專(zhuān)利名稱(chēng)：體內(nèi)脂肪量計(jì)和帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同時(shí)測(cè)定站立位的兩腳間的活體電阻和體重并根據(jù)另外輸入的身高、性別、年齡等身體的特征計(jì)算和推測(cè)體內(nèi)脂肪量的帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)，詳細(xì)而言，就是涉及應(yīng)付電阻測(cè)定用電極和作為測(cè)定主體的腳掌的接觸電阻的偏差的帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，已提案了利用通過(guò)使用從被檢測(cè)體的末端施加微小的恒定電流測(cè)定電極間的電壓降低量而得到的活體末端間電阻便可推斷人體的組成的事實(shí)(The American Journal of Clinical Nutrition，41(4)810-817 1985”Assessment of fat-free mass using bioelectricalimpedance measurement of the human body”)的體內(nèi)脂肪量計(jì)，(USP.4，008，721、日本特公平5-49050、日本特開(kāi)平7-51242等等)這些提案的實(shí)施品已商品化了。
其中，特公平5-49050的商品將用于在被測(cè)定者站到體重計(jì)上時(shí)對(duì)兩腳掌接觸的位置測(cè)定活體電阻的平的金屬制的電極設(shè)置在體重計(jì)的載物臺(tái)表面，赤腳站到測(cè)定器的指定的位置，就可以同時(shí)測(cè)定用于推斷體內(nèi)脂肪量的因子內(nèi)的每次測(cè)定時(shí)發(fā)生變化的活體末端間電阻和體重并代入計(jì)算公式，作為可以最簡(jiǎn)便地推算體內(nèi)脂肪量的裝置和帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)已商品化了。
先有的體內(nèi)脂肪計(jì)，首先通過(guò)鍵開(kāi)關(guān)等輸入裝置輸入被測(cè)定者的身高、性別、體重等身體的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)裝置中，其次，由控制裝置驅(qū)動(dòng)電阻測(cè)定裝置，模擬輸出活體的電阻值，利用AD變換器將其變換為數(shù)字值，并輸入運(yùn)算裝置，根據(jù)表示得到的活體電阻值的數(shù)字值和存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)的身高等身體的數(shù)據(jù)計(jì)算出體內(nèi)脂肪量，并向顯示裝置輸出。體重與其他的身體數(shù)據(jù)不同，容易發(fā)生變化，每次測(cè)定都必須輸入，所以，設(shè)置重量測(cè)定裝置，每次測(cè)定電阻時(shí)也要測(cè)定被測(cè)定者的體重值的裝置就是帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)。
該帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)在電阻測(cè)定裝置的模擬輸出與上述AD變換器之間設(shè)置切換開(kāi)關(guān)，將切換開(kāi)關(guān)的另一端與重力測(cè)定裝置的模擬輸出連接，將切換開(kāi)關(guān)的控制端子與上述控制裝置連接，首先，用切換開(kāi)關(guān)將重量測(cè)定裝置的輸出輸入AD變換器，將被測(cè)定者的體重值變換為數(shù)字值，將該值存儲(chǔ)到存儲(chǔ)裝置中后，切換該切換開(kāi)關(guān)，將電阻測(cè)定裝置的輸出輸入AD變換器，將電阻的測(cè)定值變換為數(shù)字值，體重測(cè)定裝置和電阻測(cè)定裝置共有AD變換器(

圖1)。
另外，上述先有的帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)的活體電阻測(cè)定裝置，為了消除電極與活體的接觸電阻的偏差對(duì)測(cè)定值的影響，采用4端子法(圖2和圖3)。
在測(cè)定被測(cè)定者的重量的電子式體重計(jì)的載物臺(tái)上設(shè)置電極A1、A2、B1、B2，在被測(cè)定者站上時(shí)與兩腳的腳趾部和腳后根部接觸，將50kHz的具有已知的電流值iR的交流恒流源的電流端子與電極A1、A2連接，將交流電壓計(jì)的測(cè)定端子與電極B1、B2連接。另外，設(shè)計(jì)為電流幾乎不流過(guò)交流電壓計(jì)的測(cè)定端子。
這里，設(shè)體內(nèi)電阻為ri、右腳趾的接觸電阻為rA1、左腳趾的接觸電阻為rA2、右腳后根的接觸電阻為rB1、左腳后根的接觸電阻為rB2。
交流恒定電流iR流過(guò)rA1，不泄漏到rB1、rB2而直接流過(guò)ri、rA2，回到電流端子。
這時(shí)，在rA1、ri、rA2上產(chǎn)生的電壓降分別為vA1＝iR×rA1 (1)vi ＝iR×ri (2)
vA2＝iR×rA2(3)這里，由于電流幾乎不流過(guò)交流電壓計(jì)的各測(cè)定端子，所以，在rB1、rB2上產(chǎn)生的電壓降分別可以視為0，可以忽略rB1、rB2的影響，從而可以用交流電壓計(jì)直接觀(guān)測(cè)vi。
根據(jù)(2)式，體內(nèi)電阻ri為ri＝vi/iR (4)iR是已知的值，所以，可以很容易地根據(jù)觀(guān)測(cè)值vi求出。
交流恒流源由交流恒壓源、電阻R1、OP放大器構(gòu)成(圖4)。
交流恒壓源的輸出與R1的一端連接，R1的另一端與OP放大器的-端子連接。上述電極A1與-端子連接，上述電極A2與OP放大器的輸出端子連接，+端子與GND(0V)連接。只要輸出端子未飽和，OP放大器的-端子與+端子就是同電位，另外，沒(méi)有電流從-端子流入OP放大器內(nèi)。因此，流過(guò)R1的電流直接流過(guò)電極A1，并流過(guò)活體，到達(dá)A2，由OP放大器的輸出端子吸收。設(shè)交流恒壓源的輸出電壓為v，則R1的兩端的電壓為v，所以，ri＝v/R1 (5)由于v、R1是已知的，所以，可以得到已知的恒定電流。
交流電壓計(jì)由差動(dòng)放大器、整流器、低通濾波器和AD變換器構(gòu)成。首先，由差動(dòng)放大器得到將電極B1、B2間的差值電壓放大N倍的放大輸出。
這時(shí)，差動(dòng)放大器的輸出電壓v為v＝N×Vi＝N×iR×ri(6)將該輸出輸入半波整流器時(shí)，整流器只輸出交流電壓的正的部分。通過(guò)用低通濾波器將其變換為直流并輸入上述AD變換器，可以得到與體內(nèi)電阻ri成比例的數(shù)字值。
利用該結(jié)構(gòu)，便可測(cè)定不受腳的接觸電阻影響的活體電阻。
但是，為了進(jìn)行盡可能正確的測(cè)定，通常，以接觸電阻小到某種程度和赤腳使用為前提進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常，腳掌的接觸電阻小于1kΩ，將電阻測(cè)定電流的最大值取為1mA以下進(jìn)行設(shè)計(jì)。
設(shè)上述交流恒壓源的峰值電壓為0.8V、電阻R1為1kΩ時(shí)，根據(jù)(5)式，則這時(shí)的電流值為800μA。
設(shè)活體電阻為500Ω、接觸電阻為1kΩ，則電極A2的電壓Vo為Vo＝800μA×(rA1+ri+rA2)＝2V。
通常，腳掌的接觸電阻小于1kΩ，但是，穿著襪子時(shí)就極端地增大。
現(xiàn)在，設(shè)接觸電阻為10kΩ，則電極A2的計(jì)算上的電壓Vo為Vo＝800μA×(10kΩ+500Ω+10kΩ)＝16.4V(8)另一方面，體脂肪計(jì)多數(shù)是以移動(dòng)為前提制作的，主要是用電池來(lái)驅(qū)動(dòng)電路。因此，電路電壓限定為±5V左右。在恒流源中使用的OP放大器的輸出端子的電壓也在該范圍內(nèi)，如上述那樣穿著襪子時(shí)(接觸電阻為10kΩ)，OP放大器飽和，不能流過(guò)恒定電流。因此，ri就不再是已知的恒定電流，另外，波形將發(fā)生畸變，不再是正弦波。但是，交流電壓計(jì)就檢測(cè)該畸變的不正確的電壓輸出vi，運(yùn)算裝置就以該值計(jì)算體內(nèi)脂肪量，并向顯示裝置輸出。
如上所述，先有的帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)的活體電阻測(cè)定裝置是以赤腳站到測(cè)定器上為前提進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在穿著襪子時(shí)，測(cè)定裝置的電極與被測(cè)定體的接觸電阻變得過(guò)大時(shí)，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，測(cè)定裝置的電極與被測(cè)定體間的電壓降將增大，脫離恒流源的正常的動(dòng)作范圍，不能使指定的電流流入活體，從而成為不能進(jìn)行正確的測(cè)定的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明要解決的問(wèn)題，就是提供在穿著襪子等時(shí)，即使活體與用于測(cè)定活體電阻的電極的接觸電阻增大時(shí)也可以簡(jiǎn)單而正確地推算體內(nèi)脂肪量的帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)。
發(fā)明的公開(kāi)將用于測(cè)定活體電阻的電流源取為恒壓源，在該恒壓源與電壓供給端子的電極間設(shè)置電流測(cè)定裝置，測(cè)定體內(nèi)流入電流，根據(jù)測(cè)定的體內(nèi)流入電流與電壓測(cè)定端子間的電位差決定兩腳間的電阻(圖8)。
體內(nèi)流入電流電源在正常的動(dòng)作范圍動(dòng)作而不受接觸電阻的值的影響，能正確地測(cè)定作為電阻計(jì)算的基礎(chǔ)的體內(nèi)流入電流值和電壓測(cè)定端子間的電位差，即使接觸電阻增大時(shí)，也可以正確地進(jìn)行活體電阻的測(cè)定。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，設(shè)置當(dāng)被測(cè)定者站到測(cè)定重量的電子式體重計(jì)的載物臺(tái)上時(shí)由與兩腳的腳趾部接觸使微電流流入體內(nèi)的一對(duì)電極A(A1、A2)和與兩腳的腳后根部接觸測(cè)定腳后根間的電位差的一對(duì)電極B(B1、B2)構(gòu)成的兩腳間活體電阻測(cè)定裝置的兩對(duì)電極，以及輸入身高、年齡、性別等的身體的特征的輸入裝置。將正弦波振蕩器的輸出通過(guò)已知電阻值的電阻R1與電極A連接，根據(jù)在電阻R1上的電壓降的電位差求活體流入電流。另一方面，由差動(dòng)放大器取出在電極B上的電壓降的電位差，進(jìn)行波形成形、整流等處理，變換為直流后進(jìn)行AD變換，使用作為電阻R的兩端的電位差而求出的電流值，作為活體電阻的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入運(yùn)算部。運(yùn)算部根據(jù)輸入的身高、年齡、性別等身體的特征和測(cè)定的或輸入的體重值以及活體電阻計(jì)算出體內(nèi)脂肪量，并由設(shè)置在載物臺(tái)上面的顯示器進(jìn)行顯示。
下面，根據(jù)附圖就本發(fā)明的實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1是先有的帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)的框圖。
圖2是體脂肪測(cè)定模式圖。
圖3是活體電阻測(cè)定說(shuō)明圖。
圖4是恒流源框圖。
圖5是交流電壓計(jì)框圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的框圖。
圖7是本發(fā)明的說(shuō)明圖。
圖8是表示本發(fā)明的問(wèn)題解決方式的框圖。
圖9是本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)作流程圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳的形式參照?qǐng)D6和圖7，將交流電流計(jì)的一端與50kHz的交流電壓源連接，將另一端與A1端子連接。A2端子與GND連接。
將交流電壓計(jì)的測(cè)定端子與電極B1、B2連接。
設(shè)置將電阻R1的兩端和B1、B2端子有選擇地與差動(dòng)放大器連接的SW1，將SW1的控制端子與控制裝置連接。
由交流電壓源施加vx，電流通過(guò)電阻R1流入A1。
使用A1、A2間的電阻rx表示體內(nèi)流入電流ix時(shí)，則有ix＝vx/(R1+rx)(14)控制裝置通過(guò)SW1將R1的兩端與差動(dòng)放大器連接，將其輸出進(jìn)行半波整流，由低通濾波器變換為直流電壓，輸入AD變換器，變換為數(shù)字值，并將該值Nx存儲(chǔ)到存儲(chǔ)裝置中。
在R1的兩端產(chǎn)生的電壓vR1以數(shù)字值Nx而供給。
由于在R1的兩端產(chǎn)生的電壓vR1為vR1＝ix×R1所以，體內(nèi)流入電流ix為ix＝vR1/R1現(xiàn)在，vR1用數(shù)字值Nx表示，R1也是已知的值，所以，通過(guò)計(jì)算可以求出ix。
因此，根據(jù)NR＝Nx/R1計(jì)算表示體內(nèi)流入電流的數(shù)字值NR，并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)裝置中。
其次，通過(guò)SW1將B1、B2端子與差動(dòng)放大器連接，同樣，進(jìn)行半波整流，通過(guò)低通濾波器輸入AD變換器，變換為數(shù)字值，并將該值Ni存儲(chǔ)到存儲(chǔ)裝置中。
在活體電阻ri上產(chǎn)生的電壓vi以數(shù)字值Ni而供給。
因此，有ri＝vi/ix，所以，使用數(shù)字值Ni、NR可以求出活體電阻。
運(yùn)算裝置根據(jù)得到的活體電阻值和被測(cè)定者的身體數(shù)據(jù)計(jì)算體內(nèi)脂肪量，并向顯示裝置輸出。
以上所示的是使用電阻R1作為交流電流計(jì)的例子，但是，該方法在本發(fā)明中是非常有用的。
使用低電壓降的交流電流計(jì)時(shí)，加到A1端子上的電壓基本上等于交流電壓源的輸出vx。
由于活體流入電流與接觸電阻、體內(nèi)電阻成反比，所以，在接觸電阻非常小時(shí)，活體流入電流將增大。該電流處于對(duì)活體沒(méi)有影響的范圍內(nèi)是絕對(duì)條件。
設(shè)活體流入電流的最大允許值為2mA，則必須具有例如不使大于2mA的電流流過(guò)交流電壓源等的斷路開(kāi)關(guān)功能等的保護(hù)功能。
在上述實(shí)施例中，設(shè)交流電壓源的最大電壓為2V、R1為1kΩ時(shí)，則成為ix＝vx/(R1+rx)＝2V/(1kΩ+rx)＜2mA一定要小于2mA。
即，R1通過(guò)選擇其電阻值，便兼有限制電流的功能。
活體流入電流太小時(shí)，有時(shí)會(huì)引起精度降低。在顯示裝置上設(shè)置有「高精度」、「低精度」的標(biāo)志，設(shè)表示可以保證高精度的極限的電流值的數(shù)字值為NH、表示穿著非常厚的襪子等超過(guò)測(cè)定極限時(shí)的電流的數(shù)字值為NMIN時(shí)，通過(guò)計(jì)算求出體內(nèi)脂肪量后，計(jì)算出的電流的數(shù)字值NR為NR≥NH時(shí)，就將「高精度」點(diǎn)亮，并顯示體內(nèi)脂肪量，在NH＞NR＞NMIN時(shí)，就將「低精度」點(diǎn)亮，并顯示體內(nèi)脂肪量，在NR≤NMIN時(shí)，就顯示「Error」(錯(cuò)誤)。
這樣，精度變化時(shí)也可以很容易地分開(kāi)顯示，從而可以避免錯(cuò)誤。
上述例子，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，省略了體重計(jì)的說(shuō)明，但是，通過(guò)在電阻值測(cè)定裝置的模擬輸出與上述AD變換器之間設(shè)置切換開(kāi)關(guān)，并將切換開(kāi)關(guān)的另一端與重力測(cè)定裝置的模擬輸出連接，將切換開(kāi)關(guān)的控制端子與上述控制裝置連接，先用切換開(kāi)關(guān)將重量測(cè)定裝置的輸出輸入AD變換器，將被測(cè)定者的體重值變換為數(shù)字值，并將該值存儲(chǔ)到存儲(chǔ)裝置中后，通過(guò)使切換開(kāi)關(guān)將電阻測(cè)定裝置的輸出輸入AD變換器，可以形成與電阻測(cè)定共有的裝置，從而可以廉價(jià)地進(jìn)一步提高使用的方便性。
以上，說(shuō)明了可以更高精度測(cè)定體脂肪率而不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤的技術(shù)，利用該技術(shù)，即使穿著襪子時(shí)也可以高精度地、不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤地進(jìn)行測(cè)定。
權(quán)利要求
1.體內(nèi)脂肪量計(jì)，其特征在于具有測(cè)定或輸入被測(cè)定者的身高等身體的數(shù)據(jù)的輸入單元；測(cè)定被測(cè)定者的活體電阻的電阻測(cè)定單元；對(duì)輸入的身體數(shù)據(jù)和測(cè)定的或輸入的體重值以及由電阻測(cè)定單元得到的活體電阻進(jìn)行運(yùn)算處理而計(jì)算出體內(nèi)脂肪量的運(yùn)算處理單元；和顯示由運(yùn)算處理單元得到的體內(nèi)脂肪量的顯示單元；用于測(cè)定活體電阻的電阻測(cè)定單元由以下部分構(gòu)成電壓電源，將指定的電壓供給活體的一對(duì)電壓供給端子，設(shè)置在該電壓電源與活體之間的體內(nèi)流入電流測(cè)定單元，測(cè)定由體內(nèi)流入電流產(chǎn)生的電壓的活體間電壓測(cè)定單元，和根據(jù)由上述體內(nèi)流入電流測(cè)定單元得到的體內(nèi)流入電流和由活體間電壓測(cè)定單元得到的活體間電壓計(jì)算活體電阻的單元。
2.帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)，其特征在于具有輸入被測(cè)定者的身高等身體的數(shù)據(jù)的輸入單元；測(cè)定被測(cè)定者的活體電阻的電阻測(cè)定單元；測(cè)定被測(cè)定者的體重的體重測(cè)定單元；對(duì)輸入的身體的數(shù)據(jù)和測(cè)定的體重值以及由電阻測(cè)定單元得到的活體電阻進(jìn)行運(yùn)算處理而計(jì)算體內(nèi)脂肪量的運(yùn)算處理單元；和顯示由運(yùn)算處理單元得到的體內(nèi)脂肪量的顯示單元；用于測(cè)定活體電阻的電阻測(cè)定單元由以下部分構(gòu)成電壓電源，將指定的電壓供給活體的一對(duì)電壓供給端子，設(shè)置在該電壓電源與活體之間的體內(nèi)流入電流測(cè)定單元，測(cè)定由體內(nèi)流入電流產(chǎn)生的電壓的活體間電壓測(cè)定單元，和根據(jù)由上述體內(nèi)流入電流測(cè)定單元供給的體內(nèi)流入電流和由活體間電壓測(cè)定部得到的活體間電壓計(jì)算活體電阻的單元。
3.按權(quán)利要求1或2所述的體內(nèi)脂肪量計(jì)，其特征在于體內(nèi)流入電流測(cè)定單元由設(shè)置在電壓電源與活體之間的電阻和該電阻的電壓測(cè)定單元構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求3所述的體內(nèi)脂肪量計(jì)，其特征在于設(shè)置在電壓電源與活體之間的電阻兼作將體內(nèi)流入電流限制為小于指定值的流入電流的限制電阻。
5.一種帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)，具有輸入被測(cè)定者的性別、身高、年齡等身體的數(shù)據(jù)的輸入單元；測(cè)定被測(cè)定者的體重的重量測(cè)定單元；被測(cè)定者站到該體重測(cè)定單元的載物臺(tái)上時(shí)在可以與被測(cè)定者的兩腳掌接觸的位置具有兩對(duì)電極的測(cè)定兩腳間的活體電阻的電阻測(cè)定單元；對(duì)輸入的身體的數(shù)據(jù)和測(cè)定的體重值以及兩腳間的電阻值進(jìn)行運(yùn)算處理而計(jì)算體內(nèi)脂肪量的運(yùn)算處理單元；和顯示測(cè)定的體重和計(jì)算的體內(nèi)脂肪量的顯示單元，其特征在于用于測(cè)定活體電阻的電阻測(cè)定單元由以下部分構(gòu)成電壓電源，將指定的電壓供給活體的一對(duì)電壓供給端子，設(shè)置在恒壓源與活體之間的體內(nèi)流入電流測(cè)定單元，測(cè)定由體內(nèi)流入電流產(chǎn)生的電壓的活體間電壓測(cè)定單元，和根據(jù)由上述體內(nèi)流入電流測(cè)定單元供給的體內(nèi)流入電流和由活體間電壓測(cè)定單元得到的活體間電壓計(jì)算活體電阻的單元。
全文摘要
提供應(yīng)付穿著襪子等情況下測(cè)定電極與被測(cè)定體的接觸電阻的偏差的帶體內(nèi)脂肪量計(jì)的體重計(jì)。該體重計(jì)將用于測(cè)定活體電阻的電流源采用恒壓源,將電流測(cè)定裝置設(shè)置在恒壓源與電壓供給端子之間,測(cè)定體內(nèi)流入電流,根據(jù)測(cè)定的體內(nèi)流入電流和電壓測(cè)定端子間的電位差決定體內(nèi)電阻。
文檔編號(hào)G01G19/50GK1276709SQ98810287
公開(kāi)日2000年12月13日 申請(qǐng)日期1998年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月17日
發(fā)明者小熊耕二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社百利達(dá)