JPH0249101B2

JPH0249101B2 -

Info

Publication number: JPH0249101B2
Application number: JP60003820A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Terao
Original assignee: Suzuken KK
Current assignee: Suzuken KK
Priority date: 1985-01-11
Filing date: 1985-01-11
Publication date: 1990-10-29
Also published as: JPS61162935A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、人もしくは動物、例えば各種ペツト
に取付けて任意の時間における運動消費カロリ
ー、および、基礎代謝消費カロリーを測定する消
費カロリー計測器に関し、詳しくは、例えば１日
の総摂取カロリーに対する消費カロリーのバラン
スを把握して糖尿病等の予防もしくは治療等に利
用するものである。

（従来の技術）従来、人体に取付け、人体の運動による消費カ
ロリーを測定する消費カロリー計測器に使用さ
れ、人体運動の加速度に応じて作動する加速度セ
ンサは、第９図に示すように密閉円筒３０の胴部
３１に発光ダイオード３２を取付け、発光ダイオ
ード３２と相対する位置に光検出器３３を取付け
て発光ダイオード３２から発光された光ビーム３
２Ａを光検出器３３で受光させるようにした状態
で、密閉円筒３０の内部に固定状態で取付けられ
た永久磁石３４のＮ極と別の永久磁石３５のＮ極
を対向させて反発力を生じるように配設し、人体
の運動時における垂直方向の加速度によつて磁気
反発力に抗して永久磁石３５が下降する際に前記
光ビーム３２Ａを遮光させるように構成したもの
である。永久磁石３５の下降動によつて光ビーム
３２Ａが遮光された場合、光検出器３３から論理
信号「１」が出力されるように構成され、別に設
けられたクロツク発生器から出力されるロツク信
号とともに２入力ANDゲートに入力され、この
２入力ANDゲートから出力されるクロツク信号
をマイクロコンピユータがカウントし、積算され
たカウント値を被計測人の肉体的条件に対応して
予め設定された特性定数とを基に消費カロリー計
算式に従つて消費カロリーを演算積算し、それを
表示器で表示させるものである。

（発明が解決しようとする問題点）前記従来の消費カロリー測定器の加速度センサ
は、測定期間中、常時、発光ダイオード３２から
光ビーム３２Ａを発光させておく必要がある。そ
のため、電源として使用される電池の消耗度が大
きいという問題があり、さらに、検出できる運動
の加速度は垂直方向のみに限定されるため、被計
測人の垂直方向以外の運動は消費カロリーとして
表示されないという問題があつた。また、永久磁
石３５が運動の加速度によつて上下動する際、必
ずしも端面が水平状態で動かないため、密閉円筒
３０の内径に引掛りを起こして移動不能になり、
被計測人の運動の加速度が検出できなくなるとい
う問題があつた。

そこで本発明は以上の問題を解決するため、電
池の消耗度が大きな発光ダイオードを使用するこ
となく消費カロリーを測定される人の運動による
加速度を全方向的に検出することが可能なよう
に、前記加速度によつて振動を発生させ、該振動
による歪量を電気信号に変換して出力させる加速
度センサを用いることをその解決すべき技術的課
題とするものである。

（問題点を解決するための手段）上記課題解決のための技術的手段は、人もしく
は動物の運動による加速度を検出して加速度に応
じた信号を出力する加速度センサと、その加速度
センサからの信号を演算可能な信号に変換する信
号変換手段と、前記加速度センサからの信号に基
づいて前記人もしくは動物の消費カロリーを計測
するために必要な肉体的条件に対応した特性定数
を設定するための定数設定手段と、前記信号変換
手段からの信号を入力して前記人もしくは動物の
運動量を演算する手段と、その演算運動量に対応
する運動消費カロリー計数と前記定数設定手段で
設定された前記特性定数とに基づいて前記人もし
くは動物の消費カロリーを積算演算する消費カロ
リー演算手段と、その消費カロリー演算手段で積
算演算された消費カロリーを表示する表示器とを
備えた消費カロリー計測器において、前記加速度
センサを、圧電素子で形成された細板と、その細
板の先端部に取り付けられた重りと、前記細板の
基端部を固定するとともに前記重りと細板とを一
体的に覆うためのケース部材と、そのケース部材
を固定するためのケース固定体と、前記細板が水
平状態から45度傾けた状態になるように前記ケー
ス部材を前記ケース固定体に取り付けるためのケ
ース取付手段とを有するように構成することであ
る。

（作用）上記構成の消費カロリー計測器によると、加速
度センサが人もしくは動物の運動による加速度を
受けた場合、加速度の方向は上下左右あらゆる方
向が考えられるが、前記圧電素子から成る細板は
45度傾いた方向に曲げを主体とした歪みが生じる
ように、細板を取り付けたケース部材がケース固
定体に固定されているため、加速度の方向に係わ
らず細板に歪みが生じ、その歪み量に対応した電
気信号が出力されることから、消費カロリー演算
段は、演算運動量に対応する運動消費カロリー係
数と定数設定手段で設定された特性定数とに基づ
いて前記人もしくは動物の消費カロリーを正確に
積算演算し、それを表示させることができる。

（実施例）次に、本発明の一実施例の構成を説明する。本
発明の一実施例になる消費カロリー計測器の加速
度センサは、運動消費カロリーと基礎代謝消費カ
ロリーの合算消費カロリーを計測される人もしく
は動物の運動の加速度に対応した電気信号を出力
させるもので、その構成を第１図および第１図の
Ａ−Ａ矢視を示した第２図に示す。例えば、消費
カロリーを計測される人、すなわち、被計測人の
腰部に消費カロリー計測器を取付けて計測する場
合、被計測人の運動加速度が加速度センサ２の重
り２Ａを振動させると、圧電素子を形成した細板
２Ｂに曲げを主とした歪が発生する。圧電素子
は、例えばチタン酸バリウムを使用し、前記歪量
に対応した電荷による電圧を両電極からリード線
２Ｃを介して出力させるように構成したものであ
る。圧電素子を形成した細板２Ｂは基端部が封止
部２Ｄにモールドされ、封止部２Ｄはケース２Ｅ
に封入される。例えば、プラスチツク等で形成さ
れ、防塵、もしくは外力による衝撃を防ぐための
ケース２Ｅには、加速度センサ２を、例えば第４
図に示すようにプリント基板PCに取付けるため
の取付片２Ｆが設けられる。取付片２Ｆはプリン
ト基板PCに接着剤等を用いて固着される。

なお、圧電素子形成細板２Ｂの角度を、第２図
に破線で示すように45度傾くように取付片２Ｆの
位置を換えることによつて、加速度センサ２をプ
リント基板PCに取付けた場合、圧電素子形成細
板２Ｂは水平状態から45度傾いた状態になるた
め、任意方向の運動の加速度によつて歪を発生さ
せることができる。

第３図は、消費カロリー計測器１の演算制御ブ
ロツク図を示したものである。前記被計測人の運
動加速度に対応して加速度センサ２から出力され
た電圧は重り２Ａの振動により発生するもので交
流電圧となり、オペアンプ等で構成される増幅回
路３に入力され、増幅されたあと、Ａ／Ｄ変換回
路４に入力される。Ａ／Ｄ変換回路４において
は、増幅回路３から出力された交流電圧をそのま
まＡ／Ｄ変換したのでは、交流電圧の負部がデジ
タル信号として出力されなくなるため、第７図に
示すようにバイアス電圧VRを加えて全体が正電
圧になるようにレベルアツプする。バイアス電圧
VRは、予め設定されたレフアレンス電圧、例え
ば1.55ボルトの1/2、すなわち、約0.775ボルトに
設定されたもので、この値は、増幅回路３、Ａ／
Ｄ変換回路４の回路特性に対応して定められる。
Ａ／Ｄ変換回路４においては、バイアス電圧VR
でレベルアツプされた電圧波形Ｅの任意の電圧を
enとすれば｜en−VR｜がデジタル信号に変換さ
れてマイクロコンピユータ５に出力される。

マイクロコンピユータ５は、前記Ａ／Ｄ変換回
路４から出力されたデジタル信号を入力する入力
インターフエース５Ａと、中央処理装置としての
マイクロプロセツサ５Ｂと、被計測人の肉体的条
件に対応した特性定数、もしくは、前記Ａ／Ｄ変
換回路４から出力されたデジタル信号などを一時
的に記憶するための記憶素子RAMと、消費カロ
リーを演算するための演算制御プログラムおよび
関連データを記憶した記憶素子ROMと、消費カ
ロリー、その他、後述の定数設定器７で設定され
た設定値等を表示させる表示器６に表示信号を出
力する出力インターフエース５Ｃとから構成され
る。

さらに、前記被計測人の消費カロリーを計測す
るために必要な肉体的条件に対応した特性定数、
例えば、性別、年齢、身長、体重等を設定するた
めの定数設定器７が前記入力インターフエース５
Ａに接続される。なお、＊印は設定された特性定
数をマイクロプロセツサ５Ｂのレジスタ部にメモ
リさせるためのタイミングスイツチである。

また、電源回路８は、軽量な電池を電源として
前記各回路、マイクロコンピユータ５、表示器
６、定数設定器７において必要とする安定化電源
を供給する。

モード切替スイツチ９は、被計測人の消費カロ
リーを計測する前に被計測人の特性定数、すなわ
ち、性別、年齢、身長、体重をマイクロプロセツ
サ５Ｂのレジスタ部に設定メモリさせるときに
SETにして、特性定数の設定が終了して消費カ
ロリーの計測を開始するときにRUNに切替える
ためのスイツチであり、前記入力インターフエー
ス５Ａに接続される。

以上の各電気要素で構成される消費カロリー計
測器１の操作表示面の一例を第５図に示す。な
お、第６図はその右側面図を示したものである。
第６図に示すように、消費カロリー計測器１は背
面にクリツプ１Ａを設け、被計測人の腰部、胸部
に取付け易いように形成される。また表示器６の
表示素子として液晶が用いられ、後述の英字、日
本字、数字を適時表示させる。

次に、本実施例の作用を第８図に示すフローチ
ヤートに従つて説明する。最初、消費カロリーを
計測される人の性別、年齢、身長、体重をセツト
するために、第５図の操作表示面に設けたモード
切替スイツチ９をOFF状態からSETにする。こ
の状態で表示器６上で男女の文字が点滅する
（STEP１）。次に、被計測人が男か女であるかの
判断（STEP２）によつて男であれば定数設定器
７の２／男を押し（STEP３Ａ）、女であれば
３／女を押す（STEP３Ｂ）。前記STEP３Ａ、
もしくは、STEP３Ｂによつて男、もしくは、女
の性別が設定されると表示器６に設定された男、
もしくは女の文字が表示される。次のSTEP４で
定数設定器７のスイツチ＊を押すと、男性もしく
は女性に対応した信号がマイクロプロセツサ５Ｂ
のレジスタにメモリされると同時に表示器６で年
齢の文字が点滅する。被計測人の年齢が例えば、
32才とした場合、定数設定器７の１で100の桁を
インクリメントして０に、２で10の桁をインクリ
メントして３に、３で１の桁をインクリメントし
て２に設定し（STEP５）、スイツチ＊を押すと、
設定された年齢32がマイクロプロセツサ５Ｂのレ
ジスタにメモリされると同時に、表示器６でcm身
長の文字が点滅する（STEP６）。被計測人の身
長が例えば、175cmとした場合、定数設定器７の
１で100の桁をインクリメントして１に、２で10
の桁をインクリメントして７に、３で１の桁をイ
ンクリメントして５に設定し（STEP７）、スイ
ツチ＊を押すと、設定された身長175がマイクロ
プロセツサ５Ｂのレシスタにメモリされると同時
に、表示器６でKg体重の文字が点滅する（STEP
８）。被計測人の体重が例えば、63Kgとした場合、
定数設定器７の１で100の桁をインクリメントし
て０に、２で10の桁をインクリメントして６に、
３で１の桁をインクリメントして３に設定し
（STEP９）、スイツチ＊を押すと、設定された体
重63Kgがマイクロプロセツサ５Ｂのレジスタにメ
モリされると同時に、表示器６でrun OKの文字
が点滅し、被計測人の消費カロリーを計測するた
めの準備が完了したことを示す（STEP１０）。

STEP１０まで終了した状態で、再度、被計測
人の男女、年齢、身長、体重を修正したい場合、
もしくは、チエツクしたいと判断した場合
（STEP１１）、スイツチ＊を押すと（STEP１
２）、フローはSTEP２に戻るため、再度STEP
１０までの操作を行う。STEP１１において、被
計測人の男女、、年齢、身長、体重の修正、もし
くは、チエツクの必要がないと判断した場合、モ
ード切替スイツチ９をRUNに切替え（STEP１
３）、被計測人の例えば腰部に取付けて消費カロ
リーの計測を開始する。

被計測人により消費されるカロリーとしては、
運動消費カロリーと基礎代謝消費カロリーに大別
される。運動消費カロリーは、被計測人の運動量
に応じて消費されるカロリーであり、一方、基礎
代謝消費カロリーは、被計測人の運動に関係なく
生命を維持するために消費されるカロリーであ
る。被計測人の消費カロリーＣを計算する式とし
て次の式を用いるものとする。

Ｃ＝1.11W_o=N 〓ⁿ⁼¹ Kan＋1.11W^0.425 _o=M 〓ⁿ⁼¹ Kbn（Kcal／Ｂ） (1) 式(1)において、Ｃは１日の消費カロリーを示
し、運動消費カロリーを計算するための1.11W_o=N 〓ⁿ⁼¹ Kanと基礎代謝消費カロリーを計算するための
1.11W^0.425 _o=M 〓ⁿ⁼¹ Kbnを合算したものである。式(1)に
おいて、被計測人の体重を示し、Kanは被計測人
の運動量によつて決まる運動強度で設定された運
動消費カロリー係数である。またKbnは被計測人
の基礎代謝消費カロリー係数で、被計測人の性
別、年齢、身長によつて定められる係数である。
前記運動強度は運動の激しさに応じて例えば６段
階に区分され、それぞれの段階に対応する運動消
費カロリー係数Kanの値が前記記憶素子ROMに
設定されている。また、被計測人の運動量Ａは次
式で計算される。

Ａ＝１／Ｔ∫^T _Oadt＝１／256_o=256 〓ⁿ⁼¹ an (2) すなわち、ａを被計測人の運動による加速度と
して時間Ｔにおける積分値を平均した値を、時間
Ｔの範囲の運動量としたもので、運動による加速
度のサンプリング数を例えば256個とした例を式
(2)の１／256_o=256 〓ⁿ⁼¹ anで示している。

本実施例においては運動量Ａを計算する手段と
して運動による加速度ａを、加速度センサ２で電
気信号に変換して増幅し、第７図に示す電圧Ｅに
変換してそれぞれの瞬時電圧ｅ１，ｅ２，…ｅ２
５５，ｅ２５６からバイアス電圧VRを差引いた
｜en−VR｜を積分し、平均して運動量Ａを求め
る。すなわち、Ａ＝１／256_o=256 〓ⁿ⁼¹ ｜en−VR｜ (3) 式(3)によつて運動量Ａを演算する具体的手段
は、例えば３秒間に｜en−VR｜をサンプリング
する回数を256回として、マイクロコンピユータ
５はＡ／Ｄ変換回路４でアナログ量｜en−VR｜
をデジタル量に変換した値を（３秒／256回）毎、
すなわち、約11ミリ秒毎に入力する。マイクロコ
ンピユータ５は、約11ミリ秒間隔のサンプリング
タイムで被計測人の加速度をサンプリングし、式
(3)に従つて３秒間毎に運動量Ａを演算する。この
演算された運動量Ａに対応する運動強度を前記６
段階のいずれかで決定し、該当する運動消費カロ
リー係数Kaの値を検索する。なお、運動強度と
運動消費カロリー係数Kaの値は検索テーブルに
して記憶素子ROMに格納される。

被計測人の運動による加速度を約11ミリ秒毎に
サンプリングして３秒間の運動量の平均を求めた
あと、前記運動強度−運動消費カロリー係数Ka
の検索テーブルをルツクアツプして運動消費カロ
リー係数Kaの値が決定されると、マイクロコン
ピユータ５は、決定された運動消費カロリー係数
値Kaに1.11×Ｗを乗算して３秒間の運動消費カ
ロリーを演算する。１日24時間を秒に換算すれば
24×3600＝86400秒となり、３秒毎に被計測人の
運動消費カロリーを演算すれば、１日に86400／
３＝28800回、被計測人の運動消費カロリーを演
算してそれぞれを積算することによつて、被計測
人の１日の運動消費カロリーが計測される。従つ
て、本実施例における運動消費カロリーを演算す
る式は1.11W_o=28800 〓ⁿ⁼¹ Kan と示すことがで
きる。

式(1)における基礎代謝消費カロリーを演算する
場合、例えば、サンプリング時間間隔を１分とし
て24時間では1440回のサンプリング数となるため
マイクロコンピユータ５は式1.11W^0.425 _o=1440 〓ⁿ⁼¹ Kbn
に従い被計測人の１日の基礎代謝消費カロリーを
演算する。

従つて、前記式(1)にそれぞれのサンプリング数
を入れると、本実施例における消費カロリー試算
式は次のように示すことができる。

Ｃ＝1.11W_o=28800 〓ⁿ⁼¹ Kan＋1.11W^0.425 _o=1440 〓ⁿ⁼¹ Kbn（kcal／Ｂ）（1A）このように、マイクロコンピユータ５は式
（1A）に従い、被計測人の運動消費カロリーを３
秒毎に28800回演算し、また、基礎代謝消費カロ
リーを１分毎に1400回演算して積算し、１日の消
費カロリーを演算する。計測時間の経過とともに
積算された被計測人の消費カロリーは、逐次、マ
イクロコンピユータ５で表示信号に変換され、出
力インターフエース５Ｃを介して表示器６に出力
され積算消費カロリーの値として表示される。

なお、計測時間の経過とともに表示される積算
消費カロリーの表示前に、前記６段階に分類され
た運動強度の該当する強度値が、例えば３秒間表
示される。

１日の消費カロリーが明らかになつたあと、
STEP１４において継続して消費カロリーを計測
すると判断した場合、モード切替スイツチ９を
SETに切替えると（STEP１５）、表示器６に表
示されている１日分の消費カロリーはクリアされ
０に戻る。ただし、被計測人の性別、年齢、身
長、体重の設定データはそのままの状態を保つ。
この状態でモード切替スイツチ９をRUNにする
と、再度継続して、被計測人の消費カロリーを計
測する。なお、継続して消費カロリーを計測しな
いと判断した場合（STEP１６）、モード切替ス
イツチ９をOFFにする（STEP１７）。この状態
でマイクロプロセツサ５Ｂのレジスタ、および、
記憶素子RAMはすべてクリアされる。

このようにして、１日の消費カロリーの計測が
終了した時点で表示器６に表示された被計測人の
消費カロリーと、本発明に無関係の摂取カロリー
計測手段で確認された摂取カロリーと比較して、
新たに摂取するカロリーを調整することができ
る。

また、前記人の消費カロリーを計算するための
式(1)を、任意の動物の消費カロリーを計算するた
めの式に変更してプログラム設定することによつ
て、人と同様に任意の動物の消費カロリーを計測
することができる。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、人もしくは動物
の運動による加速度を検出し、加速度に対応した
電気信号を出力する加速度セサは、人もしくは動
物の運動による加速度によつて、先端部に重りが
取り付けられた細板の曲げが水平方向から45度傾
いた方向に生じるように構成されているため、加
速度の方向に係わらず細板に歪みが生じ、その歪
み量に対応した電気信号を出力することができる
ため、その電気信号に基づいて人もしくは動物の
運動による消費カロリーを正確に測定することが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例によ
る消費カロリー計測器の加速度センサの構造説明
図、第３図は本発明の一実施例の消費カロリー計
測器の演算制御ブロツク図、第４図は加速度セン
サ取付説明図、第５図、第６図は一実施例の消費
カロリー計測器外観図、第７図は一実施例の作用
を示す説明図、第８図は一実施例の作用を示すフ
ロー図、第９図は従来の消費カロリー計測器に使
用された加速度センサの構造説明図である。１……消費カロリー計測器、２……加速度セン
サ、３……増幅回路、４……Ａ／Ｄ変換回路、５
……マイクロコンピユータ、６……表示器、７…
…定数設定器、８……電源回路、９……モード切
替スイツチ、STEP１〜STEP１７……フローチ
ヤートステツプ。

Claims

【特許請求の範囲】１人もしくは動物の運動による加速度を検出し
て加速度に応じた信号を出力する加速度センサ
と、その加速度センサからの信号を演算可能な信
号に変換する信号変換手段と、前記加速度センサ
からの信号に基づいて前記人もしくは動物の消費
カロリーを計測するために必要な肉体的条件に対
応した特性定数を設定するための定数設定手段
と、前記信号変換手段からの信号を入力して前記
人もしくは動物の運動量を演算する手段と、その
演算運動量に対応する運動消費カロリー計数と前
記定数設定手段で設定された前記特性定数とに基
づいて前記人もしくは動物の消費カロリーを積算
演算する消費カロリー演算手段と、その消費カロ
リー演算手段で積算演算された消費カロリーを表
示する表示器とを備えた消費カロリー計測器にお
いて、前記加速度センサを、圧電素子で形成された細
板と、その細板の先端部に取り付けられた重り
と、前記細板の基端部を固定するとともに前記重
りと細板とを一体的に覆うためのケース部材と、
そのケース部材を固定するためのケース固定体
と、前記細板が水平状態から45度傾けた状態にな
るように前記ケース部材を前記コース固定体に取
り付けるためのケース取付手段とを有するように
構成することを特徴とする消費カロリー計測器。