DE602004007108T2 - Vorrichtung zur bestimmung eines beschleunigungsabhängigen wertes und ergometer - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ermitteln eines Wertes, der repräsentativ für Beschleunigungen in zumindest zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen ist, wobei die Einrichtung ein Sensorsystem umfasst, mit dem die Beschleunigung in jeder der zueinander senkrechten Richtungen in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann, wobei der Wert mittels Signalverarbeitungsmitteln aus den elektrischen Signalen der genannten Sensoren ermittelt werden kann.
- Die Erfindung betrifft weiterhin ein Ergometer zum Messen eines Wertes, der repräsentativ für eine körperliche Anstrengung eines Individuums ist, welches Ergometer eine Anordnung umfasst, die ein Sensorsystem enthält, mit dem die Beschleunigung in jeder der zueinander senkrechten Richtungen in elektrische Signale umgewandelt werden kann, wobei der Wert mittels Signalverarbeitungsmitteln aus den elektrischen Signalen der genannten Sensoren ermittelt werden kann.
- Eine derartige aus US-B1-6.361.508 bekannte Einrichtung umfasst einen Sensor, der zum Messen von Werten geeignet ist, die repräsentativ für Beschleunigungen eines sich bewegenden Individuums in drei zueinander senkrechten Richtungen sind. Der Sensor generiert drei elektrische Signale, die linear proportional zu den Beschleunigungen in den einzelnen Richtungen sind. Die Einrichtung umfasst weiterhin Signalverarbeitungsmittel, die drei Schaltungen enthalten. Die drei gesonderten elektrischen Signale werden von den drei Schaltungen einzeln verarbeitet.
- Ein Nachteil dieser Einrichtung ist, dass die Einrichtung infolge der drei Schaltungen relativ komplex und kostspielig ist.
- Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung mit einem relativ einfachen und kostengünstigen Aufbau zu schaffen, mit deren Hilfe ein Wert erhalten werden kann, der repräsentativ für die Beschleunigungen ist.
- Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass vor den Signalverarbeitungsmitteln die elektrischen Signale mit Hilfe eines Addierelementes miteinander addiert werden können.
- Indem die elektrischen Signale vor den Signalverarbeitungsmitteln miteinander addiert werden, braucht nur eine einzelne elektrische Schaltung zur Ermittlung des Wertes verwendet werden. Dies liefert eine Einrichtung mit einem einfachen Aufbau, die darüber hinaus in kompakter Weise und kostengünstig hergestellt werden kann.
- In WO 81/01507 wird ein Ergometer offenbart, das einen Beschleunigungsmesser enthält.
- EP-1.256.316 beschreibt eine tragbare Einrichtung, die Mittel zur Berechnung des Physical Activity Index aufweist, auf Basis des von einem Beschleunigungssensor generierten Signale.
- XP000643309, "Effects of placement and orientation of body-fixed accelerometers on the assessment of enery expenditure during walking" von Bouten et al. offenbart Testergebnisse zum Ermitteln des besten Ortes für einen Beschleunigungsmesser auf einem Körper.
- Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Addierelement die Verbindungen, die die elektrischen Signale leiten, parallel geschaltet sind.
- Auf eine solche Weise werden die Signale mit Hilfe der bereits vorhandenen Verbindungen in einfacher und kompakter Weise miteinander addiert.
- Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem zumindest einen Sensor umfasst, der einen aus piezoelektrische Material hergestellten flexiblen Streifen umfasst.
- Ein derartiger Sensor kann kostengünstig hergestellt werden, während mit Hilfe des Sensors relativ genaue Beschleunigungen in und entgegen einer Richtung senkrecht zu dem Streifen gemessen werden können.
- Die Erfindung hat auch zur Aufgabe, ein Ergometer zu schaffen, das einen relativ einfachen und kostengünstigen Aufbau hat.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor den Signalverarbeitungsmitteln die elektrischen Signale mit Hilfe eines Addierelementes miteinander addiert werden können.
- Der von den Signalverarbeitungsmitteln aus den miteinander addierten elektrischen Signalen zu ermittelnde Wert ist repräsentativ für die von einem Individuum, wie z.B. einer Person, ausgeführten Beschleunigungen und ist somit repräsentativ für die von dem Individuum geleistete Anstrengung. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ergometers kann ein Wert, der repräsentativ für die Anstrengung ist, somit in einfacher Weise ermittelt werden.
- Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ergometers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ergometer eine Datenbasis umfasst, in der der Wert mit einem Energiewert korreliert ist, wie z.B. einem Nährwert.
- Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Wert, der repräsentativ für die Anstrengung eines Individuums ist, an einen Energiewert, wie z.B. einen Nährwert gekoppelt werden kann, um beispielsweise die Anzahl Kilojoules zu ermitteln, die eine gewisse Anstrengung gekostet hat.
- Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ergometers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ergometer einen Speicher umfasst, in dem Energiewerte für eine gewisse Zeitdauer gespeichert werden können.
- Auf diese Weise ist es möglich, Werte, die repräsentativ für einzelne Anstrengungen sind, zeitlich miteinander zu vergleichen.
- Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ergometers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ergometer einen Bildschirm umfasst, auf dem die momentane Anstrengung und/oder mittlere Anstrengung über einen gewissen Zeitraum in Energiewerten wiedergegeben werden kann.
- Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Benutzer die momentane Anstrengung und/oder die mittlere Anstrengung direkt ablesen kann.
- Noch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ergometers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ergometer eine Kopplung umfasst, mit der ein Computer verbunden werden kann, um gespeicherte Daten von dem Ergometer zu dem Computer zu übertragen.
- Auf diese Weise können die Daten zu einem Computer übertragen werden, in dem mehr Speicherraum vorhanden ist. Zusätzlich können die Daten in dem Computer ausführlicher verarbeitet werden und ist es möglich, graphische Darstellungen der vom Ergometer als Funktion der Zeit aufgezeichneten Anstrengung zu erstellen.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
- Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung, -
2 eine Draufsicht eines Sensorsystems der erfindungsgemäßen Einrichtung von1 . - Gleiche Elemente in der Zeichnung haben gleiche Bezugszeichen.
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung mit einem Sensorsystem2 , das mit einem Addierelement3 , an das Addierelement3 angeschlossenen Signalverarbeitungsmitteln4 und einem an die Signalverarbeitungsmittel4 angeschlossenen Speicher5 , Verbindung6 und Anzeigemittel7 verbunden ist. - Das Sensorsystem
2 umfasst drei Sensoren8 ,9 ,10 , die je einen Ausgang11 ,12 ,13 haben. Die Ausgänge11 ,12 ,13 der Sensoren8 ,9 ,10 sind mit dem Addierelement3 über parallel geschaltete elektrisch leitende Verbindungen11' ,12' ,13' verbunden, wobei das Addierelement3 mit den Signalverarbeitungsmitteln4 über eine einzelne elektrische Verbindung3' verbunden ist. Die Signalverarbeitungsmittel4 umfassen eine Filteranordnung14 , einen Verstärker15 und einen Prozessor16 . - Mit Hilfe des Prozessors
16 wird ein Wert ermittelt und eventuell in einem Speicher19 gespeichert. Ein Computer (nicht abgebildet) ist beispielsweise seriell an die Verbindung6 angeschlossen. Die Anzeigemittel7 , wie z.B. ein Bildschirm, können die mit Hilfe des Prozessors16 ermittelten Werte anzeigen. -
2 zeigt das Sensorsystem2 der Einrichtung1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Sensorsystem2 umfasst ein Gestell, auf dem drei unabhängig arbeitende Sensoren8 ,9 ,10 montiert sind. - Die Sensoren
8 ,9 ,10 umfassen je einen piezoelektrischen Streifen26 ,27 ,28 , die in Aussparungen dem Gestell25 eingebettet sind, wobei die Streifen26 ,27 ,28 an einem Ende mit Hilfe eines Stützmittels (nicht abgebildet) festgehalten werden. Die Streifen26 ,27 verlaufen durch das Gestell25 , wobei der Streifen26 so ausgerichtet ist, dass mit Hilfe des Streifens26 die Beschleunigung in X-Richtung aufgezeichnet wird, und der Streifen27 so ausgerichtet ist, dass mit Hilfe des Streifens27 die Beschleunigung in Y-Richtung aufgezeichnet wird. Der Streifen28 ist parallel zu dem Gestell25 in der Aussparung eingebettet, so dass die Beschleunigung in Z-Richtung mit Hilfe des Streifens28 aufgezeichnet wird. - Die Einrichtung, die beispielsweise an einem Gürtel befestigt ist, wird von einer Person getragen. Wenn diese Person wandert oder läuft, werden infolge der dabei auftretenden Beschleunigungen Kräfte auf die Streifen
26 ,27 ,28 ausgeübt, die dazu führen, dass die Streifen26 ,27 ,28 gebogen werden. Die Biegung wird eine elektrische Last erzeugen, die proportional zur Beschleunigung ist. Die erzeugten Ströme I8, I9, I10 werden zu den Ausgängen11 ,12 ,13 der Sensoren8 ,9 ,10 übertragen. - Die mit Hilfe der Sensoren
8 ,9 ,10 erzeugten Ströme I8, I9, I10 sind repräsentativ für die Beschleunigungen in der X-, Y- und Z-Richtung. Die Ströme I8, I9, I10 der Sensoren8 ,9 ,10 werden über die Ausgänge11 ,12 und13 und die Verbindungen11' ,12' ,13' zu einem Addierelement3 geführt. In dem Addierelement3 werden die Ströme I8, I9, I10 miteinander addiert, was einen Gesamtstrom: Itot = I8 + I9 + I10 ergibt. - Hinter dem Addierelement
3 wird der Gesamtstrom Itot zu einem Wert verarbeitet, der von dem Prozessor16 verarbeitet werden kann. Der Wert kann in dem Prozessor16 in eine Größe umgewandelt werden, die den Grad der Anstrengung angibt. Die Werte sind mit Energiewerten, wie z.B. Nährwerten, korreliert. Dies ist mit Hilfe einer in dem Prozessor16 gespeicherten Datenbasis möglich, in der jeder Wert einen zugehörigen Energiewert hat. - Mit Hilfe des Speichers
19 ist es beispielsweise möglich, die Ergebnisse für eine gewisse Zeitdauer aufzubewahren. Die Ergebnisse können auch über die Verbindung6 in einen Computer eingeschrieben werden, mit dem die von der Einrichtung1 erzeugten Daten noch weiter verarbeitet werden können. - Das Sensorsystem
2 kann auch zwei Sensoren aufweisen, um beispielsweise nur die Beschleunigung in der X und der Y-Richtung aufzuzeichnen. - Es ist auch möglich, vor dem Addierelement
3 den absoluten Wert jedes von einem Sensor8 ,9 ,10 kommenden Stroms zu ermitteln.
Claims (12)
- Einrichtung zum Ermitteln eines Wertes, der repräsentativ für Beschleunigungen in zumindest zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen ist, welche Einrichtung zumindest zwei Sensoren umfasst, wobei mit jedem Sensor die Beschleunigung in einer der zueinander senkrechten Richtungen in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann, wobei der Wert mittels Signalverarbeitungsmitteln aus den elektrischen Signalen der genannten Sensoren ermittelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Signalverarbeitungsmitteln die elektrischen Signale in Form eines Stroms jedes Sensors mit Hilfe eines Addierelementes miteinander zu einem Gesamtstrom addiert werden können, wobei die Signalverarbeitungsmittel ausgebildet sind, den genannten Gesamtstrom in den Wert umzuwandeln, der repräsentativ für Beschleunigungen ist.
- Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Addierelement die Verbindungen, die die elektrischen Signale leiten, parallel geschaltet sind.
- Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorsystem zumindest einen Sensor umfasst, der einen aus piezoelektrische Material hergestellten flexiblen Streifen umfasst.
- Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsmittel einen Signalverstärker, ein Bandpassfilter und einen Prozessor umfassen.
- Ergometer zum Messen eines Wertes, der repräsentativ für Beschleunigungen in zumindest zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen ist, welcher Wert mittels Signalverarbeitungsmitteln in eine Größe umgewandelt werden kann, die den Grad einer Anstrengung anzeigt, wobei das Ergometer eine Einrichtung umfasst, die zumindest zwei Sensoren enthält, wobei mit jedem Sensor die Beschleunigung in einer der zueinander senkrechten Richtungen in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann, wobei der Wert mittels Signalverarbeitungsmitteln aus den elektrischen Signalen der genannten Sensoren ermittelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Signalverarbeitungsmitteln die elektrischen Signale in Form eines Stroms jedes Sensors mit Hilfe eines Addierelementes miteinander zu einem Gesamtstrom addiert werden können, wobei die Signalverarbeitungsmittel ausgebildet sind, den genannten Gesamtstrom in den Wert umzuwandeln, der repräsentativ für Beschleunigungen ist.
- Ergometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Addierelement die Verbindungen, die die elektrischen Signale leiten, parallel geschaltet sind.
- Ergometer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergometer eine Datenbasis umfasst, in der der Wert mit einem Energiewert korreliert ist, wie z.B. einem Nährwert.
- Ergometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergometer einen Speicher umfasst, in dem Energiewerte für eine gewisse Zeitdauer gespeichert werden können.
- Ergometer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergometer einen Bildschirm umfasst, auf dem die momentane Anstrengung und/oder mittlere Anstrengung über einen gewissen Zeitraum in Energiewerten wiedergegeben werden kann.
- Ergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergometer eine Kopplung umfasst, mit der ein Computer verbunden werden kann, um gespeicherte Daten von dem Ergometer zu dem Computer zu übertragen.
- Ergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5–10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem zumindest einen Sensor umfasst, der einen aus piezoelektrischem Material hergestellten flexiblen Streifen enthält.
- Ergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsmittel einen Signalverstärker, ein Bandpassfilter und einen Prozessor umfassen.
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