TW384393B - Body fat meter and body weight scales equipped with body fat meter (revised edition) - Google Patents

Description

經濟部會慧財產局貝工消费合作社印製 A7 ___B7____' 五、發明說明（1 ) 【技術領域】 本發明係有關於，同時測定站立時雙腳之間的活體阻 抗和體重，再依據另外輸入之身高、性別、年齡等身體的 •特徵來計算體脂肪量的附體重計之體脂肪測宙計，其詳細 內容係有關於，可對應阻抗測定電極和被測定體之腳底的 接觸阻抗,差的附體重計之體脂肪測定計。 【技術背景】 本發明係針對，施予少許定電流於被測定體的末端， 利用測定電極間之電壓下降的部分所得到的活體末端間阻 抗，則可以推斷人體之組成分（the American Journal of Clinical Nutrition, 41(4) 810-817 1985 'Assessment of fat-free mass using bioelectrical impedance measurement of the human body〃）的構想，所提案（ USP.4，008，721，特公平5—49050、 特開平7 — 5 1 242等）之附體雷計之體脂肪測定計窗 際商品化的產品。 其中特別是關於特公平5 — 4 9 0 5 0的產品是一種 ，當被測定體站到體重計上時，在體重計的載重表面雙腳 接觸的位置，設有測定活體阻抗之平面金靥製的電極’只 要裸足站在測定計的指定位置，測量體脂肪量的因子就會 同時測定活體末端間阻抗和體重’再載入計算式’就可以 非常容易地推算出體脂肪量的裝置，而被實際商品化的附 儺重計之鴒脂昉測宙計。 本紙張尺度適用中國困家標準（CNS)A4现格（210 * 297公* ) I I I l· ! i I — I — II β I ! (請先Μ讀背面之注$項再填寫本買) 經濟部智慧財產渴員工消费合作社印製 A7 _ B7 1 五、發明說明（2 ) 以往的體脂肪測定計，首先，必須透過按鍵等輸入裝 置將身高、性別、年齡等身體資料輸入、記憶之後，再藉 由控制裝置，起動阻抗測定裝置，再利用類比數據輸出活 '體阻抗値，再將其透過類比/數位（A/D )轉換器轉換 爲數位數據，再從載入計算式所得到活體阻抗値，和記憶 裝置裡的身高等身體資料來推算出體脂肪量，再顯示於顯 示器。體重因爲常常會變動，所以和其他身體資料不同， 於每次測定的時候都必須重新輸入，所以本發明係爲設有 重量測定裝置，可以在測定被測定體的阻抗的同時也測量 被測定體之體重的附體重計之體脂肪測宙計。 此附體重計之體脂肪測定計，係在阻抗測定裝置的類 比輸出和上述類比/數位（A/D)轉換器之間設置切換 開關，將切換開關的一端連接重量測定裝置的類比輸出， 然後將切換開關的控制端子連接上述控制裝置，首先，在 切換開關，將重量測定裝置的輸出輸入類比/數位（A/ D )轉換器，將被測定體的體重値轉換成數位値，將該値 記憶於記憶裝置之後，切換切換開關，將阻抗測定裝置的 輸出輸入類比/數位（A/D)轉換器，將阻抗測定値轉 換成數位値，使重量測定裝置和阻抗測定裝置共用一個類 比/數位（A/D)轉換器（圖1)。 還有在上述當中，以往的附體重計之體脂肪測定計的 活體阻抗測定裝置，爲了避免電極和活體接觸所產生的阻 抗偏差影響測定値，而採用有4端子法（圖2及圖3 )。 在測定被測定體之重量的電子體重計的載重台，設有 (請先和讀背面之注$項再填寫本買)

本紙張尺度適用中國困家標準（CNS)A4規格（210 * 297公* ) -5- 熳濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 A7 __B7_' 五、發明說明（3 ) 當被測定體站上載重台上時接觸雙腳的腳趾頭部和腳後跟 部的電極A1、A2、Bl、B2，將帶有50kHz之 既知電流値i R的交流定電流源的電流端子連接電極A 1 • 、A2，再將交流電壓計的測定端子連接電極Bl、B2 。另外，交流電壓計的測定端子這部分的設計幾乎不會有 電流流入。 這個時候，體內阻抗等於r i ，右腳趾頭前端的接觸 阻抗等於rAl，左腳趾頭前端的接觸阻抗等於rA2， 右腳後跟的接觸阻抗等於r B 1，左腳後跟的接觸阻抗等 於 r B 2。 而交流定電流iR只會流向rAl，不會流向rBl 、rB2 ,而流向r i、rA2，然後流回電流端子。 這個時候，rAl、r i、rA2所產生的下降電壓 分別是， vAl=iRxrAl (1) v i = i R X r i (2) vA2=iRXrA2 (3) 這個時候，在交流電壓計的各個測定端子的部分，由 於電流不會流入，所以r B 1、r B 2所產生的下降電壓 則分別是0，所以不會對r B 1、r B 2產生任何影響， 就可以直接利用交流電壓計來觀測v i。 從（2 )式，可以得到體內阻抗r i爲 本纸張尺度適用中Η國家標準（CNS〉A4規格（210 * 297公釐〉 -6- —— — — — — II · I I I I (請先閱讀背面之注$項再填寫本買) A7 _B7 _' 五、發明說明（4 ) ri=vi/iR (4) (锖先W讀背面之注$項再填寫本I> 因爲i R爲既知的値，所以可以很容易地從觀測値 • v i求得。 交流定電流源，係由交流定電壓源、電阻R 1、運算 (0P)擴大器所構成（圖4)。 交流定電壓源的輸出係連接R 1的一端，而R 1的另 一端則連接運算（0 P )擴大器的負端子。在負端子的部 分連接有上述電極A1，而運算（0P)擴大器的輸出端 子則連接上述電極A2,正端子則連接接地（GND)( 0V)。運算（0P)擴大器的負端子，在輸出端子不飽 和的情形下，係和正端子成同電位，另外從負端子部分不 會有電流流進運算（0P)擴大器裡。因此，流向R1的 電流，會直接流向電極A1，然後流向活體，到達A2， 而被運算（0 P )擴大器的输出端子吸收。如果將交流定 電壓源的輸出電壓定爲v的話，則R 1兩端的電壓爲v， 所以 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 ri=v/Rl (5) 因爲v、R 1爲既知値，所以可以得到既知的定電流 〇 交流電壓計，係由差動增幅器、整流器、低通濂波器 及類比/數位（A/D )轉換器所構成。首先’利用差動 本紙張尺度適用t國國家镖準（CNS>A4惹格（210 * 297公釐） 經濟部暫慧財產局貝工消费合作社印製 A7 _B7 _* 五、發明說明（5 ) 增幅器，增幅輸出電極B 1、B 2之間之電壓差N倍的電 壓。 這個時候，差動增幅器的輸出電壓v爲 v = NxV i=NxiRXr i (6) 將此輸出輸入半波整流器的話，整流器只會輸出交流 電壓的正極部分。將其利用低通濾波器轉換爲直流電，再. 輸入上述類比/數位（A/D )轉換器的話，即可以獲得 和體內阻抗相比的數位値。 透過這樣的構造，就可以執行不受腳部接觸阻抗影響 的活體阻抗之測定。 但是，爲了執行更準確的測定，通常都以設定小的接 觸阻抗及必須用裸足爲前提來設計。通常腳底的接觸阻抗 在1 k Ω以內，阻抗測定電流的最大値設在1 mA以下。 將上述交流定電壓源的最大電壓設爲0 . 8V，將電 阻R 1設爲1 ΙίΩ的話，此時的電流値可以從（5 )式得 到 8 0 0 A Α。 將活體阻抗設爲5 Ο Ο Ω，再分別將接觸阻抗設爲1 kQ的話，電極A2的電壓V 〇則爲

Vo = 800it/Ax(rAl + r i + rA2) = 2 V 通常腳底的接觸阻抗係在1 k Ω以內，但是如果有穿 (請先《讀背面之注I項再鱗寫本頁> 訂.！ 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS>A4规格（210 X 297公釐） -8- 經濟部4r慧財產局貝工消费合作社印製 A7 ___ B7__' ' 五、發明說明（6 ) 襪子的情況的話，則會變大。 現在如果將接觸阻抗設在1 〇 k Ω的話，則計算出來 之電極A 2的電壓V 〇則會變成

Vo = 800 仁 A X (ΙΟΙεΩ +500 Ω +10kD )=16 . 4V (8) 另一方面，體脂肪測定計，大多都是以攜帶方便爲前 提設計的，主要都是以用電池來起動的較多。因此其電路 電壓，大多設在±5 V之間。就連定電流源使用的運算（ OP )擴大器之輸出端子的電壓，也在其範圍內，而上述 有穿襪子的情況（接觸阻抗爲10 kQ)，運算（OP) 擴大器會成飽和狀態，就不會有定電流的流動。因此， r i就不是既知的定電流，波形就會扭曲，變成不是正弦 波。但是，交流電壓計，會由該扭曲的波形測出不正確的 電壓輸出v i ，然後以該値來計算體脂肪量，顯示於顯示 器上。 所以如上所敘述的，以往的體脂肪測定計的活體阻抗 測定裝置，都是以裸足使用爲前提所設計的，在有穿襪子 等情況下，則測定裝置的電極和被測定體的接觸阻抗就會 過大，在整個系統的構造上，測定裝置的電極和被測定體 之間的下降電壓就會很大，造成定電流電源脫離正常的驅 動範圍，使指定的電壓無法正常流入活體，就無法執行準 確的測定動作。 本發明所欲解決的課題，就是提供一種在穿著襪子等 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210 X 297公釐） -9-

If — — — — — — ! .ί !| (請先明讀背面之注項再痹X本頁) 經濟部智慧財產局Λ工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7 ) 情形下，活體和測定活體阻抗之電極的接觸阻抗變大時’ 也可以很簡單且正確地推算出體脂肪量的附體重計之體脂 肪測定計〇 【發明之手段】 以用來測定活體阻抗的電流源爲定電壓電源，在定電 壓電源和電壓供給端子之間設置電流測定裝置來測量體內 流入電流，以所測量之體內流入電流和電壓測定端子之間 的電位差來決定雙腳間的阻抗〔圖8〕。 使體內流入電流可以不受接觸阻抗的影響而在正常的 動作範圍內產生動作，依據所算出的阻抗値來準確地推測 體內流入電流値和電壓測定端子之間的電位差，所以就算 接觸阻抗値過大，也一樣可以正確地執行活體阻抗的測定 0 依據本發明的一實施形態，係在測i重量的電子體重 計裡設置有，當被測定體站上體重計，雙腳的腳趾頭接觸 到載重台時，流入體內的一對電極A〔A1、A2〕，及 接觸雙腳的腳後跟，用來測定兩腳後跟之間的電位差的一 對電極B〔 B 1、B 2〕所構成之活體阻抗測定裝置的兩 對電極，及用來輸入身高、年齡、性別等身體特徵的輸入 裝置。將正弦波振動器的輸出透過既知電阻値的電阻R 1 連接電極A，從電阻R 1之電壓下降部分的電位差來求取 活體流入電流。另一方面，用差動增幅器抽出電極B之電 壓下降部分的電位差，再施予波形成形、整流等處置，於 (锖先《讀背面之注$項再赛寫本買) -ΟΜ ·1 — 11!訂·！！！ 本紙張尺度適用中团國家標準（CNS)A4规格（210 X 297公薏） -10- 經濟部智慧財產局貝工消费合作杜印製 A7 __B7___' 五、發明說明（8 ) 直流轉換之後再進行類比/數位（A/D )轉換，利用電 阻R的兩端電位差所求得的電流値做爲活體阻抗的數位値 輸入計算裝置。計算裝置，則依據被輸入的身高、年齡、 _性別等身體特徵，及測定或輸入的體重値，及活體阻抗的 數位値來推算體脂肪量，而顯示於載重台上的顯示器。 接下來，將就本發明的實施例，參照所附的圖面做更 詳細的說明。 【實施本發明之最佳形態】 特別是參照圖6及圖7所顯示的，將2 0 kH z的交 流電壓源連接交流電壓計的一端，再將另一端連接A 1端 子。A2端子連接接地（GND)。 交流電壓計的測定端子連接電極B 1、B 2。 將電阻R 1的兩端和B 1、B 2端子，選擇性的連接 差動增幅器，然後設置SW1，將SW1的控制端子連接 控制裝置。 藉由交流電壓源傳遞v X，再透過電阻R 1將電流流 向A 1。 用Al、A2之間的電阻r X，來顯示體內流入電流 i X的話， ix = vx/〔Rl + rx〕 控制裝置，係藉由SW1’將R1的兩端連接差動增 (請先IH讀背面之注項再瑱寫本賈)

• ·1111111 I I I I

n I .'V fr. 本紙張尺度適用中國困家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） -11 - A7 _ ._B7_ 五、發明説明9() (請先Μ讀背面之注f項再 幅器，藉由半波整流、低通濂波器，將其輸出轉換成直流 電壓’输入類比·/數位（A/D)轉換器，然後再轉換成 數位値，再將該値N X記憶於記憶裝置。 而R 1的兩端所產生的電壓則被當作數位値N X輸入 〇 由於R1的兩端所產生的電壓VR1爲VRl = i x XR1，所以體內流入電流i X則爲i X = VR1/R1 。現在’ VRI用數位値NX表示，由於R1已是既知値 *所以透過計算就可以求得i X。 因此，代表體內流入電流的數位値NR，就可以利用 订 NR==N x/R 1的計算式算出，然後記憶於記憶裝置裡 〇 接下來，藉由SW1，將B1、B2端子連接差動增 幅器，同樣地藉由半波整流、低通漶波器，输入類比/數 位（A/D)轉換器，然後再轉換成數位値，再將該値 N i記憶於記億裝置。 而活體阻抗r i所產生的電壓則被·當作數位値N i輸 經濟部智慧财產局貝工消费合作社印製 入。 因此，由於r i = v i/i X，所以利用數位値N i • · 、NR，就可以求得活體阻抗。 在依據所求得的活體阻抗値和被測定體的身體資料’ 藉由計算裝置算出體脂_量，顯示於顯示器上。 以上係使用電阻R1的交流電流計的例子’這種方法 在本發明裡特別有用。 本紙張尺度適用中國國家操率（C^iS ) A4规格（210X297公釐）.12- 經濟部智慧財產居貝工消费合作社印製 A7 ___B7__ 五、發明說明（10 ) 使用電壓下降的低交流電流計的情形，流向A 1端子 的電壓，幾乎和交流電壓電源的輸出vx是相等的。 爲使活體流入電流和接觸阻抗、體內阻抗成反比，當 •接觸阻抗極小的時候，體內阻抗就會變大。而此電流的先 決條件必須不影響活體的範圔內。 如果將活體流入電流的最大値設爲2 m A的話，則必 須設置使超過2 mA以上的電流不會流入交流電壓源等具 有控制功能的保護措施。 在上述的實施例裡，如果將交流電壓源的最大電壓的 2V、R1設爲1ΚΩ的話，ix=vx/〔Rl+rx 〕= 2V/〔Rl + rx〕<2mA，一定必須低於 2 m A。 也就是說，R 1，係藉由選擇其電阻値，而兼具有電 流控制功能。 當活體流入電流太小的時候，會產生精確度減低的情 形。顯示器上設有「高精確度」和「低精確度」的標示， NH係顯示確保高精確度範圍之電流値的數位値，如果穿 著較厚的襪子的話，將超過測定界限的電流値用NM I N 顯示’然後透過推算求得體脂肪量，當計算出之電流的數 位値NR，NR2NH的話，「高精確度」的燈就會點亮 ，顯示出體脂肪量，如果NH>NR>NMIN的話，「 低精確度」的燈就會點亮，顯示出體脂肪量，如果NRS NMIN的話，就會顯示「ERROR」》 透過這樣的方式，可以很明顯地顯示出精確度的變化 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210 X 297公釐） -13- — 111 — — — — — — — ·!11!可· I I I . <請先Μ讀背面之注$項再旗寫本頁)

-1 ^1 ϋ I 經濟部暫慧財產局貝工消费合作社印製 A7 _B7_' 五、發明說明（11 ) ，而避免錯誤發生。 雖然上述的例子，爲了簡單敘述省略了體重計的說明 ，但是，利用在阻抗測定裝置的類比输出和上述類比/數 •位（A/D)轉換器之間設置切換開關，將切換開關的一 端連接重量測定裝置的類比輸出，然後將切換開關的控制 端子連接上述控制裝置，首先，利用切換開關，將重量測 定裝置的輸出輸入類比/數位（A/D )轉換器，將被測 定體的體重値轉換成數位値，記憶於記憶裝置之後，再切 換切換開關，將阻抗測定裝置的輸出輸入類比/數位（A /D )轉換器，將阻抗測定値轉換成數位値，使重量測定 裝置和阻抗測定裝置可以共用一個類比/數位（A / D ) 轉換器，不但使用更方便，而且還可以降低價格。 以上，係針對如何達到更精確，而且不會出錯的體脂 肪測定的技術所做的說明，藉由這樣的技巧，就算直接穿 著襪子，也可以執行既精確又不會出錯的體脂肪測定。 【圖面之簡單說明】 圖1係顯示以往的附體重計之體脂防測定計的斷面圖 〇 圖2係顯示體脂肪測定模式圖。 圖3係顯示活體阻抗測定說明圖。 圖4係顯示定電流電源的斷面圖。 圖5係顯示交流電壓計的斷面圖。 圖6係顯示本發明之實施例的斷面圖。 —.1-I^--------08^ .-卜-1.- ϋ ^ · 1 ^ ·1 I ^ I I I (請先和讀背面之注$項再填寫本霣) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210 X 297公釐） -14- A7 A7 主要元件對照表 A 1、A 2 B 1、B 2 r i r A 1 r A 2 r B 1 r B 2 i R R 1 V R 1 _B7_ 五、發明說明（12 ) 圖7係顯示本發明的說明圖。 圖8係顯示本發明之課題解決方法的斷面圖 圖9係顯示本發明之實施例的動作流程圖。 腳趾頭部電極 腳後跟部電極 體內阻抗 右腳趾頭之接觸阻抗 左腳趾頭之接觸阻抗 右腳後銀之接觸阻抗 左腳後跟之接觸阻抗 交流定電流 電阻 R1兩端所產生的電壓 體內流入電流 I. ·11111--e·!·· (請先Μ讀背面之注ΦΗΦ-項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） -15 -

Claims (1)

1. 8888 ABCD 六、申請專利範圍 (請先聞讀背面之注f項再填寫本茛) 1 . 一種體脂肪測定計，其特徵爲具有：測定或輸入 被測定體的身高等身體資料的輸入裝置：及測定被測定體 的活體阻抗的活體阻抗測定裝置；及依據被輸入之身體資 料'測定或輸入的體重値、活體阻抗測定裝置所測到的活 體阻抗來計算體內脂肪量的計算處理裝置；及顯示計算處 理裝置所求得之體內脂肪量的顯示器，而測定活體阻抗的 活體阻抗測定裝置，係由：電壓電源、及將指定的電壓傳 至活體的一對電壓供給端子、及設在電壓電源和活體之間 的體內流入電流測定裝置、及測定由體內流入電流所產生 之電壓的活體間電壓測定裝置、及藉由上述體內流入電流 測定裝置得到之體內流入電流，及利用活體間電壓測定裝 置得到之活體間電壓來計算活體阻抗的裝置所構成。 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 2 . 一種附體重計之蘅脂肪測宙計，其特徵爲具有： 輸入被測定體的身高等身體資料的輸入裝置；及測定被測 定體的活體阻抗的活體阻抗測定裝置；及測定被測定體的 體重的體重測定裝置；及依據被輸入之身體資料、測定的 體重値、活體阻抗測定裝置所測到的活體阻抗來計算體內 脂肪量的計算處理裝置：及顯示計算處理裝置所求得之體 內脂肪量的顯示器；而測定活體阻抗的活體阻抗測定裝置 ，係由：電壓電源、及將指定的電壓傳至活體的一對電壓 供給端子、及設在電壓電源和活體之間的體內流入電流測 定裝置，及測定由體內流入電流所產生之電壓的活體間電 壓測定裝置、及藉由上述體內流入電流測定裝置得到之體 內流入電流，及利用活體間電壓測定裝置得到之活體間電 本紙張尺度逋用中國國家梯準（CNS )八4规格（210X297公釐） _ 16 · 夂、申請專利範囷 壓來計算活體阻抗的裝置所構成。 (請先W讀背面之注f項再填寫本3r) 3.如申請專利範圍第1或2項所述之體脂肪測定計 ’其中體內流入電流測定裝置，係由：設在電壓電源和活 體之間的·電阻、及該電阻的電壓測定裝置所構成。 4 .如申請專利範圍第3項所述之體脂肪測定計，其 中設在電壓電源和活體之間的電阻，兼具有控制體內流入 電流低於指定値以下的阻流電阻之功能。 订 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 . 一種附體重計之體脂肪測定計，係由：輸入被測 定體的性別、身高、年齡等身體資料的輸入裝置；及測定 被測定體的體重的體重測定裝置；設在當被測定體站到體 重計上時，在體重計的載重表面雙腳接觸的位置之兩對電 極；及測定雙腳間之活體阻抗的活體阻抗測定裝置；及依 據被輸入之身體資料、測定的體重値、雙腳間的活體阻抗 來計算體內脂肪量的計算處理裝置；及顯示計算處理裝置 所求得之體內脂肪量的顯示器所構成之附體重計之體脂肪 測定計，其特徵爲：測定活體阻抗的活體阻抗測定裝置係 由：電壓電源、及將指定的電壓傳至活體的一對電壓供給 端子、及設在電壓電源和活體之間的體內流入電流測定裝 置、及測定由體內流入電流所產生之電壓的活體間電壓測 定裝置、及藉由上述體內流入電流測定裝置得到之體內流 入電流與利用活體間電壓測定裝置得到之活體間電壓來計 算活體阻抗的裝置所構成。 本纸張尺度逍用中國困家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ ” _