一种心肺耐力测试系统设计及其应用研究

发布时间：2020-05-20 16:52

【摘要】：近年来,生活水平日益提高,然而国民体质健康调查报告显示国民体质却呈现下滑趋势。为了提高国民身体素质,作为体质健康核心要素之一的心肺耐力水平,受到越来越多的关注。心肺耐力衡量指标中,最大摄氧量V02max成为测试和评估心肺耐力的常用标准。心肺耐力的研究主要涉及心肺耐力的测试和训练,其测试方法分为分析呼出气体的直接测试法和利用运动负荷和心率的关系预测最大摄氧量V02max的间接测试方法;心肺耐力水平很大程度上受到遗传等客观因素的影响,但仍可通过机体锻炼得到提升。传统的心肺耐力测试所需的仪器设备价格高昂,其测试方法也较为复杂,不利于在大众群体中推广使用。而且,作为单一的心肺耐力测试设备,无法为受试者提供提升心肺耐力的训练。提升心肺耐力的训练方式有很多,但大多难以确定运动强度以制定训练方案,缺乏科学性和有效性。因此,本文基于普通健身车设计了一种适用大众人群的心肺耐力测试系统,同时可用于执行训练计划,提高心肺耐力水平。本文主要内容包括:(1)系统设计理论研究。分析了基于功率车的二级负荷间接心肺耐力测试的原理,提出了心肺耐力测试系统的设计方案。研究了心率信号的特点和测量方式,设计了外磁式磁阻发生装置,并说明了恒功率设计的必要性和设计原理。(2)系统的设计与实现。通过对设计原理的分析总结,及软件和硬件的设计,实现了心率测量、功率测量和恒功率控制,并设计了融入心肺耐力测试方案的人机交互软件。通过与金标准设备摩纳哥MONARK功率车的对比实验验证了本系统测试的准确性和有效性。(3)系统应用研究。基于该系统制定HIIT(High intensity interval training)高强度间歇性训练计划,分析了 HIIT的理念和其刺激机体增强心肺耐力的作用机制和训练的实现方式,并针对本系统可作为心肺耐力测试和训练计划执行的设备,设计了包括心肺耐力测试与HIIT训练的实验。实验表明,受试者的最大摄氧量VO2max有所提升,体重、体脂率、BMI等身体指标也得到改善,证实了本系统应用 HIIT训练方式提高心肺耐力水平的有效性,形成了集心肺耐力测试与训练于一体的系统。本文主要创新点:(1)基于健身车实现了心肺耐力测试,设计外磁式的阻力发生装置,通过PWM调节力矩电机控制磁阻大小,系统反馈调节磁阻装置的阻力,使对外输出功率保持稳定,保证了心肺耐力测试的准确性。(2)利用该心肺耐力测试系统同时具备心肺耐力测试和训练的特点,针对该系统设计了 HIIT训练方案,为普通人群提供了有效的心肺耐力测试系统和训练方案。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH776;TP274

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本文编号：2672917