DE602004007108T2

DE602004007108T2 - Vorrichtung zur bestimmung eines beschleunigungsabhängigen wertes und ergometer

Info

Publication number: DE602004007108T2
Application number: DE602004007108T
Authority: DE
Inventors: Gillian A. Mimnagh-Kelleher; Henricus A. Verspaget; Joannes G. Bremer; Adrianus P. Rommers; Wilhelmus L. Verhoeven
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: EP1595149A2; CN1748145A; ATE365328T1; US20060135888A1; JP2006519378A; WO2004070392A3; EP1595149B1; DE602004007108D1; WO2004070392A2

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 von 1.
Gleiche Elemente in der Zeichnung haben gleiche Bezugszeichen.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung mit einem Sensorsystem 2, das mit einem Addierelement 3, an das Addierelement 3 angeschlossenen Signalverarbeitungsmitteln 4 und einem an die Signalverarbeitungsmittel 4 angeschlossenen Speicher 5, Verbindung 6 und Anzeigemittel 7 verbunden ist.
Das Sensorsystem 2 umfasst drei Sensoren 8, 9, 10, die je einen Ausgang 11, 12, 13 haben. Die Ausgänge 11, 12, 13 der Sensoren 8, 9, 10 sind mit dem Addierelement 3 über parallel geschaltete elektrisch leitende Verbindungen 11', 12', 13' verbunden, wobei das Addierelement 3 mit den Signalverarbeitungsmitteln 4 über eine einzelne elektrische Verbindung 3' verbunden ist. Die Signalverarbeitungsmittel 4 umfassen eine Filteranordnung 14, einen Verstärker 15 und einen Prozessor 16.
Mit Hilfe des Prozessors 16 wird ein Wert ermittelt und eventuell in einem Speicher 19 gespeichert. Ein Computer (nicht abgebildet) ist beispielsweise seriell an die Verbindung 6 angeschlossen. Die Anzeigemittel 7, wie z.B. ein Bildschirm, können die mit Hilfe des Prozessors 16 ermittelten Werte anzeigen.
2 zeigt das Sensorsystem 2 der Einrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Sensorsystem 2 umfasst ein Gestell, auf dem drei unabhängig arbeitende Sensoren 8, 9, 10 montiert sind.
Die Sensoren 8, 9, 10 umfassen je einen piezoelektrischen Streifen 26, 27, 28, die in Aussparungen dem Gestell 25 eingebettet sind, wobei die Streifen 26, 27, 28 an einem Ende mit Hilfe eines Stützmittels (nicht abgebildet) festgehalten werden. Die Streifen 26, 27 verlaufen durch das Gestell 25, wobei der Streifen 26 so ausgerichtet ist, dass mit Hilfe des Streifens 26 die Beschleunigung in X-Richtung aufgezeichnet wird, und der Streifen 27 so ausgerichtet ist, dass mit Hilfe des Streifens 27 die Beschleunigung in Y-Richtung aufgezeichnet wird. Der Streifen 28 ist parallel zu dem Gestell 25 in der Aussparung eingebettet, so dass die Beschleunigung in Z-Richtung mit Hilfe des Streifens 28 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 Streifen 26, 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 Ausgängen 11, 12, 13 der Sensoren 8, 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 Sensoren 8, 9, 10 werden über die Ausgänge 11, 12 und 13 und die Verbindungen 11', 12', 13' zu einem Addierelement 3 geführt. In dem Addierelement 3 werden die Ströme I₈, I₉, I₁₀ miteinander addiert, was einen Gesamtstrom: I_tot = I₈ + I₉ + I₁₀ ergibt.
Hinter dem Addierelement 3 wird der Gesamtstrom I_tot zu einem Wert verarbeitet, der von dem Prozessor 16 verarbeitet werden kann. Der Wert kann in dem Prozessor 16 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 Prozessor 16 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 Verbindung 6 in einen Computer eingeschrieben werden, mit dem die von der Einrichtung 1 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 Sensor 8, 9, 10 kommenden Stroms zu ermitteln.

Claims

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.