专利名称：一种基于心率和加速度的运动能耗测量仪及测量方法
技术领域：
本发明涉及运动能消耗测量领域，特别涉及一种基于心率和加速度的运动能耗测量仪及测量方法。
背景技术：
目前随着科学技术的发展，人们生活水平越来越高，人体运动对健康的重要性越来越大。人体运动时的运动量过少不能到达运动健身或减肥的目的，运动量过多又会让人感到疲惫而损坏人体的健康。因此为了达到科学合理的运动必须准确的测量人体运动过程中的能量消耗。人体一天所消耗的能量大致分为三个部分，人体基础能量代谢即基础能量消耗， 各种体力活动能量消耗和满足食物特殊动力作用即食物热效应。人体基础能量消耗约占人体一天总能量消耗的65%，活动能量消耗约占总能量消耗的25%，食物热效应约占总能量消耗的10%。其中活动能量消耗是最能受人体控制和改变的，运动量大则活动能量消耗大，运动量小则活动能量消耗小。人体运动过程中，由于运动会导致人体心率的增加，心率增加会导致人体的耗氧量的增加，耗氧量的增加会影响人体的基础能量消耗的增加。通常运动能量消耗测量方法包括直接测热法、间接测热法、双标水法、心率监测法、加速度传感器法。直接测热法、间接测热法和双标水法属于生理学范畴，上述三种方法具有较高的测量精度，因此常将这几种方法作为评价能量消耗测量方法的标准，其中双标水法被视为能量消耗测量中的黄金标准，但是其测量设备复杂，费用昂贵且测量结果不能实时的描述人体某一运动过程中的能量消耗。心率检测法和加速度传感器法测量方便，可以实时的测量运动一段时间的能量消耗，但是单独使用心率和加速度测量能量消耗，其准确度不高，且容易受到自身和外界的干扰。
发明内容
本发明所需要解决的关键问题是，提供一种结合加速度和心率的运动能量消耗模型，测量人体运动过程中所消耗能量的测量仪及测量方法。一种运动能耗测量仪，包括人体个性化参数采集单元，用于采集和存储人体个性化参数，包括身高H (cm)、体重W (kg)、年龄Y (岁)、性别G和截止心率FLEX_HR (次/分)；心率传感器,用于测量心率HR ；基础能耗计算单元，用于利用测量心率HR和所述人体个性化参数计算基础能耗BEE ；加速度传感器，用于测量运动加速度；运动做功计算单元，用于利用运动加速度和所述体重W计算对外做功EEac;t ；运动能耗计算单元，将基础能耗BEE和对外做功EEaet相加，计算运动能耗EE，即EE=BEE+EEact □
所述利用测量心率HR和所述人体个性化参数计算基础能耗，包括当测量心率HR大于或等于截止心率FLEX_HR时，建立基础能耗BEE、心率HR和个性化参数的线性回归方程BEE=GX ( α ^Ι+β ^Y+x ^HR+ δ ^ + (I-G) X ( α 2ΧΙ+β 2ΧΥ+χ 2XHR+ δ 2)上式中，男性时G为I,女性时G为O ; α ρ β 17 X1, α 2，β 2，X2为相关系数，δ 17S2为校验系数，Q1的取值范围为O. 15-0. 24，P1 的取值范围为O. 2-0. 3，x i的取值范围为O. 6-0. 7，S1的取值范围为55-60 ;α2的取值范围为-O. 2—0. I，β2的取值范围为
0.06-0. 075，X 2的取值范围为O. 44-0. 50，δ 2的取值范围为-21—19。当测量心率HR小于截止心率FLEX_HR时，建立基础能耗BEE与人体个性化参数的线性回归方程BEE=GX ( α !XW+β !XH+x !XY+ δ ^ + (I-G) X ( α 2ΧΙ+β 2ΧΗ+χ 2ΧΥ+ δ 2)上式中，男性时G为I,女性时G为O ; α ρ β 17 X1, α 2，β 2，X2为相关系数；δ 1； δ 2为校验系数；α I的取值范围为13-14, β ι的取值范围为4. 9_5. I, x工的取值范围为-6. 7—7.0，S1的取值范围为60-70 ;α2的取值范围为9. 5-10，β2的取值范围为
1.7-2. O, X 2的取值范围为-4. 5—4. 9，δ 2的取值范围为650-670。所述利用测量的加速度和体重W计算对外做功EEac;t为计算X轴、Y轴和Z轴三个方向上所做功之和，所述计算X轴、Y轴和Z轴三个方向上所做功分别为 /;人;.;=〔Jo' W X ACC2 X (F0 + ACC X t)dndt
权利要求
1.一种运动能耗测量仪，其特征在于，包括 人体个性化参数采集单元，用于采集和存储人体个性化参数，包括身高H、体重W、年龄Y、性别G和截止心率FLEX_HR ； 心率传感器，用于测量心率HR ； 基础能耗计算单元，用于利用测量心率HR和所述人体个性化参数计算基础能耗BEE ； 加速度传感器，用于测量运动加速度； 运动做功计算单元，用于利用运动加速度和所述体重W计算对外做功EEart ； 运动能耗计算单元，将基础能耗BEE和对外做功EEaet相加，计算运动能耗EE，SPEE=BEE+EEact。
2.如权利要求I所述的运动能耗测量仪，其特征在于，所述人体个性化参数采集单元为包括键盘、显示器和存储器的输入终端，通过键盘输入人体个性化参数，显示器同步显示输入有关的提示信息，将输入的参数存储在存储器中。
3.如权利要求I所述的运动能耗测量仪，其特征在于，所述人体个性化参数采集单元为包括蓝牙接收模块和存储器的无线采集器，蓝牙接收模块接收蓝牙发送端发送来的人体个性化参数，将接收的参数存储在存储器中。
4.如权利要求I所述的运动能耗测量仪，其特征在于，所述心率传感器一分钟测量4次人体的心率，计算平均值，作为测量心率HR。
5.如权利要求I所述的运动能耗测量仪，其特征在于，所述利用测量心率HR和所述人体个性化参数计算基础能耗，包括 当测量心率HR大于或等于截止心率FLEX_HR时，建立基础能耗BEE、心率HR和个性化参数的线性回归方程BEE=GX (a iXW+P iXY+x !XHR+ 8 ^ + (I-G) X ( a 2Xff+^ 2XY+x 2XHR+ 8 2) 上式中，男性时G为I,女性时G为O ; a 17 X1, a 2,旦2，X2为相关系数，S1,S2为校验系数，Ci1的取值范围为0. 15-0. 24，P1的取值范围为0.2-0. 3，x :的取值范围为0.6-0. 7，S1的取值范围为55-60 ;a2的取值范围为-0.2—0. I，P2的取值范围为0.06-0. 075，X 2的取值范围为0. 44-0. 50，8 2的取值范围为-21—19。
6.如权利要求I所述的运动能耗测量仪，其特征在于，所述利用测量心率HR和所述人体个性化参数计算基础能耗，包括 当测量心率HR小于截止心率FLEX_HR时，建立基础能耗BEE与人体个性化参数的线性回归方程BEE=GX (a Xff+^ :XH+x :XY+ 8 ^ + (I-G) X ( a 2Xff+^ 2XH+x 2XY+ 8 2) 上式中，男性时G为I,女性时G为0 W1, X1, a 2,旦2，X2为相关系数，6 S 2为校验系数；a !的取值范围为13-14，P I的取值范围为4. 9-5. 1，x :的取值范围为-6. 7—7. 0，6 I的取值范围为60-70 ； a 2的取值范围为9. 5-10, ^ 2的取值范围为I. 7-2. 0，x 2的取值范围为-4. 5—4. 9，S2的取值范围为650-670。
7.如权利要求I所述的运动能耗测量仪，其特征在于，所述利用测量的加速度和体重W计算对外做功EEaet为计算X轴、Y轴和Z轴三个方向上所做功之和，所述计算X轴、Y轴和Z轴三个方向上所做功分别为上式中，ax为X轴测量的加速度，aY为Y轴测量的加速度，az为Z轴测量的加速度，g为重力加速度，sym( )表示取符号运算，V0为初始速度。
8.—种运动能耗测量方法，其特征在于，包括 采集人体个性化参数，包括身高H、体重W、年龄Y、性别G和截止心率FLEX_HR ； 测量心率HR ； 利用测量心率HR和所述人体个性化参数计算基础能耗BEE ； 测量运动加速度； 利用运动加速度和所述体重W计算对外做功EEart ； 将基础能耗BEE与对外做功EEaet相加，计算运动能耗EE，即EE=BEE+EEart。
9.如权利要求8所述运动能耗测量方法，其特征在于，所述利用测量心率HR和所述人体个性化参数计算基础能耗，包括 当测量心率HR大于或等于截止心率FLEX_HR时，建立基础能耗BEE、心率HR和个性化参数的线性回归方程BEE=GX (a iXW+旦 iXY+x iXHR+ 8 ^ + (I-G) X ( a 2Xff+^ 2XY+x 2XHR+ 8 2) 上式中，男性时G为I,女性时G为0 ; a 17 P 17 X i，a 2，P 2，X 2为相关系数，S1, S 2为校验系数，取值通过实验测得，a I的取值范围为0. 15-0. 24，^ I的取值范围为0. 2-0. 3，x :的取值范围为0. 6-0. 7, S1的取值范围为55-60 ； a 2的取值范围为-0. 2—0. I, 的取值范围为0. 06-0. 075，X 2的取值范围为0. 44-0. 50，6 2的取值范围为-21—19 ； 当测量心率HR小于截止心率FLEX_HR时，建立基础能耗BEE与人体个性化参数的线性回归方程BEE=GX (a Xff+^ :XH+x :XY+ 8 ^ + (I-G) X ( a 2Xff+^ 2XH+x 2XY+ 8 2) 上式中，男性时G为I,女性时G为0 ; a p P p X i，a 2，P 2，X2为相关系数；5 17 S 2为校验系数；a !的取值范围为13-14，P I的取值范围为4. 9-5. 1，x :的取值范围为-6. 7—7. 0，6 I的取值范围为60-70 ； a 2的取值范围为9. 5-10, ^ 2的取值范围为I. 7-2. 0，x 2的取值范围为-4. 5—4. 9，S2的取值范围为650-670。
10.如权利要求8所述运动能耗测量方法，其特征在于，所述利用运动加速度和所述体重W计算对外做功EEaet为计算X轴、Y轴和Z轴三个方向上所做功之和，所述计算X轴、Y轴和Z轴三个方向上所做功分别为 上式中，ax为X轴测量的加速度，aY为Y轴测量的加速度，az为Z轴测量的加速度，g为重力加速度，sym( )表示取符号运算，V0为初始速度。
全文摘要
本发明实施例提供了一种运动能耗测量仪，包括人体个性化参数采集单元，用于采集和存储人体个性化参数；心率传感器，用于测量心率HR；基础能耗计算单元，用于利用测量心率HR和所述人体个性化参数计算基础能耗；加速度传感器，用于测量运动加速度；运动做功计算单元，用于利用运动加速度和所述体重W计算对外做功；运动能耗计算单元，将基础能耗BEE和对外做功EEact相加，计算运动能耗；还提供了一种运动能耗测量方法；本发明建立基础能量消耗、心率和个性化参数的线性回归方程，利用加速度传感器测量运动加速度，进一步考虑不同方向的影响因素，结合体重在三个方向分别实施对外做功计算，将心率和运动加速度有效结合，提升了测量精度。
文档编号A61B5/00GK102727185SQ20121024946
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者冷锐, 刘圣蓉, 姜瑜, 张汇泉, 李章勇, 王伟, 赵志强, 陈小波 申请人:重庆邮电大学