 人的脈搏的裝置通常包括轉(zhuǎn)向把手1或其它合適的本發(fā)明的裝置應(yīng)用于其上
的轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，和分別置于反手相反的末端的兩個(gè)手柄2a和2b。
所述的手柄也可以直接置于轉(zhuǎn)向把手上或應(yīng)用于已經(jīng)存在的訓(xùn)練器械上。
圖1中所描述的實(shí)施例中，所述的手柄與兩個(gè)手支座件(hand abutments dements) 2c和2d相聯(lián)，所述的手支座用于與支撐使用者的手，為手提供 一個(gè)夾緊和支撐的位置。
而且，在該裝置的優(yōu)選的實(shí)施例中，其中一個(gè)手柄還包括一個(gè)顯示器21 ， 用于監(jiān)控脈搏和其他有用的資料。
所述的手柄包括多個(gè)電極，使使用者的皮膚與特別設(shè)計(jì)的電路相接觸， 可以采集、放大和處理使用者手的脈搏信號(hào)。
特別優(yōu)選的實(shí)施例中，還包括上部電極，分別為左右電極3a和3b，作 為參比電子組件，和下部左右電極，分別為3c和3d，形成探測(cè)電極組件。
所述的電極是由導(dǎo)電橡膠或?qū)щ娝芰喜牧现瞥?，在金屬基底上共同注塑?優(yōu)選地，在不銹鋼基底上共同注塑。
兩個(gè)參比電極通過由lbis指示的電線互相電聯(lián)接，從而使所述的電極連 接起來，因此使放大部分更為清晰，同時(shí)還可以最小化易于損害心電圖信號(hào) 的噪音。
進(jìn)一步，每個(gè)所述的電極與一個(gè)或多個(gè)接線方式耦聯(lián)，該接線包括絕緣 電線件，穿過轉(zhuǎn)向把手管內(nèi)部空心部分。 因此，測(cè)量電路被恰當(dāng)?shù)仉娐?lián)接。
所述的測(cè)量電路包括一個(gè)輸入級(jí)，包括一個(gè)放電保護(hù)裝置(ESD)，如標(biāo) 號(hào)5所顯示，旨在防止斷裂或測(cè)量錯(cuò)誤的發(fā)生，特別是，如果使用者穿著合 成材料衣物，絕緣鞋等等。
該裝置進(jìn)一步包括一個(gè)前置放大器6和一個(gè)預(yù)處理單元7，通過合適的 濾波器，去除信號(hào)中的噪音源。
特別是，上述組件設(shè)計(jì)為用于消除由于電化學(xué)效應(yīng)，在皮膚和電極接觸 點(diǎn)形成的低頻偏置噪聲，這些低頻偏置噪聲一般具有比有用信號(hào)更強(qiáng)的級(jí)， 并會(huì)使下面的放大級(jí)趨于飽和，從而妨礙了準(zhǔn)確測(cè)量的完成。
6而且，本發(fā)明還采用將不平衡電路連于放大器的輸入端，如標(biāo)號(hào)4所指 示，如果使用者的手緊貼電極，就用該不平衡電路進(jìn)行檢測(cè)。
如上所述，從電學(xué)角度講，由于使用者相當(dāng)于具有幾百歐姆值的電阻， 具有較大阻值的電阻使輸入電路不平衡，所以可以使身體接觸而適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償 不平衡條件，使放大器輸出端恢復(fù)正常值范圍。
這種電路很重要，用或者不用使用者的手的情況下，它都允許檢測(cè)。以 此，可以防止一些沒有意義的信號(hào)被處理。
而且，為節(jié)約電，并允許電池供電的裝置能運(yùn)行較長時(shí)間，本發(fā)明的優(yōu) 選實(shí)施例，當(dāng)使用者不用他/她的手接觸該裝置時(shí)，還包括一個(gè)用于自動(dòng)關(guān)閉
該裝置的控制關(guān)閉電路15。
所述的關(guān)閉電路，特別是，經(jīng)過預(yù)設(shè)的一段時(shí)間后，可以使本發(fā)明的裝 置處于非常低消耗的狀態(tài)，這是因?yàn)榇藭r(shí)不可能測(cè)量頻率，例如在自行車非 使用狀態(tài)。
因此，如果使用者不用他/她的手接觸轉(zhuǎn)向把手，經(jīng)過給定的時(shí)間后，該 裝置將顯示系統(tǒng)時(shí)鐘，然后，除了具有非常低的電力消耗的手支座測(cè)量電路
15和前置放大器6，電路會(huì)被關(guān)閉。
在一個(gè)實(shí)施例中，開和關(guān)電路15包括一個(gè)被驅(qū)動(dòng)而關(guān)閉電源16的固態(tài) 繼電器，其與優(yōu)選置于轉(zhuǎn)向把手內(nèi)的電池17相聯(lián)，。
前置放大器和預(yù)處理元件6和7的下游為另一個(gè)放大級(jí)8，用于使信號(hào) 達(dá)到與要求的處理操作相匹配的信號(hào)級(jí)。
此外，該裝置進(jìn)一步包括一個(gè)低通濾波級(jí)9，用于消除有用信號(hào)帶(即 高于40赫茲，如果沒有診斷性應(yīng)用)以外的諧波成分，由于是通過噪音和干 擾現(xiàn)象產(chǎn)生，例如肌肉活動(dòng)，這些諧波是非常有害的。
濾波器截?cái)嗟念l率盡可能的低，保證可靠地檢測(cè)到信號(hào)，濾波特征非常陡。
特別是，該濾波器的主要功能是完成所說的抗混疊作用，消除模擬到數(shù) 字轉(zhuǎn)換器中的信號(hào)采樣頻率高諧波，滿足系統(tǒng)微處理器的要求。
事實(shí)上，如果沒有所說的抗混疊，就會(huì)出現(xiàn)難于識(shí)別的假象，這種假象 源于一種非真信號(hào)，其頻率不同于可能出現(xiàn)的采樣頻率和干擾噪音頻率。
因此，當(dāng)放大和過濾后，信號(hào)被數(shù)字轉(zhuǎn)換器10轉(zhuǎn)換，并達(dá)到下一個(gè)數(shù)字 處理級(jí)。特別是，該轉(zhuǎn)換過程可以用廣泛應(yīng)用于電子領(lǐng)域中的轉(zhuǎn)換方法來完成。
在該過程中，信號(hào)必須具有至少8比特的分辨率，采樣頻率至少250個(gè) 樣本/每秒。
為達(dá)到這個(gè)目的， 一個(gè)微處理器ll，包括一個(gè)合適的程序存儲(chǔ)器12和 工作存儲(chǔ)器(RAM) 14，接收和處理數(shù)字化信號(hào)，并將他們轉(zhuǎn)換到記憶裝置， 同時(shí)那些信號(hào)特征的識(shí)別能安全檢測(cè)到脈搏的電當(dāng)量，由此形成脈搏之間時(shí) 段的數(shù)字序列，用以很方便地測(cè)量它們的頻率。
上述處理過程是基于算法組13的一個(gè)合適的算法完成的。
特別是，檢測(cè)的心率將顯示在顯示器21上，在優(yōu)選的實(shí)施例中，顯示器 非常簡(jiǎn)單、僅適于顯示數(shù)值數(shù)據(jù)和解釋性圖標(biāo)。
如果可能，所述的數(shù)值數(shù)據(jù)必須包括心率或如果在脫手(detached-hand) 的情況下不可能，則包括多余的噪音等等，或者如使用者所要求的時(shí)鐘。
在一個(gè)非常簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，上述的數(shù)據(jù)與代表心率或者時(shí)鐘，還可以 是充電狀態(tài)的圖標(biāo)相關(guān)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，顯示器21處于兩個(gè)手柄之一的外端，以便同時(shí)作為 一種手動(dòng)制動(dòng)器或者自行車騎行者的抓握構(gòu)件。
進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，還可以包括一個(gè)發(fā)射器22用以發(fā)射與胸帶發(fā)射 信號(hào)一樣的標(biāo)準(zhǔn)特征無線電信號(hào)以對(duì)接具有與所述胸帶相連接的其它已有裝 置的裝置。
所說的電路還可以耦聯(lián)和驅(qū)動(dòng)低電耗顯示設(shè)備20，該設(shè)備例如通過眾所 周知的LCD技術(shù)制造。
所說的電路還可以包括速率和傾角傳感器23和24，為使用者提供進(jìn)一 步有用的信息，如卡路里消耗、溫度、距離和其它提供所進(jìn)行訓(xùn)練活動(dòng)的詳 盡的生理表征的相關(guān)參數(shù)。
此外，所說的電路還包括開關(guān)手段或擦拭手段，用于顯示一個(gè)或其它以 上所述參數(shù)，或者提供晝間同步。
優(yōu)選的實(shí)施例中，可以在把手上安裝按鈕18和19，使不受環(huán)境有害影響。
所述的適于測(cè)量心率的算法，從采樣信號(hào)開始，允許適當(dāng)?shù)臋z測(cè)與心電 信號(hào)的典型形態(tài)特征一致的信號(hào)部分，然后檢測(cè)和測(cè)量源于使用者的遞歸數(shù) 據(jù)，這樣就可以提供，例如，兩種典型的心率測(cè)量值，也就是說，脈搏的平 均頻率和瞬時(shí)頻率。
8上述測(cè)量的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)一步，可以是限定為目標(biāo)研究應(yīng)用所要求的特 征或感興趣的數(shù)據(jù)的平均值，例如，固定時(shí)間平均值，上次獲得樣本的移動(dòng)
平均值，或給定值的帶除"rejection of given value),在計(jì)算剩余值的平均 值時(shí)，移動(dòng)平均值與相對(duì)高的數(shù)字(從10到20和更高)相關(guān)，這樣可以防 止一些不重要的事件突然改變頻率，并計(jì)算可能的檢測(cè)錯(cuò)誤的平均值。
當(dāng)待測(cè)者處于休息和調(diào)整狀態(tài)時(shí)，或者心前區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)烈的信號(hào)，信號(hào)的 辨別實(shí)質(zhì)上可以通過檢測(cè)信號(hào)峰值和測(cè)量相鄰信號(hào)峰值之間的時(shí)間區(qū)間來完 成，有些情況下，這種辨別在適當(dāng)?shù)某掷m(xù)時(shí)間沉默區(qū)間后完成，這樣可以阻 止可能的噪音或假象，以免其對(duì)測(cè)量結(jié)果有負(fù)面影響。
然后，與測(cè)量的瞬時(shí)頻率相關(guān)的持續(xù)時(shí)間的觀察窗口將被打開， 一般講 持續(xù)時(shí)間為一次脈搏與下一次脈搏之間的時(shí)間的2/3，而后，隨著后續(xù)峰值 的到來，所述的窗口關(guān)閉，在這個(gè)窗口上，由于分離了假象，如室性期前收 縮，前面已檢測(cè)到的脈搏后的脈搏一定會(huì)下降，相對(duì)于所說的窗口上的值而 言，心率不會(huì)在生理上發(fā)生改變。
如果信號(hào)非常弱，存在大量的假象，上述的方法可能會(huì)失敗，因?yàn)椋@ 些假象在該裝置運(yùn)行狀態(tài)下就可能發(fā)生。
由于目標(biāo)研究信號(hào)具有與屏蔽噪音或隨機(jī)瞬時(shí)事件無關(guān)的周期性特征， 并不排除傳統(tǒng)方法，如果必要的話，采用基于樣本信號(hào)自相關(guān)性功能的統(tǒng)計(jì) 學(xué)方法。
這樣，隨后的適當(dāng)?shù)拈L度、目標(biāo)信號(hào)部分的自相關(guān)性，將正確的量化這 些信號(hào)部分，提高測(cè)量可靠性。
在檢測(cè)周期的開始，有必要使信號(hào)部分具有一定的長度，以使該長度內(nèi) 保證含有至少一個(gè)脈搏。
正常情況下，如果排除心動(dòng)過緩， 一秒的時(shí)間足夠。然后，通過使每次 的一個(gè)樣本的兩個(gè)部分相互分開，實(shí)現(xiàn)樣板和隨后的信號(hào)部分之間的一系列 隨后的自相關(guān)性的完成。
這樣，由連續(xù)自相關(guān)值組成的類似圖譜就形成了。
所說的連續(xù)峰值相互之間有一個(gè)時(shí)距，相當(dāng)于脈搏的時(shí)距，所說的連續(xù) 峰值用于測(cè)量脈搏頻率；由于這樣的計(jì)算非常復(fù)雜，第一方法的使用會(huì)減少 第二方法必須應(yīng)用的信號(hào)部分的長度，這樣就可以很大程度上減少計(jì)算能力 的要求。從上述內(nèi)容可知，很明顯本發(fā)明已經(jīng)完全達(dá)到預(yù)期的目的。 事實(shí)上，本發(fā)明提供了一種不用傳統(tǒng)的胸帶也可以測(cè)量脈搏的實(shí)用性和 功能性的裝置。
本發(fā)明允許的修改和變化都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。 此外，所有的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)都可以被其它等同技術(shù)代替。
特別是，本發(fā)明所涉及的裝置可以被用于轎車、摩托車、船、飛機(jī)和其 它運(yùn)輸工具的方向盤和操縱桿上。
在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，所使用的材料，可能的大小和形狀，只要他們與本申 請(qǐng)相符，可以視其需要而改變。
權(quán)利要求
1、一種用于自行車或者移動(dòng)體育訓(xùn)練器械上的脈搏測(cè)量裝置，其特征在于，所述的裝置包括作為與使用者手接觸的機(jī)構(gòu)的多個(gè)電極，所述的電極至少與一個(gè)心率表耦聯(lián)，并安裝于所說的自行車或器械的轉(zhuǎn)向控制件上。
2、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置包括兩個(gè)與所說 的轉(zhuǎn)向控制件相應(yīng)部分相聯(lián)的手柄，每個(gè)手柄支持一個(gè)或者多個(gè)所說的電極， 所說的電極作為信號(hào)和參考電極。
3、 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的手柄與手動(dòng)制動(dòng)器耦聯(lián)。
4、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述的裝置包括一個(gè)靜電充 電保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置與來自所述電極的電線耦聯(lián)。
5、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置包括一個(gè)前置放 大器和預(yù)處理元件，包括噪音源消除濾波器。
6、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置包括一個(gè)與放大 器輸入端相連接的不平衡電路，當(dāng)使用者的手接觸所說的電極時(shí)，該不平衡 電路作為支座檢測(cè)元件用于檢測(cè)。
7、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置包括一個(gè)與一個(gè) 控制關(guān)閉電路耦聯(lián)的手觸檢測(cè)電路。
8、 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述的控制關(guān)閉電路控制電 源電池。
9、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述的電源電池置于控制件 內(nèi)，所述的控制件包括一個(gè)把手或手動(dòng)制動(dòng)器或處理部件。
10、 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，在所述的預(yù)處理元件的下 游，所述的裝置包括一個(gè)放大器級(jí)，隨后是低通濾波級(jí)。
11、 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述的低通濾波級(jí)與數(shù)字 轉(zhuǎn)換器耦聯(lián)。
12、 如權(quán)利要求ll所述的裝置，其特征在于，所述的數(shù)字轉(zhuǎn)換器與一個(gè) 微處理器耦聯(lián)，所述的微處理器包括程序存儲(chǔ)器和工作存儲(chǔ)器，并進(jìn)一步和 一個(gè)顯示器相連。
13、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述的裝置包括噪音消除 濾波器，所述的噪音消除濾波器由在目標(biāo)控制程序上運(yùn)行的微處理器控制。
14、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述的顯示器置于把手、 手柄、后視鏡或使用者佩戴的裝置上。
15、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置包括一個(gè)信號(hào) 或被處理數(shù)據(jù)發(fā)射器。
16、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述的裝置包括連接和驅(qū) 動(dòng)構(gòu)件，用于連接和驅(qū)動(dòng)所說的顯示器。
17、 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述的裝置包括多個(gè)與所 說的微處理器耦聯(lián)的傳感器構(gòu)件。
18、 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述的裝置包括多個(gè)與所 說的微處理器耦聯(lián)的按鈕，用于控制所說的顯示器和操作設(shè)備模式。
19、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置與轎車、摩托 車、船、飛機(jī)或其它運(yùn)輸工具的方向盤和操縱桿相連接。
全文摘要
一種用于測(cè)量常使用自行車和可移動(dòng)訓(xùn)練器械的人的脈搏或心跳的裝置，包括多個(gè)與人手相接觸的檢測(cè)電極，該檢測(cè)電極至少與一個(gè)心率檢測(cè)表相連接，所說的電極置于自行車或訓(xùn)練器械的轉(zhuǎn)向控制件上。
文檔編號(hào)A61B5/0245GK101422358SQ20081016642
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者朱塞佩·比戈林 申請(qǐng)人:塞萊意大利有限公司