ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВА ТЕЛА, СОДЕРЖАЩИЙ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ИНДИКАЦИИ
DEVICE FOR MEASUREMENT BODY COMPOSITION CONTAINING ADVANCED INDICATING DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение касается прибора для измерения естественно изменяющегося параметра состава тела, такого как вес, жировая масса, или другого параметра, связанного с обменом веществ человека, и, в частности, усовершенствованного устройства индикации для такого прибора.
Предшествующий уровень техники
Как правило, электронные весы для взвешивания людей содержат площадку и датчики веса, соединенные с электронной схемой измерения и вычисления измеренного веса, а также устройство запоминания измеренного веса или его отклонения относительно идеального значения. Результаты измерения передаются на цифровой и/или графический индикатор прибора. Некоторые приборы предусматривают индикацию текущего измерения с одновременным показом отклонения относительно предыдущего измерения.
В документе JP 60 161533 раскрыто устройство индикации для весов, содержащее жидкокристаллический цифровой индикатор, показывающий измеренное текущее значение, а также при помощи смежных стрелок индикации - изменение относительно предыдущего измерения, введенного в запоминающее устройство пользователем. Недостатком такого индикатора является то, что он осуществляет только простое сравнение с предыдущим измерением, не учитывая естественные изменения веса, и, следовательно, часто показывает ошибочное изменение.
Прибор, описанный в документе ЕР 0188175 позволяет выводить индикацию измерений за семь последних дней или среднее значение веса, выведенное на основании измерений за семь последних недель, или средние ежемесячные значения за семь последних месяцев.
В публикации WO 99/52425 раскрыт прибор для измерения состава тела путем измерения биоэлектрического сопротивления, содержащий устройство цифровой и графической индикации значений, измеренных и зарегистрированных прибором. Индикатор содержит первую зону индикации, показывающую в цифровом виде измеренные значения веса и измеренные значения жировой массы, а также вторую зону индикации, показывающую в виде гистограммы тенденцию изменения во времени за неделю или за месяц среднего значения веса, соответственно жировой массы.
Такой тип графической индикации позволяет отображать тенденцию изменения веса или жировой массы, вычисленную за определенный период, и показывает средние еженедельные или ежемесячные значения произведенных измерений. Однако, чтобы произвести правильную оценку такой тенденции, прибор требует осуществления ежедневного измерения. Кроме того, такой графический индикатор является сложным и дорогим и затрудняет оценку тенденции изменения отображаемых параметров для пользователя.
Краткое изложение существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеупомянутых недостатков путем создания прибора для измерения параметра состава тела, позволяющего пользователю производить в любой момент правильную интерпретацию изменения измеренного параметра.
Другой задачей настоящего изобретения является создание прибора для измерения состава тела, выполненного с возможностью простого отображения истинной тенденции изменения измеренного параметра, не требуя строгих измерений упомянутого параметра в точные и равномерные интервалы времени.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание прибора измерения параметра состава тела человека, позволяющего отображать ясно и просто истинную тенденцию изменения измеренного параметра, характеризующегося меньшей себестоимостью и позволяющего производить массовый или серийный выпуск.
Поставленная задача согласно настоящему изобретению решена путем создания прибор для измерения параметра состава тела, содержащего средство измерения упомянутого параметра, средство запоминания измеренных значений, средство вычисления и средство сравнения между текущим значением и контрольным значением, а также световое устройство индикации результата сравнения, указанный прибор характеризуется тем, что средство вычисления определяет одно или несколько контрольных значений, осуществляя сглаживание нескольких предыдущих значений и, в случае необходимости, текущего значения, для определения диапазона значений, характеризующего стабильность параметра.
Под параметром состава тела следует понимать: вес, жировую массу, активную массу, мышечную массу, массу воды, висцеральную массу.
Общеизвестно, что вес или другой параметр состава тела, например, жировая масса, активная масса, мышечная масса, масса воды человека являются параметрами, которые могут естественным образом меняться от одного измерения к другому и в диапазоне, более или менее широком в зависимости от индивидуума. В частности, иногда вес может меняться на несколько килограммов от одного дня к другому. Это изменение связано с такими факторами, как физическая активность, стрессы, гормональный цикл, разовые излишества в питании и т.д.
Прибор в соответствии с настоящим изобретением, в частности, весы для взвешивания людей на основании измерения биоэлектрического сопротивления содержат средство измерения, запоминания и даже вычисления нескольких измеренных значений и выполнено с возможностью определения контрольного значения, которое в данном случае в большей степени отображает тенденцию изменения измеренного параметра, так как не имеет ежедневных флуктуаций, связанных с физической активностью или обменом веществ. Контрольное значение может быть средним для совокупности данных или диапазоном контрольных значений или может быть рассчитано с использованием статистического метода, например, путем вычисления дисперсии и типового отклонения по одному набору данных.
Прибор дополнительно содержит средство сравнения текущих значений с рассчитанным контрольным значением или с диапазоном рассчитанных контрольных значений для выведения истинной тенденции изменения измеренного параметра, т.е. действительного уменьшения, стабильности или существенного увеличения.
Кроме того, эта тенденция просто и ясно отображается световым индикатором, что производит сильное впечатление на пользователя. Под световым индикатором следует понимать индикатор, выполненный с возможностью освещать, по меньшей мере, одну зону прибора, предназначенную для индикации, в данном случае измерительную площадку весов для взвешивания людей на основании определения биоэлектрического сопротивления, при помощи, по меньшей мере, одной лампы. Этой лампой может быть электролюминесцентный диод или электролюминесцентная лампа, расположенная под одной или несколькими прозрачными или светопроницаемыми элементами прибора.
Предпочтительно световое устройство индикации содержит центральную зону, соответствующую диапазону значений стабильности, и отдельные зоны изменения результатов, находящиеся по обе стороны от центральной зоны.
Сообщение, выводимое на такой индикатор, является понятным для пользователя, так как позволяет ему лучше определить результат сравнения в зависимости от направления изменения, беря при этом за точку отсчета центральную зону стабильности. Кроме того, для каждой зоны можно использовать разные цвета в соответствии с заранее определенным цветовым кодом, чтобы еще больше облегчить для пользователя интерпретацию результата. В этом случае в таком световом устройстве индикации можно использовать электролюминесцентные диоды или лампы, излучающие разные цвета или излучающие только один цвет через цветовые фильтры.
В более простом варианте выполнения настоящего изобретения в зависимости от направления изменения освещаются только зоны изменения результатов, а зона стабильности может оставаться нейтральной и не быть связанной с индивидуальным средством освещения. Это позволяет привлекать внимание пользователя на направление изменения измеренного параметра.
В первом варианте выполнения настоящего изобретения сглаживание осуществляют путем вычисления скользящего среднего для нескольких предыдущих измеренных значений.
Так, определяют выборку данных, для которой вычисляют среднее значение. Таким образом, получают сглаженное контрольное значение при помощи простых и экономичных средств вычисления. После этого контрольное значение сравнивают с последним измеренным значением. Затем определяют диапазон значений стабильности с использованием фиксированных пределов изменения по обе стороны от этого среднего значения, например, от -0,3 кг до +0,3 кг для веса.
В варианте выполнения изобретения диапазон стабильности определяют, используя изменяющиеся пределы в зависимости от значения измеренного параметра, например, -0,5% и +0,5% от общего веса.
В варианте выполнения настоящего изобретения диапазон контрольных значений вычисляют, ограничивая +3 типовых отклонения и -3 типовых отклонения по обе стороны от среднего значения нескольких предыдущих значений.
Случайные флуктуации можно ограничить, используя измерения дисперсии, применяемые в статистике, в частности, типовое отклонение, используемое для измерения дисперсии вокруг среднего значения совокупности данных. Таким образом, получают возможность оптимально ограничить интервал стабильности параметра, вычисляя типовые отклонения для каждого параметра и предпочтительно устанавливая пределы этого интервала стабильности как плюс или минус три типовых отклонения вокруг среднего значения измеренного параметра. Измеренное значение, выходящее за эти пределы, можно считать характеристикой тенденции изменения рассматриваемого параметра.
Во втором варианте выполнения настоящего изобретения сглаживание осуществляют при помощи вычисления прямой регрессии, соответствующей нескольким предыдущим значениям и последнему измеренному значению.
Такое вычисление прямой регрессии можно произвести, например, при помощи метода наименьших квадратов для получения правильной оценки прямой, наилучшим образом характеризующей измеренные значения, сводя к минимуму влияние естественных случайных флуктуаций, рассматриваемых как погрешности измерения.
Предпочтительно сглаживание осуществляют путем вычисления прямой регрессии, соответствующей нескольким предыдущим значениям и последнему измеренному значению, и знак наклона прямой регрессии высвечивается индикатором в одной или другой из зон изменения результатов.
Таким образом, применяют одну и ту же формулу вычисления прямой регрессии, знак наклона которой характеризует направление отмеченного изменения. Средство вычисления передает на устройство индикации сигнал, соответствующий знаку вычисленного наклона, и устройство индикации легко отображает изменение в одной или другой зоне изменения, находящейся рядом с зоной стабильности.
Предпочтительно число предыдущих значений является фиксированным.
Во время проведенных испытаний было установлено минимальное число измерений, необходимое для нормального определения прямой регрессии по данному параметру. Это число может быть установлено заранее и введено в программу прибора для облегчения его работы. Например, набор из семи измерений, соответствующий одной неделе для ежедневных измерений, является достаточным для характеристики тенденции изменения веса человека.
Предпочтительно дату начала регистрации измеренных значений определяет пользователь.
Это дает пользователю возможность свободного выбора начала отслеживания изменения измеренного параметра для контроля за режимом питания или программой тренировок.
В более усовершенствованной версии этого варианта выполнения прибор содержит средства измерения времени, соединенные со средствами запоминания значений, измеренных прибором.
Это позволяет записывать в запоминающее устройство прибора измеренные значения отслеживаемого параметра одновременно с моментом взвешивания. Таким образом, регистрируя, например, число дней, прошедших между двумя измерениями, прибор может лучше определить среднесуточное увеличение или уменьшение измеренного значения параметра и с более высокой точностью оценивает тенденцию изменения измеренного параметра.
Предпочтительно прибор содержит средство измерения веса или жировой массы.
Прибор в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно используют для измерения веса и жировой массы, являющимися параметрами, изменение которых претерпевает значительные естественные флуктуации от одного дня к другому и отслеживание которых имеет большое значение для здоровья и формы человека.
Предпочтительно прибор в соответствии с настоящим изобретением содержит устройство цифровой индикации значений, измеренных и/или вычисленных прибором.
Это позволяет информировать пользователя не только о направлении изменения измеряемого параметра, но также о среднем уменьшении или увеличении значения этого параметра между двумя измерениями.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания неограничительных вариантов выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает вид сверху прибора для измерения состава тела согласно примеру выполнения настоящего изобретения;
Фиг.2 - блок-схему основных блоков прибора согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
На фиг.1 показан пример выполнения прибора 1 для измерения состава тела человека, являющегося электронными весами для взвешивания людей. Электронные весы для взвешивания людей содержат жесткую измерительную площадку 9 для размещения измеряемого веса, установленную, например, на основании для взвешивания (не показано), содержащем четыре ножки, в каждой из которых установлен датчик веса. Такой датчик веса содержит гибкий брусок с тензометрами, установленный консольно между частью ножки, входящей в контакт с площадкой 10, и другой частью ножки, опирающейся на пол. Тензометры установлены на одной из сторон гибкого бруска и соединены в виде мостика Уитстона с электронной схемой управления прибора для преобразования деформаций, действующих на датчики, в электрические сигналы и для преобразования последних в цифровые значения, соответствующие измеренному весу. Тензометры и их цепи образуют средство измерения. Кроме того, прибор может содержать клавиши 11, 12 для введения измеренных значений в запоминающее устройство, при этом каждая клавиша соответствует отдельному пользователю.
Прибор содержит цифровой индикатор 14 измеренного текущего значения или предыдущего значения, хранящегося в памяти прибора. Прибор содержит также световой индикатор 15, показывающий результат сравнения между текущим измерением и контрольным измерением, что будет подробнее пояснено ниже.
Предпочтительно световой индикатор 15 находится рядом с цифровым индикатором 14, что одновременно делает конструкцию прибора более простой и позволяет сконцентрировать внимание пользователя на одной зоне площадки 10. Предпочтительно световой индикатор 15 содержит три отдельные световые зоны: центральную зону 17 стабильности и зоны 18, 19 изменения, находящиеся по обе стороны от зоны 17 стабильности, при этом зона 18 находится справа от центральной зоны и отображает увеличение веса, а зона 19 находится слева и отображает уменьшение веса. Для выделения одной из зон светового индикатора 15 используют лампу, например, цветной или белый электролюминесцентный диод, устанавливаемый в полости площадки 10, которую затем закрывают крышкой, выполненной в виде цветной или бесцветной детали из прозрачного или просвечивающегося пластика. Крышка закрывает лампу на уровне верхней стороны площадки 10. Кроме того, крышка может содержать рисунок, изображающий значок или символ, высвечивающийся, когда на находящуюся внизу соответствующую лампу подается питание. Когда индикация осуществляется цветной световой зоной в соответствии с заранее установленным цветовым кодом, цвет обеспечивается электролюминесцентным диодом, пластиковыми крышками или их комбинацией.
В варианте используемыми лампами могут быть электролюминесцентные лампы на основе фосфора, причем эти лампы содержат три отдельные зоны освещения, комбинированные или некомбинированные с крышками из прозрачного или светопроницаемого пластика, при этом передача цвета обеспечивается электролюминесцентными лампами, крышками или их комбинацией.
Площадка 10 для размещения веса выполнена в виде круглой, прямоугольной или квадратной плиты небольшой толщины (например, от 4 до 20 мм), выполненной из пластического материала, дерева, металла и т.д. или из прозрачного или просвечивающегося материала, например, из закаленного стекла или из смолы типа ПММА (метилметакрилат).
На фиг.2 показана блок-схема работы такого прибора, где измерительные средства 4 содержат датчики веса, электрические схемы которых передают измеренные сигналы в вычислительный блок 7, в частности микропроцессор или микроконтроллер, предназначенный для обработки сигналов. Вычислительный блок 7 соединен с запоминающим устройством 8, выполненным с возможностью записи и хранения специфических данных индивидуума, таких как данные, измеренные измерительным средством 4. В другом варианте выполнения прибор может дополнительно содержать средство 2 ввода персональных физиологических данных, которые также могут храниться в запоминающем устройстве 8 прибора. Средство 2 ввода может быть выполнено в виде отдельной клавиатуры, соединенной с электронной схемой прибора, или в виде клавиатуры, встроенной в площадку весов для взвешивания людей, например, как в документе ЕР 1538428. Значения, вычисленные вычислительным блоком 7 или записанные в запоминающее устройство 5, отображаются средством 3 индикации и характеризуют вес пользователя, если прибором являются весы, показанные на фиг.1.
В варианте, не показанном на чертежах, прибор измерения состава человека может содержать средство измерения биоэлектрического сопротивления человека и средство вычисления и индикации параметра, выводимого из биоэлектрического сопротивления, такого как количество жировой массы, количество активной массы, мышечной массы, содержание воды в организме.
Вычислительный блок 7 прибора в соответствии с настоящим изобретением содержит средство сравнения текущих значений измеренного параметра, получаемых из сигналов, переданных измерительным средством 4, с контрольными значениями, полученными на основании предыдущих измерений и хранящимися в запоминающем устройстве 8 прибора. Результат сравнения передается в средство 3 индикации, при помощи, по меньшей мере, одного светового устройства.
Сравнение текущего значения с сохраненным в памяти предыдущим значением осуществляется для выявления тенденции изменения отслеживаемого параметра. Однако, как оказалось, параметры состава тела, такие как вес и жировая масса или активная масса, подвержены существенным периодическим флуктуациям, не позволяющим точно установить тенденцию набора или потери веса или жировой массы. Эти флуктуации зависят от таких факторов, как физическая активность, стрессы, гормональный цикл, разовые излишества в питании и т.д. Поэтому необходимо вычитать эти флуктуации из данных, полученных на основании последовательных, например, ежедневных измерений и сравнивать текущее значение с предыдущим значением, которое характеризует тенденцию изменения измеренного параметра.
Прибор в соответствии с настоящим изобретением содержит средство вычисления, определяющее контрольное значение или диапазон контрольных значений, осуществляя сглаживание нескольких предыдущих значений и, в случае необходимости, измеренного текущего значения.
В первом варианте выполнения настоящего изобретения предыдущее значение, учитываемое при сравнении с текущим значением веса, является скользящим средним для n значений веса, измеренных за период, превышающий или равный семи дням. Это среднее значение вычисляют по формуле, введенной в запоминающее устройства микропроцессора вычислительного блока 7:
После этого измеренное текущее значение сравнивается с вычисленным скользящим средним, и результат выводится на световой индикатор 15.
Таким образом, если разность между текущим значением, измеренным прибором, и средним значением, вычисленным вычислительным блоком 7, равна нулю, световая индикация появляется в зоне 17 стабильности, если эта разность является положительной, световая индикация появляется в зоне 18, а при отрицательной разности световая индикация появляется на уровне зоны 19 светового индикатора 15.
Р
В более усовершенствованном варианте выполнения вычислительный блок 7 осуществляет вычисление типовых отклонений σ для n предыдущих значений измеренного параметра веса по следующей формуле:
и, чтобы наилучшим образом вычесть случайные флуктуации зарегистрированных значений, после этого вычислительный блок определяет зону стабильности, например, плюс и минус 3 типовых отклонения, принимая за вычисленное среднее, например, центральное значение. Так, если последнее измеренное значение веса попадает внутрь определенной таким образом зоны стабильности, центральная зона 17 освещается, в противном случае подается команда на освещение одной из ламп зон 18 или 19 в зависимости от знака сравнения с заранее установленным диапазоном стабильных значений.
Во втором варианте выполнения настоящего изобретения используют другой вычислительный алгоритм, введенный в запоминающее устройство микропроцессора вычислительного блока 7. Так, при помощи метода наименьших квадратов вычисляют прямую регрессии набора измерений, предпочтительно 7 измерений по формуле:
y=mx+b
где m - наклон прямой, вычисляемый при помощи формулы:
а b - ордината в исходной точке прямой, вычисляемая по формуле:
где n - число измерений рассматриваемого набора; х - обозначает осуществленные взвешивания и принимает все целые значения от 1 до n; y - измеренное значение веса.
При каждом новом взвешивании прибор вычисляет наклон m прямой регрессии нового набора измерений, включая последнее взвешивание. В зависимости от знака рассчитанного наклона m световая индикация появляется в зонах 17, 18, 19 светового индикатора 15. Подача команды на включение одной из ламп зон 18 или 19 происходит в зависимости от знака наклона прямой регрессии: если наклон является положительным, загорается лампа зоны 19. Если наклон является отрицательным, загорается лампа зоны 18. В случае, если наклон является нулевым, загорается лампа зоны 17. Можно также определить зону стабильности, для которой лампа зоны 17 загорается в случае, когда вычисленный наклон находится в пределах определенного диапазона, например, плюс или минус 300 г при определении веса.
В первой версии этого варианта выполнения различные взвешивания человека вводятся в память одно за другим независимо от времени, истекшего с момента каждого взвешивания. Эта версия является более дешевой и легче обрабатывается электронными приборами, но для получения достаточно точного результата пользователь должен все же соблюдать постоянный интервал времени между взвешиваниями.
В более усовершенствованной версии второго варианта выполнения различные взвешивания человека вводятся в память одновременно с моментом взвешивания. В этом случае прибор содержит устройство измерения времени, истекшего между двумя взвешиваниями, которое будет использовано при расчете наклона прямой регрессии. В этом случае вычисленный наклон прямой регрессии дает точную индикацию среднего уменьшения или увеличения веса, при этом выбор момента взвешивания остается за пользователем.
Во время использования прибора пользователь встает на площадку 10 прибора и выбирает при помощи одной из клавиш 11, 12 зону памяти, в которую будут введены все измерения заранее определенного набора, например, из 7 взвешиваний. Во время этой первой фазы регистрации измерений набора световой индикатор 15 остается погашенным, и прибор пока не показывает результатов сравнения. После введения в память всех измерений набора прибор может сравнить последнее измерение с контрольным значением, полученным путем сглаживания предыдущих измерений. После этого в одной из зон 17, 18 или 19 площадки прибора появляется световая индикация, сообщающая пользователю направление изменения его веса. Одновременно цифровой индикатор 14 может показывать текущее значение веса, среднее увеличение или среднее уменьшение веса или сразу и увеличение, и уменьшение.
Можно также предусмотреть другие версии и варианты выполнения настоящего изобретения, не выходя при этом за рамки прилагаемой формулы изобретения.
Так, световой индикатор может находиться в другом месте на площадке или может быть выполнен вынесенным.
Световые зоны индикатора могут быть невидимыми, когда пользователь не применяет изделие, и будут высвечиваться только в момент активации светового сигнала.
Можно также использовать более усовершенствованный буквенно-цифровой индикатор и соответствующие клавиши управления, предназначенные для выведения на экран меню и включения момента начала вычисления контрольного значения.