一种监测身体状况的便携装置及系统的制作方法

文档序号:10883084
一种监测身体状况的便携装置及系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种监测身体状况的便携装置及系统,该装置包括:主控制器、设置于靠近被测者的体表侧的化学生物传感器和显示元件;化学生物传感器检测被测者体内的生理生化数据,将生理生化数据发送至主控制器;主控制器接收生理生化数据,根据生理生化数据确定被测者的体内水分状况和人体疲劳程度,将体内水分状况和人体疲劳程度发送至显示元件;显示元件接收并显示生理生化数据、以及体内水分状况和人体疲劳程度。本实用新型实施例利用化学生物传感器采用化学手段检测被测者体内的生理生化数据来监测体内水分和人体疲劳程度,能够准确地反映被测者的当前身体状况,避免因水分补充不及时和疲劳缓解不及时,而危害运动者的身体健康。
【专利说明】
一种监测身体状况的便携装置及系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及运动员体能监测技术领域,具体而言,涉及一种监测身体状况的便携装置及系统。
【背景技术】
[0002]目前,随着近期因运动员过量运动导致出现生命危险的事故频发,运动员训练和比赛过程中机体过度缺水和疲劳现象受到行业内广泛关注,研究表明,运动员在训练和比赛过程中需要补充大量的水和电解质,同时在运动间隙或完成后需要充足的休息,否则会产生细胞内和体液的电解质浓度不平衡,造成细胞乃至组织脱水,对机体产生不可逆的损害。轻度的训练疲劳可使运动员较快的恢复并在下次训练中达到更高的竞技水平,但过度疲劳会对运动员产生机体和精神、心理的负面影响,如果不减轻初期的运动疲劳和损伤,会带来机体的免疫学性异常,使肌肉和身体损伤更加严重,因此,实时监测在训练和比赛过程中运动员的当前身体状况越来越重要。
[0003]当前,相关技术中提供了一种运动智能便携装置,该智能便携装置采用了GPSJS螺仪、加速度计、温度计等元件对使用者的运动时间、距离、消耗卡路里、体温、心率等运动体征进行检测,其中,利用运动智能便携装置来检测运动量的工作原理是,通过三轴加速器根据人体不同运动状态下的不同加速度变化来绘制出一条正弦曲线,以垂直方向加速度正弦波为例,从波谷到波峰再到波谷就是正常人一个步伐的过程,如此推算出用户行进的步数。
[0004]在实现本实用新型的过程中,实用新型人发现相关技术中至少存在以下问题:利用相关技术中的运动智能便携装置只能监测人体的心率、运动量等身体状况指标,而人体的心率、运动量等身体状况指标不能有效地反映运动员当前身体的缺水程度和疲劳程度,容易引起水分补充不及时和疲劳缓解不及时,严重时会危害运动员的身体健康。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此,本实用新型实施例的目的在于提供一种监测身体状况的便携装置及系统,以准确地反映被测者的当前身体状况,避免因水分补充不及时和疲劳缓解不及时,而危害运动者的身体健康。
[0006]第一方面,本实用新型实施例提供了一种监测身体状况的便携装置,该装置包括:主控制器、分别与该主控制器电连接的化学生物传感器和显示元件,上述化学生物传感器设置于靠近被测者的体表侧;
[0007]上述化学生物传感器用于检测上述被测者体内的生理生化数据,将上述生理生化数据发送至上述主控制器,其中,该生理生化数据至少包括:上述被测者的生物电阻抗、电解质、乳酸、葡萄糖数据;
[0008]上述主控制器用于接收上述生理生化数据,根据上述生理生化数据确定上述被测者的体内水分状况和人体疲劳程度,将上述体内水分状况和人体疲劳程度发送至上述显示元件;
[0009]上述显示元件用于接收并显示上述生理生化数据、以及上述体内水分状况和人体疲劳程度。
[0010]结合第一方面,本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式,其中,上述化学生物传感器包括:电阻抗检测元件、电化学传感器和化学电极;
[0011]上述电阻抗检测元件用于检测上述被测者的生物电阻抗,并将上述生物电阻抗发送至上述主控制器;
[0012]上述电化学传感器用于检测所被测者的体表的汗液中电解质的电信号,并将上述电解质的电信号发送至上述主控制器,其中,上述电解质的电信号包括以下中的一种或多种:钠离子的电信号、钾离子的电信号和氯离子的电信号;
[0013]上述化学电极用于检测上述被测者的体表的汗液中葡萄糖的电信号和乳酸的电信号,并将上述葡萄糖的电信号和乳酸的电信号发送至上述主控制器。
[0014]结合第一方面的第一种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式,其中,上述电阻抗检测元件包括:第一微控制器、信号发生器、数字滤波器、压控恒流源、参考电阻、第一放大电路、第二放大电路、幅值相位检测电路、以及信号输出电路;
[0015]上述第一微控制器与上述信号发生器相连接,用于控制上述信号发生器输出不同频率的正弦波电压信号;
[0016]上述信号发生器与上述数字滤波器相连接,用于生成不同频率的正弦波电压信号,并将上述正弦波电压信号传输至上述数字滤波器;
[0017]上述数字滤波器与上述压控恒流源相连接,用于对上述正弦波电压信号进行滤波处理,并将滤波处理后的正弦波电压信号传输至上述压控恒流源;
[0018]上述压控恒流源与设置于被测者的体表的激励电极相连接,用于将滤波处理后的正弦波电压信号转换为峰值小于ImA的电流信号,并通过上述激励电极将上述电流信号导入上述被测者的体表,以使上述电流信号从上述激励电极流入,流经上述被测者的人体细胞,并从设置于被测者的体表的测量电极流出;
[0019]上述参考电阻的输入端与上述测量电极相连接、输出端与上述第一放大电路相连接,用于接收从上述测量电极流出的电流信号;
[0020]上述第一放大电路与上述幅值相位检测电路相连接,用于对上述测量电极端的电压进行放大处理,将放大后的测量电极端的电压传输至上述幅值相位检测电路;
[0021]上述第二放大电路的输入端与上述激励电极相连接、输出端与上述幅值相位检测电路相连接,用于对上述激励电极端的电压进行放大处理,将放大后的激励电极端的电压传输至上述幅值相位检测电路;
[0022]上述幅值相位检测电路与上述微控制器相连接,用于检测放大后的激励电极端的电压与放大后的测量电极端的电压间的幅值差和相位差;
[0023]上述第一微控制器,还用于根据上述幅值差和相位差计算在上述信号发生器输出的频率下的生物电阻抗,并通过上述信号输出电路将上述生物电阻抗传输至上述主控制器。
[0024]结合第一方面的第一种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式,其中,上述电化学传感器包括:电解质中各个离子的多个选择性电极、参考电极、多个电压缓冲器、多个微分放大器、多个低通滤波器;
[0025]上述各个离子的选择性电极分别设置于被测者的体表,用于检测上述被测者的体表的汗液中各个尚子与上述参考电极之间的各个尚子对应的电压信号,其中,上述各个尚子的选择性电极包括:钠离子选择性电极、钾离子选择性电极和氯离子选择性电极;
[0026]上述电压缓冲器分别与上述各个离子的选择性电极和上述微分放大器相连接,用于对上述各个离子对应的电压信号进行电压缓冲处理,并将缓冲处理后的各个离子对应的电压信号传输至上述微分放大器;
[0027]上述微分放大器与上述低通滤波器相连接,用于对缓冲处理后的各个离子对应的电压信号进行放大处理,并将放大后的各个离子对应的电压信号传输至上述低通滤波器;
[0028]上述低通滤波器与上述主控制器相连接,用于对放大后的各个离子对应的电压信号进行滤波处理,并将滤波后的上述各个离子对应的电压信号传输至上述主控制器。
[0029]结合第一方面的第一种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式,其中,上述化学电极包括:葡萄糖检测电极单元、乳酸检测电极单元、分别与葡萄糖检测电极单元和上述乳酸检测电极单元相连接的氯化银电极单元、第一跨阻放大器、第二跨阻放大器、第一逆变器、第二逆变器、第一低通滤波器、第二低通滤波器;
[0030]上述葡萄糖检测电极单元设置于被测者的体表,用于使用葡萄糖氧化酶与上述被测者的体表的汗液中的葡萄糖发生化学反应,与上述氯化银电极单元之间产生第一电流信号;
[0031]上述乳酸检测电极单元设置于被测者的体表,用于使用乳酸氧化酶与上述被测者的体表的汗液中的乳酸发生化学反应,与上述氯化银电极单元之间产生第二电流信号;
[0032]上述第一跨阻放大器分别与上述葡萄糖检测电极单元和上述第一逆变器相连接,用于接收上述第一电流信号,并将上述第一电流信号转换为第一电压信号;
[0033]上述第二跨阻放大器分别与上述乳酸检测电极单元和上述第二逆变器相连接,用于接收上述第二电流信号,并将上述第二电流信号转换为第二电压信号;
[0034]上述第一逆变器分别与上述第一跨阻放大器和上述第一低通滤波器相连接,用于将上述第一电压信号由负值转换为正值,并将上述转换后的第一电压信号传输至上述第一低通滤波器;
[0035]上述第二逆变器分别与上述第二跨阻放大器和上述第二低通滤波器相连接,用于将上述第二电压信号由负值转换为正值,并将上述转换后的第二电压信号传输至上述第二低通滤波器;
[0036]上述第一低通滤波器与上述主控制器相连接,用于对转换后的第一电压信号进行滤波处理,并将滤波后的上述第一电压信号传输至上述主控制器;
[0037]上述第二低通滤波器与上述主控制器相连接,用于对转换后的第二电压信号进行滤波处理,并将滤波后的上述第二电压信号传输至上述主控制器。
[0038]结合第一方面至第一方面的第四种可能的实施方式中的任一种实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式,其中,上述主控制器包括:数据异常判断单元和报警信号生成器;上述装置还包括:与上述主控制器连接的报警器;
[0039]上述数据异常判断单元用于根据上述生理生化数据判断上述体内水分状况和/或上述人体疲劳程度是否处于异常情况;当上述生物电阻抗小于50,和/或上述电解质中各个尚子的含量满足以下一种或多种:钠尚子含量〈58.4mg/L,钾尚子含量〈10mg/L,氯尚子含量〈45.4mg/L时,判断上述体内水分状况为体内水分缺乏状态,和/或当上述葡萄糖的含量〉
0.5mmol/L或者上述乳酸的含量>2.5mmol/L时,判断上述人体疲劳程度为人体疲劳过度;
[0040]上述报警信号生成器用于当上述数据异常判断单元判断出上述体内水分状况和/或上述人体疲劳程度为异常情况时,生成与上述异常情况相对应的报警信号;
[0041]上述主控制器还用于将上述报警信号发送至上述报警器,和/或将上述报警信号发送至与上述主控制器以无线通讯方式连接的远端设备;
[0042]上述报警器用于接收上述主控制器发送的报警信号,并进行报警,以提醒上述被测者及时补充水分及电解质,和/或进行休息,其中上述报警器包括语音报警器、振动器或者灯光报警器。
[0043]结合第一方面至第一方面的第四种可能的实施方式中的任一种实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式,其中,上述主控制器还用于根据上述乳酸的含量确定上述被测者的运动耐力极限,根据上述运动耐力极限设置上述被测者的疲劳程度等级的阈值。
[0044]结合第一方面至第一方面的第四种可能的实施方式中的任一种实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式,其中,上述主控制器还包括:无线网络接口;
[0045]上述无线网络接口与无线通讯网络连接,用于接收移动终端发送的用于升级上述主控制器的升级信息。
[0046]第二方面,本实用新型实施例还提供了一种监测身体状况的系统,该系统包括上述监测身体状况的便携装置和远端设备,其中该远端设备包括:远程数据服务器和/或指定的用户终端;
[0047]上述主控制器通过无线通信电路与上述远端设备通讯连接,用于将接收到的上述生理生化数据,和/或将确定出的上述体内水分状况、以及上述人体疲劳程度上传至上述远端设备。
[0048]结合第二方面,本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式,其中,上述指定的用户终端通过无线通信电路与上述主控制器无线通信,向上述主控制器发送提醒控制指令,以提醒上述被测者及时补充水分及电解质,和/或进行休息。
[0049]上述远程数据服务器用于接收并保存上述生理生化数据,和/或确定出的上述体内水分状况、以及上述人体疲劳程度。
[0050]在本实用新型实施例提供的装置及系统中,利用设置于靠近被测者的体表侧的化学生物传感器采用化学手段检测被测者体内的生理生化数据,其中,该生理生化数据至少包括:被测者的生物电阻抗、电解质、乳酸、葡萄糖数据,再根据检测到的生理生化数据确定被测者的体内水分状况和人体疲劳程度,能够准确地反映被测者的当前身体状况,监测结果准确、有效、可靠,避免出现因水分补充不及时和疲劳缓解不及时,而危害运动者的身体健康的现象,而且采用便携式装置可以实现实时对被测者的身体状况进行监测,具有不受地点、时间和条件因素的限制、简单、经济、快速、灵敏度高、可靠等优点。
[0051]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
【附图说明】
[0052]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0053]图1示出了本实用新型实施例所提供的一种监测身体状况的便携装置的结构示意图;
[0054]图2示出了本实用新型实施例所提供的电阻抗检测元件的结构示意图;
[0055]图3示出了本实用新型实施例所提供的电化学传感器的结构示意图;
[0056]图4示出了本实用新型实施例所提供的化学电极的结构示意图;
[0057]图5示出了本实用新型实施例所提供的一种监测身体状况的系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0058]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
[0059]考虑到利用相关技术中的运动智能便携装置只能监测人体的心率、运动量等身体状况指标,而人体的心率、运动量等身体状况指标不能有效地反映运动员当前身体的缺水程度和疲劳程度,容易引起水分补充不及时和疲劳缓解不及时,严重时会危害运动员的身体健康。基于此,本实用新型实施例提供了一种监测身体状况的便携装置,下面通过实施例进行描述。
[0060]如图1所示的监测身体状况的便携装置的结构示意图,该装置包括:主控制器20、分别与该主控制器20电连接的化学生物传感器10和显示元件30,上述化学生物传感器10设置于靠近被测者的体表侧;
[0061]上述化学生物传感器10用于检测上述被测者体内的生理生化数据,将上述生理生化数据发送至上述主控制器20,其中,该生理生化数据至少包括:上述被测者的生物电阻抗、电解质、乳酸、葡萄糖数据;
[0062]上述主控制器20用于接收上述生理生化数据,根据上述生理生化数据确定上述被测者的体内水分状况和人体疲劳程度,将上述体内水分状况和人体疲劳程度发送至上述显示元件30;
[0063]上述显示元件30用于接收并显示上述生理生化数据、以及上述体内水分状况和人体疲劳程度。
[0064]具体的,上述主控制器20接收生物电阻抗、电解质的电信号、葡萄糖的电信号和乳酸的电信号,根据电解质的电信号确定电解质的含量、以及根据葡萄糖的电信号和乳酸的电信号确定葡萄糖的含量和乳酸的含量,并根据生物电阻抗和电解质的含量确定被测者的体内水分状况、以及根据葡萄糖的含量和乳酸的含量确定被测者的人体疲劳程度,并将生物电阻抗、电解质的含量、葡萄糖的含量和乳酸的含量、体内水分状况、以及人体疲劳程度发送至显示元件30;并采用生物电阻抗和电解质来综合评估被测者的体内水分状况,其中,生物电阻抗作为宏观因素,汗液中的电解质的含量作为微观因素。
[0065]其中,上述主控制器20可以控制显示元件30实时以数字的形式显示生物电阻抗、电解质的含量、葡萄糖的含量和乳酸的含量,也可以以模拟信号的形式实时显示上述生理生化数据,并控制显示元件30以颜色标识被测者的体内水分状况和人体疲劳程度,分别使用不同的颜色条标识体内水分状况和人体疲劳程度的当前状态,如蓝色标识体内水分状况和人体疲劳程度处于正常状态,黄色标识体内水分状况和人体疲劳程度处于预警状态,红色标识体内水分状况和人体疲劳程度处于警告状态,标识体内水分状况和人体疲劳程度的当前状态的颜色条的颜色随生理生化数据的变化而变化,其中,颜色条的颜色与生理生化数据数值的对应关系可以进行设置。
[0066]其中,上述便携装置可以是运动手环,被测者(运动员)将该便携装置佩戴在人体腕部,实现对腕部的生物电阻抗进行实时检测,并对腕部的汗液中的电解质的含量、所述葡萄糖的含量和乳酸的含量进行实时检测,进而分析得到该运动员的体内水分状况和人体疲劳程度。
[0067]在本实用新型实施例提供的装置中,利用设置于靠近被测者的体表侧的化学生物传感器10采用化学手段检测被测者体内的生理生化数据,其中,该生理生化数据至少包括:被测者的生物电阻抗、电解质、乳酸、葡萄糖数据,再根据检测到的生理生化数据确定被测者的体内水分状况和人体疲劳程度,能够准确地反映被测者的当前身体状况,监测结果准确、有效、可靠,避免出现因水分补充不及时和疲劳缓解不及时,而危害运动者的身体健康的现象,而且采用便携式装置(多种传感器集成制作而成的可穿戴设备)可以实现实时对被测者(如运动员)的身体状况(体内疲劳和缺水程度)进行监测,具有不受地点、时间和条件因素的限制、简单、经济、快速、灵敏度高、可靠等优点。
[0068]进一步的,上述化学生物传感器10包括:电阻抗检测元件、电化学传感器和化学电极;
[0069]上述电阻抗检测元件用于检测上述被测者的生物电阻抗,并将上述生物电阻抗发送至上述主控制器20;
[0070]上述电化学传感器用于检测所被测者的体表的汗液中电解质的电信号,并将上述电解质的电信号发送至上述主控制器20,其中,上述电解质的电信号包括以下中的一种或多种:钠离子的电信号、钾离子的电信号和氯离子的电信号;
[0071]上述化学电极用于检测上述被测者的体表的汗液中葡萄糖的电信号和乳酸的电信号,并将上述葡萄糖的电信号和乳酸的电信号发送至上述主控制器20。
[0072]具体的,如图2所示,上述电阻抗检测元件包括:第一微控制器1011、信号发生器1012、数字滤波器1013、压控恒流源1014、参考电阻1015、第一放大电路1016、第二放大电路1017、幅值相位检测电路1018、以及信号输出电路1019;
[0073]上述第一微控制器1011与上述信号发生器1012相连接,用于控制上述信号发生器1012输出不同频率的正弦波电压信号;
[0074]上述信号发生器1012与上述数字滤波器1013相连接,用于生成不同频率的正弦波电压信号,并将上述正弦波电压信号传输至上述数字滤波器1013;
[0075]上述数字滤波器1013与上述压控恒流源1014相连接,用于对上述正弦波电压信号进行滤波处理,并将滤波处理后的正弦波电压信号传输至上述压控恒流源1014;
[0076]上述压控恒流源1014与设置于被测者的体表的激励电极111相连接,用于将滤波处理后的正弦波电压信号转换为峰值小于ImA的电流信号,并通过上述激励电极111将上述电流信号导入上述被测者的体表,以使上述电流信号从上述激励电极111流入,流经上述被测者的人体细胞,并从设置于被测者的体表的测量电极112流出;
[0077]上述参考电阻1015的输入端与上述测量电极112相连接、输出端与上述第一放大电路1016相连接,用于接收从上述测量电极112流出的电流信号,其中参考电阻1015可以提尚幅值相位检测电路1018的彳g号输入范围;
[0078]上述第一放大电路1016与上述幅值相位检测电路1018相连接,用于对上述测量电极112端的电压进行放大处理,将放大后的测量电极112端的电压传输至上述幅值相位检测电路1018;
[0079]上述第二放大电路1017的输入端与上述激励电极111相连接、输出端与上述幅值相位检测电路1018相连接,用于对上述激励电极111端的电压进行放大处理,将放大后的激励电极111端的电压传输至上述幅值相位检测电路1018;
[0080]上述幅值相位检测电路1018与上述微控制器相连接,用于检测放大后的激励电极111端的电压与放大后的测量电极112端的电压间的幅值差和相位差;
[0081]上述第一微控制器1011,还用于根据上述幅值差和相位差计算在上述信号发生器1012输出的频率下的生物电阻抗,并通过上述信号输出电路1019将上述生物电阻抗传输至上述主控制器20。
[0082]其中,优选的,将测量电极112设置于被测者的体表的近心端一侧,将激励电极111设置于被测者的体表的远心端一侧,另外,由于随着体内水分含量变化,生物电阻抗也随之改变,因此先测量出生物电阻抗再利用人体水分体积相对于生物电阻抗成反比,相对于身高成正比的相关关系来测量出人体水分体积,克服了体成分分析仪用细胞内外水分的比例来计算身体水分的不准确性,大大提高了测量得出的生物电阻抗的准确性。
[0083]具体的,如图3所示,上述电化学传感器包括:电解质中各个离子的多个选择性电极1021、参考电极1025、多个电压缓冲器1022、多个微分放大器1023、多个低通滤波器1024;
[0084]上述各个离子的选择性电极1021分别设置于被测者的体表,用于检测上述被测者的体表的汗液中各个离子与上述参考电极1025之间的各个离子对应的电压信号,其中,上述各个离子的选择性电极1021包括:钠离子选择性电极、钾离子选择性电极和氯离子选择性电极;
[0085]上述电压缓冲器1022分别与上述各个离子的选择性电极1021和上述微分放大器1023相连接,用于对上述各个离子对应的电压信号进行电压缓冲处理,并将缓冲处理后的各个离子对应的电压信号传输至上述微分放大器1023;
[0086]上述微分放大器1023与上述低通滤波器1024相连接,用于对缓冲处理后的各个离子对应的电压信号进行放大处理,并将放大后的各个离子对应的电压信号传输至上述低通滤波器1024;
[0087]上述低通滤波器1024与上述主控制器20相连接,用于对放大后的各个离子对应的电压信号进行滤波处理,并将滤波后的上述各个离子对应的电压信号传输至上述主控制器
20 ο
[0088]其中,上述参考电极1025使用PVB包裹,用于保证电位的稳定性,电压信号调整需要电压缓冲器1022和参考电极1025共同作用才能使微分放大器1023得到正确的电压信号,汗液的主要成分是水,还有钠、钾、氯、镁、钙、磷等矿物质。当健身者大量出汗后,随水分的丧失,体内的电解质因此而失去平衡,在本实用新型提供的实施例中利用电化学传感器检测汗液中微量的钠离子、钾离子、氯离子含量变化,以使当降低到预设阈值时进行警示提醒,提醒运动员补充电解质和水;另外,电解质中不同的离子均选用相应的选择性电极1021(如,对于钠离子选用钠离子选择性电极、钾离子选用钾离子选择性电极和氯离子选用氯离子选择性电极),电化学传感器中包含多条离子选择通道,每条通道均包含依次连接的选择性电极1021、电压缓冲器1022、微分放大器1023、低通滤波器1024,最终将各个通道对应的各个离子的电压信号传输至主控制器20。
[0089]具体的,如图4所示,上述化学电极包括:葡萄糖检测电极单元1031、乳酸检测电极单元1035、分别与葡萄糖检测电极单元1031和上述乳酸检测电极单元1035相连接的氯化银电极单元1039、第一跨阻放大器1032、第二跨阻放大器1036、第一逆变器1033、第二逆变器1037、第一低通滤波器1034、第二低通滤波器1038;
[0090]上述葡萄糖检测电极单元1031设置于被测者的体表,用于使用葡萄糖氧化酶与上述被测者的体表的汗液中的葡萄糖发生化学反应,与上述氯化银电极单元1039之间产生第一电流信号;
[0091]上述乳酸检测电极单元1035设置于被测者的体表,用于使用乳酸氧化酶与上述被测者的体表的汗液中的乳酸发生化学反应,与上述氯化银电极单元1039之间产生第二电流信号;
[0092]上述第一跨阻放大器1032分别与上述葡萄糖检测电极单元1031和上述第一逆变器1033相连接,用于接收上述第一电流信号,并将上述第一电流信号转换为第一电压信号;
[0093]上述第二跨阻放大器1036分别与上述乳酸检测电极单元1035和上述第二逆变器1037相连接,用于接收上述第二电流信号,并将上述第二电流信号转换为第二电压信号;
[0094]上述第一逆变器1033分别与上述第一跨阻放大器1032和上述第一低通滤波器1034相连接,用于将上述第一电压信号由负值转换为正值,并将上述转换后的第一电压信号传输至上述第一低通滤波器1034;
[0095]上述第二逆变器1037分别与上述第二跨阻放大器1036和上述第二低通滤波器1038相连接,用于将上述第二电压信号由负值转换为正值,并将上述转换后的第二电压信号传输至上述第二低通滤波器1038;
[0096]上述第一低通滤波器1034与上述主控制器20相连接,用于对转换后的第一电压信号进行滤波处理,并将滤波后的上述第一电压信号传输至上述主控制器20;
[0097]上述第二低通滤波器1038与上述主控制器20相连接,用于对转换后的第二电压信号进行滤波处理,并将滤波后的上述第二电压信号传输至上述主控制器20。
[0098]其中,将氯化银电极单元1039作为参考电极,用于保证电位的稳定性,乳酸检测电极单元1035均系基于乳酸在乳酸脱氢酶(LDH)作用下可被一些试剂所氧化。将LDH与NAD+覆于铂电极表面,不用任何其他化学试剂,直接使反应的产物NADH在铂电极上氧化并再生,测得的稳态电流值与乳酸浓度成正;测量葡萄糖在汗液中的含量的葡萄糖检测电极单元1031均系基于其还原性,在葡萄糖氧化酶的催化作用下葡萄糖与一些具氧化性的物质反应,由离子选择性电极测定反应物或产物的浓度变化(用稳态法或动态法)计测葡萄糖含量。
[0099]考虑到当监测到的生理生化数据达到预设阈值将导致被测者的体内水分状况或者人体疲劳程度出现异常情况,为了实现及时对被测者进行警示并提醒,以使被测者及时补充水分及电解质,和/或进行休息,基于此,上述主控制器20包括:数据异常判断单元和报警信号生成器;上述装置还包括:与上述主控制器20连接的报警器;
[0100]上述数据异常判断单元用于根据上述生理生化数据判断上述体内水分状况和/或上述人体疲劳程度是否处于异常情况;当上述生物电阻抗小于50,和/或上述电解质中各个尚子的含量满足以下一种或多种:钠尚子含量〈58.4mg/L,钾尚子含量〈10mg/L,氯尚子含量〈45.4mg/L时,判断上述体内水分状况为体内水分缺乏状态,和/或当上述葡萄糖的含量〉
0.5mmol/L或者上述乳酸的含量>2.5mmol/L时,判断上述人体疲劳程度为人体疲劳过度;
[0101]上述报警信号生成器用于当上述数据异常判断单元判断出上述体内水分状况和/或上述人体疲劳程度为异常情况时,生成与上述异常情况相对应的报警信号;
[0102]上述主控制器20还用于将上述报警信号发送至上述报警器,和/或将上述报警信号发送至与上述主控制器20以无线通讯方式连接的远端设备;
[0103]上述报警器用于接收上述主控制器20发送的报警信号,并进行报警,以提醒上述被测者及时补充水分及电解质,和/或进行休息,其中上述报警器包括语音报警器、振动器或者灯光报警器,其中,还可以将多个LED灯与主控制器20相连接,每个LED灯表示一个生理生化参数的数值是否达到阈值,当LED灯对应的参数的数值大于预设阈值时,主控制器20控制该LED灯闪烁报警。
[0104]考虑到不同运动者的运动耐力极限存在一定的差异,且运动耐力极限与乳酸的含量密切相关,基于此,上述主控制器20还用于根据上述乳酸的含量确定上述被测者的运动耐力极限,根据上述运动耐力极限设置上述被测者的疲劳程度等级的阈值。
[0105]其中,通过检测汗液乳酸含量,可以了解自身的耐力极限。乳酸是肌肉储存能源物质,并在训练过程中自然释放,但其过度积累会掩盖疲惫感觉。耐力运动员更容易在训练过程中导致疲劳或损伤。血液乳酸阈值测试,装置可准确地识别和分析在皮肤表面汗液的乳酸浓度,并计算分析汗液血乳酸浓度,通过了解自己的汗液乳酸浓度和乳酸阈值,可以最大限度地提高能量储备,在力竭之前储备好能量。
[0106]进一步的,上述主控制器20还包括:无线网络接口 ;
[0107]上述无线网络接口与无线通讯网络连接,用于接收移动终端发送的用于升级上述主控制器20的升级信息。
[0108]在本实用新型实施例提供的装置中,利用设置于靠近被测者的体表侧的化学生物传感器10采用化学手段检测被测者体内的生理生化数据,其中,该生理生化数据至少包括:被测者的生物电阻抗、电解质、乳酸、葡萄糖数据,再根据检测到的生理生化数据确定被测者的体内水分状况和人体疲劳程度,能够准确地反映被测者的当前身体状况,监测结果准确、有效、可靠,避免出现因水分补充不及时和疲劳缓解不及时,而危害运动者的身体健康的现象,而且采用便携式装置可以实现实时对被测者的身体状况进行监测,具有不受地点、时间和条件因素的限制、简单、经济、快速、灵敏度高、可靠等优点。
[0109]本实用新型实施例还提供一种监测身体状况的系统,其中,如图5所示,该系统包括上述监测身体状况的便携装置和远端设备40,其中该远端设备40包括:远程数据服务器和/或指定的用户终端;
[0110]上述主控制器20通过无线通信电路与上述远端设备40通讯连接,用于将接收到的上述生理生化数据,和/或将确定出的上述体内水分状况、以及上述人体疲劳程度上传至上述远端设备40。
[0111]其中,指定的用户终端可以是运动员的教练的移动终端(如,手机),也可以是运动员的家长的移动终端(如,手机),在移动终端上装有相应的APP软件,以使运动员的教练或者家长可以实时查看被测者的生理生化数据、和/或该被测者的体内水分状况和人体疲劳程度。
[0112]进一步的,上述指定的用户终端通过无线通信电路与上述主控制器20无线通信,向上述主控制器20发送提醒控制指令,以提醒上述被测者及时补充水分及电解质,和/或进行休息。
[0113]上述远程数据服务器用于接收并保存上述生理生化数据,和/或确定出的上述体内水分状况、以及上述人体疲劳程度。
[0114]在本实用新型实施例提供的系统中,利用设置于靠近被测者的体表侧的化学生物传感器10采用化学手段检测被测者体内的生理生化数据,其中,该生理生化数据至少包括:被测者的生物电阻抗、电解质、乳酸、葡萄糖数据,再根据检测到的生理生化数据确定被测者的体内水分状况和人体疲劳程度,能够准确地反映被测者的当前身体状况,监测结果准确、有效、可靠,避免出现因水分补充不及时和疲劳缓解不及时,而危害运动者的身体健康的现象,而且采用便携式装置可以实现实时对被测者的身体状况进行监测,具有不受地点、时间和条件因素的限制、简单、经济、快速、灵敏度高、可靠等优点。
[0115]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0116]在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0117]在本实用新型的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0118]最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本实用新型的【具体实施方式】,用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制,本实用新型的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种监测身体状况的便携装置,其特征在于,所述装置包括:主控制器、分别与所述主控制器电连接的化学生物传感器和显示元件,所述化学生物传感器设置于靠近被测者的体表侧; 所述化学生物传感器用于检测所述被测者体内的生理生化数据,将所述生理生化数据发送至所述主控制器,其中,所述生理生化数据至少包括:所述被测者的生物电阻抗、电解质、乳酸、葡萄糖数据; 所述主控制器用于接收所述生理生化数据,根据所述生理生化数据确定所述被测者的体内水分状况和人体疲劳程度,将所述体内水分状况和人体疲劳程度发送至所述显示元件; 所述显示元件用于接收并显示所述生理生化数据、以及所述体内水分状况和人体疲劳程度。2.根据权利要求1所述的监测身体状况的便携装置,其特征在于,所述化学生物传感器包括:电阻抗检测元件、电化学传感器和化学电极; 所述电阻抗检测元件用于检测所述被测者的生物电阻抗,并将所述生物电阻抗发送至所述主控制器; 所述电化学传感器用于检测所被测者的体表的汗液中电解质的电信号,并将所述电解质的电信号发送至所述主控制器,其中,所述电解质的电信号包括以下中的一种或多种:钠离子的电信号、钾离子的电信号和氯离子的电信号; 所述化学电极用于检测所述被测者的体表的汗液中葡萄糖的电信号和乳酸的电信号,并将所述葡萄糖的电信号和乳酸的电信号发送至所述主控制器。3.根据权利要求2所述的监测身体状况的便携装置,其特征在于,所述电阻抗检测元件包括:第一微控制器、信号发生器、数字滤波器、压控恒流源、参考电阻、第一放大电路、第二放大电路、幅值相位检测电路、以及信号输出电路; 所述第一微控制器与所述信号发生器相连接,用于控制所述信号发生器输出不同频率的正弦波电压信号; 所述信号发生器与所述数字滤波器相连接,用于生成不同频率的正弦波电压信号,并将所述正弦波电压信号传输至所述数字滤波器; 所述数字滤波器与所述压控恒流源相连接,用于对所述正弦波电压信号进行滤波处理,并将滤波处理后的正弦波电压信号传输至所述压控恒流源; 所述压控恒流源与设置于被测者的体表的激励电极相连接,用于将滤波处理后的正弦波电压信号转换为峰值小于ImA的电流信号,并通过所述激励电极将所述电流信号导入所述被测者的体表,以使所述电流信号从所述激励电极流入,流经所述被测者的人体细胞,并从设置于被测者的体表的测量电极流出; 所述参考电阻的输入端与所述测量电极相连接、输出端与所述第一放大电路相连接,用于接收从所述测量电极流出的电流信号; 所述第一放大电路与所述幅值相位检测电路相连接,用于对所述测量电极端的电压进行放大处理,将放大后的测量电极端的电压传输至所述幅值相位检测电路; 所述第二放大电路的输入端与所述激励电极相连接、输出端与所述幅值相位检测电路相连接,用于对所述激励电极端的电压进行放大处理,将放大后的激励电极端的电压传输至所述幅值相位检测电路; 所述幅值相位检测电路与所述微控制器相连接,用于检测放大后的激励电极端的电压与放大后的测量电极端的电压间的幅值差和相位差; 所述第一微控制器,还用于根据所述幅值差和相位差计算在所述信号发生器输出的频率下的生物电阻抗,并通过所述信号输出电路将所述生物电阻抗传输至所述主控制器。4.根据权利要求2所述的监测身体状况的便携装置,其特征在于,所述电化学传感器包括:电解质中各个离子的多个选择性电极、参考电极、多个电压缓冲器、多个微分放大器、多个低通滤波器; 各个离子的选择性电极分别设置于被测者的体表,用于检测所述被测者的体表的汗液中各个离子与所述参考电极之间的各个离子对应的电压信号,其中,所述各个离子的选择性电极包括:钠离子选择性电极、钾离子选择性电极和氯离子选择性电极; 所述电压缓冲器分别与所述各个离子的选择性电极和所述微分放大器相连接,用于对所述各个离子对应的电压信号进行电压缓冲处理,并将缓冲处理后的各个离子对应的电压信号传输至所述微分放大器; 所述微分放大器与所述低通滤波器相连接,用于对缓冲处理后的各个离子对应的电压信号进行放大处理,并将放大后的各个离子对应的电压信号传输至所述低通滤波器; 所述低通滤波器与所述主控制器相连接,用于对放大后的各个离子对应的电压信号进行滤波处理,并将滤波后的所述各个离子对应的电压信号传输至所述主控制器。5.根据权利要求2所述的监测身体状况的便携装置,其特征在于,所述化学电极包括:葡萄糖检测电极单元、乳酸检测电极单元、分别与葡萄糖检测电极单元和所述乳酸检测电极单元相连接的氯化银电极单元、第一跨阻放大器、第二跨阻放大器、第一逆变器、第二逆变器、第一低通滤波器、第二低通滤波器; 所述葡萄糖检测电极单元设置于被测者的体表,用于使用葡萄糖氧化酶与所述被测者的体表的汗液中的葡萄糖发生化学反应,与所述氯化银电极单元之间产生第一电流信号;所述乳酸检测电极单元设置于被测者的体表,用于使用乳酸氧化酶与所述被测者的体表的汗液中的乳酸发生化学反应,与所述氯化银电极单元之间产生第二电流信号; 所述第一跨阻放大器分别与所述葡萄糖检测电极单元和所述第一逆变器相连接,用于接收所述第一电流信号,并将所述第一电流信号转换为第一电压信号; 所述第二跨阻放大器分别与所述乳酸检测电极单元和所述第二逆变器相连接,用于接收所述第二电流信号,并将所述第二电流信号转换为第二电压信号; 所述第一逆变器分别与所述第一跨阻放大器和所述第一低通滤波器相连接,用于将所述第一电压信号由负值转换为正值,并将所述转换后的第一电压信号传输至所述第一低通滤波器; 所述第二逆变器分别与所述第二跨阻放大器和所述第二低通滤波器相连接,用于将所述第二电压信号由负值转换为正值,并将所述转换后的第二电压信号传输至所述第二低通滤波器; 所述第一低通滤波器与所述主控制器相连接,用于对转换后的第一电压信号进行滤波处理,并将滤波后的所述第一电压信号传输至所述主控制器; 所述第二低通滤波器与所述主控制器相连接,用于对转换后的第二电压信号进行滤波处理,并将滤波后的所述第二电压信号传输至所述主控制器。6.根据权利要求1-5任一项所述的监测身体状况的便携装置,其特征在于,所述主控制器包括:数据异常判断单元和报警信号生成器;所述装置还包括:与所述主控制器连接的报警器; 所述数据异常判断单元用于根据所述生理生化数据判断所述体内水分状况和/或所述人体疲劳程度是否处于异常情况;当所述生物电阻抗小于50,和/或所述电解质中各个离子的含量满足以下一种或多种:钠尚子含量〈58.4mg/L,钾尚子含量〈10mg/L,氯尚子含量〈45.4mg/L时,判断所述体内水分状况为体内水分缺乏状态,和/或当所述葡萄糖的含量〉0.5mmol/L或者所述乳酸的含量>2.5mmol/L时,判断所述人体疲劳程度为人体疲劳过度; 所述报警信号生成器用于当所述数据异常判断单元判断出所述体内水分状况和/或所述人体疲劳程度为异常情况时,生成与所述异常情况相对应的报警信号; 所述主控制器还用于将所述报警信号发送至所述报警器,和/或将所述报警信号发送至与所述主控制器以无线通讯方式连接的远端设备; 所述报警器用于接收所述主控制器发送的报警信号,并进行报警,以提醒所述被测者及时补充水分及电解质,和/或进行休息,其中所述报警器包括语音报警器、振动器或者灯光报警器。7.根据权利要求1-5中任一项所述的监测身体状况的便携装置,其特征在于,所述主控制器还用于根据所述乳酸的含量确定所述被测者的运动耐力极限,根据所述运动耐力极限设置所述被测者的疲劳程度等级的阈值。8.根据权利要求1-5中任一项所述的监测身体状况的便携装置,其特征在于,所述主控制器还包括:无线网络接口; 所述无线网络接口与无线通讯网络连接,用于接收移动终端发送的用于升级所述主控制器的升级信息。9.一种监测身体状况的系统,其特征在于,所述系统包括权利要求1至8中任一项所述的监测身体状况的便携装置和远端设备,其中所述远端设备包括:远程数据服务器和/或指定的用户终端; 所述主控制器通过无线通信电路与所述远端设备通讯连接,用于将接收到的所述生理生化数据,和/或将确定出的所述体内水分状况、以及所述人体疲劳程度上传至所述远端设备。10.根据权利要求9所述的监测身体状况的系统,其特征在于,所述指定的用户终端通过无线通信电路与所述主控制器无线通信,向所述主控制器发送提醒控制指令,以提醒所述被测者及时补充水分及电解质,和/或进行休息; 所述远程数据服务器用于接收并保存所述生理生化数据,和/或确定出的所述体内水分状况、以及所述人体疲劳程度。
【文档编号】A61B5/05GK205568946SQ201620172300
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月7日
【发明人】王清, 张栋, 邢丽丽, 史东林, 柴建中
【申请人】河北省体育科学研究所
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