用于测量使用自行车和训练器械的人的脉搏的装置的制作方法

专利名称：用于测量使用自行车和训练器械的人的脉搏的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量使用自行车和训练器械的人的脉搏的装置。
背景技术：
众所周知，在实际运动中，心博频率对训练质量是非常重要的需检测的 指示参数。
事实上，任何体育运动只有在心博频率为正常值时才会对心血管的血液 循环具有有益效果，若心博频率过高则是很危险的。
因此，任何体育训练都必须具有一个适当限定的频率范围，其最小频率 和最大频率值取决于使用者的参数，例如年龄和己达到的训练水平。
已知的一个事实是体育运动的一种最重要的作用是减轻体重，或，换句 话说，消耗多余的卡路里。
因此，为达到期望的效果，使心搏频率保持在一个合适的水平是非常有 利的。
特别是，在一段足够长的时间内进行体育运动是重要的，它使训练者只 燃烧体内多余的脂肪并尽可能减少有用的糖。
因此心博频率和吸气训练持续时间代表两个必须精确控制的参数。 目前，为了测量运动中的心博频率，传统使用的频率监控装置包括一个 带在胸前的有弹性的带子，支撑两个电极和一个脉搏检测表以及一个电子放 大器，该放大器放大脉动肌肉群产生的信号，所述在先技术的装置还包括一 个峰值检测器，用来检测每个训练周期的心博频率最大值，由此确定单个心 跳时间，同时对每个脉博，短波无线电发射器发射一个相应的脉冲到相应的
接受器，该接受器安装在较短距离处一即从所述发射器始的最远距离为lm， 并在两个相邻脉博之间计算时间以确定心博频率。
但是，这种方法要求准确地使用，并将所说的弹性带子定位以使所说的 电极正好置于使用者前方区域，这样就可以通过所述电极接触皮肤以便依次 恰当地检测测量信号。事实上，还要加上汗液、头发、皮肤的不均匀度，由于使用者运动使弹 性带没有处于期望的位置，抵靠带子的使用者衣物的干扰代表负极，都会妨 碍测量的准确性。
而且，弹性带子更容易打扰和干扰使用者，因此，所说的带子在实际中 的应用非常有限。
事实上，由于弹性带的干扰性，大胸女子一般不喜欢使用。

发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是克服以上缺陷，提供一种基于测量 方法的检测脉搏的装置，其目前仅适用于体育场训练活动，而不适用于移动 训练器械。
在上述所提到的目的范围内，本发明的一个主要目的是提供一种装置， 该装置可以产生与使用者脉搏模式相应的精确的信号，因此，可以很容易的 监控脉搏。
本发明的另一个目的是提供一种装置，由于其结构的特殊设计，该装置 在运行过程中非常可靠、安全。
本发明的另一个目的是提供一种装置，该装置制造简单、且从经济角度 而言，非常具有竞争力。
按照本发明的一方面，本发明的上述以及其它目的将通过一种测量脉搏 的装置来实现，该装置用于测量使用自行车和自由移动体育训练器械的人的 脉搏，其特征在于，所说的装置包括多个与使用者手相接触的电极，这些电 极与至少一个脉搏检测表耦联，所说的电极置于自行车或训练器械的转向控 制件上。


本发明的进一步特征和有益效果将在以下优选的但并不是排他的，用于 测量通常使用自行车和训练器械的人的脉搏的装置的实施例的实施例中体现 出来， 一般来讲，并不限于以下所描述的这些实施例和附图。
图l本发明所涉及装置的方框图2包括多个测量电极的转向把手的示意图3手柄示意图，例如图2中的俯视、仰视的右侧手柄；
图4手柄示意图，例如图2中的俯视、仰视的左侧手柄。
具体实施例方式
参考上面附图所述，本发明所涉及的用于测量使用自行车和训练器械的 人的脉搏的装置通常包括转向把手1或其它合适的本发明的装置应用于其上
的转向控制机构，和分别置于反手相反的末端的两个手柄2a和2b。
所述的手柄也可以直接置于转向把手上或应用于已经存在的训练器械上。
图1中所描述的实施例中，所述的手柄与两个手支座件(hand abutments dements) 2c和2d相联，所述的手支座用于与支撑使用者的手，为手提供 一个夹紧和支撑的位置。
而且，在该装置的优选的实施例中，其中一个手柄还包括一个显示器21 ， 用于监控脉搏和其他有用的资料。
所述的手柄包括多个电极，使使用者的皮肤与特别设计的电路相接触， 可以采集、放大和处理使用者手的脉搏信号。
特别优选的实施例中，还包括上部电极，分别为左右电极3a和3b，作 为参比电子组件，和下部左右电极，分别为3c和3d，形成探测电极组件。
所述的电极是由导电橡胶或导电塑料材料制成，在金属基底上共同注塑， 优选地，在不锈钢基底上共同注塑。
两个参比电极通过由lbis指示的电线互相电联接，从而使所述的电极连 接起来，因此使放大部分更为清晰，同时还可以最小化易于损害心电图信号 的噪音。
进一步，每个所述的电极与一个或多个接线方式耦联，该接线包括绝缘 电线件，穿过转向把手管内部空心部分。 因此，测量电路被恰当地电联接。
所述的测量电路包括一个输入级，包括一个放电保护装置(ESD)，如标 号5所显示，旨在防止断裂或测量错误的发生，特别是，如果使用者穿着合 成材料衣物，绝缘鞋等等。
该装置进一步包括一个前置放大器6和一个预处理单元7，通过合适的 滤波器，去除信号中的噪音源。
特别是，上述组件设计为用于消除由于电化学效应，在皮肤和电极接触 点形成的低频偏置噪声，这些低频偏置噪声一般具有比有用信号更强的级， 并会使下面的放大级趋于饱和，从而妨碍了准确测量的完成。
6而且，本发明还采用将不平衡电路连于放大器的输入端，如标号4所指 示，如果使用者的手紧贴电极，就用该不平衡电路进行检测。
如上所述，从电学角度讲，由于使用者相当于具有几百欧姆值的电阻， 具有较大阻值的电阻使输入电路不平衡，所以可以使身体接触而适当地补偿 不平衡条件，使放大器输出端恢复正常值范围。
这种电路很重要，用或者不用使用者的手的情况下，它都允许检测。以 此，可以防止一些没有意义的信号被处理。
而且，为节约电，并允许电池供电的装置能运行较长时间，本发明的优 选实施例，当使用者不用他/她的手接触该装置时，还包括一个用于自动关闭
该装置的控制关闭电路15。
所述的关闭电路，特别是，经过预设的一段时间后，可以使本发明的装 置处于非常低消耗的状态，这是因为此时不可能测量频率，例如在自行车非 使用状态。
因此，如果使用者不用他/她的手接触转向把手，经过给定的时间后，该 装置将显示系统时钟，然后，除了具有非常低的电力消耗的手支座测量电路
15和前置放大器6，电路会被关闭。
在一个实施例中，开和关电路15包括一个被驱动而关闭电源16的固态 继电器，其与优选置于转向把手内的电池17相联，。
前置放大器和预处理元件6和7的下游为另一个放大级8，用于使信号 达到与要求的处理操作相匹配的信号级。
此外，该装置进一步包括一个低通滤波级9，用于消除有用信号带(即 高于40赫兹，如果没有诊断性应用)以外的谐波成分，由于是通过噪音和干 扰现象产生，例如肌肉活动，这些谐波是非常有害的。
滤波器截断的频率尽可能的低，保证可靠地检测到信号，滤波特征非常陡。
特别是，该滤波器的主要功能是完成所说的抗混叠作用，消除模拟到数 字转换器中的信号采样频率高谐波，满足系统微处理器的要求。
事实上，如果没有所说的抗混叠，就会出现难于识别的假象，这种假象 源于一种非真信号，其频率不同于可能出现的采样频率和干扰噪音频率。
因此，当放大和过滤后，信号被数字转换器10转换，并达到下一个数字 处理级。特别是，该转换过程可以用广泛应用于电子领域中的转换方法来完成。
在该过程中，信号必须具有至少8比特的分辨率，采样频率至少250个 样本/每秒。
为达到这个目的， 一个微处理器ll，包括一个合适的程序存储器12和 工作存储器(RAM) 14，接收和处理数字化信号，并将他们转换到记忆装置， 同时那些信号特征的识别能安全检测到脉搏的电当量，由此形成脉搏之间时 段的数字序列，用以很方便地测量它们的频率。
上述处理过程是基于算法组13的一个合适的算法完成的。
特别是，检测的心率将显示在显示器21上，在优选的实施例中，显示器 非常简单、仅适于显示数值数据和解释性图标。
如果可能，所述的数值数据必须包括心率或如果在脱手(detached-hand) 的情况下不可能，则包括多余的噪音等等，或者如使用者所要求的时钟。
在一个非常简单的实施例中，上述的数据与代表心率或者时钟，还可以 是充电状态的图标相关。
在优选的实施例中，显示器21处于两个手柄之一的外端，以便同时作为 一种手动制动器或者自行车骑行者的抓握构件。
进一步优选的实施例中，还可以包括一个发射器22用以发射与胸带发射 信号一样的标准特征无线电信号以对接具有与所述胸带相连接的其它已有装 置的装置。
所说的电路还可以耦联和驱动低电耗显示设备20，该设备例如通过众所 周知的LCD技术制造。
所说的电路还可以包括速率和倾角传感器23和24，为使用者提供进一 步有用的信息，如卡路里消耗、温度、距离和其它提供所进行训练活动的详 尽的生理表征的相关参数。
此外，所说的电路还包括开关手段或擦拭手段，用于显示一个或其它以 上所述参数，或者提供昼间同步。
优选的实施例中，可以在把手上安装按钮18和19，使不受环境有害影响。
所述的适于测量心率的算法，从采样信号开始，允许适当的检测与心电 信号的典型形态特征一致的信号部分，然后检测和测量源于使用者的递归数 据，这样就可以提供，例如，两种典型的心率测量值，也就是说，脉搏的平 均频率和瞬时频率。
8上述测量的原始数据，进一步，可以是限定为目标研究应用所要求的特 征或感兴趣的数据的平均值，例如，固定时间平均值，上次获得样本的移动
平均值，或给定值的带除"rejection of given value),在计算剩余值的平均 值时，移动平均值与相对高的数字(从10到20和更高)相关，这样可以防 止一些不重要的事件突然改变频率，并计算可能的检测错误的平均值。
当待测者处于休息和调整状态时，或者心前区出现强烈的信号，信号的 辨别实质上可以通过检测信号峰值和测量相邻信号峰值之间的时间区间来完 成，有些情况下，这种辨别在适当的持续时间沉默区间后完成，这样可以阻 止可能的噪音或假象，以免其对测量结果有负面影响。
然后，与测量的瞬时频率相关的持续时间的观察窗口将被打开， 一般讲 持续时间为一次脉搏与下一次脉搏之间的时间的2/3，而后，随着后续峰值 的到来，所述的窗口关闭，在这个窗口上，由于分离了假象，如室性期前收 縮，前面已检测到的脉搏后的脉搏一定会下降，相对于所说的窗口上的值而 言，心率不会在生理上发生改变。
如果信号非常弱，存在大量的假象，上述的方法可能会失败，因为，这 些假象在该装置运行状态下就可能发生。
由于目标研究信号具有与屏蔽噪音或随机瞬时事件无关的周期性特征， 并不排除传统方法，如果必要的话，采用基于样本信号自相关性功能的统计 学方法。
这样，随后的适当的长度、目标信号部分的自相关性，将正确的量化这 些信号部分，提高测量可靠性。
在检测周期的开始，有必要使信号部分具有一定的长度，以使该长度内 保证含有至少一个脉搏。
正常情况下，如果排除心动过缓， 一秒的时间足够。然后，通过使每次 的一个样本的两个部分相互分开，实现样板和随后的信号部分之间的一系列 随后的自相关性的完成。
这样，由连续自相关值组成的类似图谱就形成了。
所说的连续峰值相互之间有一个时距，相当于脉搏的时距，所说的连续 峰值用于测量脉搏频率；由于这样的计算非常复杂，第一方法的使用会减少 第二方法必须应用的信号部分的长度，这样就可以很大程度上减少计算能力 的要求。从上述内容可知，很明显本发明已经完全达到预期的目的。 事实上，本发明提供了一种不用传统的胸带也可以测量脉搏的实用性和 功能性的装置。
本发明允许的修改和变化都属于本发明的保护范围之内。 此外，所有的结构细节都可以被其它等同技术代替。
特别是，本发明所涉及的装置可以被用于轿车、摩托车、船、飞机和其 它运输工具的方向盘和操纵杆上。
在实施本发明时，所使用的材料，可能的大小和形状，只要他们与本申 请相符，可以视其需要而改变。
权利要求
1、一种用于自行车或者移动体育训练器械上的脉搏测量装置，其特征在于，所述的装置包括作为与使用者手接触的机构的多个电极，所述的电极至少与一个心率表耦联，并安装于所说的自行车或器械的转向控制件上。
2、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置包括两个与所说 的转向控制件相应部分相联的手柄，每个手柄支持一个或者多个所说的电极， 所说的电极作为信号和参考电极。
3、 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的手柄与手动制动器耦联。
4、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述的装置包括一个静电充 电保护装置，该保护装置与来自所述电极的电线耦联。
5、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置包括一个前置放 大器和预处理元件，包括噪音源消除滤波器。
6、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置包括一个与放大 器输入端相连接的不平衡电路，当使用者的手接触所说的电极时，该不平衡 电路作为支座检测元件用于检测。
7、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置包括一个与一个 控制关闭电路耦联的手触检测电路。
8、 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的控制关闭电路控制电 源电池。
9、 如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的电源电池置于控制件 内，所述的控制件包括一个把手或手动制动器或处理部件。
10、 如权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述的预处理元件的下 游，所述的装置包括一个放大器级，随后是低通滤波级。
11、 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的低通滤波级与数字 转换器耦联。
12、 如权利要求ll所述的装置，其特征在于，所述的数字转换器与一个 微处理器耦联，所述的微处理器包括程序存储器和工作存储器，并进一步和 一个显示器相连。
13、 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述的装置包括噪音消除 滤波器，所述的噪音消除滤波器由在目标控制程序上运行的微处理器控制。
14、 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述的显示器置于把手、 手柄、后视镜或使用者佩戴的装置上。
15、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置包括一个信号 或被处理数据发射器。
16、 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述的装置包括连接和驱 动构件，用于连接和驱动所说的显示器。
17、 如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的装置包括多个与所 说的微处理器耦联的传感器构件。
18、 如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的装置包括多个与所 说的微处理器耦联的按钮，用于控制所说的显示器和操作设备模式。
19、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置与轿车、摩托 车、船、飞机或其它运输工具的方向盘和操纵杆相连接。
全文摘要
一种用于测量常使用自行车和可移动训练器械的人的脉搏或心跳的装置，包括多个与人手相接触的检测电极，该检测电极至少与一个心率检测表相连接，所说的电极置于自行车或训练器械的转向控制件上。
文档编号A61B5/0245GK101422358SQ20081016642
公开日2009年5月6日 申请日期2008年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者朱塞佩·比戈林 申请人:塞莱意大利有限公司