Датчик руки



Датчик руки
Датчик руки
Датчик руки
Датчик руки
Датчик руки
Датчик руки
G06F3/00 - Вводные устройства для передачи данных, подлежащих преобразованию в форму, пригодную для обработки в вычислительной машине; выводные устройства для передачи данных из устройств обработки в устройства вывода, например интерфейсы (пишущие машинки B41J; преобразование физических переменных величин F15B 5/00,G01; получение изображений G06T 1/00,G06T 9/00; кодирование, декодирование или преобразование кодов вообще H03M; передача цифровой информации H04L)

Владельцы патента RU 2686619:

Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Изобретение относится к устройствам сигнализации о нарушении охраняемого пространства. Технический результат заключается в срыве генерации LC-генератора при касании пальцев и ладони только реальной руки рабочей поверхности устройства с требуемой площадью соприкосновения. Устройство содержит расположенные в одной плоскости электроды, подключенные к обмотке трансформатора. Обмотка трансформатора подключена к выходу усилителя с положительной обратной связью, при этом электроды, трансформатор и усилитель образуют LC-генератор с петлевым усилением, устанавливаемым в зависимости от требуемой чувствительности датчика. При одновременном касании ладонью и пальцами электродов, образуются конденсаторы, которые имеют большие потери, обусловленные свойствами человеческого тела. В результате добротность LC-контура снижается настолько, что петлевое усиление LC-генератора становится меньше единицы и генерация прекращается. Отсутствие генерации является признаком того, что реальная рука заняла правильное положение. 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области средств сигнализации о нарушении охраняемого пространства, которые приводятся в действие электрическим путем и срабатывают при изменении емкости или индуктивности цепи, вызванной приближением или вторжением нарушителя.

Более конкретно, изобретение может быть использовано в системах контроля доступа, например, в биометрических устройствах идентификации человека по геометрии кисти руки, устройствах обнаружения следов взрывчатых веществ на кисти руки и т.п., где требуется защита от попыток обмануть устройство с помощью макета кисти руки.

Предшествующий уровень техники

На сегодняшний день устройства идентификации личности по биометрическим признакам, например, по форме пальцев руки являются одним из приоритетных направлений развития систем безопасности. В таких устройствах требуется, чтобы человек положил кисть руки на поверхность устройства для идентификации человека по геометрии кисти руки. При этом необходимо проверять, действительно ли предъявлена рука или макет - предмет, имеющий силуэт руки человека. Для этого необходим датчик, срабатывающий только на реальную руку, и только тогда, когда ладонь и пальцы касаются поверхности устройства, причем с некоторой минимальной площадью соприкосновения.

Известен детектор, описанный в патенте Японии JP 201141836(A) "HUMAN BODY DETECTOR" («Обнаружитель человеческого тела»); МПК 7: G01V 3/08; заявитель SUMITOMO CHEMICAL СО + (SUMITOMO СНЕМ СО LTD); опубликовано 25.05.2001; приоритет JP 19990322826 19991112. Детектор содержит электростатический емкостный сенсор в виде двух оппозитных электродов, индуктивный элемент, соединенный последовательно с сенсором, резистор, генератор частоты и выходные клеммы, подключенные к обоим выводам резистора. Сенсор, индуктивный элемент и резистор образуют последовательный резонансный контур. При приближении объекта даже с такой малой емкостью, как человеческое тело, на выходе будет значительное изменение сигнала.

Недостатком детектора можно считать то, что такой детектор будет срабатывать и на металлический макет руки. Такое устройство не способно срабатывать только в тот момент, когда рука заняла определенное положение (ладонь и пальцы одновременно приложены к поверхности устройства), следовательно, оно не может использоваться в устройстве идентификации по геометрии кисти руки.

Известно устройство, описанное в патенте США US5,760,688 «Устройство обнаружения тела»; приоритет 24.05.1996; опубликовано 02.07.1998 г; МПК (20060101): G01D 5/12; G01R 27/02; G01D 5/20; автор: Kasai Eiji (Kyoto, JP). Устройство содержит генератор, оснащенный катушкой обнаружения. При отсутствии человека около катушки обнаружения генератор формирует высокочастотный сигнал большой амплитуды для обнаружения его с помощью детектора для того, чтобы включился транзистор контроллера. В момент, когда рядом с катушкой обнаружения находится тело человека, генерация останавливается вследствие снижения добротности LC-контура генератора, вызванной влиянием магнитной проницаемости тела человека. Сигнал от детектора к транзистору становится крайне низким и транзистор выключается.

Недостатком такого устройства можно считать неспособность его срабатывать только в тот момент, когда рука заняла определенное положение (ладонь и пальцы одновременно приложены к рабочей поверхности устройства). Следовательно, оно не может использоваться в устройстве идентификации по геометрии кисти руки.

В качестве прототипа к предлагаемому устройству было выбрано устройство охранной сигнализации с осциллятором, который выключается емкостью, вносимой телом потенциального злоумышленника, описанное в патенте США US 4173755; МПК (20060101): G08B 13/22, G08B 13/26, G08B 013/26; приоритет 06.03.1978; опубликовано 06.11.1979, авторы Butler; George N. (Boca Raton, FL).

Устройство охранной сигнализации работает от батареи и содержит батарею, осциллятор, получающий энергию от вышеуказанной батареи для нормального генерирования колебаний, датчик, оперативно сцепленный с вышеуказанным осциллятором для остановки вышеуказанных колебаний в ответ на емкость, вносимую телом человека, касающегося датчика или находящегося в непосредственной близости от него, и средства, оперативно сцепленные с вышеуказанным осциллятором для подачи звукового сигнала тревоги, когда осциллятор прекращает колебания.

Недостатками этого устройства охранной сигнализации можно считать его неспособность срабатывать только в тот момент, когда рука заняла определенное положение (ладонь и пальцы одновременно приложены к рабочей поверхности устройства) и возможность вызвать срабатывание с помощью металлического макета руки.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание датчика, формирующего сигнал при касании пальцами и ладонью реальной руки рабочей поверхности устройства, но не срабатывающего на металлический или диэлектрический макет.

Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в срыве генерации LC-генератора при касании пальцев и ладони только реальной руки рабочей поверхности устройства с требуемой площадью соприкосновения вследствие влияния электрических свойств руки на добротность LC-контура.

Технический результат достигается тем, что в датчике руки человека, содержащем источник питания, дающий энергию генератору для генерирования колебаний, соединенному со средствами для обнаружения факта прекращения генерации и выработки соответствующего сигнала, согласно изобретению, датчик имеет два электрода. Причем один электрод расположен в зоне, предназначенной для размещения пальцев руки, а второй - в зоне размещения основания ладони. Датчик снабжен трансформатором. Электроды соединены с первой обмоткой трансформатора и образуют с ней колебательный LC-контур. Вторая обмотка трансформатора подключена к выходу усилителя с положительной обратной связью. Электроды, трансформатор и усилитель образуют LC-генератор с петлевым усилением, устанавливаемым в зависимости от требуемой чувствительности датчика, выражающейся в площади соприкосновения руки и электродов, при которой происходит срабатывание датчика. Хотя бы один электрод должен иметь защитное, специальное или декоративное покрытие из тонкого диэлектрика, второй электрод может иметь покрытие из тонкого диэлектрика или металла. Покрытие из диэлектрика необходимо, чтобы металлическим макетом руки нельзя было накоротко замкнуть электроды, так как это может привести к срыву генерации, т.е. срабатыванию датчика на макет руки.

Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата - срыва генерации LC-генератора - когда площадь соприкосновения пальцев и ладони реальной руки с электродами превышает желаемую величину, задаваемую регулировкой петлевого усиления LC-генератора.

Краткое описание фигур чертежа

На фиг. 1 показано расположение электродов относительно пальцев и ладони.

На фиг. 2 показана функциональная схема датчика руки.

На фиг. 3 показаны емкости, образующиеся между рукой и электродами датчика руки, а также между электродами датчика руки.

Вариант осуществления изобретения

Ниже рассмотрен вариант реализации датчика руки для устройства идентификации по форме пальцев руки. На фиг. 1. изображена рабочая поверхность устройства биометрической идентификации в виде столика 1, предназначенного для размещения кисти руки 2.

Для реализации изобретения первый электрод 3 расположен в зоне столика 1, предназначенной для размещения пальцев 4 кисти руки 2. Устройство, в котором установлен датчик руки, не использует для идентификации большой палец, поэтому он размещается вне зоны для размещения остальных пальцев. Второй электрод 5 расположен в зоне столика 1, предназначенной для размещения ладони 6. Зоны с электродами 3 и 5 изолированы друг от друга.

Электрод 3 покрыт световозвращающей пленкой (на фиг. 1 не показано), обеспечивающей улучшение качества изображения руки 2, а также изоляцию руки 2 от электрода 3.

На фиг. 2 показана структурная схема датчика. Электроды 3 и 5 подключены к обмотке 6 трансформатора 7 и образуют с ней LC-контур. Обмотка 8 подключена к выходу усилителя 9 с положительной обратной связью. Электроды 3 и 5, трансформатор 7 и усилитель 9 образуют LC-генератор. Петлевое усиление LC-генератора (без руки) устанавливают в зависимости от требуемой чувствительности датчика. Под чувствительностью понимается площадь соприкосновения пальцев 4 и ладони 6 с электродами 3 и 5, при которой происходит срабатывание датчика. Площадь соприкосновения, в свою очередь, зависит от силы прижатия ладони 6 и пальцев 4 к столику 1. Сигнал с LC-генератора подается на схему обработки сигнала 10, формирующую сигнал для устройства идентификации.

Трансформатор 7 выполнен на сердечнике с малыми потерями. Схема LC-генератора построена так, чтобы в LC-контур вносились как можно меньшие потери. Маленькие потери требуются, если необходимо обеспечить срабатывание датчика уже при слабом прижатии пальцев 4 и ладони 6 к электродам 3 и 5.

Работает датчик следующим образом.

Когда человек кладет руку 2 на столик 1, то между пальцами 4 и электродом 3 создается емкость 11, а между ладонью 6 и электродом 5 создается емкость 12 (фиг. 3), величины которых зависят от площадей соприкосновения пальцев 4 и ладони 6 с электродами 3 и 5. Площади соприкосновения зависят от силы прижатия пальцев 4 и ладони 6 к электродам 3 и 5. Чем больше эти емкости, тем большие потери, обусловленные протеканием тока через руку 2, вносятся в LC-контур. Электроды 3 и 5 имеют небольшую толщину и расположены с зазором (как показано на фиг. 1). Благодаря этому емкость между ними мала и добротность LC-контура может уменьшаться в несколько раз при прижатии пальцев 4 и ладони 6 к электродам 3 и 5. При определенной силе прижатия пальцев 4 и ладони 6 добротность LC-контура уменьшается настолько, что петлевое усиление LC-генератора становится меньше единицы и генерация прекращается. Отсутствие генерации является признаком того, что реальная рука 2 заняла правильное положение. Регулировкой петлевого усиления LC-генератора можно настроить чувствительность датчика от слабого касания до сильного прижатия с большой площадью соприкосновения пальцев 4 с электродом 3 и ладони 6 с электродом 5.

Если прижать руку 2 только к одному электроду, например, пальцы 4 к электроду 3, то срыва генерации не произойдет, поскольку емкость между ладонью 6 и электродом 5, будет слишком маленькой, чтобы рука 2 могла повлиять на добротность LC-контура. То есть датчик обеспечивает выдачу сигнала на устройство идентификации только тогда, когда рука 2 заняла правильное положение на столике 1 устройства.

При одновременном касании металлическим макетом руки электродов 3 и 5 не произойдет срыва генерации, а лишь уменьшится частота колебаний LC-генератора 8, поскольку конденсаторы 11 и 12, образованные металлическим макетом руки с электродами 3 и 5, будут иметь малые потери, а металл имеет очень низкое сопротивление, поэтому потери, вносимые в LC-контур, будут очень малы и не ухудшат добротность LC-контура на величину, достаточную для срыва колебаний LC-генератора.

При одновременном касании диэлектрическим макетом руки электродов 3 и 5 немного увеличится емкость между электродами 3 и 5, поскольку диэлектрическая проницаемость диэлектрика больше, чем у воздуха, но, благодаря чрезвычайно высокому удельному сопротивлению диэлектриков, добротность колебательного контура LC-генератора не ухудшится на величину, достаточную для срыва колебаний LC-генератора. Поэтому генерация будет продолжаться, хотя и с несколько меньшей частотой.

Следовательно, датчик, построенный с использованием всех отличительных признаков, позволяет решить поставленную задачу формирования сигнала при касании пальцами и ладонью реальной руки рабочей поверхности устройства, но несрабатывания на металлический или диэлектрический макет.

Промышленная применимость

Описанный вариант выполнения изобретения реализован в разработанном и используемом во ВНИИТФ устройстве идентификации по форме пальцев руки. Датчик прошел испытания, подтверждающие срабатывание на реальную руку, но несрабатывание на металлический или диэлектрический макет. Датчик находится в эксплуатации. Это подтверждает работоспособность изобретения и его промышленную применимость.

Датчик обнаружения руки человека, содержащий источник питания, дающий энергию генератору для генерирования колебаний, соединенному со средствами для обнаружения факта прекращения генерации и выработки соответствующего сигнала, отличающийся тем, что датчик снабжен трансформатором и двумя электродами, причем один электрод расположен в зоне поверхности, предназначенной для размещения пальцев руки, а второй - в зоне размещения ладони, электроды соединены с первой обмоткой трансформатора, вторая обмотка которого подключена к выходу усилителя с положительной обратной связью, при этом электроды, трансформатор и усилитель образуют LC-генератор с петлевым усилением, устанавливаемым в зависимости от требуемой чувствительности датчика.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к средствам охраны периметров объектов, предназначенным для обнаружения с помощью технических средств нарушителей, проникающих на охраняемую территорию и вызывающих срабатывания технических средств обнаружения.

Изобретение относится к способам охранного мониторинга участка местности обрывным рефлектометрическим средством обнаружения (СО) и может быть использовано в случаях сигнализационного прикрытия участка местности обрывным СО, определяющим расстояние до места обрыва микропровода (МП).

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам контроля за перемещением объектов. Изобретение может быть использовано в системах охранной сигнализации в качестве датчика.

Изобретение относится к области технических средств охраны и может использоваться для охраны периметров объектов, протяженных участков местности с использованием в качестве чувствительного элемента линейной части электризуемого заграждения.

Изобретение относится к техническим средствам охранной сигнализации. Извещатель охранный содержит четыре чувствительных элемента в виде отрезков кабеля и блок обработки сигналов, поступающих от чувствительных элементов, каждый из которых представляет собой отрезок кабеля длиной до 250 м, заканчивающийся оконечной муфтой, в которой расположен резистор 4,7 МОм, включенный в электрическую цепь между центральными жилами и экраном кабеля.

Изобретение относится к техническим средствам охраны, а именно к электронным устройствам формирования сигнала тревожного извещения при приближении посторонних к охраняемому рубежу.

Изобретение относится к емкостному обнаружению проводящих объектов. Сущность: датчик (100) для емкостного обнаружения присутствия проводящих объектов (BOD1) содержит первый сигнальный электрод (10a), второй сигнальный электрод (10b) и структуру (20) базового электрода.

Изобретение относится к телемеханике и к техническим средствам охраны, в частности к системам управления и контроля для объектов, расположенных на контролируемых пунктах (КП) вдоль двухпроводной линии связи (ЛС) на большие расстояния.

Изобретение относится к пользовательским интерфейсам. Технический результат заключается в повышении скорости ввода данных.

Изобретение относится к технологиям фотографирования. Технический результат заключается в обеспечении возможности выполнения фокусирования без фактического касания сенсорного экрана электронного устройства.

Изобретение относится к области технологий управления. Технический результат заключается в повышении точности ввода данных на сенсорном экране.

Изобретение относится к системе интерфейса транспортного средства, в частности к прогнозированию использования ситуативного интерфейса транспортного средства. Технический результат заключается в обеспечении гибкой системы отображения функций транспортного средства пользователю для предотвращения отвлечения водителя во время управления транспортным средством на ненужные опции.

Изобретение относится к электронному пользовательскому интерфейсу. Технический результат заключается в обеспечении автономного электронного блока, который позволяет создавать с минимальным количеством вариантов конструктивных элементов максимальное разнообразие типов пользовательского интерфейса.

Изобретение относится к способу и устройству управления распознаванием отпечатка пальца на основе экрана дисплея. Техническим результатом является обеспечение точного и эффективного взаимодействия между человеком и устройством при получении отпечатка пальца на экране дисплея, упрощение электронного прибора.

Изобретение относится к управляемым касанием и/или сетевым бытовым устройствам. Технический результат заключается в обеспечении инициирования конечных автоматов в ответ на события касания, обнаруженные в бытовых устройствах.

Изобретение относится к области электронных устройств и, более конкретно, к способу полиэкранного отображения и устройству полиэкранного отображения. Технический результат заключается в обеспечении способа использования двух приложений одновременно на устройстве.

Группа изобретений направлена на обнаружение взгляда на основе нескольких камер и/или источников света вместе с моделью адаптивного гомографического сопоставления.

Изобретение относится к области обработки данных. Технический результат заключается в уменьшении задержки обработки ввода жеста.

Изобретение относится к области обеспечения пользовательского интерфейса портативного электронного устройства. Технический результат заключается в повышении скорости управления портативным электронным устройством посредством переконфигурирования информации конфигурации, соответствующей всплывающему на дисплее меню. Технический результат достигается за счет передачи, посредством портативного электронного устройства, информации конфигурации, соответствующей всплывающему меню, на вспомогательное устройство, принятия от вспомогательного устройства данные пользовательского ввода, соответствующие пользовательскому вводу, зарегистрированному на всплывающем меню, которое отображается на вспомогательном устройстве, управления выполнением приложения в ответ на принятые данные пользовательского ввода, регистрации пользовательского ввода на всплывающем меню, отображаемом на вспомогательном устройстве. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 41 ил.

Изобретение относится к устройствам сигнализации о нарушении охраняемого пространства. Технический результат заключается в срыве генерации LC-генератора при касании пальцев и ладони только реальной руки рабочей поверхности устройства с требуемой площадью соприкосновения. Устройство содержит расположенные в одной плоскости электроды, подключенные к обмотке трансформатора. Обмотка трансформатора подключена к выходу усилителя с положительной обратной связью, при этом электроды, трансформатор и усилитель образуют LC-генератор с петлевым усилением, устанавливаемым в зависимости от требуемой чувствительности датчика. При одновременном касании ладонью и пальцами электродов, образуются конденсаторы, которые имеют большие потери, обусловленные свойствами человеческого тела. В результате добротность LC-контура снижается настолько, что петлевое усиление LC-генератора становится меньше единицы и генерация прекращается. Отсутствие генерации является признаком того, что реальная рука заняла правильное положение. 3 ил.

Наверх