CH638631A5

CH638631A5 - DEVICE FOR MEASURING CHARACTERISTIC PARAMETERS OF THE SPEED OF A HANDWRITING WRITING.

Info

Publication number: CH638631A5
Application number: CH896580A
Authority: CH
Inventors: Louis Bechet
Original assignee: Battelle Memorial Institute
Priority date: 1977-12-09
Filing date: 1978-12-11
Publication date: 1983-09-30
Also published as: CH619059A5; FR2486271A1; JPS54500108A; JPS6158865B2; WO1979000363A1; FR2486271B1; GB2060234A; DE2857624C2; EP0008572A1; DE2857624A1; GB2060234B

Description

Le but de la présente invention est de remédier, au moins en partie, aux inconvénients susmentionnés. The object of the present invention is to remedy, at least in part, the above-mentioned drawbacks.

A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif pour mesurer des paramètres selon la revendication 1. To this end, the subject of the present invention is a device for measuring parameters according to claim 1.

Description sommaire des dessins Brief description of the drawings

Le dessin annexé illustre, très schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante du dispositif objet de la présente invention. The attached drawing illustrates, very schematically and by way of example, an embodiment and a variant of the device which is the subject of the present invention.

La figure 1 est un schéma destiné à expliquer le principe sur lequel est basé le dispositif. Figure 1 is a diagram for explaining the principle on which the device is based.

La figure 2 est une vue en plan de l'élément capteur selon cette forme d'exécution. Figure 2 is a plan view of the sensor element according to this embodiment.

La figure 3 est une vue en coupe axiale d'un instrument d'écriture destiné à coopérer avec cet élément capteur. Figure 3 is an axial sectional view of a writing instrument intended to cooperate with this sensor element.

Les figures 4 et 5 représentent quatre diagrammes correspondant aux tensions enregistrées aux bornes de l'élément capteur consécutivement à deux signatures d'une même personne. Figures 4 and 5 show four diagrams corresponding to the voltages recorded at the terminals of the sensor element following two signatures of the same person.

La figure 6 représente deux autres diagrammes relatifs à la signature d'une autre personne. FIG. 6 represents two other diagrams relating to the signature of another person.

La figure 7 illustre une variante de la figure 2. FIG. 7 illustrates a variant of FIG. 2.

La figure 8 est un schéma explicatif du fonctionnement de cette variante. FIG. 8 is an explanatory diagram of the operation of this variant.

La figure 9 est un schéma d'un circuit de traitement du signal capté par cette variante. FIG. 9 is a diagram of a circuit for processing the signal picked up by this variant.

Meilleure manière de réaliser l'invention Best way to realize the invention

Le dispositif selon l'invention est basé sur le phénomène d'induction d'une force électromotrice créant une différence de potentiel aux bornes d'une spire d'un conducteur électrique soumise à une variation du champ magnétique qui la traverse. Si l'on considère la figure 1, où l'on a une spire d'un conducteur Sx refermée sur deux bornes entre lesquelles on mesure la tension Ux et un aimant permanent dont le flux est <ï>, dont la vitesse de déplacement selon l'axe Ox est Vx et la dimension dans le sens de la vitesse a, lorsque l'aimant permanent traverse le bord de la spire Sx, la tension enregistrée aux bornes de la spire, consécutivement à la variation d cp du flux <J> dans un intervalle de temps dt, correspond à: The device according to the invention is based on the phenomenon of induction of an electromotive force creating a potential difference at the terminals of a turn of an electrical conductor subjected to a variation of the magnetic field which crosses it. If we consider Figure 1, where we have a turn of a conductor Sx closed on two terminals between which we measure the voltage Ux and a permanent magnet whose flux is <ï>, whose speed of movement according the axis Ox is Vx and the dimension in the direction of the speed a, when the permanent magnet crosses the edge of the coil Sx, the voltage recorded at the terminals of the coil, following the variation d cp of the flux <J> in a time interval dt, corresponds to:

dep dt dep dt

Uv = Uv =

Dans le cas où le flux magnétique est engendré par un aimant permanent dont les lignes de champ sont sensiblement perpendiculaires au plan de la spire Sx on a: In the case where the magnetic flux is generated by a permanent magnet whose field lines are substantially perpendicular to the plane of the coil Sx, we have:

dep = <î> dep = <î>

dt correspond au temps de passage de l'aimant permanent au-dessus du bord de la spire: dt corresponds to the time of passage of the permanent magnet above the edge of the coil:

dt = -— dt = -—

Par conséquent: Therefore:

<ï> <ï>

Ux = — Vx a x Ux = - Vx a x

638 631 638 631

Etant donné que <E> et a sont des constantes, Ux est donc directement proportionnel à Vx. Since <E> and a are constants, Ux is therefore directly proportional to Vx.

La figure 2 illustre comment, sur ce principe et à l'aide de deux enroulements de conducteurs électriques, ont peut mesurer les composantes de la vitesse selon deux axes orthogonaux x, y. L'élément capteur du dispositif comprend donc deux enroulements de conducteurs électriques Ex et Ey superposés. Chacun de ces enroulements est conformé pour présenter une portion rectiligne sur au moins une partie de sa longueur. Comme illustré par la figure 2, les enroulements Ex et Ey sont disposés de manière que deux de leurs portions rectilignes respectives se superposent et que les conducteurs de l'une de ces portions soient orthogonaux aux conducteurs de l'autre portion. La zone de recouvrement de ces deux enroulements constitue la superficie dans laquelle l'élément capteur du dispositif est capable d'enregistrer aux bornes des deux enroulements Ex et Ey les tensions respectives Ux et Uy en fonction des variations de champ magnétique consécutives aux déplacements d'un aimant permanent sur toute cette superficie. Ces deux enroulements sont destinés à être disposés sous-jacents à un support d'écriture qui peut être constitué par l'une des faces F d'un carter protégeant les bobines. Bien entendu, seule la zone de recouvrement des enroulements constitue le capteur, de sorte que des moyens de repérage devront être prévus pour indiquer sur la face F du carter les limites de cette zone afin que seule cette zone soit utilisée comme support d'écriture à l'exclusion de toute autre. Figure 2 illustrates how, on this principle and using two windings of electrical conductors, we can measure the components of speed along two orthogonal axes x, y. The sensor element of the device therefore comprises two windings of electrical conductors Ex and Ey superimposed. Each of these windings is shaped to have a straight portion over at least part of its length. As illustrated in FIG. 2, the windings Ex and Ey are arranged so that two of their respective straight portions overlap and that the conductors of one of these portions are orthogonal to the conductors of the other portion. The overlap area of these two windings constitutes the area in which the sensor element of the device is capable of recording at the terminals of the two windings Ex and Ey the respective voltages Ux and Uy as a function of the variations in magnetic field following the displacements of a permanent magnet over this entire area. These two windings are intended to be disposed underlying a writing medium which can be constituted by one of the faces F of a casing protecting the coils. Of course, only the area of overlap of the windings constitutes the sensor, so that locating means must be provided to indicate on the face F of the casing the limits of this area so that only this area is used as writing support for exclusion of any other.

Le second élément du dispositif est constitué par l'instrument d'écriture I illustré par la figure 3. Cet instrument est, par exemple, un stylo à bille dans l'enveloppe duquel sont placés des aimants annulaires A coaxiaux à la pointe d'écriture; Ces aimants A ont une aimantation orientée sensiblement selon l'axe longitudinal du stylo et symétrique autour de cet axe, de manière que les lignes de champ coupent les conducteurs formant les enroulements Ex et Ey. Dès lors les tensions Ux et Uy mesurées aux bornes de ces enroulements seront caractéristiques des composantes de vitesse de l'aimaint A solidaire du crayon, selon les directions Ox et Oy. The second element of the device consists of the writing instrument I illustrated in FIG. 3. This instrument is, for example, a ballpoint pen in the envelope of which are placed annular magnets A coaxial with the writing tip ; These magnets A have a magnetization oriented substantially along the longitudinal axis of the pen and symmetrical about this axis, so that the field lines cut the conductors forming the windings Ex and Ey. Consequently, the voltages Ux and Uy measured at the terminals of these windings will be characteristic of the speed components of the magnet A integral with the pencil, in the directions Ox and Oy.

Ces informations sont relatives à la vitesse de déplacement de l'aimant et non de la pointe d'écriture. A ce titre l'inclinaison et les variations d'inclinaison entrent comme élément de la vitesse de l'aimant. Il en est de même des gestes qui n'engendrent pas directement un tracé sur le support et impliquent un éloi-gnement à composante verticale de l'instrument d'écriture du support. C'est le cas notamment du tracé des accents, des barres de la lettre t etc ... qui résultent d'une interruption du tracé et impliquent des gestes alors que la pointe d'écriture n'est plus en contact avec le support d'écriture. This information relates to the speed of movement of the magnet and not of the writing tip. As such the inclination and the variations in inclination enter as an element of the speed of the magnet. The same is true of gestures which do not directly generate a trace on the support and involve a distance with a vertical component from the writing instrument of the support. This is particularly the case for the tracing of accents, the bars of the letter t etc ... which result from an interruption in the tracing and imply gestures when the writing tip is no longer in contact with the support d 'writing.

Par conséquent, les variations de tension enregistrées ne sont pas seulement fonction de ce qui est tracé sur le support d'écriture, mais de l'ensemble des vitesses susceptibles de modifier la valeur du flux magnétique coupant les bobines. Sur six degrés de liberté dans l'espace, cinq influencent directement la tension enregistrée aux bornes des bobines, seuls les mouvements angulaires autour de l'axe longitudinal de l'instrument d'écriture n'interviennent pas, les lignes de champ magnétique étant symétriques autour de l'axe longitudinal de cet instrument. Cette insensibilité présente l'avantage de rendre le dispositif absolument indépendant de sa position dans la main de l'utilisateur. Cet instrument étant un corps de révolution, cette insensibilité à sa position autour de son axe de révolution est importante étant donné que cette position n'est pas caractéristique de l'utilisateur, mais résulte simplement du hasard. Consequently, the voltage variations recorded are not only a function of what is traced on the writing medium, but of the set of speeds capable of modifying the value of the magnetic flux cutting the coils. On six degrees of freedom in space, five directly influence the voltage recorded at the terminals of the coils, only the angular movements around the longitudinal axis of the writing instrument do not intervene, the magnetic field lines being symmetrical around the longitudinal axis of this instrument. This insensitivity has the advantage of making the device absolutely independent of its position in the hand of the user. This instrument being a body of revolution, this insensitivity to its position around its axis of revolution is important since this position is not characteristic of the user, but simply the result of chance.

Les diagrammes des figures 4 et 5 constituent des enregistrements de signaux correspondant aux tensions enregistrées aux bornes Ux et Uy pour des signatures. Les figures 4a et 4b correspondent aux tensions Ux et Uy, caractéristiques des vites-5 ses Vx et Vy enregistrées lorsqu'une personne déterminée a tracé sa signature au-dessus du capteur décrit précédemment. Les figures 5a et 5b correspondent aux tensions Ux et Uy, enregistrées lorsque cette même personne déterminée a tracé une seconde fois sa signature au-dessus du même capteur. On constate io qu'une corrélation est possibile entre ces deux signaux qui pourront être ensuite analysés par un processus de traitement de signal d'analyse approprié. The diagrams of FIGS. 4 and 5 constitute recordings of signals corresponding to the voltages recorded at the terminals Ux and Uy for signatures. Figures 4a and 4b correspond to the voltages Ux and Uy, characteristics of the speed-5 its Vx and Vy recorded when a determined person has drawn his signature above the sensor described above. FIGS. 5a and 5b correspond to the voltages Ux and Uy, recorded when this same determined person has drawn his signature a second time over the same sensor. It can be seen that a correlation is possible between these two signals which can then be analyzed by an appropriate analysis signal processing process.

Enfin, lorsqu'une autre personne trace sa signature au-des-sus du même capteur, on obtient, par exemple, les signaux Ux et 15 Uy qui font l'objet des figures 6a et 6b. On remarque que les caractéristiques de ces signaux sont totalement différentes de celles des signaux enregistrés dans le cas des figures 4 et 5. Finally, when another person draws his signature over the same sensor, we obtain, for example, the signals Ux and 15 Uy which are the subject of Figures 6a and 6b. Note that the characteristics of these signals are completely different from those of the signals recorded in the case of FIGS. 4 and 5.

Sur la base de ces signaux, il est possible d'effectuer une analyse comparative en vue de l'authentification d'une signature 20 avec les signaux enregistrés lors d'une signature précédente du même individu et constituant alors la signature de référence. On the basis of these signals, it is possible to carry out a comparative analysis with a view to authenticating a signature 20 with the signals recorded during a previous signature of the same individual and then constituting the reference signature.

La variante illustrée par la figure 7 comporte, en plus des enroulements de conducteurs Ex et Ey superposés, un troisième enroulement de conducteur Ez en forme de cadre, et qui entoure 25 toute la zone de chevauchement des conducteurs Ex et Ey qui constitue la zone de détection du capteur. Ce cadre formé de ce troisième enroulement Ez sert à mesurer les variations de flux magnétique embrassé par la zone de chevauchement des conducteurs Ex et Ey, consécutivement aux déplacements perpendi-30 culaires au plan de ces enroulements. En effet, si on considère la figure 8, on remarque que le tube de flux magnétique issu d'un aimant A, embrassé par l'enroulement Ez au niveau I est supérieur à celui qui est embrassé par ce même enroulement au niveau II. The variant illustrated by FIG. 7 comprises, in addition to the superimposed windings of Ex and Ey conductors, a third frame-shaped winding of Ez conductor, which surrounds the entire area of overlap of the Ex and Ey conductors which constitutes the zone of sensor detection. This frame formed by this third winding Ez is used to measure the variations in magnetic flux embraced by the zone of overlap of the conductors Ex and Ey, following the displacements perpendicular to the plane of these windings. Indeed, if we consider Figure 8, we note that the magnetic flux tube from a magnet A, embraced by the winding Ez at level I is greater than that which is embraced by this same winding at level II.

35 35

Le schéma de la figure 9 montre un circuit de traitement des trois signaux Ux, Uy et Uz dans lequel les tensions induites aux bornes de l'enroulement Ez sont soustraites de celles induites aux bornes des enroulements Ex et Ey de manière à enregistrer 40 un signal indépendant des mouvements situés hors du plan d'écriture. Ce circuit comporte aux sorties Ux, Uy et Uz, du capteur Cp, un amplificateur inverseur Ai relié à la sortie U2 et deux amplificateurs sommateurs intégrateurs Asj et As2 reliés d'une part, aux sorties Ux respectivement Uy et d'autre part à la 45 sortie de l'amplificateur inverseur Ai. Les sorties de ces amplificateurs intégrateurs sont elles-mêmes reliées aux deux entrées d'un traceur T à coordonnées x et y. The diagram in FIG. 9 shows a circuit for processing the three signals Ux, Uy and Uz in which the voltages induced at the terminals of the winding Ez are subtracted from those induced at the terminals of the windings Ex and Ey so as to record a signal independent of movements outside the writing plane. This circuit comprises at the outputs Ux, Uy and Uz, of the sensor Cp, an inverting amplifier Ai connected to the output U2 and two summing integrating amplifiers Asj and As2 connected on the one hand, to the outputs Ux respectively Uy and on the other hand to the 45 output of the inverting amplifier Ai. The outputs of these integrating amplifiers are themselves connected to the two inputs of a tracer T with coordinates x and y.

Grâce à ce capteur et au circuit amplificateur décrit, le traceur T ne reproduira que les mouvements situés dans le plan so d'écriture, c'est-à-dire que les traits et non les mouvements de l'instrument d'écriture situés hors du plan d'écriture et qui ne correspondent donc pas à un trait mais sont nécessaires pour marquer des accents ou des points au-dessus des lettres par exemple. Un tel capteur peut notamment être utilisé pour faire 55 la transmission de caractères écrits. Thanks to this sensor and to the amplifier circuit described, the tracer T will reproduce only the movements located in the writing plane so, that is to say that the lines and not the movements of the writing instrument located outside of the writing plan and which therefore do not correspond to a line but are necessary to mark accents or points above the letters for example. Such a sensor can in particular be used to transmit 55 written characters.

Possibilité d'exploitation industrielle Possibility of industrial exploitation

L'invention est applicable dans le domaine de l'identifica-60 tion d'écriture, notamment de signature, dans celui de la transmission de caractères écrits ainsi que dans celui de la transmission de n'importe quel signe écrit. The invention is applicable in the field of writing identification, in particular of signature, in that of the transmission of written characters as well as that of the transmission of any written sign.

C VS

2 feuilles dessins 2 sheets of drawings

Claims

638 631

2

1. Device for measuring parameters characteristic of the speed of a handwriting, characterized in that it comprises, on the one hand, underlying the surface constituting the writing medium, two windings of electric conductors 5 ques superimposed, the two ends of each winding leading to two measurement terminals, the conducting wire of each of these windings having rectilinear sections arranged side by side, in series and contained in the turns wound in the same direction, the sections of rectilinear conductors of one winding being situated in a plane parallel to the sections of rectilinear conductors of the other winding the directions of the rectilinear sections of the respective conductors being orthogonal, the area of overlap of these windings corresponding to the useful area of said support and, on the other hand, a magnet adjacent to the tracing point of the writing instrument and the magnetization of which is chosen p or to be of general orientation parallel to the longitudinal axis of said instrument and symmetrical about this axis, the whole so that when the tip of this instrument is moved at least in immediate proximity to the surface of said support, tensions are induced in these windings, as a function of the speed of variation of the field with respect to said zone of overlap of the straight sections of said windings.

2. Device according to claim 1, characterized in that it comprises a third winding superposed on the other two and extending around the zone in which said portions of rectilinear conductors overlap, and means for deducing the induced voltage at the terminals of this third winding of those induced at the terminals of the other two windings.

Technical area 35

Handwriting has already been studied statically by graphology. There are cases in which the graphological analysis is not sufficient or is susceptible to errors and it is necessary to have recourse to a dynamic analysis of the writing. This need is becoming more and more felt, especially to authenticate 4 <> signatures when endorsing or issuing a check, for example, or when paying or withdrawing money at the bank. using credit cards, traveller's checks, the use of which is increasing considerably.

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Prior art

Various solutions have already been proposed for carrying out dynamic analysis of writing, using induction coils arranged in the writing plane and an inductive flux associated with the writing instrument. Such solutions are described in particular in IBM Technical Disclosure Bulletin, volume 3, no 6, November 1960 (Armock USA) K. Ahmad "Signal Communication Apparatus", page 22, in Systems-Comput-ers-Controls, volume 4 , no 1,1973, (Washington DC USA), S. Inokucki and Others "A New Magnetic Device for Graphie Input", 55 pages 56-60, as well as in Soviet Instrumentation and Control Journal, August 1969, no 8, (Oxford GB ) I. Ivashchenko and others “Induttive Transducers for Graphical Input Devices” pages 22-25.

The coils described in these documents all consist of successions of portions of parallel wires, but 60 alternately in opposite directions. It follows that the voltages induced in two adjacent parallel portions of the same coil are in opposite directions, so that it is not possible to obtain at the terminals of these coils voltages characteristic of the speed of the writing instrument. On the contrary, all 65 of these documents relate to devices which make it possible to recognize the position of the writing instrument with respect to the coils and thus to reproduce the movements of this instrument. Consequently, such devices are not designed to form a signal characteristic of the speed of the writing instrument and thereby carry out a dynamic analysis of writing.

It should also be noted that the induction flow generated by the writing instrument is created by coils supplied from a current source. This therefore supposes,

either the instrument is connected to an external current source by a wire, or a current source is incorporated into this instrument. These two solutions have a drawback.

Statement of the invention