CN108171161A - 携带式指纹识别设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种携带式指纹识别设备,包括:一影像感测单元,一微处理器,一通信单元,一记忆单元,及一外壳,用来包覆及保护影像感测单元、微处理器、通信单元与记忆单元,在外壳外表面设有一多层吸波结构,该多层吸波结构将该外壳包覆。
Description
技术领域
本发明涉及指纹识别设备领域,尤其涉及一种携带式指纹识别设备。
背景技术
随着科技的发展,指纹识别技术越来越重要,指纹识别设备在生活与生产中逐渐流行,然而,现有指纹识别设备并不具备电磁屏蔽功能,其无法保证内部的设备免受电磁干扰的影响。
发明内容
本发明旨在提供一种携带式指纹识别设备,以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种携带式指纹识别设备,包括:
一影像感测单元,用以撷取一手指的指纹影像;
一微处理器,连接至该影像感测单元,用以纪录该手指的指纹影像、自一指纹数据库中辨认该手指的指纹影像、分析该指纹影像的序列以决定该手指在每一影像中的X/Y位置以导出一签名图案、比较该签名图案与一签名数据库内储存的记录、接收一指令信号及发送一响应信号;
一通信单元,连接至该微处理器,用以在该微处理器与一控制设备间,发送该指令信号与响应信号,该控制设备与该携带式指纹识别设备是分离的;
一记忆单元,连接至或嵌入于该微处理器,用以储存该指纹数据库与签名数据库;及
一外壳,用来包覆及保护影像感测单元、微处理器、通信单元与记忆单元,在外壳外表面设有一多层吸波结构,该多层吸波结构将该外壳包覆。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
本发明的携带式指纹识别设备在外壳外表面设有多层吸波结构,具有宽频吸波的特点,对于指纹识别设备具有良好的电磁屏蔽保护效果。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本发明。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明所述指纹识别设备的结构示意图;
图2为本发明所述多层吸波结构的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明的实施例涉及一种携带式指纹识别设备,参照图1,该指纹识别设备10包括一影像感测单元101、一微处理器102、一通信单元103、一记忆单元104及一外壳105。该影像感测单元101用来撷取一手指的指纹影像,具体来说,该影像感测单元101为一电容器型指纹辨识器;微处理器102连接至影像感测单元101。微处理器102能记录手指的指纹影像、自一指纹数据库中辨认该手指的指纹影像、分析指纹影像的序列以决定该手指在每一影像中的X/Y位置,以导出一签名图案、比较该签名图案与一签名数据库内储存的记录、接收一指令信号及发送一响应信号。
通信单元103连接至该微处理器102,能在微处理器102与一控制设备20间,发送指令信号及响应信号。控制设备20是与该携带式指纹识别设备10分离的。记忆单元104连接至或崁入于该微处理器102。记忆单元104储存指纹数据库与签名数据库。外壳105用来包覆及保护影像感测单元101、微处理器102、通信单元103与记忆单元104。
上述技术特征能够通过现有技术实现。
为了实现本发明的技术目的,即为了更好的屏蔽电磁波,在外壳105外表面设有一多层吸波结构,该多层吸波结构将该外壳105包覆。
具体地,该多层吸波结构由内而外由吸波层Ⅰ、吸波层Ⅱ、吸波层Ⅲ层叠而成,其中,结合图2所示,吸波层Ⅰ、吸波层Ⅲ、吸波层Ⅱ构成三明治结构,吸波层Ⅲ位于中间。本发明所述的吸波层Ⅰ、吸波层Ⅱ、吸波层Ⅲ均是由碳材料/橡胶复合吸波材料裁剪构成,具体来说,该复合吸波材料是以橡胶为基体,以碳纳米管、碳纤维为填料,通过混炼得到,所述的碳纳米管和碳纤维均匀分布在橡胶基体中。
目前,主要依靠反射或吸收来有效抑制和防止电磁波的辐射和泄露,由此,可分为电磁波屏蔽材料和电磁波吸收材料。对于吸波材料的性能要求主要有“强、宽、轻、薄”等几个方面,即理想的吸波材料应在尽量宽的频率范围内对电磁波有强吸收,且吸波材料的密度应该较低,吸波层的厚度较小。吸波材料主要由吸波剂、基体及各类助剂组成,目前,随着要求的提高,单一吸波剂组成的吸波材料可能存在吸波强度不足或吸波频宽较窄的技术问题。对于填充型复合吸波材料而言,基体主要起到分散和负载吸波剂的作用,并给予吸波材料宏观的外形和物理使用性能。在现有技术中,以碳材料为填料的复合吸波材料的基体主要集中在以环氧树脂为代表的热固性树脂,而以橡胶为基体的吸波材料除了能够有效损耗电磁能量外,还具有柔软、易裁剪、粘附性好等优点,容易被布置在结构复杂器件或腔室的内部构成吸波层,在结构、应用方面具有优势。而目前基于橡胶吸波材料的研究主要集中在铁氧体等磁性填料填充的复合材料,关于碳材料/橡胶复合材料的电磁屏蔽以及吸波性能的技术方案很少。本发明技术方案中,创造性的将碳纳米管、碳纤维作为填料,得到一种橡胶基体的复合吸波材料,并通过结构调整,制备了一种多层吸波结构,该多层吸波结构具有密度小、吸波频率宽等优点,特别适合于指纹识别设备等的应用,取得了意料不到的技术效果。
优选地,复合吸波材料中,所述的碳纳米管为多壁碳纳米管,碳纳米管长度优选为5μm,管径为100nm。碳纳米管在各方面均表现优异的性能,对于光电性能,其载流子迁移率高达105cm2V-1s-1,电流密度超过109A cm-1,因此,将其应用于吸波材料,可以用很低的用量达到较佳的效果。碳纳米管对于微波的吸收机制主要来自于极化和电导的损耗,以及其高比表面积所带来的多重散射,碳纳米管的长度、直径等结构均能影响到其复合材料的吸波性能,本发明技术方案中,该碳纳米管优选长度为5μm,管径为100nm的碳纳米管,经过实验表明,在上述碳纳米管含量和具体尺寸的限制下,本发明的技术方案对电磁波的吸收取得了意料不到的技术效果。
优选地,复合吸波材料中,所述碳纤维长度为500μm,直径为7μm。吸波材料中,基体主要起到分散和负载的作用,而吸波剂填料对于电磁特性发挥着重要的作用,吸波剂填料的电磁特性决定了复合吸波材料的好坏。碳纤维是一种高强度、高模量的新型纤维材料,碳纤维具有许多优良性能,碳纤维的轴向强度和模量高,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好,X射线透过性好,具有良好的导电导热性能、电磁屏蔽性等。目前的技术方案中,基于碳纤维为填料的复合吸波材料,只是简单的将碳纤维直接添加到基体材料中,通常存在吸波强度不足或吸波频宽较窄的技术问题,本发明技术方案中,将碳纤维与碳纳米管结合作为填料,对于电磁吸波性能产生了意料不到的技术效果。
为了使得本发明所述复合吸波材料发挥最大化吸波性能,本发明技术方案中,在碳纤维表面吸附有磁性粒子,该磁性粒子为空心Ni/Cu/Ag粒子。该空心粒子吸附在碳纤维表面,解决了空心粒子在橡胶基体中不易分散的技术问题,同时该空心粒子能够与碳纤维、碳纳米管构成三维网络结构,对于提升复合吸波材料的吸波频宽起到了意料不到的技术效果;此外,该空心粒子吸附在碳纤维表面,不仅能够引入磁损耗或增强界面极化,更主要的是可以提高阻抗匹配特性,对于提高吸波性能发挥意料不到的技术效果。并且,该碳纤维与上述的碳纳米管结合作用,能够有效增强复合吸波材料的力学性能。
优选地,碳纤维中,所述的空心Ni/Cu/Ag粒子为多层空心结构,是在空心镍表面依次包覆Cu膜、Ag膜形成的,所述的空心镍粒径为3μm,镍壳厚度为0.5μm,Cu膜厚度为0.2μm,Ag膜厚度为0.1μm。实心的镍粒子密度较大,会导致吸波材料密度较大,限制了其应用;空心化是降低金属粒子密度的方法之一,但是,通常的技术方案中,主要是通过在空心玻璃微珠表面包覆具有吸波性能的涂层实现的,然而,空心玻璃微珠本身并没有吸波性能,其对吸波材料的吸波性能难以进一步提高;本发明的技术方案中,该空心镍表面包覆有Cu膜、Ag膜,由于空心结构,当电磁波入射到其中时,可使电磁波在其空腔内形成多重反射,并且结合多层结构,可以增加其吸波损耗,提高了吸收性能,同时能够实现轻质化的要求。
在填料含量方面,为了达到良好的吸波效果,优选地,上述的吸波层Ⅰ、吸波层Ⅱ、吸波层Ⅲ中填料含量有所不同,具体地:
吸波层Ⅰ中,该碳纳米管的含量为5wt.%,该碳纤维的含量为1wt.%,该空心Ni/Cu/Ag粒子的含量为1.4wt.%;吸波层Ⅱ中,该碳纳米管的含量为2wt.%,该碳纤维的含量为2wt.%,该空心Ni/Cu/Ag粒子的含量为2.6wt.%;吸波层Ⅲ中,该碳纳米管的含量为2wt.%,该碳纤维的含量为4wt.%,该空心Ni/Cu/Ag粒子的含量为3.8wt.%;
所述复合吸波材料的制备过程为:
步骤1:将粒径为3μm左右的羰基铁粉在丙酮中超声处理50min,除去其表面的杂质,然后将其放入1.2mol/L的稀盐酸中浸泡40s,除去其表面的氧化膜,处理后将其放入真空干燥箱中干燥;
将0.13mol/L硫酸镍溶液和40g/L酒石酸钠溶液混合,充分搅拌后,加入0.8g/L的硫脲溶液继续搅拌,让硫脲充分溶解,随后加入55g/L的水合肼溶液,充分搅拌均匀,得到浑浊液,向浑浊液中边搅拌边加入1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至11,使得浑浊溶液变为无沉淀的溶液,即为镀镍的镀液;
将配置好的镀液放入90℃的水浴中预热,预热10min后将上述预处理的羰基铁粉倒入镀液中,其中羰基铁粉的质量与镀液的体积之比为35g/L,在恒温水浴中90℃匀速搅拌,反应3h后,将粉末过滤,用蒸馏水和乙醇洗涤,在真空干燥箱中50℃干燥2h,得到羰基铁/镍复合粉;
将所得的羰基铁/镍复合粉放入1mol/L的稀盐酸中,反应充分后,将粉末过滤,干燥得到空心镍;
步骤2,制备空心Ni/Cu/Ag粒子
采用化学镀的方式,在空心镍表面依次包覆Cu膜、Ag膜,Cu膜厚度为0.2μm,Ag膜厚度为0.1μm,得到空心Ni/Cu/Ag粒子;
步骤3,碳纤维预处理
将碳纤维裁剪成所需的长度,然后,将碳纤维浸泡在质量分数为2.5%的NaHCO3溶液中,充分浸泡2h后取出,放置在自然环境下慢慢晾干;
然后,将碳纤维浸泡在质量分数为13%的氢氧化钾溶液中,浸泡时间为10h,然后取出、晾干;
将碳纤维再浸泡在质量分数为5%的硅烷偶联剂溶液中,充分浸泡1h后取出,放置在自然环境下慢慢晾干;
步骤4,碳纤维吸附空心Ni/Cu/Ag粒子
将上述碳纤维与空心Ni/Cu/Ag粒子在高混机中充分混合;
步骤5,混炼
室温下,将氢化丁腈橡胶生胶与上述吸附有空心粒子的碳纤维按比例在双辊开炼机上共混,之后加入多壁碳纳米管,最后加入3phr的过氧化二异丙苯作为硫化剂,将混炼胶在平板硫化仪上于190℃、10Mpa下硫化30min,得到所述的复合吸波材料。
为了表征本发明所述多层吸波结构的吸波效果,通过对本发明所述多层吸波结构进行吸波性能测试,表明:当吸波层Ⅰ、吸波层Ⅱ、吸波层Ⅲ的厚度分别为1mm、2mm、4mm时,10dB吸收频宽为13.7GHz;说明本发明所述的多层吸波结构具有质量轻、吸波频带宽的优点。
以上所述仅为本发明的较佳方式,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种携带式指纹识别设备,包括:
一影像感测单元,用以撷取一手指的指纹影像;
一微处理器,连接至该影像感测单元,用以纪录该手指的指纹影像、自一指纹数据库中辨认该手指的指纹影像、分析该指纹影像的序列以决定该手指在每一影像中的X/Y位置以导出一签名图案、比较该签名图案与一签名数据库内储存的记录、接收一指令信号及发送一响应信号;
一通信单元,连接至该微处理器,用以在该微处理器与一控制设备间,发送该指令信号与响应信号,该控制设备与该携带式指纹识别设备是分离的;
一记忆单元,连接至或嵌入于该微处理器,用以储存该指纹数据库与签名数据库;及
一外壳,用来包覆及保护影像感测单元、微处理器、通信单元与记忆单元,其特征在于,在外壳外表面设有一多层吸波结构,该多层吸波结构将该外壳包覆。
2.根据权利要求1所述的一种携带式指纹识别设备,其特征在于,所述多层吸波结构由内而外由吸波层Ⅰ、吸波层Ⅱ、吸波层Ⅲ层叠而成,其中,所述吸波层Ⅰ、吸波层Ⅲ、吸波层Ⅱ构成三明治结构,吸波层Ⅲ位于中间;所述的吸波层Ⅰ、吸波层Ⅱ、吸波层Ⅲ均是由碳材料/橡胶复合吸波材料裁剪构成,所述复合吸波材料是以橡胶为基体,以碳纳米管、碳纤维为填料,通过混炼得到,所述的碳纳米管和碳纤维均匀分布在橡胶基体中。
3.根据权利要求2所述的一种携带式指纹识别设备,其特征在于,所述的碳纳米管为多壁碳纳米管,碳纳米管长度优选为5μm,管径为100nm。
4.根据权利要求2所述的一种携带式指纹识别设备,其特征在于,所述碳纤维长度为500μm,直径为7μm。
5.根据权利要求4所述的一种携带式指纹识别设备,其特征在于,在所述碳纤维表面吸附有磁性粒子,所述磁性粒子为空心Ni/Cu/Ag粒子;所述的空心Ni/Cu/Ag粒子为多层空心结构,是在空心镍表面依次包覆Cu膜、Ag膜形成的,所述的空心镍粒径为3μm,镍壳厚度为0.5μm,Cu膜厚度为0.2μm,Ag膜厚度为0.1μm。
6.根据权利要求5所述的一种携带式指纹识别设备,其特征在于,所述吸波层Ⅰ中,该碳纳米管的含量为5wt.%,该碳纤维的含量为1wt.%,该空心Ni/Cu/Ag粒子的含量为1.4wt.%;吸波层Ⅱ中,该碳纳米管的含量为2wt.%,该碳纤维的含量为2wt.%,该空心Ni/Cu/Ag粒子的含量为2.6wt.%;吸波层Ⅲ中,该碳纳米管的含量为2wt.%,该碳纤维的含量为4wt.%,该空心Ni/Cu/Ag粒子的含量为3.8wt.%。
7.根据权利要求6所述的一种携带式指纹识别设备,其特征在于,所述复合吸波材料的制备过程为:
步骤1:将粒径为3μm左右的羰基铁粉在丙酮中超声处理50min,除去其表面的杂质,然后将其放入1.2mol/L的稀盐酸中浸泡40s,除去其表面的氧化膜,处理后将其放入真空干燥箱中干燥;
将0.13mol/L硫酸镍溶液和40g/L酒石酸钠溶液混合,充分搅拌后,加入0.8g/L的硫脲溶液继续搅拌,让硫脲充分溶解,随后加入55g/L的水合肼溶液,充分搅拌均匀,得到浑浊液,向浑浊液中边搅拌边加入1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至11,使得浑浊溶液变为无沉淀的溶液,即为镀镍的镀液;
将配置好的镀液放入90℃的水浴中预热,预热10min后将上述预处理的羰基铁粉倒入镀液中,其中羰基铁粉的质量与镀液的体积之比为35g/L,在恒温水浴中90℃匀速搅拌,反应3h后,将粉末过滤,用蒸馏水和乙醇洗涤,在真空干燥箱中50℃干燥2h,得到羰基铁/镍复合粉;
将所得的羰基铁/镍复合粉放入1mol/L的稀盐酸中,反应充分后,将粉末过滤,干燥得到空心镍;
步骤2,制备空心Ni/Cu/Ag粒子
采用化学镀的方式,在空心镍表面依次包覆Cu膜、Ag膜,Cu膜厚度为0.2μm,Ag膜厚度为0.1μm,得到空心Ni/Cu/Ag粒子;
步骤3,碳纤维预处理
将碳纤维裁剪成所需的长度,然后,将碳纤维浸泡在质量分数为2.5%的NaHCO3溶液中,充分浸泡2h后取出,放置在自然环境下慢慢晾干;
然后,将碳纤维浸泡在质量分数为13%的氢氧化钾溶液中,浸泡时间为10h,然后取出、晾干;
将碳纤维再浸泡在质量分数为5%的硅烷偶联剂溶液中,充分浸泡1h后取出,放置在自然环境下慢慢晾干;
步骤4,碳纤维吸附空心Ni/Cu/Ag粒子
将上述碳纤维与空心Ni/Cu/Ag粒子在高混机中充分混合;
步骤5,混炼
室温下,将氢化丁腈橡胶生胶与上述吸附有空心粒子的碳纤维按比例在双辊开炼机上共混,之后加入多壁碳纳米管,最后加入3phr的过氧化二异丙苯作为硫化剂,将混炼胶在平板硫化仪上于190℃、10Mpa下硫化30min,得到所述的复合吸波材料。
8.根据权利要求1所述的一种携带式指纹识别设备,其特征在于,所述影像感测单元为一电容器型指纹辨识器。
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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