真正的vo2max - 衡量你的运动潜力

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Introduction: Real VO2Max--Measure Your Athletic Potential

VO2Max是一个有趣的概念,它提出了从空气中提取并消耗氧气的能力是有限的。这就像体育活动的智商——一些算法告诉你在各种体育比赛中你有多大的天赋。它是在上个世纪初开始研究的,依靠的是呼出的空气袋,这些空气袋是用神秘的气体分析法仔细测量的,这种分析方法只会变得更加复杂。测量这一点所需的机器足够昂贵,仅进行测试就要花费大约150美元。它需要一个有奇怪机器、助手、面具和跑步机的房间。或者你可以得到一块苹果手表,它“做一些数学运算”,并根据各种公认的测试结果给出一个数字——“一个随机医生的名字,他把昂贵的测试与一些容易测量的东西联系优德娱乐起来,比如走路时的心率”。他们总是告诉你,兰斯阿姆斯特朗有一个非常高的一个和雪橇狗在阿拉斯加有一个两倍于兰斯。它会随着年龄的增长而降低,女性比男性低,似乎在生理学上有一定的基础——它是每公斤组织一分钟所消耗的氧气量,单位为毫升。

To measure this you actually have to carefully measure the amount of gas going in and out of your body, the level of CO2 and Oxygen in this gas, its humidity and temperature and use a confounding number of formulas to get to this number. (Or just make it up based on shoe size...) This Instructable will enable you to build a 3D printable portable device to do this with reasonable accuracy that costs about $150 and can be used for testing in a variety of sports. It can be Bluetooth/Wifi connected and provide a wealth of information during use. The breathing components can be easily separated from the expensive sensors to limit worries of virus transmission. It could be cheaply offered at health clubs or to individual users to evaluate training progress.

第一步:收集材料

The only thing that is expensive in this build are the very fine sensors that are necessary to do the analysis. The heart of the design is based on the//www.smiletrl.com/3D打印肺活量计。。。

spirometer design that measures the volume flow through a tube using this sensor:

1SDP816-125PA压力传感器,CMOSens®,125 Pa,模拟,差压$30纽瓦克,迪基

2. TTGO T-DISPLAY ESP32 CP2104 WIFI蓝牙模块1.14寸液晶开发板$ 8 BANDOOD

三。重力:I2C氧传感器55美元。DF机器人

4SCD30气体检测传感器,二氧化碳,40000 ppm,3%$55

5锂电池600毫安时$3

6切换$1

7连接器电缆$2

8死浮潜$1

9.硅胶薄膜高温薄橡胶板垫片超级透明柔性12x19.7 x1 / 32英寸

These sensors have been carefully tested for use in this device...there are cheaper but wildly dysfunctional alternatives. I have used different oxygen sensors in the past that required separate ADC and booster boards but found this new one from DFRobot has built in I2C and works very well. (I get no money from no-one)

第二步:3D打印

该设计基于以前的带阀通气管设计://www.smiletrl.com/3D-Printed-Snorkel/...that utilize one-way valves to prevent the collection of dead air in the snorkel tube. In this case we build a breather apparatus that sucks air in one way and exhausts it through a flexible tube borrowed from a snorkel that connects it to the gas-measuring device. In this way we only measure the exhaled quantity of gas and the level of CO2 and O2 in the exhaled portion. Without the one way valve we would get admixing of the incoming and outgoing flow. The design for the one way valves and their assembly can be found in the above Intstructable. The valve material is soft silicon sheet that is easily cut out with a 3D printed guide.

The Venturi tower is the same design as in the spirometer with extra enclosures for the O2 sensor and the CO2 sensor with built-in covers that make them air-tight and do not interfere with gas laminar flow. The only modification to the computer housing that contains the differential pressure sensor is to enlarge it slightly to accommodate the extra room need for the two I2c connector cables.

Step 3: Wire It

这个装置的接线很简单。我做了一个它的fritzing图,但在大多数情况下,它依赖于两个I2C设备连接在同一总线上(他们有不同的基线地址,不必修改)线与3v电源从TTGO板和地面。SDP816-125PA压力传感器的输出必须连接到GPIO引脚33。电源和接地也由电路板上的3v线路提供。SDA和SCL线连接到GPIO引脚21和22。电池连接与肺活量计相同,通过微型JST连接器连接到TTGO装置,正极线穿过主按钮开关,以打开和关闭。当然,要给电池充电,必须打开电池。连接SPD816单元时,确保图中的OCS引脚接地。我用的是600毫安时的电池,但大一点的可以放在箱子里。该装置也可以通过C型连接器供电。

第4步:建立它

各种各样的方法被用于收集昂贵的标准实验室设备的呼出气体,其中大多数都包括一个可以控制鼻子和嘴巴呼吸的带式面罩。我们的身体依靠一个通气嘴呼吸装置,使它更紧凑。嘴装置有两个阀门,将吸入和呼出的气体分开,并将其导入测量文丘里管装置。该装置的所有零件均采用3D打印,但阀盘必须用薄硅片切割。还包括用于切割阀盘的3D打印阀盘。然后在阀盘上打一个中心孔,放在阀轴上,用一个小螺母粘在阀盘上,把它们固定住。气门保持架转动,一个是输入,一个是输出。然后在出口侧用强力胶粘合排气管,在进口侧用带孔的进口盖板粘合。计算机单元的组装很像肺活量计。将两段塑料水族箱管尽可能地安装在装置的底部孔中,然后用夹子修剪平齐。将M3热螺母放入计算机装置的孔中,并用M3 20 mm螺钉将压力传感器拧入到位。然后将其连接到TTGO单元,该单元很容易安装到壳体的槽口中。一些E6000用于将其稳定到外壳中。连接氧和二氧化碳传感器的电缆(4线I2C)通过顶部外壳的孔进行布线和引导。小开关是超级胶合到位后,放置电池和布线。氧传感器的头部安装在文丘里管上的圆形插座中,并用附加的加热螺母和M3螺钉固定到位。盖安装在装置上,并用额外的M3螺钉固定到位。二氧化碳传感器用一点热胶水固定到位,卡扣式盖子使其保持气密。确保传感器一侧朝向气室。

第五步:编程

The program relies on a couple basic sources for doing the computation of VO2 max:https://sites.uni.edu/dolgener/Instrumentation/Rep。。。

https://www.biopac.com/wp-content/uploads/h19_bsl4 ...

https://web.cortland.edu/bukenmeyerp/fall2004/lab。。。

A key concept is that the volume you inhale is not the same as the volume you exhale! It is modified by lung physiology and multiple factors must be calculated to ascertain the true amount on Oxygen you are nibbling on. The software must first take in your weight--this is done by the two buttons cleverly enabled by the TTGO unit-- VO2 max is measured in cc/min/公斤。三个插槽出现在第一个TFT屏幕快照上,按下“降低”按钮可增加重量。上面的按钮放在地上时可以操纵下一个框。这是在wtRead()函数中完成的。完成后,启动呼吸循环检查,以检查超过30秒读数的总量。在重新开始30秒呼吸计数的过程中,可以随时用下降按钮重置。此时将出现一个新屏幕,其中显示到目前为止在示例中收集的卷以及30秒的倒计时计时器。大多数商业机器使用一分钟,但我发现如果你在你的呼吸极限结束时,它会很长。在两次呼吸之间,检查氧气和二氧化碳的水平,并将其置于滚动平均矩阵中。温度和湿度也从二氧化碳传感器取样。在采样时间结束时,goFigure()函数计算VO2 max并将其与以前的采样进行比较,当然选择max并在最后一个屏幕上显示。根据校正后的过期CO2和O2的体积以及温度、压力和湿度对过期气体的体积进行补偿。我没有包括在单位和使用的海平面大气传感器。蓝牙、Wifi和应用程序开发可以很容易地部署到俱乐部的电视屏幕上,或者你的手机显示二氧化碳、氧气、气体量和燃烧的卡路里。

第6步:测试

大多数商业单位这样的使用年代进行了测试tandardized gas mixtures to check the accuracy of their sensors. I did not. I was more concerned with the accuracy of the volume measurements from the Venturi tube. When building the spirometer I checked it on a rather gross flow meter (15 L/ Min) and found it pretty accurate, but commercial labs standardized their volume calculations with a large 1 liter syringe of air. I built one out of PVC and 3D printed parts and found the accuracy to be about +/- 8% which I was impressed with. I did not spring for a "Real" VO2 Max test to compare my results on the two machines....

Step 7: Using It

原理很简单——你是一台燃烧氧气的发动机,你想把发动机转速调到红线,然后测量你每分钟每公斤燃烧的氧气量。这个便携式设备的简单之处在于,你可以从事你最喜欢的超负荷运动——跑步、骑自行车、极限网球——当你的身体快要爆裂时使用这个仪器,检查你的最大摄氧量。如果方便的话,你可以把这个设备挂在一副安全眼镜上,但我发现最简单的方法是抓住它吹30秒。有一些关于VO2Max意义的相关材料的垃圾桶,我不想随便进去,但就像生活中的许多其他事情一样,你可能有一个伟大的天赋,或者像我们其他人一样被诅咒。

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    24评论

    1
    jessyratfink

    6天前

    这太棒了!我在大学学习公共卫生的时候用了一个:D

    0.
    Leannagarcia-crespo.

    2天前回复

    你去过哪所健康的学院?我想学习健康。我想成为一个营养师。

    0.
    jessyratfink

    1天前回复

    我在路易斯维尔大学的公共卫生项目下上学。

    营养是我一直想回去的东西,但我想知道我是否能在学校多坚持几年。:页

    0.
    Donegan

    3天前

    我没有注意到是否可以使用非苹果产品(Android),是这样吗?
    苹果产品有什么特别的地方限制使用吗?

    0.
    rabbitcreek

    回复3天前

    I just used Apple as an example because I am a fan of their products. I think all the Health-Body IT products try to infer information by algorithms where their sensors cannot reach--in this case the lungs.

    0.
    Scanlancm.

    6天前

    这个项目是一个很好的主意,遗憾的是,O2传感器需要能够在O2中监控毫秒的变化,这需要达到成千上万的顺磁传感器。我愿意这样做,实际上是工作,而是一名专业人士刚刚购买了我的第二次测试钻机的专业人士,仍然可以说它仍然可以弥补/估计VO2。有一天,快速响应02传感器较便宜?

    0.
    rabbitcreek

    5天前回复

    我猜滚动平均是一个坏主意......
    Gads I was wondering what those machines cost!! Thanks for writing in. Build one and offer two levels of service! My wife and I were just happy finding out we were in the "Good" level.

    1
    Scanlancm.

    5天前回复

    嗨,这是对两个帖子的回复。
    是的,对于真正精确的测量,需要快速响应氧气。

    你可以使用二氧化碳的一些时间。这是因为当我们开始锻炼时,我们烧伤我们的(糖原)碳水化合物商店。用于燃烧碳水化合物的每种分子使得一个二氧化碳分子如此测量CO 2将得到O 2。但如果你锻炼超过15到20分钟,你开始燃烧更多的脂肪。这使80%CO2至O2。更加复杂,因为你接近一个真正的VO2 Max,你会移动到厌氧代谢,在你通过呼吸更清楚更多的二氧化碳,使血液的酸度保持恒定(作为乳酸爬升的水平)。为了做准确的测试,您需要“斜坡”练习,以确保您大约15分钟的“最大化”,并且能够准确地测量O2,因为与CO2的关系将在此时未知。具有二氧化碳的设备只是有趣,并将告诉您多个SmartWatch,但VO2最大测量的目标仍然难以捉摸(具有电流传感器技术)。

    0.
    albercook.

    4天前回复

    谢谢。我显然必须阅读更多。测量初始呼吸,燃烧碳水化合物商店,告诉我我的运动条件吗?我不合格。我的呼吸短得多,比我年轻,更好的形状更快。因为我在过去的形状中,我注意到在被缠绕为进步的指标之前能够锻炼身体更长。我可以使用我可能会如何称呼初始呼吸作为我的有氧调节的衡量标准,或者是我的呼吸沉重意味着我很快进入厌氧的情况;我想量化由于我的形状而没有变得容易地蜿蜒的主观体验。

    我可以说做一个50码Sprint并测量我可以生成多少二氧化碳。锻炼一个月并再次这样做。如果我处于更好的形状,我假设我能够在短时间冲刺之后将更多O2和Glycogon转换为CO2。

    0.
    albercook.

    4天前回复

    也许最好在50码竞走后进行测量,这样我就可以保持在有氧范围内。

    1
    Scanlancm.

    4天前回复

    嗨,这里有2个问题。从制造商的角度来看,可以建造一个低成本的VO2分析仪?遗憾的是,我已经注意到,而不是电流传感器技术。我一直在寻找,但是Paramagnetic O2传感器似乎是“与我们联系”引用类型的物品。所以仍然不在家庭制造商领域(如果任何电子工程师正在阅读这一点 - 小而不到100美元的快速O2传感器将在医学和体育科学中具有大应用,并且我怀疑很多其他地方)。
    第二个问题是关于测量健身。为此,我建议搜索“增量班车步行测试” - 它是非常低的技术,但与VO2有良好的相关性。有可用于基于结果的应用程序帮助测试和显示预测的VO2。希望这可以帮助。

    0.
    rabbitcreek

    回复3天前

    I think you may not reach the level of sophistication in measurement with these cheaper sensors but what you can achieve and probably of much greater interest is portability and democratization of data gathering to the field of exercise physiology.

    0.
    一个真正的上帝

    问题5天前

    如果您衡量过期的O2,您不能使用它来解决O2MAX而不会测量CO2?
    如果不是的话,你怎么用二氧化碳来计算最大氧气量?

    0.
    rabbitcreek

    答案5天前

    https://sites.uni.edu/dolgener/Instrumentation/Rep。。。
    这显示了使用的一些方程式。过期的氧气量与吸入的氧气量不同,因此要计算所用氧气量的变化,你必须准确地知道两者。霍尔丹变换通过使用吸入和呼出氮气浓度的比率来提供这个信息——呼出的氮气浓度是从100%的二氧化碳和氧气的总和计算出来的——这就是为什么我使用了两个传感器。氮浓度的变化是由于两种代谢活性气体浓度的变化。
    是啊,这整件事都很整洁有趣!

    0.
    一个真正的上帝

    5天前回复

    Wow! Thanks for the info, it really is very complicated. You can really go down the rabbit hole with this (pun intended). Great write up.

    0.
    albercook.

    5天前

    如果你准确地知道流量,你需要测量氧气吗?室内空气中的氧气变化那么大吗?

    0.
    一个真正的上帝

    5天前回复

    你需要测量呼出空气中的氧气,这肯定会改变。