DE10150343A1

DE10150343A1 - Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung bei der Erfassung und Auswertung von Trainingsdaten

Info

Publication number: DE10150343A1
Application number: DE2001150343
Authority: DE
Inventors: Egbert J Seidel
Original assignee: E I S GmbH
Current assignee: E I S GmbH
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2003-04-24

Description

Die Erfindung betrifft in erster Linie Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung bei der Erfassung und Auswertung von Trainingsdaten. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung der Verfahren nach Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2.
Berührungslose Temperaturmessgeräte sind seit langem bekannt. Beispielsweise werden diese in der Lebensmittelindustrie und hier insbesondere in Kühlhäusern oder auch beim Transport in Kühltransportern verwendet, um die Einhaltung vorgeschriebener. Temperaturgrenzen zu überwachen bzw. zu kontrollieren. Weiterhin ist in sehr vielen industriellen Prozessen die genaue Kenntnis der Temperaturen zu bestimmten Zeitpunkten oder an bestimmten Verarbeitungs- oder Herstellungsorten für den Erfolg eines Herstellungs- oder Verarbeitungsverfahrens von erheblicher Bedeutung. Um auch bei umfangreicheren Messserien die korrekte Zuordnung von Temperaturmesswerten und Messpunkten bzw. Messorten oder -gegenständen zu erleichtern und Fehlzuordnungen vollständig oder zumindest weitgehend auszuschließen, ist beispielsweise aus der DE 196 42 135 A1 ein Messverfahren bekannt, bei dem neben dem Temperaturwert auch Daten über den Ort bzw. Gegenstand der Temperaturmessung in der Weise erfasst und gespeichert werden, dass die gespeicherten Temperaturwerte eindeutig den gemessenen Gegenständen bzw. Orten zugeordnet werden können. Da sowohl die Daten über den Ort als auch diejenigen über die Temperatur abgespeichert werden, ist diese Abspeicherung mit Hilfe eines geeigneten Programms, welches die Speicherung steuert, problemlos und mit eindeutiger Zuordnung möglich. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Daten über den Ort bzw. Gegenstand der Temperaturmessung in Form eines Strichcodes bzw. Bar-Codes vorgegeben werden, was die apparative Datenerfassung erleichtert. Beispielsweise erfolgt die Steuerung und Optimierung von Prozessparametern mittels einem PC, wobei die genaue Auswertung und Verarbeitung der Temperaturmesswerte an bestimmten Orten mit einem entsprechenden Programm erfolgt, welches auf dem PC installiert ist. Weiterhin kann neben den Temperaturmesswerten und den Daten über den Ort der Temperaturmessung auch noch der Zeitpunkt registriert werden, zu welchem die Messung stattgefunden hat. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise die Echtzeit gemessen, es kann jedoch auch zu Beginn der Messung eine nicht an die Tageszeit gekoppelte Stoppuhr oder dergleichen gestartet werden, wobei gegebenenfalls der Zeitpunkt des Starts der Stoppuhr registriert werden kann. Die Vorrichtung hierzu kann als ein in der Hand zu haltendes Pyrometer ausgebildet werden, welches auf einen Gegenstand gerichtet wird; dessen Temperatur zu messen ist und welches die Temperatur auf Knopfdruck registriert. Das Pyrometer kann bereits einen integrierten Strichcodeleser mit einem Laser aufweisen, welcher derart angeordnet ist, dass dieser auch als Pilotlicht für die Temperaturmessung verwendbar ist. Die im Pyrometer zwischengespeicherten Werte werden dann über eme geeignete Schnittstelle an einen PC übertragen, wobei ein Auswerteprogramm die gemessenen Daten verarbeitet und gegebenenfalls Hinweise z. B. auf eine Änderung der Lagerparameter gibt.
Weiterhin sind sog. Fahrradcomputer bekannt, die beispielsweise an einem Fahrradrahmen montiert werden können; und die aus einem speziell programmierten Mikrocontroller mit Display und Reed-Sensoren bestehen: Um die bei einem Training mit diesen Trainingsgeräten anfallenden Daten beliebig auszuwerten, zu archivieren oder in andere datenverarbeitende Systeme zu übertragen ist aus der DE 199 11 138 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem die bei einem stationären Fahrradtraining anfallenden Trainingsdaten wie Geschwindigkeit, Trittfrequenz, Leistung, Herzfrequenz; Entfernung, Übersetzung und daraus abgeleitete Größen mittels Sensoren von einem handelsüblichen Computer (PC) erfasst werden. Die Daten sind damit automatisch in vielfältiger Weise analysierbar, archivierbar und übertragbar, wobei die Rechenkapazität des vorhandenen Computersystems genutzt wird. Die Sensoren für die Umdrehung von Kurbel; Laufrad und die Herzfrequenz werden lediglich über einen passiven Adapter an die serielle Schnittstelle eines PC angeschlossen. Die Datenaufnahme erfolgt rein softwaretechnisch, nur mittels der in einem Standard-PC enthaltenen Hardware.
Das Messen und Überwachen der Herzfrequenz in Ruhe und in verschiedenen Stadien der Belastung ist für Hobby- wie für Profisportler ein effektives Mittel zur Messung, Steuerung und Überwachung des Trainingsprogramms. Hierzu werden meist tragbare Herzfrequenzmessgeräte eingesetzt, welche entweder auf Photozellenbasis (photoreflektierende Geräte) zur Pulsfrequenzmessung, wobei der Sensor am Ohrläppchen oder am Finger angebracht ist, oder auf elektronischer Basis ähnlich einem Kardiographen arbeiten, wobei ein Brustgurt mit geeigneten, auf die Haut aufgesetzten Elektroden zur Herzfrequenzmessung verwendet wird. Um eine Vorrichtung zur Pulsfrequenzmessung zu schaffen, die bei niedrigem Preis komfortabel zu tragen ist und auch gestattet, Fragen der Hygiene bei wechselnden Trägern einfach zu beherrschen, ist aus der DE 296 23 864 U1 eine Vorrichtung zur Pulsfrequenzmessung nach dem Prinzip der Nah-Infrarot-Photoplethysmographie (NIRP) bekannt. Der Sensor, wobei Sender und Empfänger im Sensor zusammengebaut sind, ist in einer Zone oberhalb der Augenbrauen, vorzugsweise in der Mitte dieser Zone knapp über der Glabella, in einem Fahrradhelm eingebaut auf der Stirn des Trägers gehalten. Alternativ kann ein Stirnband vorgesehen werden, das einen NIRP-Sensor trägt. Die Messsignale können mittels Leitung oder Telemetrie auf ein Anzeigegerät übertragen werden. Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die Anzeige im Gesichtsfeld des Trägers erfolgt. Beispielsweise kann man in einem Fitnesszentrum die Werte mehrerer Kunden in Mehrkanaltechnik durch ein intelligentes Protokoll an einem zentralen Ort anzeigen, so dass ein überwachender Trainer erkennen kann, bei welchen Kunden die Belastung erhöht bzw. gesenkt werden sollte. Ein NIRP-Sensör hat geringes Gewicht, wobei ein beträchtlicher Anteil von den eingebauten Batterien herrührt. Zur Herabsetzung des Energiebedarfs des Sensors kann man die Pulsfrequenzmessung statt kontinuierlich in Abständen vornehmen, z. B. alle 10 oder 20 Sekunden. Statt der "beat-to-beat"-Messung gelangt man dann zu einer Trendanalyse, die für die allermeisten praktischen Anwendungen völlig ausreicht.
Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, sind Verfahren und Vorrichtungen zur Messung, Steuerung und Überwachung des Trainingsprogramms unter Benutzung teilweise aufwendiger Hilfsmittel (z. B. handelsüblicher Computer (PC), siehe DE 199 11 138 A1) bekannt. Auf einem hierzu nicht benachbarten Fachgebiet sind berührungslose Temperaturmessgeräte für gewerbliche Anwendung bekannt, wobei die Auswertung ebenfalls mittels PC erfolgt. Der wesentliche Nachteil der oben stehend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen zur Messung, Steuerung und Überwachung des Trainingsprogramms liegt darin, dass trotz des teilweise hohen Aufwands eine Überbelastung des Trainierenden nicht verhindert werden kann. Obwohl sowohl für den Trainierenden als auch für Ärzte, Fitnesszentren - wegen eventueller Haftungsfragen - die Auswertung in Hinblick auf eine kurz bevorstehende Überbelastung von großem Nutzen wäre, kann diese Forderung von den bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht erfüllt werden. Besonders bedeutsam ist dies, weil sowohl die Sportgeräteindustrie als auch die Medizingeräte-Industrie als äußerst fortschrittliche, entwicklungsfreudige Industrien anzusehen sind, die sehr schnell Verbesserungen und Vereinfachungen aufgreifen und in die Tat umsetzen.
Der Erfindung liegt gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Messung, Steuerung und Überwachung des Trainingsprogramms die, Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung derart auszugestalten, dass eine Überbelastung des Trainierenden, Probanden oder der zu untersuchenden Persön zuverlässig verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung mittels eines Sensors, welcher in einer Zone oberhalb der Augenbrauen, vorzugsweise in der Mitte dieser Zone in einem vorgebbaren Abstand über der Glabella auf der Stirn der Person gehalten ist, und dessen Messsignale mittels Leitung oder Telemetrie zu einer am oder außerhalb des Trainingsgeräts angeordneten Auswerteeinrichtung übertragen werden, dadurch gelöst, dass

- der Sensor die Temperatur intermittierend misst,
- die Auswerteeinrichtung den Gradienten der Messwerte und das Vorzeichen des Gradienten ermittelt und zumindest den aktuellen vorzeichenbehafteten Gradienten zwischenspeichert,
- die Auswerteeinrichtung aus dem Vergleich des aktuellen vorzeichenbehafteten Gradienten mit dem vorhergehenden zwischengespeicherten Gradienten das Überschreiten mindestens eines vorgebbaren Schwellwerts detektiert und
- die Auswerteeinrichtung beim Überschreiten des oder der Schwellwerte ein Warnsignal erzeugt, und/oder das Trainingsgerät oder ein Messsystem zur Durchführung von Belastungsmessungen abschaltet.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass auf überraschend einfache Art und Weise zuverlässig eine Überbelastung des Trainierenden, Probanden oder der zu untersuchenden Person verhindert werden kann. Im Falle des Überschreitens eines ersten Schwellwertes kann ein Warnsignal erzeugt werden und im Falle des Überschreitens eines zweiten Schwellwertes kann zusätzlich das Trainingsgerät bzw. das Messsystem zur Durchführung von Belastungsmessungen abgeschaltet werden.
Weiterhin wird diese Aufgabe, ausgehend von einem Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung mittels eines Sensors, welcher in einer Zone oberhalb der Augenbrauen, vorzugsweise in der Mitte dieser Zone in einem vorgebbaren Abstand über der Glabella auf der Stirn der Person gehalten ist, und dessen Messsignale mittels Leitung oder Telemetrie zu einer am oder außerhalb des Trainingsgeräts angeordneten Auswerteeinrichtung, welche einen Speicher mit mindestens einer Referenz-Messkurve aufweist, übertragen werden, gemäß Patentanspruch 2 dadurch gelöst, dass

- der Sensor die Temperatur intermittierend misst,
- die Auswerteeinrichtung die Messwerte mit der Referenz- Messkurve vergleicht und
- die Auswerteeinrichtung beim Erreichen mindestens eines bestimmten Referenz-Messwertes oder Referenz-Messwertbereichs ein Warnsignal erzeugt und/oder das Trainingsgerät oder ein Messsystem zur Durchführung von Belastungsmessungen abschaltet.

Im Vergleich zum Verfahren nach Patentanspruch 1 ist bei diesem Messverfahren zusätzlich eine individuelle Anpassung, an die jeweilige Person möglich, indem die Referenz-Messkurve adaptiv nachgeführt wird.
Weiterhin wird diese Aufgabe, ausgehend von einer Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 7, dadurch gelöst, dass ein Sensor zur Temperaturmessung vorgesehen ist, dass der Sensor mittels einer Haltevorrichtung, welche zur Einstellung in einem vorgebbaren Abstand eine über die Körperoberfläche hinausragende Verlängerung aufweisen, gehalten ist, dass die Auswerteeinrichtung am oder außerhalb des Trainingsgeräts angeordnet ist und mit einem Zwischenspeicher zur Zwischenspeicherung von Gradienten der Messwerte oder einem Speicher zur Speicherung der Messwerte selbst und einer Referenz-Messkurve verbunden ist, dass die Auswerteeinrichtung an eine akustische und/oder optische Anzeigeeinrichtung angeschlossen ist, an welcher die Messwerte selbst und/oder daraus abgeleitete Werte und/oder ein Warnsignal ausgegeben werden und dass die Auswerteeinrichtung mit Mitteln zum Abschalten des Trainingsgeräts verbünden ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass einerseits ein individuell einstellbares Körperadaptersystem für berührungslose Temperaturmessung zur Verfügung gestellt wird, andererseits eine hohe Sicherheit vor einer Überbelastung der Person während der Temperaturmessung mit geringem Aufwand erreicht wird.
Vorzugsweise werden, gemäß Patentanspruch 3, im nahen Bereich zum Schwellwert oder zum Referenz-Messwert die Zeitabstände zwischen den Messungen verändert.
Durch beispielsweise eine Verkürzung der Zeitabstände wird sichergestellt, dass der Schwellwert oder Referenz-Messwert zuverlässig erfasst werden kann; danach kann der Zeitabstand wieder verlängert werden. Ebenso ist es möglich die Zeitabstände bis zum Schwellwert oder Referenz-Messwert kontinuierlich zu verkürzen und danach wieder kontinuierlich zu erhöhen.
In Weiterbildung der Erfindung Werden, gemäß Patentanspruch 4, die einzelnen Messwerte im nahen Bereich zum Schwellwert oder zum Referenz-Messwert mit einem Bewertungsfaktor verknüpft.
Diese Weiterbildung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass in einem bestimmten die Auflösung der Messkurve veränderbar ist und somit die Genauigkeit erhöht werden kann.
Vorzugsweise werden, gemäß Patentanspruch 5, die Messsignale zu einer akustischen und/oder optischen Anzeigeeinrichtung übertragen, an welcher auch das Warnsignal ausgegeben wird.
Durch die Ausgabe der Messwerte bzw. des Warnsignals ist die Person stets aktuell über die augenblickliche Belastungssituation informiert und kann von sich aus gegebenenfalls die Belastung abbrechen bzw. verringern.
In Weiterbildung der Erfindung ist, gemäß Patentanspruch 8, die Haltevorrichtung helmartig oder als Schirmmütze ausgestaltet. Vorzugsweise ist gemäß Patentanspruch 9, die Verlängerung derart teleskopartig verstellbar und/oder schwenkbeweglich gelagert, dass der Abstand zwischen Sensor und einem Spiegel einstellbar und nach Einstellung bei teleskopartiger Verstellung konstant ist.
Diese Weiterbildungen der Erfindung weisen den Vorteil auf, dass einerseits je nach Anwendung und Anforderung, mit geringem Aufwand eine individuelle Anpassung an die Kopfform der Person ermöglicht wird, andererseits ein zuverlässiger Halt in dieser Position sichergestellt ist.
Schließlich sind, gemäß Patentanspruch 10; die Auswerteeinrichtung und/oder der Zwischenspeicher und/oder der Speicher in Modul-Bauweise ausgeführt und die Module weisen an der Rückseite eine Steckvorrichtung auf und sind in Aussparungen an der Frontseite des Gehäuses eines Messsystem zur Durchführung von Belastungsmessungen einschiebbar.
Diese Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass durch die Modul- Bauweise die Möglichkeit zur Aufrüstung entsprechend der jeweiligen Anforderungen besteht. Weiterhin kann eine personenbezogene Speicherung im austauschbaren Speichermodul vorgenommen werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Ausführungsform für ein erfindungsgemäß individuell einstellbares Körperadaptersystem,
Fig. 2a, 2b und 2c Diagramme für gemessene Parameter der Fahrradspiroergometrie und der Hauttemperatur und
Fig. 3 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen. Vorrichtung.
Wie umfangreiche Untersuchungen gezeigt haben, stellt die Messung der Hauttemperatur eine objektive und vereinfachte Messmethode zum standardisierten Verfahren der spiroergometrischen Belastung in Bezug auf Stoffwechselgrößen dar. Beim standardisierten Verfähren wird in der Regel dem Probanden eine Atemmaske angelegt und eine Abnahme von Kapillarblut aus dem Ohrläppchen, um daraus den Laktatwert zu ermitteln, vorgenommen. Zur Belastung kann beispielsweise ein kalibriertes Fahrradergometer oder ein kalibriertes spirometrisches Messgerät dienen. Die Bestimmung der individuell anaeroben Schwelle erfolgt häufig nach STEGMANN. Hierbei wird die Laktatleistungskurve gegenüber der Herzfrequenz in einem Diagramm aufgetragen. Das Laktat der Nachbelastung (1., 3., 5. und 10. Minute nach Belastung) wird ebenso in das Diagramm aufgenommen. Nun erfolgt die lAS- Bestimmung graphisch. Hierzu wird eine waagerechte zur x-Achse gezogen, die der Höhe des maximalen Belastungslaktatwertes entspricht. An der Stelle, wo sich diese waagerechte Linie und der abfallende Teil der Laktatkurve des Nachbelastungslaktates treffen, wird eine Markierung gesetzt. Von dieser Markierung aus wird mit einem Lineal die Tangente zur abgetragenen Laktatleistungskurve gesucht. Ist dieser Punkt dann gefunden, kann man an der x-Achse die entsprechende Leistung erkennen, und über die y-Achse die Herzfrequenz sowie den Laktatwert und somit die individuell anaeroben Schwelle grafisch bestimmen. Ziel der Untersuchung war es, den Parameter Hauttemperatur auf seine Veränderlichkeit gegenüber, zusätzlich gewonnenen spiroergometrischen Werten zu prüfen. Schwerpunkte lagen dabei auf dem Verlaufsprofil der Hauttemperatur in Verbindung mit den Stoffwechselgrößen der Spiroergometrie wie Respiratorischer Quotient (R0), Herzfrequenz, Laktat, Leistung, Schweißsekretion (Feuchte der abgegebenen Wärme).
Erfindungsgemäß wurde also zusätzlich die Temperatur gemessen, wozu mit einem Messgerät die Hauttemperatur bzw. die Oberflächentemperatur des vorliegenden Objektes über dessen Infrarotstrahlung gemessen wird. Wenn der Emissionsgrad des Objektes bekannt ist (beim Menschen 0,96), kann dann über die Abstrahlungseigenschaften des Körpers auf seine eigentliche Oberflächentemperatur geschlossen werden. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform für ein erfindungsgemäß individuell einstellbares Körperadaptersystem in Form einer helmartigen Haltevorrichtung H. Die Haltevorrichtung H weist zur Einstellung in einem vorgebbaren Abstand a₂ eine über die Stirn/Körperoberfläche hinausragende Verlängerung V auf und trägt an einem Ende einen Sensor S oder einen Spiegel SL und den dann im Abstand a₁ hierzu angeordneten Sensor S. Die Verlängerung V ist derart teleskopartig verstellbar und/oder schwenkbeweglich gelagert, dass der Abstand a₁ zwischen Sensor S und dem Spiegel SL einstellbar und nach Einstellung bei teleskopartiger Verstellung konstant ist. Dadurch entfällt für den Benutzer der Justieraufwand und es ist stets ein gleicher Abstand zwischen Sensor S und Spiegel SL, vorzugsweise ein Metallspiegel, gewährleistet. Weiterhin ist von Vorteil, dass durch den Abstand a₂ ein Beschlagen des Spiegels SL (Reflexion der Wärmestrahlung) verhindert wird und dass durch die Verlängerung V bzw. Haltevorrichtung H keine Temperatur abgesaugt wird, Vorzugsweise weist das Messgerät einen Hilfsstrahl für das Positionieren auf. Nach dem Einschalten des Messgeräts beginnen die beiden Messpunkte an der Front des Gerätes zu leuchten. Bei einer Entfernung von beispielweise 40 mm hat das Gerät seinen optimalen Abstand zum Messpunkt und die beiden Messpunkte (Hilfsstrahl und Messstrahl) sind einer. In dieser Position ermittelt das Gerät die Temperatur der vorliegenden Oberfläche; im dargestellten Ausführungsbeispiel über der Glabella. Wie umfangreiche Vergleichsmessungen ergeben haben (siehe auch Fig. 2a, 2b und 2c), kann auf die zusätzliche Messung der abgestrahlten Hautfeuchte, beispielsweise mit einem Luftfeuchte-Temperatur Transmitter; verzichtet werden. Die Messung kann automatisch alle 30 bzw. 20 Sekunden durchgeführt werden (ähnlich wie bei der Messung der spirometrischen Werte, des Belastungs-EKG oder der Feuchtenmessung).
Auf den in Fig. 2b und 2c dargestellten Diagrammen erkennt man die Beziehungen zwischen den einzelnen Parametern der Fahrradspiroergometrie und der in Fig. 2a dargestellten Hauttemperatur. Dabei zeigt Fig. 2a deutlich, dass die Temperaturwanne des Probanden bei 4 min beginnt, und sich über einen sehr langen Zeitraum, nämlich 11 mm, erstreckt. Die IAS des Probanden liegt im aufsteigenden Teil der Wanne der Temperaturkurve. Vergleicht man den Temperaturverlauf mit dem des Respiratorischen Quotienten (RQ) (siehe beispielsweise Fig. 2b), so stellt man fest, dass die Kurve des RQ in ihrem Verlauf "ruhiger" wird, wenn die. Temperatur zu sinken beginnt. Erst im letzten Teil des - aufsteigenden Astes der Temperaturkurve, bei einem kleinen Temperaturabfall kommt es zu einem sehr starken linearen Anstieg des Respiratorischen Quotienten.
Betrachtet man die in Fig. 2b dargestellte Mittelwertkurve für die Temperatur, so stellt man fest, dass im Mittel alle Probanden ein und das selbe Temperaturmuster zeigen. Im Durchschnitt wies jeder Proband eine mehr oder weniger ausgeprägte Wanne auf, die gegen Ende der Belastung, im aufsteigenden Teil, noch ein mal einen auffälligen Knick macht. Wenn man die Mittelwerte des RQ anschaut, so stellt man einen stufenförmigen Verlauf dar, der um den RQ-Wert von 1 relativ gleichmäßig wirkt. Man gewinnt den Eindruck, dass der Körper von Belastungsbeginn an versucht, ein gleichmäßiges Stoffwechselverhältnis von CO₂-Abgabe zu O₂-Aufnahme herzustellen. Dies gelingt aber nur für eine gewisse Zeit (z. B. bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel ca. 9 min). Danach ist der Körper nicht mehr in der Lage dieses Milieu aufrecht zu erhalten, und der Stoffwechsel arbeitet zugunsten der. CO₂-Produktion, und damit der CO₂-Abgabe.
Legt man nun beide Kurven übereinander (siehe Fig. 2b), kann man feststellen, dass der Wannentiefpunkt im Mittel immer mit einem RQ um 1 verbunden ist. Dies wiederum lässt vermuten, dass sich im Wannentiefpunkt CO₂-Abgabe und O₂-Aufnahme die Waage halten. Man kann von einem steady-state-Phänomen sprechen, was den Schluss zulässt, dass die Wanne der Temperatur ihren Tiefpunkt immer im Bereich des IAS hat. Die IAS ist der Definition nach der Punkt; wo die Laktatproduktion gleich dem Laktatabhau ist. Wird nun Laktat im Übermaß produziert heißt das, dass der Körper weniger O₂ bekommt als er benötigen würde, um das entstandene Laktat auf aerobem Wege abzubauen. Man kann nun darauf schließen, dass ab dem Zeitpunkt des Aufwärtstrends der Wanne die IAS erreicht sein muss.
Fig. 2b legt auch offen, dass die. Unterschiede im Temperaturregulationsverhalten nicht zwingend mit dem BMI oder der Körperfläche variieren. Einzig der Tiefpunkt der Wanne, in Prozent der IAS angegeben, gibt Aufschluss darüber, dass der Ausdauergewohnte Proband über ein besseres Temperaturregulationsverhalten verfügt als der Nichtausdauergewohnte. Kernaussagen sind:

- Die Hauttemperatur steigt bis zu bestimmter Leistungsanforderung und fällt dann aufgrund von Zentralisierungsprozessen ab, um bei maximaler Belastung den Körperkern so zu erhitzen, dass auch die Hauttemperatur in der Peripherie des Körpers erhitzt wird. Dadurch kommt es zu einem Wannenverlauf der Hauttemperaturkurve.
- Die Veränderung der Hauttemperatur ist vom Grad der Ausdauerleistungsfähigkeit des Athleten abhängig. Der Ausdauerathlet verfügt über einen größeren Temperaturpuffer, welcher das Ansteigen der Hauttemperatur während der Belastung verzögert.
- Eine geringe Körpermasse; und damit einhergehend eine geringere Masse an Muskulatur, erzeugt bei sportlicher Belastung nicht so schnell Wärme. Die Körpertemperatur wird längere Zeit relativ konstant gehalten. Dadurch kommt es erst später zur Bildung von sichtbarem Schweiß. Je größer die Körperoberfläche ist, desto besser funktioniert die Wärmeabgabe, so dass die Körperoberflächentemperatur nicht so schnell ansteigt.
- Der charakteristische Wannenverlauf der Temperaturkurve zeigt im Profil Korrelationen mit der Herzfrequenz, da ab einer gewissen Herzschlagfrequenz so viel Arbeit von dem Herz-Kreislauf-System geleistet wird, dass es zwangsläufig zu sichtbarer Schweißbildung kommen muss.
- Unter Berücksichtigung ausgewählter physiologischer Parameter kann die Hauttemperaturmessung orientierende Aussagen für die Ausdauerleistungsfähigkeit geben.

Die Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Blockschaltbild. Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Konzept für viele Anwendungsfälle geeignet, wobei das Einsatzgebiet von der Belastungsmessung für Untersuchungen im klinischen Bereich bis hin zur Anwendung in Fitnessstudios oder im Privatbereich reicht.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur berührungslosen Messung einen Sensor S zur Temperaturmessung auf. Der Sensor S ist mittels einer helmartigen Vorrichtung oder einer Schirmmütze oder einer am Kopf befestigten Haltevorrichtung H, welche eine über die Stirn hinausragende Verlängerung V aufweisen, gehalten. Die Messsignale werden mittels Leitung L oder Telemetrie zu einer am oder außerhalb des Trainingsgeräts angeordneten Auswerteeinrichtung A übertragen. Die Auswerteeinrichtung A ist ferner mit einem Zwischenspeicher zur Zwischenspeicherung von Gradienten der Messwerte oder einem Speicher SP zur Speicherung der Messwerte selbst und einer Referenz-Messkurve verbunden. Weiterhin ist die Auswerteeinrichtung A aneine akustische und/oder optische Anzeigeeinrichtung AZ angeschlossen ist, an welcher die Messwerte selbst und/oder daraus abgeleitete Werte und/oder ein Warnsignal ausgegeben werden. Schließlich ist die Auswerteeinrichtung A mit Mitteln SC zum Abschalten des Trainingsgeräts verbunden. Die Verlängerung V ist vorzugsweise teleskopartig verstellbar und/oder schwenkbeweglich gelagert. In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Auswerteeinrichtung A und/oder der Zwischenspeicher und/oder der Speicher SP in Modul-Bauweise ausgeführt, wobei die Module an der Rückseite eine Steckvorrichtung aufweisen und in Aussparungen an der Frontseite des Gehäuses eines Messsystem zur Durchführung von Belastungsmessungen einschiebbar sind.
Beim ersten erfindungsgemäßen Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung mittels eines Sensors, welcher in einer Zone oberhalb der Augenbrauen, vorzugsweise in der Mitte dieser Zone knapp über der Glabella auf der Stirn der Person gehalten ist, misst der Sensor S die Temperatur intermittierend. Die Auswerteeinrichtung A ermittelt den Gradienten der Messwerte, und das Vorzeichen des Gradienten und speichert zumindest den aktuellen vorzeichenbehafteten Gradienten im Zwischenspeicher ab. Weiterhin vergleicht die Auswerteeinrichtung A den aktuellen vorzeichenbehafteten Gradienten mit dem vorhergehenden zwischengespeicherten Gradienten das Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwerts und erzeugt beim Überschreiten des oder der Schwellwerte ein Warnsignal. Schließlich schaltet die Auswerteeinrichtung A das Trainingsgerät oder ein Messsystem zur Durchführung von Belastungsmessungen ab.
Beim zweiten erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Speicher SP vorgesehen, in welchem mindestens eine Referenz-Messkurve gespeichert ist. Ebenso wie beim ersten Verfahren misst der Sensor S die Temperatur intermittierend, wobei nun die Auswerteeinrichtung A die Messwerte mit der Referenz-Messkurve vergleicht. Beim Erreichen mindestens eines bestimmten Referenz-Messwertes oder Referenz-Messwertbereichs erzeugt die Auswerteeinrichtung A ein Warnsignal und führt den Abschaltvorgang wieder durch.
Im Gegensatz zu den bekannten spiroergometrischen Belastungsmessungen ist das erfindungsgemäße Messverfahren der Hauttemperatur wegen des charakteristischen Wannenverlauf der Temperaturkurve viel aussagekräftiger und die Verhinderung von Überbelastungen ist gewährleistet.
Alle dargestellten und beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten, sowie alle in der Beschreibung und/oder der Zeichnung offenbarten neuen Einzelmerkmale und ihre Kombination untereinander, sind erfindungswesentlich. Beispielsweise kann eine Funkübertragung zu Transpondern erfolgen, die personenbezogenen Messwerte durch PIN gegen unbefugten Zugriff gesichert sein; das Körperadaptersystem kann auch zur Messung an der Halsschlagader, Brustkorb oder zur Messung bei einem schlecht durchbluten Bein eingesetzt werden, da als Referenzwert die Messung über der Glabella herangezogen werden kann (z. B. am Brustkorb sind 5°C abzuziehen) u. a.

Claims

1. Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung mittels eines Sensors (S), welcher in einer Zone oberhalb der Augenbrauen, vorzugsweise in der Mitte dieser Zone in einem vorgebbaren Abstand (a₂) über der Glabella auf der Stirn der Person gehalten ist, und dessen Messsignale mittels Leitung (L) oder Telemetrie zu einer am oder außerhalb des Trainingsgeräts angeordneten Auswerteeinrichtung (A) übertragen werden, bei dem
der Sensor (S) die Temperatur intermittierend misst,
die Auswerteeinrichtung (A) den Gradienten der Messwerte und das Vorzeichen des Gradienten ermittelt und zumindest den aktuellen vorzeichenbehafteten Gradienten zwischenspeichert,
die Auswerteeinrichtung (A) aus dem Vergleich des aktuellen vorzeichenbehafteten Gradienten mit dem vorhergehenden zwischengespeicherten Gradienten das Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwerts detektiert und
die Auswerteeinrichtung (A) beim Überschreiten des oder der Schwellwerte ein Warnsignal erzeugt und/oder das Trainingsgerät oder ein Messsystem zur Durchführung von Belastungsmessungen abschaltet oder in einen anderen Modi übergeht.

2. Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung mittels eines Sensors (S), welcher in einer Zone oberhalb der Augenbrauen, vorzugsweise in der Mitte dieser Zone in einem vorgebbaren Abstand (a₂) über der Glabella auf der Stirn der Person gehalten ist, und dessen Messsignale mittels Leitung (L) oder Telemetrie zu einer am oder außerhalb des Trainingsgeräts angeordneten Auswerteeinrichtung, welche einen Speicher (SP) mit mindestens einer Referenz-Messkurve aufweist, übertragen werden, bei dem
der Sensor(S) die Temperatur intermittierend misst;
die Auswerteeinrichtung (A) die Messwerte mit der Referenz- Messkurve vergleicht und
die Auswerteeinrichtung (A) beim Erreichen mindestens eines bestimmten Referenz-Messwertes oder Referenz-Messwertbereichs oder Referenz-Gradienten ein Warnsignal erzeugt und/oder das Trainingsgerät oder ein Messsystem zur Durchführung von Belastungsmessungen abschaltet oder in einen anderen Modi übergeht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im nahen Bereich zum Schwellwert oder zum Referenz-Messwert die Zeitabstände zwischen den Messungen verändert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3; dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Messwerte im nahen Bereich zum Schwellwert oder zum Referenz- Messwert mit einem Bewertungsfaktor verknüpft werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale zu einer akustischen und/oder optischen Anzeigeeinrichtung (AZ) übertragen werden, an welcher auch das Warnsignal ausgegeben wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vom Hersteller mindestens eine Referenz-Messkurve vorab im Speicher (SP) abgespeichert ist oder dass der Benutzer bei Erst- Inbetriebnahme eine Referenz-Messkurve eingibt und dass durch Vergleich der aktuellen Messkurve mit der Referenz-Messkurve oder mit der zuletzt gemessenen Messkurve, wobei diese auch die Referenz-Messkurve überschreiben kann, Unterschiede feststellbar und anzeigbar sind.

7. Vorrichtung zur berührungslosen Messung mittels eines Sensor (S), welcher vor der Stirn einer auf einem Trainingsgerät befindlichen Person gehalten ist und dessen Messsignale mittels Leitung (L) oder Telemetrie zu einer am oder außerhalb des Trainingsgeräts angeordneten Auswerteeinrichtung (A) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (S) zur Temperaturmessung vorgesehen ist, dass der Sensor (S) mittels einer Haltevorrichtung (H), welche zur Einstellung in einem vorgebbaren Abstand (a₂) eine über die Körperoberfläche hinausragende Verlängerung (V) aufweisen; gehalten ist, dass die Auswerteeinrichtung (A) am oder außerhalb des Trainingsgeräts angeordnet ist und mit einem Zwischenspeicher zur Zwischenspeicherung von Gradienten der Messwerte oder einem Speicher (SP) zur Speicherung der Messwerte selbst und einer Referenz-Messkurve verbunden ist, dass die Auswerteeinrichtung (A) an eine akustische und/oder optische Anzeigeeinrichtung (AZ), angeschlossen ist, an welcher die Messwerte selbst und/oder daraus abgeleitete Werte und/oder ein Warnsignal ausgegeben werden und dass die Auswerteeinrichtung (A) mit Mitteln (SC) zum Abschalten des Trainingsgeräts verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (H) helmartig oder als Schirmmütze ausgestaltet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (V) derart teleskopartig verstellbar und/oder, schwenkbeweglich gelagert ist, dass der Abstand (a₁) zwischen Sensor (S) und einem Spiegel (SL) einstellbar und nach Einstellung bei teleskopartiger Verstellung konstant ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (A) und/oder der Zwischenspeicher und/oder der Speicher (SP) in Modul-Bauweise ausgeführt sind und dass die Module an der Rückseite eine Steckvorrichtung aufweisen und in Aussparungen an der Frontseite des Gehäuses eines Messsystem zur Durchführung von Belastungsmessungen einschiebbar sind.