专利名称：人体脂肪测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量人体中的脂肪含量的人体脂肪测量设备。
人体的身体成分是由肌肉、骨骼、脂肪和其它物质构成的。包含大量脂肪部分的人体阻抗值不同于包含大量肌肉部分的人体阻抗值。具体来说，生物阻抗具有下面这种性质，即随着脂肪部分的增加，阻抗值也增加，并且随着含水部分的增加，阻抗值下降。当利用这种性质获得人体成分中所含的脂肪量时，通常采用下面的方法电极连在身体末端位置的皮肤表面，如左右手的指尖，左右脚的脚尖，以及左右脚的脚底。频率约为几十KHz到100KHz的交流或交变电压加到这些电极上以测量存在于末端位置之间的身体成分的阻抗。接着，通过如此获得的阻抗值以及诸如年龄、性别和身高的个人数据计算人体的脂肪含量。
近年来，人体成分中所含的脂肪量已被认为是一个健康指数并且大大吸引了普通人的注意。相应地，家庭或个人用的人体脂肪测量设备的需求正在不断增加。在这种背景下，已经开发并销售了各种各样价格低廉的人体脂肪测量设备，这些设备只需简单操作就能测量人体的脂肪含量。
已知的人体脂肪测量设备一般采用所谓“两端法”的测量方法(两个电极的方法)或所谓“四端法”的测量方法(四个电极的方法)，并以一种简单的方式测量身体末端位置间的阻抗(即分开的连有电极的身体末端位置间的阻抗)或不包括末端位置处的身体成分的身体成分的阻抗。
图9a是表示使用传统两端法的人体脂肪测量设备进行身体成分的阻抗测量的测量原理图，并且图9(b)是用于解释该测量原理的电路图。这种人体脂肪测量设备100在其上表面包括两个电极101a、101b。两个电极101a、101b连接恒流电路102，并且受测人踩在测量设备100上，其一只脚放在电极101a上并且另一只脚放在电极101b上，以使恒流Ic从恒流电路102加给受测人。恒流电路102包括(i)运算放大器103，用于输出恒流Ic；和(ii)具有给定值Rs的基准电阻器104，用于控制该电路以允许运算放大器103输出恒流Ic。电极101a、101b连接电压测量电路105并且在恒流Ic加到电极101a、101b的情况下在电极101a、101b之间产生的电压V由电压测量电路105测量。电压测量电路105包括(i)运算放大器106，用于输出响应电极101a、101b释放的电压信号而在电极101a、101b之间产生的电压V；(ii)用于运算放大器106的输入电阻器107a、107b；和(iii)用于一个负反馈电路的电阻器108。
在这样配置的人体脂肪测量设备100中，若身体末端位置间的阻抗是Zo，电极101a与受测人的一只脚的皮肤表面之间的接触阻抗是RX1，电极101b与另一只脚的皮肤表面之间的接触阻抗是RY1，则下面的公式表示阻抗Zo、RX1、RY1、恒流Ic和电压V之间存在的关系。
(RX1＋Zo＋RY1)·Ic＝V即Zo＋RX1＋RY1＝V/Ic在这里，如果接触阻抗RX1、RY1之和(RX1＋RY1)远远小于人体末端位置间的阻抗Zo，即，如果Zo＋RX1＋RY1Zo，则可以得到人体末端位置间的阻抗Zo。
根据如此获得的人体末端位置间的阻抗Zo和事先输入人体脂肪测量设备100的诸如受测人年龄、性别和身高的个人数据进行计算可以得到人体的脂肪含量。应当指出，人体末端位置间的阻抗Zo是通过把人体末端位置周围成分的阻抗组合到人体成分的阻抗中而获得的。
下面将解释一种使用传统四端法的人体脂肪测量设备。
图10a是在使用传统四端法的人体脂肪测量设备中的人体成分阻抗的测量原理图，并且图10(b)是用于解释该测量原理的电路图。人体脂肪测量设备110在其上表面上包括四个电极111a、111b、112a和112b。受测人踩在测量设备110上，其一只脚放在电极111a、112a上并且另一只脚放在电极111b、112b上。电极111a、111b连接恒流电路113，当受测人把一只脚放在电极111a上且另一只脚放在电极111b上时，电流Id从恒流电路113加给受测人。
电极112a、112b连接电压测量电路114并且当恒流Id加给电极112a、112b时在电极112a、112b之间产生的电压被测量。此处的恒流电路113包括(i)运算放大器115，用于输出恒流Id；和(ii)具有给定值Rs的基准电阻器116，用于控制该电路以允许运算放大器115输出恒流Id。电压测量电路114包括(i)运算放大器117，用于输出响应电极112a、112b释放的电压信号而在电极112a、112b之间产生的电压V；(ii)用于运算放大器117的输入电阻器118a、118b；和(iii)用于负反馈电路的电阻器119。
在如此配置的人体脂肪测量设备110中，要测量的人体成分的阻抗是Zi，电极111a、111b、112a和112b与受测人的脚的皮肤表面之间的接触阻抗分别是RX1、RY1、RX2和RY2，运算放大器117的输入电阻器118a、118b的电阻值的设置远大于接触阻抗RX2、RY2，从而使加到电极111a、111b之间的恒流Id不流过运算放大器117，而且即使接触阻抗RX2、RY2起伏也不会影响运算放大器117的放大因数。相应地，在身体内的虚交点P和Q之间产生的电压，也就是在不包括接触阻抗和人体末端位置周围成分的阻抗的人体成分的阻抗Zi的两端产生的电压V可由电压测量电路114测量。Zi根据如此得到的电压V和恒流值Id而由公式Zi＝V/Id计算，从而得到不受接触阻抗和人体末端位置周围成分的阻抗影响的人体成分的阻抗Zi。至于人体末端位置周围成分的阻抗，由于关节具有与人体脂肪含量无关的大阻抗值，所以必须测量不包括人体末端位置周围的成分特别是包括了关节的要测量成分的阻抗的阻抗。
根据如此得到的人体成分的阻抗Zi和预先输入人体脂肪测量设备110的诸如受测人年龄、性别、身高等个人数据进行计算可获得受测人的体内脂肪含量。
作为与本发明相关的已有技术，日本专利公开(KOKAI)公报No.7-79938(1995)和公开的日译的专利申请No.10-510455(1998)的PCT国际公开中提出了人体脂肪测量设备，根据这些设备，人体内部器官的阻抗通过上述四端法测量，从而用于测量脂肪含量。图11示出了在上述已有技术的人体脂肪测量设备中的内部器官成分的阻抗Zj的测量原理。
在与上述已有技术相关的人体脂肪测量设备120中，配备有八个电极E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7和E8，它们成对并且分别连在了受测人的手和脚的左右成对的位置上。一组电极E1、E3、E5、E7连接恒流电路，而另一组电极E2、E4、E6、E8连接电压测量电路。需要指出，这些恒流电路和电压测量电路与分别使用两端法和四端法的上述人体脂肪测量设备100、110具有相同的配置。在如此配置的人体脂肪测量设备120中，电流加到电极E1和E2之间并且电极E2和E4间的电压被测量，从而得到①Z1＋Z2的值。类似地，电流加到电极E5和E7之间并且电极E6和E8之间的电压被测量，从而得到②Z4＋Z5的值；电流加到电极E1和E5之间并且电极E2和E6之间的电压被测量，从而得到③Z1＋Zj＋Z4的值；电流加到电极E3和E7之间并且电极E4和E8之间的电压被测量，从而得到④Z2＋Zj＋Z5的值。根据这些测量结果，内部器官的成分阻抗Zj通过公式{③×④－(①＋②)}/2计算。随后，通过内部器官的成分阻抗Zj计算人体脂肪含量。
日本专利公开(KOKAI)公报No.5-49050(1993)公开了一种人体脂肪测量设备，在该设备中，由人体成分的阻抗和人体末端位置周围的成分阻抗构成的人体末端位置间的阻抗被测量，并且人体脂肪含量根据该测量阻抗和受测人的个人数据计算。
由于图10所示的使用四端法的人体脂肪测量设备110设计用于通过受测人的脚之间的接触阻抗并且通过存在于人体末端位置间的所有阻抗来测量在不包括人体末端位置周围的成分的人体成分中所产生的电压，所以测量设备110需要运算放大器117，构成电压测量电路113的一部分；用于运算放大器117的输入电阻器118a、118b；和用于反馈电路的电阻器119。结果，该测量设备的配置成比例地增加，并且导线和电路数增加，从而不可避免地使成本增加。
使用四端法的已有技术的人体脂肪测量设备110在每个测量点需要一对电极(两个电极)(总共四个电极)，以便通过身体的两个位置测量人体成分的阻抗Zi。另外，导线和各种电路要连接每个电极，因此会涉及一个大的系统配置，从而使成本增加。
在图9中示出并且采用两端法的已有技术的人体脂肪测量设备100具有另外一个问题。这个设备100设计用于在接触阻抗RX1、RY1之和远小于人体末端位置间的阻抗Zo的情况下获得包括接触阻抗RX1、RY1的人体末端位置间的阻抗Zo。由于每次在人皮肤表面存在的水分和其它沉积物的量不同，所以接触阻抗RX1、RY1的值或多或少有些变化，从而难以正确稳定地获得人体末端位置间的阻抗Zo。另外，人体末端位置间的阻抗Zo包括人体末端位置周围的成分阻抗，因而阻抗Zo有时具有与受测人体内的脂肪含量无关的大阻抗值。从而使人体脂肪测量设备100不能正确测量人体脂肪含量。
图11所示的用于测量内部器官成分的阻抗Zj的人体脂肪测量设备120也有一些问题。由于其总共需要八个电极(每只手和每只脚两个电极)，所以需要很多导线和电路，从而导致一种大系统配置，并且使成本增加。另外，当测量人体驱干截面的阻抗时，许多对电极连在每对电极之间的驱干上，并且每对相对的电极之间的电压需要测量。在这种情况下，每个测量点需要一对电极，因而需要大量电极，使得导线和电路数增加且成本增加。
日本专利公开(KOKOKU)公报No.5-49050中公开的人体脂肪测量设备测量人体末端位置间的阻抗并根据测量的人体末端位置间的阻抗获得人体的脂肪含量，其中该人体末端位置间的阻抗包括具有与人体脂肪含量无关的大数值的人体末端位置周围的成分阻抗。因此，这种测量设备也难以正确测量人体脂肪含量。
本发明的目标就是克服上述问题，并且本发明的首要目的是提供一种人体脂肪测量设备，该设备能够精确测量不包括每个电极和受测人皮肤表面之间产生的接触阻抗以及人体末端位置的成分阻抗的人体成分的阻抗，从而可高精确度地测量受测人体内的脂肪含量。
在实现上述首要目的时，根据本发明提供了一种用于测量人体内的脂肪含量的人体脂肪测量设备，该设备包括(a)与人皮肤表面上的多个位置中的每个位置接触的一个或多个电极；(b)用于把恒定电流或电压加到电极上的电源电路；(c)阻抗测量装置，用于切换电极与电源电路连接，使得在电极之间存在接触阻抗和人体末端位置周围的成分阻抗，或者使得在电极之间存在接触阻抗、人体末端位置周围的成分阻抗和人体成分的阻抗，从而可分别测量接触阻抗与人体末端位置周围的成分阻抗所合成的值以及接触阻抗、人体末端位置周围的成分阻抗与人体成分的阻抗所合成的值；和(d)计算装置，用于根据由阻抗测量装置得到的测量值计算人体成分的阻抗值。
在本发明中，一个或多个电极被放置与人皮肤表面上的多个位置中的每个位置接触。阻抗测量装置测量接触阻抗与人体末端位置周围的成分阻抗所合成的值以及接触阻抗、人体末端位置周围的成分阻抗与人体成分的阻抗所合成的值。计算装置则根据测量的值计算只有人体成分的阻抗值。受测人的个人数据(年龄、性别、身高等)事先输入，并且通过使用一种已知的方法，人体脂肪含量(人体脂肪百分比)通过计算的人体成分的阻抗值和个人数据进行计算。
根据本发明，由于阻抗测量使用了施以电流或电压的不同电极的组合，所以接触阻抗和人体末端位置周围成分的阻抗的影响通过计算可完全消除，从而可计算反映受测人的脂肪含量的高精确度的人体成分的阻抗值，并且进而计算高精确度的人体脂肪含量。由于测量人体内产生的电压所需的电极和电压测量电路可以省去，所以系统结构被简化，从而使成本降低。
本发明最好进行如下配置。电极的配备要使一对电极被放置与两个皮肤表面位置中的第一位置接触，并且另一对电极与皮肤表面的第二位置接触，其中要测量的人体成分的阻抗存在于这两个位置之间。每一对中的电极彼此接近。电源电路通过阻抗测量装置连接第一位置或第二位置的电极对，以便测量接触阻抗和人体末端位置周围的成分阻抗所合成的值，这些阻抗存在于连接电源电路的电极对之间。电源电路连接第一位置和第二位置的相应电极对中的电极之一，以测量接触阻抗、人体末端位置周围的成分阻抗和人体成分的阻抗所合成的值，这些阻抗存在于连接电源电路的电极之间。计算装置根据测量的值计算人体成分的阻抗值。
利用这种配置，接触阻抗和人体末端位置周围的成分阻抗的影响可被完全消除，与上面的情况类似，从而可以高精确度地计算反映受测人的脂肪含量的人体成分的阻抗值，并可简化系统配置，使成本降低。
本发明也可进行如下配置。电极的配备要使两个电极与两个皮肤表面位置中的第一位置接触，并且一个电极与两个位置中的第二位置接触，其中要测量的人体成分的阻抗存在于两个位置之间。置于第一位置的两个电极彼此接近。电源电路通过阻抗测量装置连接第一位置的两个电极，以便测量接触阻抗与人体末端位置周围的成分阻抗所合成的值，这些阻抗存在于连接电源电路的电极之间。电源电路连接第一位置的电极之一和第二位置的电极，以便测量接触阻抗、人体末端位置周围的成分阻抗与人体成分的阻抗所合成的值，这些阻抗存在于连接电源电路的电极之间。计算装置根据测量值计算人体成分的阻抗值。
与采用四端法的已有技术的人体脂肪测量设备相比，采用上述配置可减少本发明设备所需的电极数。另外，接触阻抗和人体末端位置周围的成分阻抗的影响可被完全消除，从而可计算人体成分的阻抗值。
本发明的另一个可选方案如下所示。电极的配备要使一个电极被放置分别与围绕脚和手的每个皮肤表面位置接触。电源电路通过阻抗测量装置连接与一只手接触的电极以及与一只脚接触的电极，以便测量接触阻抗、手臂的成分阻抗、腿的成分阻抗和内部器官的阻抗所合成的值，这些阻抗存在于连接电源电路的电极之间。电源电路连接与手接触的电极以测量接触阻抗与手臂的成分阻抗所合成的值，这些阻抗存在于连接电源电路的电极之间。电源电路连接与脚接触的电极以测量接触阻抗与腿的成分阻抗所合成的值，这些阻抗存在于连接电源电路的电极之间。计算装置根据测量的值计算内部器官成分的阻抗值。
使用上述配置，测量内部器官成分的阻抗以前需要八个电极现在可由四个电极代替。这使得导线和电路数减少，从而简化系统配置并降低成本。
本发明最好还包括体重测量装置。利用这种配置，在阻抗测量装置测量阻抗的同时，可测量通过人体成分的阻抗计算人体脂肪含量所需的数据，即体重值。这样可提高最终获得的人体脂肪含量的精确程度。
在瞬时体重现象的状态(体重起伏状态)期间，在体重测量装置测量体重的同时最好由阻抗测量装置执行电极间的阻抗测量。当受测人站在该设备上并且他的皮肤表面位置与电极接触时，体重测量装置处于起伏状态，但正确的阻抗测量是可能的。在上述配置中，在测量设备准备好正确的体重测量的等待时间期间可进行阻抗测量，这样则可以有效地测量体重值和人体脂肪含量，同时减少测量所需的总时间。
在本发明中，当处于不稳定状态的体重测量装置测量的体重值明显起伏时，在体重测量装置测量体重的同时最好由阻抗测量装置执行电极间的阻抗测量。利用这种配置，在等待时间流逝期间，电极间的阻抗可由阻抗测量装置测量，直到由体重测量装置测量的体重值起伏的瞬时状态稳定为止。因此，即使阻抗测量需要很多个周期，换言之，即使测量阻抗需要很长的时间，延长的时间也不会影响与体重值测量同时执行的人体脂肪含量的测量。
在本发明中，当处于稳定状态的体重测量装置所测量的体重值起伏不大时，最好中断阻抗测量装置执行的电极间的阻抗测量。通常，计算人体成分的阻抗所需值的测量在体重值变稳定时完成。当体重值稳定时，电极间的阻抗的测量被中断并且人体成分的阻抗的计算根据测量的值来执行，这样，人体脂肪含量可与体重值一起输出。相应地，电极间的阻抗测量可被执行，直到体重值变稳定为止，因而人体成分的阻抗的计算可利用最新的测量值来执行，从而可以提高最终得到的人体脂肪含量的精确度。
在本发明中，当处于稳定状态的体重测量装置所测量的体重值起伏不大时，最好中断阻抗测量装置执行的电极间的阻抗的测量，同时只进行体重测量。通过如此连续地执行体重测量可以检测体重值是处于稳定状态还是不稳定状态。
图1(a)是表示基于本发明第一实施例的人体脂肪测量设备中的人体成分的阻抗测量电路的电路图。
图1(b)是表示受测人踩在电极上的情况的说明图。
图2是基于第一实施例的算术运算控制单元的框图。
图3是结合了体重测量电路的算术运算控制单元的框图。
图4是表示人体脂肪和体重的测量顺序的一个例子的说明图。
图5(a)是表示基于本发明第二实施例的人体脂肪测量设备中的人体成分的阻抗测量电路的电路图。
图5(b)是表示受测人踩在电极上的情况的说明图。
图6是表示基于本发明第三实施例的人体脂肪测量设备中的人体成分的阻抗测量电路的电路图。
图7(a)是表示基于本发明第四实施例的人体脂肪测量设备中的人体成分的阻抗测量电路的电路图。
图7(b)是表示人体成分的阻抗的说明图。
图8是表示另一种形式的第一到第三实施例的说明图。
图9(a)是表示在已有技术的人体脂肪测量设备中的人体成分的阻抗测量原理的原理图。
图9(b)是表示该测量原理的电路图。
图10(a)是表示在另一个已有技术的人体脂肪测量设备中的人体成分的阻抗测量原理的原理图。
图10(b)是表示该测量原理的电路图。
图11是表示在另一个已有技术的人体脂肪测量设备中的内部器官成分的阻抗测量原理的原理图。
现在参考附图，根据优选实施例将在下面描述本发明的人体脂肪测量设备。
图(1a)示出了根据本发明第一实施例构建的人体脂肪测量设备1的人体成分的阻抗测量电路。
在本实施例的人体脂肪测量设备1中，其上表面上提供两对电极(四个电极)2A、2B、3A、3B。这些电极2A、2B、3A、3B的排列要使受测人的每只脚站在一对电极上。具体来说，受测人把两个脚后跟放在电极2A、3A上，并把两个脚尖放在电极2B、3B上。
图1(b)示出了受测人站在电极2A、2B、3A、3B上的情况。当受测人的脚分别接触电极2A、2B、3A、3B时，接触阻抗R2A、R2B、R3A、R3B在脚和电极2A、2B、3A、3B之间产生。在此，脚后跟周围成分的阻抗(例如，在每只脚后跟周围的成分中产生阻抗)由Z2A、Z3A表示，而脚尖周围成分的阻抗(即在每只脚的脚尖周围的成分中产生的阻抗)由Z2B、Z3B表示。这些脚跟周围成分的阻抗和脚尖周围成分的阻抗对应于本发明的人体末端位置周围的成分阻抗。另外，存在于两只脚之间的人体成分的阻抗(不包括脚末端位置周围的区域)由Zi表示。
电板2A、2B、3A、3B通过模拟开关4(4a，4b；4c，4d；和4e，4f)连接恒流电路5(对应于本发明的电源电路)。恒流电路5包括(i)运算放大器6，输入从同相输入端传送的电压信号v并输出恒流I；和(ii)基准电阻器7，连接运算放大器6的倒相输入端并限制电路电流以使运算放大器6输出恒流I。应当指出，基准电阻器7具有稳定的给定值Rs，用于设置上述恒流I。
电极2A、3A、3B分别通过模拟开关4c，4e，4f与运算放大器6的一个输出端连接。电极2A、2B、3A、3B通过模拟开关4a，4b，4d连接运算放大器6的倒相输入端。另外，运算放大器6的输出端连接算术运算控制单元8(随后描述)，在单元8中，来自运算放大器6的输出电压V(V1到V4)被存储并且根据输出电压V(V1到V4)计算人体成分的阻抗Zi。
图2是详细表示算术运算控制单元8的配置的框图。这个算术运算控制单元8连接运算放大器6的输出端，并且包括(i)整流电路9，用于把从运算放大器6输出的交流电压信号(几十KHz)变为直流，(ii)连接整流电路9的低通滤波器10，用于整平已转换为直流的电压信号，(iii)连接低通滤波器10的A/D转换器11，用于数字化模拟信号，和(iv)I/O电路12，用于接收来自A/D转换器11的数字信号。与I/O电路12连接的是(i)CPU13，用于根据各部分数据计算受测人的脂肪含量，(ii)按键开关14，用于输入受测人的个人数据(年龄、身高、体重和性别)，和(iii)显示单元15，用于显示人体脂肪含量(人体脂肪百分比)。与CPU13连接的是ROM/RAM存储器(以下称作“存储器”)，用于存储各部分数据。应当指出，本实施例的算术运算控制单元8和CPU13分别对应于本发明的阻抗测量装置和计算装置。
CPU13根据运算放大器6输出的输出电压V1到V4计算人体成分的阻抗Zi，并且根据如此计算的人体成分的阻抗Zi和通过按键开关14输入的个人数据计算人体脂肪含量(人体脂肪百分比)。CPU13经I/O电路12输出ON/OFF控制信号给模拟开关4a到4f，以用于控制模拟开关4a到4f的ON/OFF状态。
在上述配置的人体脂肪测量设备1中，当受测人的脚放在电极2A、2B、3A、3B上时，模拟开关4a到4f一旦接收到来自CPU13的输出信号就按顺序切换，以使来自运算放大器6的输出电压V1到V4输入算术运算控制单元8。下面将描述模拟开关4a到4f的ON/OFF控制和输出电压V1到V4。
-在只有模拟开关4e，4b接通时，通过测量运算放大器6的输出电压V1获得下面的公式1。
(R3A＋Z3A＋Zi＋Z2A＋R2A＋Rs)·I＝V1…(公式1)-在只有模拟开关4f，4a接通时，通过测量运算放大器6的输出电压V2获得下面的公式2。
(R3B＋Z3B＋Zi＋Z2B＋R2B＋Rs)·I＝V2…(公式2)-在只有模拟开关4f，4d接通时，通过测量运算放大器6的输出电压V3获得下面的公式3。
(R3B＋Z3B＋Z3A＋R3B＋Rs)·I＝V3…(公式3)-在只有模拟开关4c，4a接通时，通过测量运算放大器6的输出电压V4获得下面的公式4。
(R2A＋Z2A＋Z2B＋R2B＋Rs)·I＝V4…(公式4)这些测量的输出电压V1、V2、V3、V4曾分别存储在算术运算控制单元8的存储器16中，并且测量电压V1、V2、V3、V4在CPU13中使用以计算人体成分的阻抗Zi。具体来说，前面的公式1到4用来计算公式1+公式2-(公式3+公式4)的值。应当指出，恒流I的值由I＝v/Rs表示。
因此可以理解，在恒流I的传导路线经过身体的情况下的脚末端成分的内容与传导路线经过脚背面上的电极的情况下的脚末端成分的内容没有区别。因此，如果(公式1的Z3A)(公式3的Z3A)，(公式2的Z3B)(公式3的Z3B)，(公式1的Z2A)(公式4的Z2A)，且(公式2的Z2B)(公式4的Z2B)成立，则2Zi·I＝V1＋V2－(V3＋V4)且因此Zi＝{V1＋V2－(V3＋V4)}/2I。
正如上面公式中所述的，通过从接触阻抗和人体末端位置间阻抗中去除人体末端位置成分的阻抗得到的只有人体成分的阻抗Zi。之后，根据人体成分的阻抗Zi和事先输入的个人数据，人体脂肪含量(和人体脂肪百分比)在CPU13中通过已知的计算方法获得。如此获得的人体脂肪含量(和人体脂肪百分比)经I/O电路12发送到显示单元15以便传递给受测人。
根据第一实施例，接触阻抗R2A、R2B、R3A、R3B和人体末端位置周围成分的阻抗Z2A、Z3A、Z2B、Z3B被消除并且只有稳定的人体成分的阻抗Zi被正确得到，这样最终可高精确度地测量人体脂肪的含量(和人体脂肪百分比)。
根据第一实施例，由于人体成分的阻抗Zi根据运算放大器6的输出电压V1到V4获得，所以不必采用传统上需要的电压测量电路，因而可简化系统配置，使成本降低。
尽管根据第一实施例的算术运算控制单元8设计用于只测量人体脂肪含量，但它也可以按图3所示来配置，其中模拟开关17a在低通滤波器10和A/D转换器11之间提供，并且体重测量电路(它对应于本发明的体重测量装置)18通过模拟开关17b连接在模拟开关17a之后，这样受测人的体重可与人体脂肪含量同时测量。在这种情况下，不必由按键开关14输入作为个人数据的体重值。在图3所示的例子中，体重测量电路18由重量传感器(它在本实施例中是负重单元)19A、运算放大器19B和用于体重测量的低通滤波器19C组成。具体来说，来自重量传感器19A的输出信号由运算放大器19B放大并且经过用于体重测量的低通滤波器19C以进行整平。随后，输出信号经前述A/D转换器11和I/O电路12输入CPU13。应当指出，用于确定体重值处于稳定状态的体重差阈值Wa，用于确定体重值处于不稳定状态的体重差阈值Wb，和用于显示人体脂肪百分比的最低体重值Wc分别在CPU13中设置。在此，阈值Wb和Wa满足Wb＞Wa。
图4是表示算术运算控制单元8`中的人体脂肪和体重测量顺序的一个实例说明图。在算术运算控制单元8`的CPU13中，根据该测量顺序执行显示单元15、A/D转换器11和模拟开关17a、17b和4a到4f的ON/OFF控制。这个测量顺序是从上面开始按顺序表示显示单元15上显示的数据内容，A/D转换器11的取样周期、模拟开关17b、17a和4a到4f的ON状态。
图4中的代码W(W1到W9)表示A/D转换器11对体重信号进行取样的周期，而代码I(I1到I4)表示A/D转换器11对从运算放大器6释放的输出电压信号(V1到V4)取样的周期。
重量传感器19A的输出信号(模拟体重值)经过放大器19B和用于体重测量的低通滤波器19C之后进行A/D转换以输入I/O电路12。同时，通过比较新的按顺序的输入体重值与以前的输入体重值作出确定体重值是否稳定的稳定性判断。用于稳定性判断的体重数据可根据诸如特定数目的新输入数据部分的平均值和特定数目的先前输入数据部分的平均值的比较来确定，或者根据一个新数据部分和一个以前数据部分的比较来确定。如果最新的体重值和就在该最新体重值之前一个的体重值的差值小于上述体重差阈值Wa，则可确定体重值处于稳定状态。如果体重值小于上述最低体重值Wc，则可确定不进行体重测量，这样将不进行阻抗测量即人体脂肪测量。
当受测人站在人体脂肪测量设备1上且他的脚分别放在电极2A、2B和3A、3B上时，从重量传感器19A输出的值由于重量的加入而明显变化，并在随后判断人体脂肪测量设备是否准备好进行体重测量和人体脂肪测量。在此，如果最新体重值和该最新体重值之前一个体重值之间的差值大于体重差阈值Wb，则在上述稳定性判断中确定体重值处于不稳定状态并且受测人已经站在测量设备1上，随后，受测人的体重以及人体成分的阻抗Zi以下面的方式测量。通过设置体重差阈值Wa、Wb以使其满足上述的Wb＞Wa，则测量模式不会以一种振荡的方式在用作判断的阈值点周围的重量值之间起伏。当受测人走下测量设备1或在测量设备1上移动时，则确定体重值处于不稳定状态，这样则开始用于人体脂肪测量的人体成分的阻抗测量。
当受测人踩在测量设备1上并且如果A/D转换器11在第一取样周期W1得到的体重值和在第二取样周期W2得到的体重值之间的差值大于体重差阈值Wb而确定体重值处于不稳定状态时，在A/D转换器11结束第三取样周期W3后(即A/D转换操作完成之后)，只有模拟开关4e、4b接通。另外，一旦A/D转换器11结束第四取样周期W4，模拟开关17b就断开，同时模拟开关17a接通，这样人体成分的阻抗测量，即人体成分阻抗的一个取样周期I1开始，并且来自运算放大器6的输出电压信号V1由A/D转换器11进行A/D转换。利用就在A/D转换器11的取样周期I1之前一点的一个定时，输出电压信号V1输入低通滤波器10以进行整平。当计时的时间接近取样周期I1时，模拟开关17a接通以对信号V1进行A/D转换，从而在算术运算电路中取得稳定的阻抗信号。在上述取样周期I1中已经A/D转换的输出电压信号V1经I/O电路12存储在存储器16中。
在之后结束取样周期I1后，模拟开关17b再次接通(同时模拟开关17a断开)并且体重测量电路18连接A/D转换器11，同时模拟开关4f、4a接通以使来自运算放大器6的输出电压信号V2提供给低通滤波器10以进行整平。同时，来自体重测量电路18的重量传感器19A的体重信号按顺序输入用于体重测量的低通滤波器19C，进而在取样周期W5由A/D转换器11进行A/D转换。
在结束用于由A/D转换器11对体重信号取样的取样周期W5之后，模拟开关17a接通(同时模拟开关17b断开)，从而开始人体成分阻抗的取样周期I2，并且由低通滤波器10整平的输出电压信号V2进行A/D转换。以此方式，在取样周期I2中进行A/D转换的输出电压信号V2经I/O电路12存储到存储器16中。
在取样周期I2结束之后，模拟开关17b再次接通(同时模拟开关17a断开)从而把体重测量电路18连接到A/D转换器11，同时只有模拟开关4f、4d接通以使来自运算放大器6的输出电压信号V3提供给低通滤波器10以进行整平。同时，来自体重测量电路18的重量传感器19A的体重信号按顺序输入用于体重测量的低通滤波器19C并且由A/D转换器11在取样周期W6进行A/D转换。
在结束用于由A/D转换器11对体重信号取样的取样周期W6之后，模拟开关17a接通(同时模拟开关17b断开)，以开始人体成分阻抗的取样周期I3，并且由低通滤波器10整平的输出电压信号V3进行A/D转换。以此方式，在取样周期I3中转换的输出电压信号V3经I/O电路12存储到存储器16中。
在之后结束取样周期I3后，模拟开关17b再次接通(同时模拟开关17a断开)，从而使体重测量电路18连接A/D转换器11。只有模拟开关4c、4a接通，从而把来自运算放大器6的输出电压信号V4提供给低通滤波器10以整平。同时，来自体重测量电路18的重量传感器19A的体重信号按顺序输入用于体重测量的低通滤波器19C并且在取样周期W7由A/D转换器11进行A/D转换。
在结束用于由A/D转换器11对体重信号取样的取样周期W7之后，模拟开关17a接通(同时模拟开关17b断开)，从而开始用于人体成分的阻抗的取样周期I4，并且由低通滤波器10整平的输出电压信号V4进行A/D转换。已经在取样周期I4转换的输出电压信号V4经I/O电路12存储到存储器16中。以此方式，计算人体成分的阻抗Zi所需的输出电压V1到V4存储到存储器16中。
在结束用于对体重信号取样的取样周期W5到W7之后，针对每个体重值进行稳定性判断。甚至在计算人体成分的阻抗Zi所需的输出电压(V1到V4)已存储到存储器16中时，如果体重值处于不稳定状态(即，得到的体重值和前个体重值之间的差值大于体重差阈值Wb)，那么模拟开关17a、17b也继续交替切换以进行体重测量和人体成分的阻抗测量。
特别是，如果确定取样周期I4结束之后执行的体重信号取样周期W8中得到的体重值和在前个取样周期W7得到的体重值的差值大于体重差阈值Wb(即体重值处于不稳定状态)，则测量设备的操作再一次切换到人体成分的阻抗测量模式以开始阻抗取样周期I1`。在这个取样周期I1`中，来自运算放大器6的输出电压信号V1进行A/D转换以存储到存储器16中，同时先前已存储在存储器16中的输出电压信号V1被更新。如果确定在结束取样周期I1`之后执行的体重信号取样周期W9中得到体重值和在前个取样周期W6得到的体重值的差值小于体重差值阈值Wa(即稳定状态)，则中断人体成分的阻抗测量。在以此方式进行了体重值的稳定性判断之后，人体成分的阻抗Zi由CPU13使用存储在存储器16中的输出信号V1到V4进行计算，同时人体脂肪含量(人体脂肪百分比)通过人体成分的阻抗Zi和个人数据计算。
如果确定体重值处于稳定状态并且大于最低体重值Wc，则体重值(测量的体重值)显示在显示单元15上，直到一个规定时间过去为止。在规定时间之后，在CPU13中计算的人体脂肪含量(人体脂肪百分比)显示在显示单元15上。在规定时间再次过去之后，体重值再次显示在显示单元15上。之后，在每个流逝的规定时间，体重值和人体脂肪含量重复显示，直到继续体重值的稳定判断为止。在继续体重值的稳定性判断期间，只有体重值测量被连续执行并且一直执行稳定性判断。在确定体重值的稳定性之前，在取样周期W1到W8得到的体重值按顺序显示在显示单元15上，这是因为必须通知受测人在瞬态时体重值的顺序变化。
举例来说，如果受测人从测量设备1上走下而使体重值被确定为不稳定状态，则体重值测量和人体成分的阻抗测量再次交替重复。由于即使体重值确定为稳定状态也低于最低体重值Wc，因此只有该体重值显示在显示单元15上。如果受测人在测量设备1上移动而使体重值被确定为不稳定状态，则当随后再次确定稳定性时，体重值大于最低体重值Wc，因而体重值和人体脂肪含量在显示单元15上交替显示。
在上面的测量顺序中，在运算放大器6发送的一系列输出电压信号V1到V4存储到存储器16中之后，人体成分的阻抗测量在体重值的稳定性得到确定的时刻被中断，但是如果在确定稳定状态之后一系列输出电压信号V1到V4的存储还没有结束，则一系列输出电压信号V1到V4存储在存储器16中并在之后中断人体成分的阻抗测量。
根据该测量顺序，当受测人踩在测量设备1的上表面并且他的脚放在电极2A、2B、3A、3B上时，由于体重值处于一种振荡状态，所以在体重值变稳定而可以获得正确的体重值之前有一个相当长的等待时间。但是，由于受测人的脚固定在电极2A、2B、3A、3B上并且因此测量设备1准备好正确的人体成分的阻抗测量，因而这个等待时间可用于与体重测量同时的人体成分的阻抗测量。相应地，在体重值变稳定之前，测量设备1进入了可计算人体成分的阻抗Zi的状态，所以即使计算人体成分的阻抗需要很多个周期，这些周期所需的时间也不会影响体重值和人体脂肪含量的最终值的测量。最好是，在体重值变稳定后，换言之，在最新和前个体重值之间的差值处于小于重量差阈值Wa的范围内之后，正确的体重值可以显示。另外，由于在尽可能短的时间间隔需要大量的体重数据进行诸如平均值计算的过滤计算以尽可能降低显示体重值的闪动，因此最好每次都只进行体重测量。
接着将描述根据本发明第二实施例的人体脂肪测量设备20。除了人体成分的阻抗测量电路的配置不同之外，第二实施例的人体脂肪测量设备20与第一实施例的人体脂肪测量设备1基本上没有差别。因此，下面只解释专用于第二实施例的人体成分的阻抗测量电路21的配置，并且省去第一和第二实施例共有的其它部分的详细解释。
图5(a)是表示根据第二实施例构建的人体成分的阻抗测量电路21的电路图。人体脂肪测量设备20在其上表面上有三个电极22A、22B和23A并且设计用以使受测人的一只脚放在电极22A、22B上，同时另一只脚放在电极23A上。具体来说，受测人把他的脚跟放在22A、23A上且他的脚尖放在电极22B上。
图5(b)示出了受测人踩在电极22A、22B和23A上的情况。在受测人脚和相应电极22A、22B和23A之间产生的是接触阻抗R22A、R22B、R23A。在脚背周围产生的是人体末端位置周围成分的阻抗Z22A、Z22B、Z23A。在图5(b)中，存在于两脚之间的要测量的人体成分的阻抗由Zi表示。
电极22B、22A、23A分别通过模拟开关24a，24b，24c连接恒流电路25。与第一实施例类似，这个恒流电路25包括(i)运算放大器26，输入从同相输入端传送的电压信号v并且输出恒流I，和(ii)基准电阻器27，连接运算放大器26的倒相输入端并限制电路电流以使运算放大器26输出恒流I。应当指出，基准电阻器27具有稳定的给定值Rs以用于设置上述恒流I。
电极22A、23A分别通过模拟开关24b、24c与运算放大器26的输出端连接，并且电极22B通过模拟开关24a连接运算放大器26的倒相输入端。运算放大器26的输出端连接算术运算控制单元8。
在包括上述配置的人体成分的阻抗测量电路21的人体脂肪测量设备20中，在受测人的脚放在电极22A、22B、23A上时，模拟开关24a到24c一旦接收到算术运算控制单元8的CPU13提供的输出信号就按顺序切换以使来自运算放大器26的输出电压V5、V6输入算术运算控制单元8。下面将描述模拟开关24a到24c的ON/OFF控制和输出电压V5、V6。
-在只有模拟开关24a，24c接通时，通过测量运算放大器26的输出电压V5获得下面的公式5。
(R23A＋Z23A＋Zi＋Z22B＋R22B＋Rs)·I＝V5(公式5)-在只有模拟开关24a，24c接通时，通过测量运算放大器26的输出电压V6获得下面的公式6。
(R22A＋Z22A＋Z22B＋R22B＋Rs)·I＝V6(公式6)测量的输出电压V5、V6曾经存储在算术运算控制单元8的存储器16中。在CPU13中，通过使用V5、V6可进行人体成分的阻抗Zi的计算。具体来说就是公式5的值减去公式6的值(公式5-公式6)。应当指出，恒流I的值由I＝v/Rs表示。相应地，接触阻抗R22A接触阻抗R23A成立，并且可以理解，右脚中的成分的内容与左脚中的成分的内容没有差别，而且在电流传导路线经过人体时的成分的内容与电流传导路线经过脚背上的电极之间时的成分内容没有差别。因此，如果公式5的Z23A公式6的Z22A并且公式5的Z22B公式6的Z22B成立，则Zi·I＝V5-V6，并且因此Zi＝(V5-V6)}/I。通过这种计算可得到人体成分的阻抗Zi。
在CPU13中，根据人体成分的阻抗Zi和事先输入的个人数据，通过使用已知的计算方法可以得到人体脂肪的含量(人体脂肪百分比)。如此获得的人体脂肪含量(人体脂肪百分比)经I/O电路12后显示在显示单元15上以传递给受测人。
在测量人体成分的阻抗Zi时引起错误的因数有(i)测量值R22A和R23A之间的差值；(ii)公式5的测量值Z23A和公式6的测量值Z22A之间的差值；和(iii)公式5的测量值Z22B和公式6的Z22B之间的差值。但是，通过把电极22A、23A做大可以解决R22A和R23A之间的差异。而且，由于考虑到它们的传导路线实际上没有差别的情况时Z23A和Z22A之间的差值以及Z22B和Z22B之间的差值小于要测量的人体阻抗，因此在实际中可以忽略Z23A和Z22A之间的差值以及Z22B和Z22B之间的差值。因此，通过上面的计算可获得不受接触阻抗和人体末端位置周围的成分阻抗影响的人体成分的阻抗。
根据第二实施例可以得到基本上与第一实施例相同的效果，并且在短测量时间期间的要测量的身体表面的情况基本上与第一实施例的情况相同。因而，假定在所有位置的接触阻抗具有相同的值并且在所有位置的人体末端位置周围的成分阻抗具有相同的值，则一对电极22A、22B仅提供给一个典型位置并且其它位置均提供一个电极23A就能够测量人体阻抗。利用这种配置可以减少电极数，从而使系统简化，进而降低成本。
例如，在第二实施例的设备用于进行人体驱干截面的阻抗测量的情况下，电极数量的减少可以减少连接电极所需的时间。具体来说，上述公式6所述的测量在提供一对电极的位置进行，并且上述公式5所述的测量在其它n个位置进行。如果在所有位置的接触阻抗具有相同的值并且在所有位置的人体末端位置周围成分的阻抗具有相同的值，则通过公式5的值减去公式6的值可以得到在n个位置的阻抗，这些值通过在每个位置的测量而获得。
接着将描述根据本发明第三实施例构建的人体脂肪测量设备30。除了人体成分的阻抗测量电路的配置有所不同外，第三实施例的人体脂肪测量设备30与第一实施例的人体脂肪测量设备1基本上没有差别。因此，下面只解释专用于第三实施例的人体成分的阻抗测量电路31的配置，并且省略第一和第三实施例通用的其它部分的详细解释。
图6是表示根据第三实施例构建的人体成分的阻抗测量电路31的电路图。这个人体脂肪测量设备30在其上表面有三个电极32A、32B和33A，并且设计用以使受测人的一只脚放在电极32A、32B上，同时另一只脚放在电极33A上。具体来说，受测人把他的脚跟放在电极32A、33A上并且他的脚尖放在电极32B上。
在受测人的两只脚和相应电极32A、32B和33A之间产生的是接触阻抗R33A、R32B、R33A，而主要存在于脚背周围的是人体末端位置周围成分的阻抗Z32A、Z32B、Z33A。应当指出，在图6中，存在于两脚之间的要测量的人体成分的阻抗由Zi表示。
电极32A、33A连接一个电压源(它对应于本发明的电源电路)35以用于分别经模拟开关34b，34c提供恒压V。电极32B经模拟开关34a连接与运算放大器36的同相端耦合的基准电阻器(Rs)37。运算放大器36的输出端连接算术运算控制单元8。
在包括上述配置的人体成分的阻抗测量电路31的人体脂肪测量设备30中，在受测人的脚放在电极32A、32B、33A上时，模拟开关34a到34c一旦接收到算术运算控制单元8的CPU13所提供的输出信号就按顺序切换以使来自运算放大器36的输出信号输入算术运算控制单元8。下面将描述模拟开关34a到34c的ON/OFF控制和输出电压V5、V6。
-只有模拟开关34a，34c被接通。若在该时刻电路中流动的电流是Ia并且在该时刻在基准电阻器37的两端产生的电压是Va，则下面的公式成立。
(R33A＋Z33A＋Zi＋Z32A＋R32A＋Rs)·Ia＝V在Ia＝Va/Rs时，上面的公式可改写如下。R33A＋Z33A＋Zi＋Z32A＋R32A＝(V－Va)/Ia＝{(V－Va)/Va}·Rs＝L1…(公式7)-只有模拟开关34a，34b被接通。若在该时刻电路中流动的电流是Ib并且在该时刻在基准电阻器37的两端产生的电压是Vb，则下面的公式成立。
(R32B＋Z32B＋Z32A＋R32A＋Rs)·Ib＝V若Ib＝Vb/Rs，则上面的公式可改写如下。R32B＋Z32B＋Z32A＋R32A＝(V－Vb)/Ib＝{(V－Vb)/Vb}·Rs＝L2…(公式8)与前面的情况类似，接触阻抗R32A接触阻抗R33A成立，并且可以理解，右脚中的成分的内容与左脚中的成分的内容没有差别，并且在电流传导路线经过人体的情况下的成分内容与电流传导路线经过脚背上的电极之间的情况下的成分内容没有差别。因此，如果公式7的Z33A公式8的Z32A并且公式7的Z32B公式8的Z32B成立，则通过公式7减去公式8(Zi＝L1－L2)可以得到人体成分的阻抗Zi。
通过第三实施例可获得与前述实施例相同的效果。第三实施例特别适用于接触阻抗高至不能使用第一和第二实施例的情况，不能使用是因为构成恒流电路的一部分的运算放大器已饱和。
尽管在第三实施例中提供了三个电极32A、32B、33A并且这些电极耦合人体成分的阻抗测量电路31，但本发明并不限于此，而是可以有不同的配置。例如可提供四个电极，它们分别通过六个模拟开关与施以恒压的人体成分的阻抗测量电路耦合。在这种情况下，模拟开关的ON/OFF控制类似于第一实施例的情况，并且人体成分的阻抗Zi可根据公式7和8计算。
接着将描述根据第四实施例的人体脂肪测量设备40。图7(a)示出了第四实施例的人体脂肪测量设备的人体成分(内部器官的成分)的阻抗测量电路的电路图。图7(b)示出了人体成分的阻抗。本实施例的人体脂肪测量设备40具有电极41A、41B、41C、41D，其中受测人的两只脚分别放在电极41A、41B上，而受测人的两只手分别抓住电极41C、41D。电极41A、41B、41C、41D通过模拟开关43a、43b、43c、43d、43e、43f分别连接恒流电路44，恒流电路44具有与第一实施例相同的配置。构成恒流电路44一部分的运算放大器45的输出端连接算术运算控制单元8。这个算术运算控制单元8与第一实施例具有相同的配置，因而省略其描述。
电极41C、41A、41B通过模拟开关43c、43e、43f连接运算放大器45的输出端。电极41D、41C、41A分别通过模拟开关43a、43b、43d连接运算放大器45的倒相输入端。运算放大器45的倒相输入端连接基准电阻器46以用于限制电路电流以使运算放大器45输出恒流I。需要指出，基准电阻器46具有稳定的给定值Rs以用于设置上述恒流I。
下面将解释受测人的身体成分的阻抗。在第四实施例中，由于电极41A、41B、41C、41D分别与受测人的手和脚接触，所以在受测人的手和脚以及电极41A、41B、41C、41D之间分别产生接触阻抗R41A、R41B、R41C、R41D，而人体成分阻抗Z41A、Z41B、Z41C、Z41D分别在右脚、左脚、右手臂和左手臂中产生。在图7中，要测量的内部器官的成分的阻抗，即内部器官成分阻抗由Zj表示。
在上述配置的人体脂肪测量设备40中，当受测人右脚和左脚分别放在电极41A、41B上并且电极41C、41D分别由右手和左手抓住时，模拟开关43a、43b、43c、43d、43e、43f通过CPU13的ON/OFF控制按顺序切换以使运算放大器45释放的输出电压V9到V12输入算术运算控制单元8。下面将解释模拟开关43a到43f的ON/OFF控制和输出电压V9到V12。
-在只有模拟开关43b，43e接通时，通过测量运算放大器45的输出电压V9可得到下面的公式。
(R4iA＋Z41A＋Zj＋Z41C＋R41C＋Rs)·I＝V9…(公式9)-在只有模拟开关43a，43f接通时，通过测量运算放大器45的输出电压V10可得到下面的公式。
(R41B＋Z41B＋Zj＋Z41D＋R41D＋Rs)·I＝V10…(公式10)-在只有模拟开关43a，43c接通时，通过测量运算放大器45的输出电压V11获得下面的公式。
(R41C＋Z41C＋Z41D＋R41D＋Rs)·I＝V11…(公式11)-在只有模拟开关43d，43f接通时，通过测量运算放大器45的输出电压V12可获得下面的公式。
(R41B＋Z41B＋Z41A＋R41A＋Rs)·I＝V12…(公式12)这些测量的输出电压V9到V12曾存储在算术运算控制单元8的存储器16中，同时通过使用测量的电压V9到V12在CPU13中计算内部器官成分的阻抗Zj。具体来说，前面的公式9到12用于计算公式9+公式10-(公式11＋公式12)的值，这样可消除接触阻抗，并且下面的公式成立。
2Zj·I＝V9＋V10－(V11＋V12)因而，Zj＝{V9＋V10－(V11＋V12)}/2I从上面的公式可以得到内部器官成分的阻抗Zj。恒流I的值由I＝v/Rs表示。
在CPU13中，通过使用已知的计算方法，内部器官中的人体脂肪含量随后通过内部器官成分阻抗Zj和事先输入的个人数据进行计算。如此获得的内部器官中的脂肪含量经I/O电路12显示在显示单元15上以传递给受测人。
根据第四实施例，在受测人手和脚上的四个测量位置中的每一个位置上提供一个电极，这样则可以测量不包括整个手和脚的接触阻抗和人体末端位置周围成分的阻抗的内部器官成分的阻抗(与此相比较，第一实施例的人体成分的阻抗不包括两脚周围的人体末端位置周围的成分阻抗)。利用这种配置可以稳定准确地测量内部器官中的人体脂肪含量。由此可减少内部器官成分的阻抗测量所需的电极数，从而使导线和电路数减少，因而简化了系统配置。另外也可获得与第一尽管内部器官成分的阻抗Zj是根据在第四实施例切换模拟开关所得到的四个测量结果(即输出电压V9和V10的测量结果)进行计算的，但该计算也可根据三个测量结果计算。具体来说，假定左右手上的接触阻抗R41D和R41C彼此相等；左右手臂上的成分阻抗Z41D和Z41C彼此相等；左右脚上的接触阻抗R41B、R41A彼此相等；并且左右脚上的成分阻抗Z41B和Z41A彼此相等，则公式11可转换为下面的公式11`2·(R41C＋Z41C)＝(V11－Rs·I)/I…(公式11`)并且公式12可转换为下面的公式12`2·(R41A＋Z41A)＝(V12－Rs·I)/I…(公式12`)因而，内部器官的成分阻抗Zj可描述为Zj＝公式9－(公式11`＋公式12`)/2，并且可根据通过切换模拟开关得到的三个测量结果(即，输出电压V9、V11、V12的测量结果)测量。另外，还可通过允许电流在受测人身体内对角流动，如只接通模拟开关43f、43b来获得内部器官的成分阻抗Zj。
第四实施例的配置可类似于第一实施例，人体脂肪测量电路18可置于算术运算电路8中以能够进行切换，以便在测量内部器官中的人体脂肪含量的同时测量体重。在这种情况下，可采用第一实施例的测量顺序且利用等待体重值变稳定的等待时间来测量内部器官的成分阻抗Zj。
在前面的每个实施例中，人体重量信号(体重信号)和阻抗信号(输出电压信号V1到V4)在同一个A/D转换器11中进行数字化。本发明并不限于此，而是可采用不同的配置。例如，可为人体成分的阻抗测量电路提供一个A/D转换器并且为体重测量电路提供一个A/D转换器，并且体重信号和阻抗信号由它们相应的A/D转换器转换。
在前面的每个实施例中，人体重量值(体重值)和人体脂肪含量(人体脂肪百分比)以预定的时间间隔在同一个显示单元15上交替显示。本发明并不限于此，而是可配置为体重值和人体脂肪含量在不同的显示单元上显示，或者配置为通过按一个键式开关而在同一个显示单元上有选择地显示这些值。
尽管在第一到第三实施例中人体成分的阻抗Zi利用与电极接触的脚背来测量，但也可以如图8所示把电极(2A`、2B`、3A`、3B`)置于两只手之间而进行类似测量。在这种情况下，尽管测量路线包括许多具有大阻抗值的关节，但由于人体末端位置周围成分的阻抗被消除，因此可以高精确度地测量人体脂肪含量。
在第一到第三实施例中测量设备包括体重测量电路18的情况下，电极最好放置在该体重测量面上。也可把一些电极放置在手或手指可接触或抓住的位置上，同时其它电极放置在该体重测量面上。在测量设备不包括体重测量电路18或者体重测量部分与人体脂肪测量部分分开的情况下，电极可放置在手或手指可接触或抓住的位置上，或者一些电极可放置在手或手指可接触或抓住的位置上，同时其它电极放置在该体重测量面上。
权利要求
1.一种用于测量人体内的脂肪含量的人体脂肪测量设备，该设备包括(a)与人皮肤表面上的多个位置中的每个位置接触的一个或多个电极；(b)用于把恒定电流或电压加到电极上的电源电路；(c)阻抗测量装置，用于切换电极与电源电路连接，使得在电极之间存在接触阻抗和人体末端位置周围的成分阻抗，或者使得在电极之间存在接触阻抗、人体末端位置周围的成分阻抗和人体成分的阻抗，从而可分别测量接触阻抗与人体末端位置周围的成分阻抗所合成的值以及接触阻抗、人体末端位置周围的成分阻抗与人体成分的阻抗所合成的值；和(d)计算装置，用于根据由阻抗测量装置得到的测量值计算人体成分的阻抗值。
2.根据权利要求1的人体脂肪测量设备，其中电极的配备要使一对电极被放置与两个皮肤表面位置中的第一位置接触，并且另一对电极与皮肤表面的第二位置接触，其中要测量的人体成分的阻抗存在于这两个位置之间；其中每一对中的电极彼此接近；其中电源电路通过阻抗测量装置连接第一位置或第二位置的电极对，以便测量接触阻抗和人体末端位置周围的成分阻抗所合成的值，所述阻抗存在于连接电源电路的电极对之间；并且其中电源电路连接第一位置和第二位置的相应电极对中的电极之一，以测量接触阻抗、人体末端位置周围的成分阻抗和人体成分的阻抗所合成的值，所述阻抗存在于连接电源电路的电极对之间；并且其中计算装置根据测量的值计算人体成分的阻抗值。
3.根据权利要求1的人体脂肪测量设备，其中电极的配备要使两个电极与两个皮肤表面位置中的第一位置接触，并且一个电极与两个位置中的第二位置接触，其中要测量的人体成分的阻抗存在于两个位置之间；其中置于第一位置的两个电极彼此接近；其中电源电路通过阻抗测量装置连接第一位置的两个电极，以便测量接触阻抗与人体末端位置周围的成分阻抗所合成的值，所述阻抗存在于连接电源电路的电极对之间；并且其中电源电路连接第一位置的电极之一和第二位置的电极，以便测量接触阻抗、人体末端位置周围的成分阻抗与人体成分的阻抗所合成的值，所述阻抗存在于连接电源电路的电极对之间；并且其中计算装置根据测量值计算人体成分的阻抗值。
4.根据权利要求1的人体脂肪测量设备，其中电极的配备要使一个电极被放置分别与围绕脚和手的每个皮肤表面位置接触；其中电源电路通过阻抗测量装置连接与一只手接触的电极以及与一只脚接触的电极，以便测量接触阻抗、手臂的成分阻抗、腿的成分阻抗和内部器官的阻抗所合成的值，所述阻抗存在于连接电源电路的电极对之间；其中电源电路连接与手接触的电极以测量接触阻抗与手臂的成分阻抗所合成的值，所述阻抗存在于连接电源电路的电极之间；其中电源电路连接与脚接触的电极以测量接触阻抗与腿的成分阻抗所合成的值，所述阻抗存在于连接电源电路的电极对之间；并且其中计算装置根据测量的值计算内部器官成分的阻抗值。
5.根据权利要求1到4任意之一的人体脂肪测量设备，它还包括体重测量装置。
6.根据权利要求5的人体脂肪测量设备，其中在体重起伏的瞬时体重现象的状态期间，在体重测量装置测量体重的同时最好由阻抗测量装置执行电极间的阻抗测量。
7.根据权利要求5或6的人体脂肪测量设备，其中当处于不稳定状态的体重测量装置所测量的体重值明显起伏时，在体重测量装置测量体重的同时由阻抗测量装置执行电极间的阻抗测量。
8.根据权利要求5或6的人体脂肪测量设备，其中当处于稳定状态的体重测量装置所测量的体重值起伏不大时，由阻抗测量装置执行的电极间的阻抗测量被中断。
9.根据权利要求8的人体脂肪测量设备，其中当处于稳定状态的体重测量装置所测量的体重值起伏不大时，由阻抗测量装置执行的电极间的阻抗测量被中断，同时只进行体重测量。
全文摘要
利用一种非常简单的装置,不包括受测人的皮肤表面和每个电极之间的接触阻抗以及人体末端位置周围的成分阻抗的人体成分的阻抗被测量,从而高精确度地测量人体脂肪含量。两对电极(总共四个电极)分别通过模拟开关连接恒流电路。算术运算控制单元输出的控制信号按顺序切换施以恒流的电极。通过使用来自运算放大器的输出电压信号,算术运算控制单元中的CPU通过去掉接触阻抗和身体末端位置周围的成分阻抗来计算人体成分的阻抗。
文档编号G01N27/02GK1327375SQ00802193
公开日2001年12月19日 申请日期2000年9月29日 优先权日1999年10月7日
发明者孝桥彻, 三田尾健司 申请人:大和制衡株式会社