DE3020543C2 - Vorrichtung zur Leistungsmessung des menschlichen Körpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungsmessung des menschlichen Körpers, mit einer Pulsschlag-Zähleinrichtung.

Zur Vorbeugung gegen Herz- und Kreislauferkrankungen ist eine Früherkennung von Herz- und Kreislaufschwächen wichtig, um rechtzeitige Gegenmaßnahmen unternehmen zu können. Die bekannten Vorrichtungen zur Leistungsmessung des menschlichen Körpers, die für eine solche Früberkennung geeignet sind, sind ausschließlich in Kliniken und ärztlichen Praxen einsetzbar, für eine dauernde Selbstbeobachtung des Patienten jedoch ungeeignet In besonderen Fällen, z. B. beim Training von Sportlern und bei der Rehabilitation von Kranken, wird das körperliche Training mit Hilfe der Telemetrie überwacht. Die Meßdaten (Pulsfrequenz, EKG, Atemfrequenz usw.) werden mit an den Körper angesetzten Elektroden ermittelt und über einen Sender an eine Zentrale übermittelt und dort ausgewertet. Wegen des großen Aufwandes, den solche Telemetrieeinrichtungen erfordern, werden sie in der Praxis nur in Spezialfällen eingesetzt (Prospekt der Firir a MMB ,moniTel 1« in Verbindung mit Prospekt der Firma HELLIGE »Elektroden + Meßaufnehmer«).

Bei einem bekannten elektronischen Ergometer (DE-OS 28 38 854) wird am Körper des Probanden eine Bewegungsmeßeinheit aus drei Seismogebern befestigt von denen jeder in einer der drei Raumrichtungen empfindlich ist. Hiermit ist die genaue Erfassung der Bewegungen des menschlichen Körpers möglich. Unter Berücksichtigung des Gewichtes, der Größe und der Schrittlänge des Probanden erhält man anhand der Ausgangssignale der drei Seismogeber den Wert der vom Probanden geleisteten physischen Arbeit. Eins Messung, wie die geleistete Arbeit sich auf den Kreislauf des Probanden auswirkt, erfolgt bei dem bekannten Ergometer jedoch nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die klein und leichtgewichtig ist und ständig mitgeführt werden kann, so daß eine dauernde Selbstbeobachtung der Belastung am Körper möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß ein auf Beschleunigungen reagierender Impulsgeber mit einem Zähler verbunden ist, dessen Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal der Pulsschlag-Zähleinrichtung in einem Multiplizierer periodisch multipliziert wird, und daß das Ergebnis der Multiplikation an einer digitalen Anzeigeeinrichtung anzeigbar ist.

Diese Vorrichtung kann zusammen mit einer Digitaluhr in einem Uhrengehäuse untergebracht

werden, wobei die Anzeigeeinrichtung auf Knopfdruck wahlweise die Zeit oder den Leistungswtrt anzeigu Die Leistung wird ermittelt, indem die Pulsfrequenz und die Bewegungshäufigkeit festgestellt und miteinander multipliziert werden. Diese Art der Leistungsermittlung führt zwar nicht zu genauen Ergebnissen, jedoch ist sie einfach realisierbar und ergibt gute Annäherungswerte.

IJm zu verhindern, daß Bewegungen der Person, die die Vorrichtung trägt, fälschlicherweise als Puisschläge registriert werden, ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung eine Urierdrückungsschaltung vorgesehen, die nach Auftreten eines Impulses an dem Impulsgeber die Auswertung des Ausgangssignals der Pulsschlag-Zählvorrichtung unterdrückt. Immer wenn der Bewegungszähler laufende Bewegungen registriert, wird die Aufnahme der Pulsschlagsignale unterbrochen. Wenn der Bewegungszähler dagegen keine Bewegungen registriert, werden die Pulsschläge gezählt Dieser Wert wird für die folgende Bewegungsphase gespeichert und für eine Anzeige bzw. eine nachfolgende Weiterverarbeitung zugrunde gelegt

Zweckmäßigerweise sind der Zähler und die PuIsschläg-Zählvorrichtüng auf das von der Uhr abgeleitete Taktsignal hin rücksetzbar. Das Taktsignal benimmt somit die Meßintervalle, in denen die Bewegungszählung und die Pulszählung erfolgt. Nach Ablauf eines Meßintervalls werden der Zähler und die Pulsschlag-Zählvorrichtung auf Null zurückgesetzt, so daß die nächstfolgende Phase beginnen kann.

Um die Pulsfrequenz und die Bewegungsfrequenz ermitteln zu können, ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Zähler und die Pulsschlag-Zählvorrichtung an je einen Speicher angeschlossen sind, und daß die Speicherinhalte durch eine Wähleinrichtung separat an der Anzeigeeinrichtung anzeigbar sind. Die Umstellung der Wähleinrichtung kann beispielsweise durch ein- oder mehrmaliges Drücken eines Knopfes erfolgen, der an dem Gehäuse der Vorrichtung angebracht ist. Auf diese Weise können die verschiedenen Meßwerte, die ständig ermittelt und in der Vorrichtung immanent zur Verfügung stehen, auf Abruf wahlweise zur Anzeige gebracht werden.

Da das Gerät einerseits die Leistung anzeigt und andererseits auch eine Uhr enthält, kann die Arbeit als Produkt aus Leistung und Zeit in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung dadurch ermittelt werden, daß der Multiplizierer mit einem von einem Taktsignal getakteten Akkumulator verbunden ist, der bei jedem Taktsignal das Ausgangssignal des Multiplizierers zu seinem bisherigen Inhalt h'nzuaddiert und dessin Ausgangssignal über die Wähleinrichtung der Anzeigeeinrichtung zuführbar ist. iJie Ermittlung der Arbeit kann über einen längeren Zeitraum, z. B. pro Tag oder pro Woche summiert werden, um zu prüfen, ob die die Vorrichtung tragende Person ein bestimmtes Trainingsmaß einhält. Die Anzahl der Bewegungen und der Pulsschläge, die ausgewertet werden, kann jeweils auf einen unteren Wert begrenzt werden, so daß die aus den Produkten beider Meßwerte ermittelten Leistungs- und Arbeitswerte immer dann Null sind, wenn ein unterer Grenzwert nicht überschritten wird. Um dies zu erreichen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in den Weg des Ausgangssignals des Zählers und/oder der Pulsschlag-Zählvorrichtung eine Schwellwertschaltung geschaltet, deren Ausgangssignal Null ist, wenn das Eingangssignal unter einem vorgebbaren Schwel'vert liegt, und die das Eingangssignal unverändert durchläßt, wenn es über dem

Schwellwert liegt. Die Schwellwertschaltung kdiui in einfacher WeUe dadurch realisiert werden, .laß die niedrigwertigen Stellen des Zäklcrgcbnisse* jeweils fortgelassen bzw. von dsm ZO'ikx -nc!}· -wc^erflbertragor» werden. Damit ergibt Streß, bei dem nur ein erli-JiiU"· Pulsschlag, aber keine Bewegung stattfindet, kf-'ne Leistung und keine Arbeit. Auch eine Bewegung, wie z. B. Schreibmaschinenschreiben, wird dann nicht als Leistung und Arbeit im körperlichen Sinne gezählt.

Wenn nach einer Anstrengung die erhöhte Pulsfrequenz nach kurzer Zeit wieder auf den Normalpuls gefallen ist, ist dies ein Zeichen für einen gesunden Kreislauf. Bleibt der Puls dagegen über eine längere Zeit erhöht, gilt dies als krankhaft. Um den Abfall der Pulsfrequenz zu überwachen, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß das Ausgangssignal des Multiplizierers einer Schwellwertschaltung zugeführt wird, die einen Impuls erzeugt, wenn das Ausgangssignal unter einem vorgebbaren ersten Schwellwert absinkt und eine Warneinrichtung betätigt, wenn zu diesem Zeitpunkt das Pulszählsignal über einen vorgeb^wiren zweiten Schwellwert liegt

Damit die gesamte Vorrichtung in bzw. am Gehäuse einer Armbanduhr untergebracht werden kann, ist zweckmäßigerweise die Pulsschlag-Zählvorrichtur.g von einem Pulsfühler gesteuert, der mit einem Luftkissen an das Handgelenk anlegbar und über eine Luftleitung mit einem Druck/Spannungswandler verbindbar ist. Das Luftkissen kann an dem Armband der Uhr angebracht werden, so daß es gegen die Pulsader drückt

Um zu vermeiden, daß nach längerem Gebrauch das Luftkissen schlaff wird und dann seine Funktion nicht mehr wahrnehmen kann, kann der Pulsfühler eine das Luftkissen aufweitende elastische Spanneinrichtung und ein Außenluft einlassendes Rückschlagventil aufweisen. Die Spanneinrichtung besteht beispielsweise aus einer Feder oder einer Schaumstoffeinlage. Nach dem Abnehmen der Vorrichtung vom Handgelenk weitet sich somit das Luftkissen auf, wobei durch das Rückschlagventil Außenluft eingesaugt wird. Beim nachfolgenden Anlegen der Vorrichtung schließt das Rückschlagventil. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß stets hinreichend Luft in dem Luftkissen vorhanden ist.

Als Pulsfühler können auch andere Einrichtungen benutzt werden. So ist es bekann:, rotes Licht in die Fingerbeere oder das Ohrläppchen einzustrahlen. Die Remission wird mit einem Fotoempfänger gemessen. Der Meßwert schwankt mit der Pulsfrequenz. Am Handgelenk selbst ist die Messung nicht durchführbar. Ein entsprechender optischer Fühler müßte also mit einem Kabel mit der Vorrichtung verbunden sein. Es ist auch möglich, die Messung am Finger der anderen Hand vorzunehmen, jedoch erfordert die Durchführung der Messung dann den Einsatz beider Hände. Auch bei dieser Art der Pulsfreonenzmessung wird der Puls ersi dann registriert, wenn der Bewegungszähler Ruhe anzeigt, um Fehlmessungen zu vermeiden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein bevorzugtes Aur'ührungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. I ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung und

F i g. 2 einen schematischen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des Pulsfühlers.

Bei dem A"viihrung.;beispirl nach F i g. I ist vim Digitaluhr 10 vorgesehen, die Taktimpulse an einen

/.ahier It liefert, immer dann, wenn der Zähler 11 überläuft, entsteht an Leitung 12 ein Taktimpuls, der das Ende des alten und den lieginn eines neuen Meßintervalls anzeigt.

Der Impulsgeber, der auf Bewegungen anspricht. besteht aus einem mechanischen Beschleunigungsmesser 13 und einem nachgeschalteten elektrischen Differenzierglied 14. Der Beschleunigungsmesser 13 weist einen Trägheitskörper 15 auf, der kardanisch aufgehängt ist und im Falle von Beschleunigungen gegen einen Elekrodenring 16 stößt. Jedesmal wenn der elektrisch leitende und an ein Spannungspotential angeschlossene Trägheitskörper 15 gegen den Elektrodenring 16 stößt, gibt das Differenzierglied 14 einen elektrischen Impuls ab. Der Ausgang des Impulsgebers ι 13,14 ist an den Bewegungszähler 17 angeschlossen, der die Bewegungsimpulse zählt und seinerseits mit einem Speicher 18 verbunden ist.

Der Pulsfühler 19 weist eine von einer aufgeblähten Membran 21 begrenzte Luftkammer 20 aut, die über einen Schlauch 22 an den Druck/Spannungswandler 23 angeschlossen ist. Die Membran 21 wird gegen die Pulsader gedrückt, so daß der Druck/Spannungswandler 23 bei jedem Pulsschlag einen elektrischen Impuls liefert. Dieser wird dem Zähler 24 zugeführt, der : seinerseits mit einem Speicher 25 verbunden ist.

Die Taktsignale von Leitung 12 werden direkt dem Steuereingang des Speichers 18 zugeführt. Über ein Verzögerungsglied 26 werden sie jeweils den Rücksetzeingängen RS der Zähler 17 und 24 zugeführt. Im Falle eines Taktimpulses übernimmt also der Speicher 18 den Zählerstand des Zählers 17 und der Zähler 17 wird kurz darauf auf Null zurückgesetzt.

Da bei starker Bewegung Fehlimpulse am Pulsfühler 19 auftreten können, darf die ermittelte Pulszahl in diesem Fall nicht ausgewertet werden. Um die Auswertung zu verhindern, ist der Ausgang des Impulsgebers 13, 14 über ein Zeitglied 26 und einen Inverter 27 an den einen Eingang einer UND-Schaltung 28 gelegt, deren anderer Eingang mit Leitung 12 verbunden ist. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 28 wird dem Steuer- bzw. Übernahmeeingang des Speichers 25 zugeführt. Im Falle eines Bewegungsimpulses wird die UND-Schaltung 28 also für die Laufdauer des Zdtgliedes 26 gesperrt, so daß der Taktimpuls von ■* Leitung 12 nicht zum Speicher 25 gelangen kann, und dieser den inhalt des Zählers 24 nicht übernimmt. Nur wenn Icein Bewegungsimpuls aufgetreten ist. bewirkt ein Taktimpuls an Leitung 12 die Übernahme des Inhalts des Zählers 24 in den Speicher 25. Wenn nach erfolgter > Überrahme das Zeitglied 26 abgelaufen ist, wird der Zähler 24 zusammen mit dem Zähler 17 auf Null zurückgesetzt. Wenn aber ein Bewegungsimpuls aufgetreten ist, bleibt der Inhalt des Speichers 25 unverändert.

Die Speicher 18 und 25 sind über Schwellwertschalter " 29, 30 dereji Funktion noch erläutert wird jeweils mit der Wähleinrichtung 32 verbunden. An der Wähleinrichtung 32 kann wahlweise der Inhalt des Speichers 18 bzw. Speichers 25 ausgewählt und der digitalen Anzeigeeinrichtung 33 zugeführt werde. Auf diese Weise kann je ^w nach Wunsch die Anzahl der Bewegungsimpulse oder die Anzahl der Pulsschläge des letzten Intervalls angezeigt werden.

Die Ausgangssignale der Speicher 18 und 25 werden ferner einem Multiplizierer 34 zugeführt, in dem die "^ beiden Digital-werte miteinander multipliziert werden. Die Multiplikation aus Pulszahl und Bewegungszahl ergibt einen Wert für die Leistung. Dieser wird über Leitung 35 ebenfalls der Wähleinrichtung 32 zugeführt und kann nach Bedarf abgerufen werden. Evtl. ist noch eine Multiplikation mit einem Faktor erforderlich, um die Leistung in einer geläufigen Meßeinheit anzuzeigen.

Das Ausgangssignal des Multipliy.icrcrs.34 wird ferner einem Akkumulator 36 zugeführt, der von dem Taktsignal an Leitung 12 über ein Verzögerungsglied 37 gesteuert ist. Immer dann, wenn das Verzögerungsglied 37 einen Impuls abgibt, wird im Akkumulator das Ausgangssignal des Multiplizierers 34 zu dem bisherigen Inhalt des Akkumulators 36 hinzuaddiert. Auf diese Weise erfolgt die Messung der Arbeit, die über einen längeren Zeitraum hinweg fortgesetzt werden kann. Das Ausgangssignal des Akkumulators 36 wird ebenfalls der Wähleinrichtung 32 zugeführt, um wahlweise abgerufen und angezeigt werden zu können.

Der Schwellwertschalter 30 und 31 stellen fest, ob die von den Speichern 18 und 25 ausgegebenen Digitalsignale ihrem Wert nach über oder unter einem eingesteiiten Schweiiwert liefen. Wenn sie oberhalb des Schwellwertes liegen, werden sie unverändert durchgelassen, wenn sie aber unterhalb des Schwellwertes liegen, werden sie unterdrückt, d.h. als Nullsignale weitergeleitet. Dies hat zur Folge, daß geringe Bewegungszahlen bzw. Pulszahlen zum Ergebnis der Leistung bzw. Arbeit überhaupt nicht beitragen. Dagegen können die Werte von Pulszahl und Bewegungszahl auf Abruf auch dann angezeigt werden, wein sie unterhalb der Schwellwerte liegen. Der Aufbau digitaler Schwellwertschaltungen 30, 31 ist bekannt. Derartige Schaltungen arbeiten mit einem Speicher, der ' den Referenz- bzw. Schweiiwert enthält und einem Komparator.

Um nach einer größeren Leistung überwachen zu können, ob die Pulsfrequenz in dem erforderlichen Maße abgenommen h~· ist das Ausgangssignal des Multiplizierers 37 an einen Schwellwertschalter 38 gelegt, der einen Impuls ausgibt, solange die gemessene Leistung über einem bestimmten Schwellwert liegt. Die Rückflanke dieses Impulses steuert ein Zeitglied 39, das nach einer eingestellten Zeit, z. B. einer Minute, die UND-Schaltung 40 öffnet.

Die aus dem Speicher 25 ausgegebene Pulszahl wird in einem weiteren Schwellwertschalter 41 daraufhin überprüft, ob sie kleiner oder größer ist als ein eingestellter SchweHv/ert. Ist sie größer, dann legt der Ausgang der Schwellwertschaltung 41 ein »1«-Signal an die UND-Schaltung 40. Diese schaltet durch und betätigt eine Warneinrichtung 42. Auf diese Weise wird ermittelt, ob eine bestimmte Zeit nach dem Nachlassen der Hochleistung die Pulsfrequenz immer noch oberhalb des am Schwellwertschalter 41 eingestellten Schwellwertes liegt. Wenn dies der Fall ist, spricht die Alarmeinrichtung 42 an.

In F i g. 2 ist eine spezielle Form eines Pulsfühlers 19' dargestellt. Dieser besteht aus einer Platte 43, an derem Rand eine Membran 44 angebracht ist. Diese Membran ist zweckmäßigerweise nicht elastisch, weil sonst das Pulssignal gedämpft werden würde. Sie kann eine Verstärkungseinlage enthalten. Die Membran 44 wird zur Bildung des Luftraumes von einer Feder 45, die sich an der Platte 43 abstützt, nach außen gedrückt, wobei durch eine als Rückschlagventil wirkende Klappe 46 Außenluft unter die Membran gelangt Wird der Pulsfühler 19' angelegt, wobei die Membran 44 gegen das Handgelenk gedrückt wird, dann schließt das Rückschlagventil 46 und die eingeschlossene Luft kann nicht mehr entweichen. Auf diese Weise kann durch

einfaches Abnehmen und wieder Anlegen der Vorrichtung die Luftkammer regeneriert werden. Durch die Platte 34 hindurch führt aus der I.uftkanimer ein Kanal 47 heraus. d?r an die Leitung 22 von F i g. I angeschlossen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Leistungsmessung des menschlichen Körpers, mit einer Pulsschlag-Zähleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf Beschleunigungen reagierender Impulsgeber (13,14) mit einem Zähler (17) verbunden ist, dessen Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal der Pulsschlag-Zähleinrichtung (19,23,24) in einem Multiplizierer (34) periodisch multipliziert wird, und daß das Ergebnis der Multiplikation an einer digitalen Anzeigeeinrichtung (33) anzeigbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterdrückungsschaltung (26,27, 28) vorgesehen ist, die nach Auftreten eines Impulse: an dem Impulsgeber (13, 14) die Auswertung des Ausgangssignals der Pulsschlag-Zählvorrichtung (19,23,24) unterdrückt

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Pulsschlag-Zählvorrichtung (19,23, 24) an einen ersten Speicher (25) angeschlossen ist, der auf ein Taktsignal hin den Zählerstand übernimmt und daß die Steuereinrichtung für den ersten Speicher (25) von Impulsen des Impulsgebers (13,14) blockierbar ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Zähler (17) und die Pulsschlag-Zählvorrichtung (24) auf das Taktsignal hin rücksetzbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (17) und die Pulsschlag-Zählvorrichtung (24) an je einen Speicher (18, 25) angeschlossen sind, und daß die Speicherinhaltc durch eine Wäh'<schaltung (32) separat an der Anzeigeeinrichlung (33) arueigbar sind. _J5

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplizierer (34) mit einem von einem Taktsignal getakteten Akkumulator (36) verbunden ist, der bei jedem Taktsignal das Ausgangssignal des Multiplizierers (34) zu seinem bisherigen Inhalt hinzuaddiert und dessen Ausgangssignal über die Wähleinrichtung (32) der Anzeigeeinrichtung (33) zuführbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Weg des Ausgangssignals des Zählers (17) und/oder der Pulsschlag-Zählvorrichtung (24) eine Schwellwertschaltung (30,31) geschaltet ist, deren Ausgangssignal Null ist, wenn das Eingangssignal unter einem vorgebbaren Schwellwert liegt, und die das Eingangssignal unverändert durchläßt, wenn es über dem Schwellwert liegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Multiplizierers (34) einem Schwellwertschalter (38) zugeführt wird, der einen Impuls erzeugt, wenn das Ausgangssignal unter einem vorgebbaren ersten Schwellwert absinkt und eine Warneinrichtung (42) betätigt, wenn zu diesem Zeitpunkt das Pulszählsignal fiber einem vorgebbaren zweiten Schwellwert liegt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsschlag· Zählvorrichtung (24) von einem Pulsfühler (19, 19') gesteuert ist, der mit einem Luftkissen an das Handgelenk anlegbar und über eine Luftleitung (22) mit einem Druck/Spannungswandler (23) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsfühler (19') eine das Luftkissen aufweitende elastische Spanneinrichtung (45) und ein Außenluft einlassendes Rückschlagventil (46) aufweist

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß ein am Handgelenk nach Art einer Armbanduhr zu tragendes Gehäuse, an dem der Pulsfunler (19, 19') angebracht ist die elektrischen Komponenten enthält