CN1185985C

CN1185985C - 锻炼量测量设备

Info

Publication number: CN1185985C
Application number: CNB971905088A
Authority: CN
Inventors: 天野和彦; 上马场和夫; 石山仁
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2017-03-21
Also published as: EP1334693B1; DE69731347T2; DE69735683T2; JP3564482B2; TW365527B; WO1997035514A1; EP1334693A1; EP0829226B1; EP0829226A4; EP0829226A1; CN1193266A; US6042549A; DE69731347D1; DE69735683D1

Abstract

本发明公开了一种锻炼强度和锻炼量测量设备，该设备能够测量锻炼强度，不管锻炼的类型，并且只有当使用者正在进行适当强度的锻炼时测量锻炼量。首先使用者预先利用传统的方法估计自己的V_0.2max并将这个值输入该设备中。该设备确定对应于这个V_0.2max的脉搏速率的上下界限值。锻炼过程中当脉搏速率处于这个上下界限值之间时，CPU308就在基于振荡电路311和分频电路312提供的时钟脉冲的间隔内，增加储存在RAM309中的累计时间。同时，CPU308比较锻炼时的脉搏波形和休息时的脉搏波形，并估计锻炼强度。

Description

锻炼量测量设备

发明背景

1、发明背景

本发明涉及在锻炼时，如跑步、竞走等，测量锻炼强度的设备和测量锻炼量的设备。

2、背景技术

许多人锻炼以增强他们的体质。

一般来说，进行锻炼的个人(此后称作锻炼者)确定他自己的锻炼能力，然后根据其能力进行一定强度的锻炼。

然而，尽管锻炼强度相同，根据身体情况，身体每次所承受的负荷都不尽相同。

由于这个原因，尽管在锻炼者根据其锻炼能力锻炼时，希望在锻炼时对锻炼者所承受的负荷进行连续的监控。

日本专利申请平8-10234(标题：用于测量锻炼量的设备)引用作为满足该目的的锻炼量测量设备的一个例子。

然而，在这个锻炼量测量设备中，检测血流量的传感器被固定在跑步机上。这样，考虑到仅限于使用了跑步机锻炼的锻炼强度，不可避免的缺点在于，当不使用跑步机时就无法测量锻炼强度。

此外，计步器可有效的作为测量锻炼量(注意，在本详细说明中，锻炼强度表示每个瞬间的锻炼强度，而锻炼量则表示一定时间内的锻炼量)的设备的一个例子。

然而，从提高耐力的角度来看，低于一定强度水平的锻炼意义不大。相反，锻炼水平超过一定的强度水平则比较危险。因此，必须进行适当强度的锻炼。

计步器通常计算步数，不管使用者走得慢或快。尽管使用者能够知道步数，他并不能知道多少步真正有效(即锻炼量)。

此外，当一个人继续锻炼时，上述的适当强度将增加。在这个方面，直至目前，尚没有能够测量与个人的锻炼能力提高相对应的锻炼量的设备。

发明概述

本发明考虑到上述的情况，作为其第一目的，提供一种能够测量锻炼强度的锻炼强度测量设备，而不管进行的锻炼的类型。

作为本发明的第二目的，提供一种供于使用者适当强度锻炼时能够测量锻炼量的锻炼量测量设备。

为实现这些目的，本发明的特征首先在于从脉搏波形的谐波分量确定正在进行的锻炼的锻炼量。

此外，本发明的另一个特征在于提供：

一个脉率设定装置，该装置根据使用者的最大氧气摄入量％V_02max设定锻炼时脉率的合适界限；

一个测量使用者的脉率的脉率测量装置；

一个累计装置，该装置累计时间持续期，在该持续期内，脉率测量装置在由脉率设定装置设定的范围内测量脉率；

一个提示装置，该装置从累计装置进行的累计运标的结果提供提示。

作为上述第一特征的结果能够测量锻炼的强度，不管进行的锻炼属于哪种类型。

此外，作为上述第二特征的结果，有可能只对使用者适当强度的锻炼测量锻炼量

附图简述

图1是表示根据本发明第一个实施例的锻炼强度和锻炼量测量设备的结构实例的原理图。

图2是表示上述锻炼强度和锻炼量测量设备外形的斜视图；

图3是表示利用该锻炼强度和锻炼量测量设备的脉搏波形测量方法的流程图；

图4A是通过加上频率fA和频率fB得到的信号曲线图；图4B是对所加的信号进行FFT(快速傅里叶变换，下文称为FFT)处理后得到的结果的图形；

图5A至C是表示在使用者锻炼时对身体运动传感器302和脉搏波传感器301的输出信号进行FFT处理后得到的结果的实例图；

图6是对身体运动传感器302进行FFT处理后得到的结果；

图7是表示在指定身体运动信号的谐波后指定最佳频率分量的处理万法的流程图；

图8和9是表示图7改进的实例的流程图；

图10是表示Ping mai的频率线谱实例的图；

图11是表示Hua mai的频率线谱实例的图；

图12是表示Xuan mai的频率线谱实例的图；

图13是表示Ping mai实例的波形图；

图14是表示Hua mai实例的波形图；

图15是表示Xuan mai实例的波形图；

图16是表示采用压电元件作为提示装置的安装状态的横剖图；

图17是表示脉率表格的一个实例的解释性视图；

图18A和18B是表示显示设备313的一个实例的解释性图；

图19和20是表示改进显示锻炼强度和锻炼量的安排的实例的数字。

图21示出锻炼目标屏幕的实例。

图22-24示出锻炼状态的实例。

本发明的优选实施方案

(实施方案1)

下面将参照附图对本发明的优选实施方案进行解释。

1、实施方案的构造

图1是表示根据这个实施方案的锻炼强度和锻炼量测量设备的结构实例的原理图。

在该图中，脉搏波传感器301检测体内的脉搏波，并将检测到的脉搏波信号输送给脉搏波信号放大电路303。脉搏波传感器301可以是例如，一个压电麦克风。

身体运动传感器302检测身体的运动，并将检测到的身体运动信号输送给身体运动信号放大电路304。身体运动传感器302可以是例如，一个加速度传感器。

脉搏波信号放大电路303放大检测到的脉搏波信号，并将该信号输送给A/D(模拟-数字，下文称为A/D)转换电路305及脉搏波形整形电路306。

身体运动信号放大电路304放大检测到的身体运动信号，并将信号输出到A\D转换电路305和身体运动波形整形电路307。

A/D转换电路305将放大的脉搏波信号和身体运动信号由模拟信号转换为数字信号，并将这个结果输送给CPU(中央处理器，下文称为CPU)308。

脉搏波形整形电路306对放大的脉搏波信号进行整形，并将其输送给CPU308。

身体运动波形整形电路307对放大的身体运动信号进行整形，并将结果输送给CPU308。

休息时的脉搏波形记录装置314是一个非易失性存储器(E²PROM、快闪存储器、有电池供电的RAM等)，记录CPU308得到的休息时的脉搏波形。

振荡电路311产生固定周期的时钟脉冲。

分频电路312对振荡电路311产生的时钟脉冲分频，并产生具有一定周期的脉冲。

由液晶显示器形成显示器313显示上述时间段的累加值。

输入单元316有一个用于选择各种模式的模式开关M、用于改变设定值的上升开关U和下降开关D、以及用于确定设定值的设定开关S。

脉速率表格记录单元315由ROM(只读存储器)形成，特别用来储存脉率表格。

图17是表示该脉率表格的一个实例的解释性视图。

如该图所示，脉率表格储存了与对应于每个V_02max的脉率。

在这个图中，V_02max是指定个人以最大强度锻炼时的最大氧气摄入量。此外，除了表示最大氧气摄入量外，V_02max还可用来表示锻炼强度，如V_02max为40ml/kg/min的锻炼。

该图中，对每个V_02max脉率是具有如上指出的V_02max个人以与相应于50％的V_02max的强度锻炼时的平均脉搏速率。

注意，脉率表格记录单元315中记录有两类脉率表格(男性和女性)。图17所示的脉率表格是男性的。

图2是表示这种设备外观的斜视图。

在这个图中，主体11用带子12系在使用者的手臂上。

脉搏波传感器301(见图1)和身体运动传感器302(见图1)被带子13系在手指上。

2、实施方案的操作

(1)V_02max的测量

现将解释上述锻炼强度和锻炼量测量设备的操作。

使用者使用传统的间接方法预先估计自己的V_02max。在这种情况下，有一种从最大锻炼下的速率和力量估计V_02max/wt的间接方法(参见Insurance Science，Vol.32，No.3，1990.)。

接下来，使用者按模式开关W(见图1)，由此将显示器313上的显示改变为图18(a)所示的状态。

在这个状态下，当使用者按上升开关U(或下降开关D)一次，显示器313上的显示从1(男性)转变为2(女性)，或从2(女性)转变为1(男性)。按这种方式使显示与他或她的性别匹配后，使用者通过按动设定开关S输入上述值。作为这种情况的一个例子，1(男性)被输入。

一旦输入了使用者的性别，CPU308从储存在脉率表格记录单元315中的这两个脉搏速率表格(男性的和女性的)中读出相应于输入性别的脉率表格。在这种情况下由于输入的是1(男性的)，CPU308将男性的脉率表格(见图17)读出。

接下来，使用者按模式开关M，将显示器313上的显示改变为图18(b)所示的状态。

在这个状态，当使用者连续按上升开关U时，显示器313的上显示向上计数，或者当使用者连续按下降开关D时，显示器313上的显示向下计数。一旦使用者使显示的值与自己的V_02max相匹配，就通过按设定开关S输入这个值。作为这种情况的一个例子，40是输入值。

一旦输入V_02max，CPU308从上面的脉率表格(见图17)中读出对应于该V_02max的脉率。这里，由于输入的是40，CPU308将读出对应于上述值40的值125。

接下来，CPU308通过用特定的上限值系数1.2(即120％)与读出的脉率相乘，确定脉率的上限值。在这个实例中，由于上述脉率为125，上限值变为150。

与此类似，CPU308通过用特定的下限值系数0.8(即80％)与读出的脉率相乘，确定脉率的下限值。在这个实例中，由于上述脉率为125，下限值变为100。

(2)休息时数据的收集

当使用者在设定了脉率的上限和下限值后同时按开始开关S和模式开关M，根据这个实施方案的装置开始检测使用者在休息时的脉搏波形。对此将参照图3的流程图进行更详细的解释。

在图中的步骤SA1中，检测脉搏波，这个脉搏波信号被放大，放大的脉搏波信号由模拟信号转换成数字信号。

在步骤SA2中，检测身体的运动，该身体运动信号被放大，放大的身体运动信号由模拟信号转换成数字信号。

在步骤SA3中，对模-数转换过的脉搏波信号和身体运动信号进行FFT处理。

在步骤SA4中，在FFT处理过的脉搏波信号和身体运动信号的基础上将拍频分量提取出来。

本说明书中使用的拍频分量定义在去除相应于由脉搏波信号的FFT处理后得到的结果中的身体运动信号的频率分量后获得的拍频分量。该处理的细节在下面的标题(3)锻炼时的数据收集中讨论。然而，当使用者处于休息状态，身体运动信号的水平很低以致于可以忽略不计。由于这个原因，拍频分量与脉搏波信号FFT处理后得到的结果相等。

在步骤SA5中，从提取出的拍频分量中计算出脉率。

当检测了休息时的脉搏波形，CPU308将这个脉搏波形记录在休息时脉搏波形记录系统314中。

换句话说，基本的波形分量是从拍频分量中提取，60秒除以基本波形分量的倒数(即基本波形分量的周期)得到的值即为脉率。

图4A表示的是加上频率fA和fB(然而，这里频率fB的幅值为频率fA的一半)后得到的信号。图4B表示的是所加的信号FFT处理后得到的结果的图形。

作为FFT处理的结果而得到的最低频率是根据分析的时间的倒数确定的。例如，如果分析的持续时间为16秒，那么线谱为1/16秒。换句话说，得到的分辨率为62.5毫秒。因此，用来分析的信号被还原为16Hz的整数倍的谐波分量。各谐波分量的大小(功率)沿垂直轴表示。图4B表示频率fB的功率为频率fA的一半。

(3)锻炼时数据的收集

锻炼时当使用者按开始开关S，图3所示的过程被重复执行。结果，使用者的脉搏波形被检测。随后，在每次执行图3所示的过程时通过步骤SA4引发图7所示的子过程。现在将解释这个子过程的细节。

首先，由于使用者锻炼时身体运动分量超过了脉搏波，必须进行处理以除去该分量。

图5表示锻炼过程中对脉搏波传感器301和身体运动传感器302来的输出信号进行FFT处理后得到的结果的实例。在图中，5A表示对脉搏波传感器301来的输出信号进行FFT处理后得到的结果(脉搏波频谱fmg)；5B表示对身体运动传感器302来的输出信号进行FFT处理后得到的结果(身体运动频谱fsg)；5C表示将身体运动频谱fsg从脉搏波频谱fmg中扣除后得到的拍频谱fM。

如这些图所示，拍频分量和从身体运动所产生的信号来的频率分量都表示在图5A中。

相反，由于身体运动传感器302只对应于身体运动，图5B中得到的只是身体运动所产生的信号中的频率分量。

因此，将身体运动频谱fsg从脉搏波频谱fmg中扣除，余下的线谱fM中的最大线谱被指定为拍频分量。

然而，实际上由于谐波信号的影响，利用简单地获得差值的方法对各个传感器输出的波形进行分析可能有困难。因此，现在将对指定脉搏波的方法进行更为详细的解释。

首先我们将考虑所分析的频率的范围。通常身体运动的频率为1～2Hz。因此，如果fmax＝4Hz，那么对第三个谐波进行检查就已经足够了。

在这个实施方案中，将2～4Hz频率区域内的最大身体运动分量提取出来，这里假设最大分量为身体运动分量的二次谐波。下面将对此进行更详细的解释。接下来，将讨论做这种假设的原因。

图6表示对身体运动传感器302来的输出进行FFT处理后得到的结果。通常，在锻炼时，特别是在跑步时，二次谐波的功率要比基波要高(例如，在一般的跑步时，增加了3到10倍)，如图6所示。在分析使用者跑步时身体运动传感器302检测到的因子时可以考虑以下三个因子。也就是，

1、跑步时的上下运动

2、摆臂的基波

3、摆臂的二次谐波

关于(1)，在右脚迈步和左脚迈步时上下运动是均匀出现的，使得该运动成为身体运动分量的二次谐波。

关于(2)，表现为摆动，其中手臂的向前摆动和向后拉的运动构成一个周期。然而，在这个分量的能量比较弱时，通常难以将跑步时手臂的摆动呈现为平稳的摆动。

关于(3)，因为在跑步过程中向前摆臂和将臂向后拉的瞬间有加速度，二次谐波显得比基波更强劲。

由此，在身体运动的频率中，二次谐波分量被很有特点的获得。

在通常的跑步情况下，假设范围是2到4Hz，它有可能覆盖整个二次谐波出现的区域，不管步调是快还是慢。由此，在用这种方法限制了区域后，通过将特有的二次谐波分量提取出来，有可能提高检测的精度。

图7是在指定了身体运动信号的谐波后指定脉搏波频率分量的子过程的流程图。该子过程在前述的步骤SA4中被引发。

在步骤SD1中，CPU308在身体运动信号的频率分析基础上，确定功率P最大处的线谱fs。

在步骤SD2中，CPU308决定在频率fs的一半频率位置是否存在高于给定的定值Th的身体运动分量P(fs/2)。

当这种确定的结果是YES时，即当存在高于给定的定值Th的身体运动分量P(fs/2)时，处理过程前进到步骤SD3。

在步骤SD3中，频率fs指定为二次谐波(HMC＝2)。

当步骤SD2中的结果为NO时，即当不存在高于给定的定值Th的身体运动分量P(fs/2)时，处理过程前进到步骤SD4。

在步骤SD4中，CPU308决定在频率fs的1/3频率位置是否存在高于给定的定值Th的身体运动分量P(fs/3)。

当这个决定的结果是YES时，亦即，当存在高于给定的定值Th的身体运动分量P(fs/2)时，处理过程前进到步骤SD5。

在步骤SD5中，CPU308将fs指定为身体运动的三次谐波(HMC＝3)。

当步骤SD4中的结果为NO时，即当不存在高于给定的定值Th的身体运动分量P(fs/3)时，CPU308将频率fs指定为基波的频率fs1。

前面的过程的结果是，有可能指定哪个谐波是频率fs，从而在步骤SD7中得到身体运动的基波fs1。

在步骤SD8～SD11中，使用脉搏波频率分析的结果，从功率最大的线谱开始按顺序在频率fm和身体运动频率之间进行对比。用这种方法，检查频率是否与身体运动信号的基波(fs1)、二次谐波(2xfs1)、或三次谐波(3xfs1)一致。

作为这个处理的结果，在步骤SD12中，可将与身体运动分量不一致的最大脉搏波频率分量fm提取出来。

(4)总处理

(4.1)锻炼量的显示

如上所述重复进行图3中的过程，锻炼时的脉搏波频率分量(步骤SA4)和脉率(步骤SA5)先后确定。

每次测量脉率时，CPU308确定所测量的脉率是否位于上下限值之间。

在脉率位于上下限值之间时，在基于振荡电路311和分频电路312提供的时钟脉冲的间隔内，CPU308增加储存在RAM309内的累计时间持续期。

相反，当脉搏速率超过上限值UL或低于下限值LL时，CPU308暂时停止增加储存在RAM309内的累计时间持续期。

注意，CPU308以固定的周期将储存在RAM309内的累计时间传递给显示元件313，不管脉率如何。这样，显示元件313显示累计的时间。上述处理的结果是能够得到锻炼量。

(4.2)锻炼强度的显示

每次测量拍频分量，CPU308读出储存在休息时脉搏波记录装置内的休息时脉搏波形，并在休息时脉搏波形和锻炼时的脉搏波的拍频分量的基础上估计锻炼的强度。

现在将解释在脉搏波形拍频分量失真的基础上估计锻炼强度的方法。

图10是表示一个Ping mai的频谱实例的图；图11表示一个Huamai的频谱的实例；图12表示一个Xuan mai的频谱的实例。从图中可以理解，失真的值在Xuan mai→Ping mai→Hua mai的过程中变大。此外，在锻炼时，失真随锻炼强度的增加而增加。

CPU308计算休息时脉搏波形和锻炼时的脉搏波形的拍频分量的失真，且在这两个值之间的差增加时判断锻炼强度增加。

注意，可用下面的方程定义失真。

失真＝√∑(谐波幅值)²/基波幅值

(实施方案2)

现在将解释本发明的第二个优选实施方案。

根据本实施方案的锻炼强度和锻炼量测量设备的构造基本上与根据第一实施方案的锻炼强度和锻炼量测量设备的构造相同。

然而，本实施方案与第一实施方案的区别在于给输入单元316增加了一个新的开关(开始开关ST，由图1中的虚线表示)。

这个设备的操作基本上与根据第一实施方案的设备的操作相同。

然而，在根据第一实施方案的锻炼强度和锻炼量测量设备中，除了在设定脉率的上下限值时，一直在测量锻炼量(即测量脉率并根据这个测量结果更新累计的时间持续期)。相反，根据第二实施方案的锻炼强度和锻炼量测量设备的区别在于，一旦完成了上下限值的设定，锻炼量的测量就从按下开始开关ST开始。接着，要结束锻炼量的测量，就再按一下这个开始开关。

(实施方案3)

现在将解释本发明的第三3实施方案。

根据本实施方案的锻炼强度和锻炼量测量设备的构造基本上与根据第一实施方案的锻炼强度和锻炼量测量设备的构造相同(见图1)。

然而，本实施方案的区别在于身体运动传感器302的输出信号直接输入CPU308。

根据本实施方案的这个设备的操作基本上与根据第一实施方案的锻炼强度和锻炼量测量设备的操作相同。

然而，在根据第一实施方案的设备中，除了在设定脉率的上下限值时，一直在测量锻炼量(即测量脉率并根据这个测量结果更新累计的时间持续期)。相反，在根据本实施方案的设备中，只有在身体运动传感器302输出的信号值超过一定值时才进行锻炼量的测量。

这样做使得在脉率由于其它非锻炼的原因而上升时(例如在心理压力时)并不进行上述的时间持续期累计。

(改进)

以上已经参照附图对本发明的优选实施方案进行了解释。然而，本发明的特定设计并不限于此。而是可能有，例如，下述的改进，且这些改进都在本发明所指的范围内。

(1·1)最大的设计简化

在前面的每个实施方案中，拍频分量是根据图7的流程图确定的。然而，当CPU308的处理能力不够时，那么确定拍频分量的处理可作如下简化。

图8是表示其中确定拍频分量的方法已被简化的实例的流程图。

在这个图中，在步骤SB3中，CPU308进行脉搏波-身体运动的减法操作(即fM＝fmg-fsg)，将只以拍频信号存在的频率分量提取出来。在步骤SB4中，CPU308从提取出的脉搏波分量fM中指定最大频率分量。这个指定的fMmax就是拍频分量。在拍频分量和由锻炼负荷引起的的谐波分量中的变化中有一个差，使得拍频分量中的变化能被很好地表示出来。这种变化是由心脏工作的变化引起的，且可以按每次跳动心搏量(SV)的变化中有良好的表示。此外，众所周知，心跳的速率随锻炼负荷的增加而上升。

(1.2)指定身体运动分量的最大分量为二次谐波

在前面的实施方案中，先假设身体运动分量的最大分量为二次谐波，并进行验证以确定这个假设是否正确(步骤SD2、SD4)。观察到该假设正确的可能性根据状态如锻炼的类型(跑步、游泳、竞走等)、在特定类型的锻炼中使用者身体的移动等等。由此，假设知道这些情况，那么该假设正确的可能性变得非常大。在这种情况下，可以省去验证假设的过程。

图9是表示用于根据这个原则已简化指定脉搏波分量的方法的实例的流程图。

在该图所示的实例中的步骤SC1～SC3中，CPU308确定身体运动传感器302来的二次谐波的频率fs2，该频率比较容易被检测为身体运动分量。

例如，在锻炼者跑步的情况下，步骤SC2中所示的fmin被定义为2Hz，即出现跑步运动的二次谐波的下限频率。

在另一方面，步骤SC2中所示fmax是通过用于A/D转换的采样速率所确定的频率。当采样频率设定为8Hz时，根据采样理论重新出现初始波形的最大频率被自动确定为4Hz。

在这个fmax到fmin范围内的最大线谱被定为身体运动分量的二次谐波fs2。

接下来，在步骤SC4中，CPU308获得身体运动的基波频率fs1。

在步骤SC5～SC8中，CPU308从脉搏波传感器301检测的频谱中除去与身体运动分量的基波(fs1)、二次谐波(2xfs1)及三次谐波(3xfs1)一致的脉搏波分量。

在步骤SC9中，在上述的除去过程后所保留的最大频率分量被指定为脉搏波fm。

(2)改进的用于估计运动强度的方法

在前面的实施方案中，运动强度的估计是在脉搏波中的失真的基础上作出的。然而，也可以根据脉搏波的类型来估计运动强度。下面将对此作更详细的解释。

图13是表示Ping mai的一个实例波形图。图14表示Hua mai的一个实例。图15表示Xuan mai的一个实例。从这些图中可知，血压的幅值与这些波的每一个都不同。

CPU308比较休息时脉搏波形的谐波分量的幅值大小，并确定休息时的脉搏波形是否是一个Ping mai，Hua mai或Xuan mai。例如，CPU308比较二次谐波和三次谐波的幅值。如果二次谐波分量较大，CPU308认为这个波是Ping mai，而如果三次谐波较大，CPU308就认为这个波是Hua mai。此外，如果二次谐波的幅值大约小于一次谐波幅值的一半，那么CPU308就认为这个波是Xuan mai。

与此类似，CPU308比较锻炼时脉搏波形的每个谐波分量的幅值的大小，并确定锻炼时的脉搏波形是Ping mai、Hua mai还是Xuan mai。

接下来，CPU308按照前面每个波的波形分类来测量锻炼强度。

(3)改进的用于提供锻炼强度提示的方法

(3.1)用视觉提示

在前面的实施方案中，锻炼强度和锻炼量以数值显示在显示元件313上。然而，本发明并不限于这些。

例如，如图19所示，可以以图的形式显示锻炼强度和锻炼量的过去和当前值。另外，可采用如图20所示的面部表情图形表示这些值是否处于适当的范围之内。

(3.2)用视觉以外的提示

除采用显示元件313(液晶显示器)作为提供锻炼强度等的提示之外，还可以提供基于听觉或触觉的提示。例如，在采用基于听觉的提示装置的情况下，当由于在身体加上过量的负荷而危险时，蜂鸣器会发声。在采用基于触觉的提示装置时，可采用从主体11(见图2)的后表面向外突出的形状记忆合金，当由于在身体加上过量的负荷而危险时，有电流流过这个形状记忆合金。或者，一种已有技术的通过转动一个偏心的负载向使用者传递振动的振动报警装置。这个振动报警可分离地或与主体11以一体的方式提供，当身体上的负荷过量时有电流过振动报警。此外，可在如图16所示的厚度为70μm的主体11下表面内侧部分中形成一个凹坑。然后将一个压电元件PZT安装在这个凹坑中。当适当频率的交流电加在这个压电元件上时，压电元件PZT振动，将其振动传递给使用者。因此，如果在身体加上过量的负荷而危险时加上交流电，那么可能提供锻炼强度的触觉提示。另外，压电元件PZT的厚度可为100μm，直径的长度为凹坑直径长度的80％。

(4)改进的用于测量V_02ax的方法

除了上述的间接方法外，可以考虑其它各种方法估计V_02max，包括利用呼吸气体分量的测量方法，或从乳酸阈值获得估计的方法。

这里采用的从呼吸中存在的CO₂和最大努力锻炼下的功率估计V_02max/wt是呼吸气体方法，而乳酸阈值方法从最大努力锻炼下的功率和血液中的乳酸估计V_02max/wt。

除了使用上升开关U和下降开关D的方法外，可使用其它方法输入V_02max，包括提供一个微型0-9键的方法，或其中V_02max的输入是利用与个人计算机或其它设备(无线的或有线的)的通讯进行的。

此外，图17中的脉率表格仅是一个实例。因此，前面实施方案中的脉率和V_02max之间的关系并不限于此。

(5)锻炼计划提示

在前面第一到第三实施方案中使用者输入V_02max后，可在输入的V_02max基础上提示使用者锻炼计划。下面描述其细节。首先，为提供锻炼计划的提示，有必要知道使用者的最佳锻炼强度，每次锻炼的锻炼持续时间，以及一定时段内的锻炼频率。

如上所述，最佳锻炼强度是对应于V_02max50％的锻炼强度。这样，一旦获得了V_02max，即可直接确定该值。此外，如果将一个有代表性的人作为对象，那么每次锻炼的合适的持续时间为20分钟，而适当的锻炼频率为40-50％(即在10天的周期内有4～5天)。

因此，在这个改进中，一旦获得了V_02max，那么显示器313将显示图21所示的锻炼目标屏幕。从该图的实例中，可以知道750kpm/min、每周三次、每次20分钟的锻炼是适当的。这里，当使用者进行指定的操作时，图22所示的屏幕被显示在显示器313上。

在该图中，601是一个锻炼量目标值，该值表示使用者每周锻炼量的目标值。从前面的实例中可知，锻炼量目标值将为[750[kpm/min]×20[min]×3[times]＝45000[kpm]]。因此，这个值被显示在显示器上。602表示锻炼量的当前值，显示了使用者上周所进行的锻炼的量的累计值。然而，该图所示的实例被假设为使用者第一次初始化根据这个改进的设备后立即出现的状态，以及所获得的V_02max。因此，[0]被显示在锻炼量当前值显示器602上。

接着，603表示一个条状图显示，它显示锻炼量当前值相对于锻炼量目标值所占的百分比。604是一个面部表情图形显示器，根据锻炼量当前值占锻炼量目标值的比例显示一个面部表情图形。607是一个锻炼强度目标值显示器，显示前面获得的锻炼强度目标值(750kpm/min)。606是一个锻炼强度目标值显示器，显示锻炼强度的当前值。该图显示的实例假设使用者已经停止了锻炼，使得锻炼强度当前值显示器606显示[0]。

接着，605是一个锻炼强度表，其中分布有20个LED，在[0％]~[200％]范围内以10％为间隔分布。通过这些LED的照明，显示锻炼强度当前值相对于锻炼强度目标值的比例。在该图所示的实例中，锻炼强度当前值为[0]，以致任何LED都不亮。在这些组成锻炼强度表605的LED中，那些对应于[10~70％]的LED是黄色的，对应于[80~120]的LED是蓝色的，而对应于[130％或更高]的LED则为红色。

接着，显示器处于使用者正在进行一定程度的锻炼的状态的实例被显示在图23中。在该图所示的实例中的锻炼量当前值为[13500]，从而已经达到了锻炼量目标值的[30％]。因此，与此对应的条状图被显示在条状图显示器603上，显示在面部图形显示器604上的随所达到的目标值比例而改变。

另一方面，锻炼强度当前值为[1300]，大大超过了锻炼强度目标值[750]。因此，锻炼强度表605中的若干红色LED变亮。因此，使用者看显示器就能够知道锻炼强度已太大。

接着，使用者的锻炼量和锻炼强度的一个合适的状态被显示在图-24中。在该图中，锻炼量当前值为[45000kpm]，从而达到了锻炼量目标值。因此，条状图显示器603和面部表情图形显示器604上的显示对应于该状态。此外，锻炼强度当前值为[980kpm/min]，位于锻炼强度目标值的±20％范围内。这样，锻炼强度表605中对应的绿色LED变亮。

在这个改进的实例中，每天的锻炼量都被记录下来，一直延长至前7天，而这个累计值则被显示为锻炼量的当前值。此外，在特定的时刻(如午夜12点)，最早那一天的锻炼量数据被清除，新的一天的锻炼量数据则取代其位置。

上述的实例采用了七天的周期作为总计的锻炼量数据的间隔。然而，例如，该间隔也可为10天或十天左右。换句话说，使用者可自由设定这个间隔。因此，使用者可设定特定的间隔如[3个月]，然后通过设定该间隔的目标锻炼量来进行锻炼。

(6)其它改进

除了FFT，还可用其它方法作为CPU308执行的频率分析方法，如最大熵方法、小波变换方法等。

此外，检测脉搏的部位并不限于手指。相反，假设脉搏波能够被检测，其它部位(如耳部)也是可以的。

类似的是，用作身体运动传感器302的加速度传感器并不限于只系在手臂上。相反，该加速度传感器可系在使用者身体的任何部位，使得俯仰的测量可从其在加速时的变化来进行。

此外，在这种情况下，系缚的方法并不限于图2所示的手指带13。亦即也可采用指套、臂带等。

另外，还可考虑根据使用者的年龄、温度传感器(未示出)测得的环境温度、与当时的身体状况相适应的锻炼强度等，对从脉率表格中读出的脉率进行纠正。

另外，在前面的实施方案中，上限和下限值被设定在读出的脉率的±20％范围内，然而，也可以考虑其它的宽度。

可使用光电传感器作为脉搏波传感器301和身体运动传感器302。

此外，在前面的每个实施方案中，脉率表格记录单元315由ROM组成。然而，另外，有可能采用可写入的非易失性存储器(E²PROM、快闪存储器、有电池供电的RAM等)。在这种情况下，与使用者锻炼能力的提高相对应，图17所示的脉率表格的内容被不时写入。

Claims

1.一种锻炼量测量设备，其特征在于，包括：

一个用于在最大氧气摄入量的基础上设定锻炼期间使用者脉率的上限和下限的脉率设定装置；

一个用于测量使用者的脉率的脉率测量装置；

一个用于累计时间持续期的累计装置，在所述的时间持续期内，由所述脉率测量装置测量的使用者脉率在由所述脉率设定装置设定的上限和下限内；以及

一个用于提供由所述累计装置进行的累计操作的结果提示的提示装置。

2.按照权利要求1所述的锻炼量测量设备，其中所述脉率设定装置包含：

一个用于记录最大氧气摄入量和脉率之间的对应关系的记录装置；

一个用于输入预先获得的最大氧气摄入量的输入装置；

一个用于从所述记录装置读出对应于所输入的最大氧气摄入量的脉率的读出装置；

一个用于纠正所述读出的脉率的纠正装置；以及

一个用于计算关于所述纠正过的脉率的特定宽度的界限的计算装置。

3.按照权利要求2所述的锻炼量测量设备，其中所述最大氧气摄入量是用间接法估计的值。

4.按照权利要求2所述的锻炼量测量设备，其中所述最大氧气摄入量是从呼吸分量估计的值。

5.按照权利要求2所述的锻炼量测量设备，其中所述最大氧气摄入量是在乳酸阈值的基础上估计的值。

6.按照权利要求2-5中的任一个所述的锻炼量测量设备，其中：

所述记录装置记录每个性别的所述对应关系；

除了所述最大氧气摄入量外，所述输入装置还输入使用者的性别；以及

所述读出装置从所述记录装置中读出对应于所述输入的性别和最大氧气摄入量的脉率。

7.按照权利要求2-5中的任一个所述的锻炼量测量设备，其中所述脉率测量装置包括：

用于检测使用者的脉搏波和身体运动的检测装置；

一个用于分析由所述检测装置所检测的身体运动信号和脉搏波信号的频率的频率分析装置；

一个用于在由所述频率分析装置进行频率分析的脉搏波信号和身体运动信号基础上提取脉搏波频率分量的提取装置；

一个用于从所述提取装置提取出的脉搏波频率分量计算脉率的脉率计算装置。

8.按照权利要求7所述的锻炼量测量设备，其中所述检测使用者脉搏波的检测装置由一个压力传感器组成，并且

所述检测使用者身体运动的检测装置由一个加速度传感器组成。

9.按照权利要求7所述的锻炼量测量设备，其中所述检测装置是一个光电传感器。

10.按照权利要求2-5中的一个的锻炼量测量设备，其中该锻炼量测量设备还有一个用于指示开始或结束的指示装置，所述累计装置根据所述指示装置的指示器开始或结束所述累计操作。

11.按照权利要求2-5中的一个的锻炼量测量设备，其中该锻炼量测量设备还有一个身体运动检测装置，用于检测使用者的身体运动，如果所述身体运动检测装置检测的值超过一预定值，所述累计装置就进行所述累计操作。