Brevet FR2583282A1 — publié le 19861219

La présente invention concerne un appareil portatif de mesure des pulsations cardiaques au cours de l'entraîne~ ment d'un athlète, notamment d'un coureur à pied. Lors de la pratique d'activités sportives basées sur en entraînement en endurance, notamment de la course à pied, il est bon que chaque athlète puisse contrôler en permanence ses pulsations cardiaques de manière que la fréquence de ses pulsations demeure, par exemple, comprise dans une plage prédéterminée correspondant à la plage d' entraîne- ment eri en endursnce et que l'athlète puisse être également informé lorsque cette fréquence des pulsations dépasse une fréquence maximale pouvant être dangereuse pour son organisme. Par ailleurs lors de l'entraînement à la course à pied il est bon également que le coureur soit informé, pendant son entraînement, sur sa vitesse instantanée et sa vitesse moyenne depuis le départ, ainsi sur la distance parcourue. La présente invention a pour but de fournir un appareil de conception particulièrement simple, pouvant être porté sans gêne par un athlète et qui lui donne à chaque instant, d'une manière particulièrement commode, toutes les informations nécessaires pour le déroulement de son entrainement dans les conditions optimales. A cet effet cet appareil portatif de mesure des pulsations cardiaques au cours de l'entraînement d'un athlète, notamment d'un coureur à pied. Cet appareil est caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (1) pourvu de moyens d'attache (2) pour sa fixation sur le bras ou le poignet du porteur de l'appareil, ce boîtier (1) portant, sur sa face externe, un afficheur (4) et un clavier (5) de touches de commande, un circuit électronique de calcul et de mise en mémoire logé à l'intérieur du boîtier (1), ce circuit comprenant un micro-contrôleur (15) et un oscillateur (41) constituant une hase de temps pour une fonction de chronomètre, et un capter de pouls (29) logé dans un doigtier (29) destiné à être enfilé sur un doigt du porteur de l'appareil, ce capteur de pouls (28) étant connecté, par l'intermédiaire d'un conducteur (26), è une borne d'entrée (21) du boîtier elle-même reliée, à l'intérieur de celui-ci, au circuit électronique. nn décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel : La figure 1 est une vue en perspective, de dessus, le l'appareil de mesure des pulsations cardiaques suivant l'invention fixé sur un poignet d'un athlète. La figure 2 est une vue en perspective de dessous de l'appareil fixé sur le poignet. La figure 3 est une vue en perspective de l'appareil détaché du poignet. La figure 4 est un schéma synoptique de l'appareil de mesure suivant l'invention. La figure 5 est un schéma synoptique détaillé du circuit électronique de l'appareil. L'appareil de mesure des pulsations cardiaques qui est représenté sur les figures 1 à 3 comprend un bottier 1 de forme parallélépipèdique, qui peut être fixé au poignet (ou à l'avant-bras) d'un athlète au moyen de deux bandes d'attache rapides 2, par exemple du type Velcro, passant à travers des brides 3 prévues sur une face latérale du boî- tier 1 et repliées et fixées sur elles-mêmes. Sur la face supérieure ou externe du bottier 1 apparaît un afficheur 4 è quatre chiffres et sur cette face supérieure est également prévu un clavier désigné dans son ensemble par la référence 5.Ce clavier comprend neuf touches de commande à savoir une touche "marche-arrêt" 6, une touche " chronomètre" 7, une touche "nuit" 8, une touche "alarme de pouls" 9 å laquelle est associée une lampe témoin rouge 9 a, une touche "podomètre" 10, une touche "pause" 11, une touche "vitesse instantanée" 12, une touche "pulsation moyenne" 13 et une touche "vitesse moyenne" 14. Le boîtier 1 contient par ailleurs un circuit électronique de calcul et de mise en mémoire comprenant un micro-contrôleur 15, un circuit driver 16 branché entre le micro-contrôleur 15 et l'afficheur 4, un émetteur de siqnal sonore 17 relié au micro-contrôleur 15 et plusieurs bornes 18,19,21, connectées au micro-contrôleur 15 et pouvant être reliées à des éléments extérieurs. Une touche "pouls" 23 est connectée à la borne 18 par l'intermédiaire d'un conducteur 24 logé dans une bande en une matière flexible et à déformation permanente, laquelle est raccordée à la face frontale antérieure du boîtier 1, c'est-à-dire celle qui est tournée vers les doigts de la main. La touche "pouls" 23 se trouve ainsi logée dans la paume du porteur de l'appareil de maniè- re à pouvoir être pressée par l'un des doigts de la main. La borne 19 est destinée à être reliée, par l'intermédiaire d'une interface appropriée, à un micro-ordinateur 25, en vue de l'exploitation des informations recueillies au cours de l'entraînement et mises en mémoire, comme on le verra plus loin. La borne 21 est reliée, par l'intermédiaire d'un cordon conducteur 26 et d'une fiche "jack" 27, à un capteur de pouls 28 logé dans un doigtier 29 en matière plastique noire qui est engagé, de préférence, sur l'index du porteur de l'appareil. Le capteur de pouls comprend essentiellement une source de lumière 31, par exemple une diode photo-émissive, disposée d'un côté du doigt 32, et un récepteur photo-électrique 33 disposé de l'autre côté du doigt. On utilise de préférence, pour capter le pouls, le rayonnement infrarouge. Ce rayonnement qui est transmis à travers le doigt 32, varie dans le temps et il est réduit à chaque flux sanguin dans le bout du doigt, ce qui se traduit par un signal électrique émis par le capteur de pouls 28 à chaque pulsations. La borne d'entrée 21 est reliée au micro-contrôleur 15 par l'intermédiaire d'un amplificateur opérationnel 34 et d'un circuit conformateur 35 constitué par une bascule de Schmitt. L'appareil de mesure suivant l'invention qui est destiné à être principalement utilisé par un coureur à pied, c'est-à-dire celle qui est en contact avec la peau comporte en outre, sur sa face inférieure ou interne du boîtier I ,un capteur phonique 36 destiné à enregistrer le bruit provoqué par le choc des talons du coureur sur le sol. Le bruit pro venant de ce choc se répercute tout le long du corps et des membres par l'intermédiaire des os et du sang et il est détecté par le capteur phonique 36.Ce capteur phonique 36 est connecté à son tour, à l'intérieur du boîtier 1, au micro-contrôleur 15, par l'intermédiaire d'un amplificateur 37 et d'un circuit conformateur 38 constitué par une bascule de Schmitt. Comme on peut le voir sur la figure 5, le circuit électronique de l'appareil de mesure suivant l'invention comprend, en plus des éléments précités, un circuit intégré 39, par exemple du type TL 083+cl4528 BC,branché entre le capteur de pouls 28 et le capteur phonique 36, d'une part, et de bornes d'entrée du micro-contrôleur 15 qui peut être du type 8751 INTEL. Ce micro-contrôleur 15 est également connecté à un oscillateur 41. Enfin l'alimentation électrique de l'ensemble des composants du circuit électronique est assuré par une alimentation à piles 42 incorporé dans le boîtier. On décrira maintenant le fonctionnement de l'appareil de mesure suivant l'invention, dans le cas de son application au contrôle de l'entraînement d'un coureur à pied. Le coureur porte l'appareil à son poignet, comme il est illustré sur les figures 1 et 2, et pendant sa course son pouls est capté en permanence par le capteur 28 qui délivre à sa sortie une impulsion à chaque pulsation cardiaque. Ces impulsions amplifiées par l'amplificateur 34 et mises en forme par le circuit 35, sont appliquées à une entrée du micro-contrôleur 15 qui est agencé de manière à calculer en permanence le rythme des pulsations cardiaques en tenant compte des impulsions d'horloge qui lui sont fournies par l'oscillateur 41. La plage de fréquence pouvant être affichée par l'afficheur 4 est prévue pour aller de 30 à 210 pulsations/mn. L'affichage du rythme des pulsations cardiaques instantanée s'effectue lorsque le coureur appuie sur la touche de paume 23. Il peut donc contrôler à tout instant, tout en courant, ses pulsations cardiaques. L'appareil peut être programmé pour signaler au coureur si ses pulsations cardiaques sortent d'une plage d'entraînement d'endurance prédéterminée, pouvant aller, par exemple, de 120 à 140 pulsations/mn. Ainsi tant que le rythme des pulsations cardiaques demeure inférieur au seuil inférieur de 120 pulsations/mn, l'appareil ne signale rien. Par contre si le rythme des pulsations cardiaques entre dans la plage prédéterminée de 120 à 140 pulsations/mn, le microcontrôleur 15 excite l'émetteur de signal sonore 17 de manière à faire retentir une sonnerie de durée de 2 secondes toutes les 30 secondes, si le coureur reste dans cette plage. Si le rythme des pulsations cardiaques dépasse le seuil maximal de 140 pulsations/mn, la sonnerie retentit alors à un rythme plus rapide pendant 6 secondes et elle s'arrête si le coureur continue à ce rythme. Si le rythme des pulsations cerdiacies diminue et retombe en-dessous du seuil maximal de 140 pulsations/mn, l'appareil réémet de nouveau une sonnerie de durée de 2 secondes toutes les 30 secondes, tant que le rythme reste compris dans la plage allant de 120 à 140 pulsations/mn.Par contre si le rythme cardiaque reste supérieur à 140 pulsations/mn après la période de 6 secondes durant laquelle la sonnerie retentit à un rythme rapide, il ne se passe plus rien après l'écoulement de cette période. Le coureur peut toujours vérifier son rythme cardiaque sur ltécran de l'afficheur 4 en appuyant sur la touche de paume 23. Si le rythme cardiaque continue à s'accélérer, on peut en arriver à l'alarme de pulsation maximale. Pour un entraînement en résistance un athlète peut programmer, en fonction de sa forme, de son âge, de son niveau d' entraîne- ment, sa pulsation maximale à ne pas dépasser pendant plus de 7 à R secondes. Cette programmation peut être réalise à partir du clavier 5, en utilisant la touche "pulsation d'alarme" 9. La plage de programmation peut aller de 80 à 210 puLsations/mn avec un défilement continu de 5 en 5 toutes les secondes.La remise à zéro est effectuée à 80 pulsations/mn et l'arrêt du défilement a lieu dès que la valeur de 210 pulsations/mn est dépassée.Si en course la valeur programmée pour la pulsation maximale est dépassée, l'émet teur sonore -17 émet une sonnerie et la lampe témoin rouge 9a clignote au rythme des pulsations cardiaques du moment, ceci pendant une période de 7 à 8 secondes. La valeur de ce rythme cardiaque est mise en mémoire automatiquement, avec prise en compte à chaque instant de la valeur maximale nouvellement atteinte seulement. Cette valeur peut être appelée à tout instant sur l'écran de l'afficheur 4. L'appareil de mesure suivant l'invention assume également la fonction de chronomètre au moyen de l'oscillateur 41 connecté au micro-contrôleur 15. Ce chronomètre est mis en marche par action sur la touche 7 et dès le départ du chronomètre le temps est affiché en permanence sur l'écran de l'afficheur 4. Le compteur de temps assure un affichage de 00'00" à 59'59" avec une remise à zéro automatique et une continuation de l'enregistrement du temps de course tant que la touche "chronomètre" est en position marche. La fonction chronomètre s'efface dès que l'on désira afficher n'importe quelle autre valeur et elle s'affiche à nouveau dès que la valeur choisie a disparue. A tout moment on peut afficher un temps de course supérieur à 1 heure et la valeur maximale pouvant être mémorisée est de 12 heures. L'utilisation du chronomètre permet de calculer et d'afficher la pulsation moyenne depuis le départ de la course. Le rythme cardiaque instantané, c'est-à-dire le nombre de pulsations par minute, est mis en mémoire dès la mise en marche du chronomètre par action sur la touche 7. Le coureur peut donc, en appuyant sur la touche "pulsation moyenne" 13, afficher sur l'écran de l'afficheur 4 la valeur de la pulsation moyenne depuis le départ de la course. Cette valeur est calculée par le micro-contrôleur 15 en utilisant comme paramètres le nombre total des pulsatiors depuis le départ de la course et le temps écoulé depuis ce départ. Cette valeur de pulsation moyenne est très utile quand on veut faire un entraînement sérieux en endurance. Outre le calcul de la pulsation moyenne, le chronomètre permet également le calcul de la distance parcourue, de la vitesse instantanée du coureur -et de sa vitesse moyen ne. Pour le calcul de la distance parcourue intervient le capteur phonique 36 qui émet un signal correspondant au bruit provoqué par Je choc d'un talon sur le sol. Ce signal amplifié par l'amplificateur 37 et mis en forme par le conformateur 38 , est appliqué au micro-contrôleur 15 qui peut ainsi totaliser le nombre de foulées depuis le départ. Pour le calcul de la distance il est nécessaire que le coureur ait programmé préalablement la longueur de sa foulée par action sur la touche "podomètre" 10. L'action sur cette touche entraîne le défilement, sur l'écran de l'afficheur 4, d'une valeur de la foulée allant de 60cm à 170cm et ce de centimètre en centimètre toutes les secondes. La remise à zéro est effectuée à la valeur "60" et l'arrêt du défilement a lieu après 170. Dès le lâcher de la touche podométre 10, au moment où apparaît sur l'écran de l'afficheur 4 la valeur de la foulée effective du coureur, cette valeur de la foulée est mise en mémoire en vue de servir au calcul dé la distance parcourue.Cette distance est mesurée dès la mise en marche du chronomètre, par action sur la touche 7, et dès le premier choc du talon sur le sol, c'est-à-dire dès l'application, au micro-contrôleur 15 de la première impulsion de foulée fournie par le capteur phonique 36. Le comptage des chocs des talons sur le sol se poursuit ensuite d'une manière ininterrompue, seul un arrêt du chronomètre, par relâchement de la touche 7, arrêtant le comptage. Toutefois le nombre de chocs totalisés reste en mémoire ainsi que le calcul de la distance effectué à tout moment. Seule l'action sur la touche "marche-arrêt" 6 provoque lreffa- cement du nombre de chocs mémorisé c'est-à-dire ce qui correspond à un nouvel entraînement. L'appareil suivant l'invention permet également de calculer la vitesse instantanée du coureur à partir de la longueur de la foulée affichée et des des signaux fournis par le capteur phonique 36 et le chronomètre. Le calcul de cette vitesse instantanée est effectué par le micro-contrôleur 15 et elle est affichée, sur l'écran de l'afficheur 4, sans arrondi des décimales, avec prise en compte des quatre premiers chiffres du calcul. Cette vitesse instantanée est mise en mémoire de la même manière que la pulsation maximale. Tant que la touche "marche-arrêt" 6 est en position marche, la vitesse instantanée peut être appelée à tout moment par action sur la touche 12. L'appareil suivant l'invention permet également de calculer, au moyen du micro-contrôleur 15, la vitesse mosenne du coureur à partir du temps de course et de la longueur parcourue depuis le départ. Ceci impose que le chronomètre soit en marche, c'est-à-dire que la touche 7 ait été actionnée et que la longueur de la foulée ait été également programmée. L'affichage de la vitesse moyenne sur l'écran de l'afficheur 4 est obtenu par enfoncement de la touche 14, comme dans le cas de la vitesse instantanée, cet affichage s'effectuant en km/h. L'arrêt du chronomètre, par relêche- ment de la touche 7, arrête le calcul de la vitesse moyenne. Tant que la touche marche-arrêt 6 est en position marche, on peut rappeler à l'écran la valeur de la vitesse moyenne. Pour effacer cette valeur de la mémoire on place la touche marche-arrêt 6 en position arrêt. Comme on l'a vu précédemment le coureur programme préalablement, dans l'appareil, la pulsation maximale à ne pas dépasser et la longueur de sa foulée. Il peut programmer également, au moyen de la touche pause 11, l'intervalle de temps entre les pauses. Pendant la durée de l'entraînement l'enregistrement des données se fait de deux manières à savoir enregistrement automatique toutes les 12 minutes et enregistrement manuel décidé par le coureur Par conséquent on enregistre automatiquement, toutes les 12 minutes, ce qui permet d'avoir 10 données en 2 heures d'entraînement, la pulsation moyenne, la distance parcourue et la vitesse moyenne en fonction du temps. En fin de course, après un arrêt du chronomètre, on dispose des valeurs suivantes : pulsation moyenne totale, pulsation maximale atteinte, temps d'entraînement total, distance parcourue totale, vitesse moyenne totale, vitesse maximale atteinte. En ce qui concerne les enregistrements manuels décidés par le coureur, ce dernier peut mettre en mémoire au maximum 10 fois chacune des données suivantes et ce à chaque instant désiré, à savoir la pulsation instantanée en fonction du temps et la pulsation instantanée en fonction de la distance, cas deux valeurs étant obtenues par actiontsur la touche de paume 23, et la vitesse instantanée en fonction de la distance, cette valeur étant obtenue par action sur la touche 12 du clavier 5. Une fois le nombre de 10 données dépassé, le coureur pourra lire quand même de nouvelles valeurs à l'écran mais cas valeurs ne seront pas mises en mémoire. A la fin de son entraînement le coureur doit couper le chronomètre, en relâchant la touche 7, mais il doit laisser obligatoirement l'appareil sous tension, la touche 6 restant en position marche. Par l'intermédiaire d'une interface appropriée on peut être alors brancher cet appareil au micro-ordinateur 25 qui, pourvu d'un logiciel spécial entraînement, peut alors interroger directement la mémoire du micro-contrôleur 15. Ce micro-ordinateur 25 peut alors organiser les données enregistrées sous la forme de tableaux généraux et de graphes, à raison d'un graphe pour chaque donnée. Ces graphes seront mis en mémoire par sortie d'entraînement, en étant appelés séparément à l'écran ou imprimés séparément. Le coureur peut ainsi suivra le profil de son entraînement, de ses capacités physiques et de ses performances. Il peut modifier la programmation de l'appareil en fonction des résultats obtenus et recherchés. REVENDICATIONS 1.- Appareil portatif de mesure des pulsations cardiaques au cours de l'entraînement d'un athlète, notamment d'un coureur à pied, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (1) pourvu de moyens d'attacha (2) pour sa fixation sur le bras ou le poignet du porteur de l'appareil, ce boi- tier (1) portant, sur sa face externe, un afficheur (4) et un clavier (5) de touches de commande, un circuit électronique de calcul et de mise en mémoire logé à l'intérieur du boîtier (1), ce circuit comprenant un micro-contrôleur (15) et un oscillateur (41) constituant une base de temps pour une fonction de chronomètre, et un capteur de pouls (28) logé dans un doigtier (29) destiné à être enfilé sur un doigt du porteur de l'appareil, ce capteur de- pouls (28) étant connecté, par l'intermédiaire d'un conducteur (26), à une borne d'entrée (21) du boîtier elle-même reliée, à l'intérieur de celui-ci, au circuit électronique. 2.- Appareil suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le capteur de pouls (28) comprend une source de rayonnement (31), telle qu'une diode photo-émissive, disposée d'un côté d'un doigt (32), et un récepteur rayonnement (33) disposé de l'autre côté du doigt, ce récepteur photoélectrique (33) étant relié, à l'intérieur du bottier, par le conducteur (26), au micro-contrôleur (15), par l'intermédiaire d'un amplificateur (34) et d'un circuit conformateur d'impulsion (35). 3. Appareil suivant l'une quelconque des revendics- tions précédentes caractérisé en ce que le boîtier (i) contient un émetteur de signal sonore (17) relié au microcontrôleur (15). 4.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le bottier (1) comporte sur sa surface interne, c'est-à-dire celle qui est contact avec la peau, un capteur phonique (36) destiné à enregistrer le bruit provoqué par le choc des talons du porteur de l'appareil sur le sol. 5.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le boîtier (1) comporte une deuxième borne d'entrée (18) qui est raccordée, par un conducteur (24), à une touche "pouls" (23) logée dans la paume du porteur de l'appareil, cette deuxième borne (18) étant connectée au micro-contrôleur (15) 6.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le boîtier (1) comporte une troisième borne (19) connectée au micro-contrôleur (15), à l'intérieur du boîtier, et pouvant être raccordée, à l'extérieur, à un micro-ordinateur (25). 7.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le clavier (5) comprend une touche "marcha-arrêt" (6), une touche "chronomètre" (7), une touche "alarme de pouls" (9) à laquelle est associée une lampe témoin (9a) et une touche plsetion moyenne" (13), pour calculer,afficher sur llécran de l'af ficheur (4), cet mettre en mémoire la distance parcourue, la vitesse instantanée et la vitesse moyenne d'un coureur, les rythmas cardiaques instantané et moyen et signaler le dépassement d'un rythme cardiaque maximal. 8.- Appareil suivant la revendication 7 caractérisé en ce que le clavier comprend en outre une touche podomètre (10), une touche pause (11), une touche vitesse instantanée (12) et une touche vitesse moyenne (14).