CN111104659B - 用于智能识别的薄膜及智能识别系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于智能识别的薄膜，包括第一摩擦层，所述第一摩擦层包括多个第一摩擦区；第二摩擦层，所述第二摩擦层包括多个第二摩擦区；间隔层，所述间隔层设置在所述第一摩擦层和所述第二摩擦层之间，且所述间隔层设置有多个通孔；多个第一感应电极，所述多个第一感应电极分别设置在不同的所述第一摩擦区上；其中，当所述薄膜感应到外力施加到所述第一摩擦层或第二摩擦层上时，至少一个所述第一摩擦区通过一个对应的通孔与一个所述第二摩擦区接触并摩擦，并使得设置在发生摩擦的第一摩擦区上的第一感应电极生成与施加的外力相对应的电信号。本发明还提供一种应用所述薄膜的智能识别系统。
Description
技术领域
本发明涉及信息安全领域，具体涉及一种用于智能识别的薄膜及系统。
背景技术
目前，应用于电子产品的加密方式，主要有数字密码加密或者图案密码加密，但是这两类加密方式安全等级比较低，只要获取密码内容即可获取被保护的信息。一些比较高级的加密方式，比如指纹加密或者面部加密，又或者虹膜加密，但是指纹、虹膜和面部特征这类生物特征可能会随着时间而发生变化，又或者遭到破坏，从而使得基于这类生物特征的密码有失效的可能。
发明内容
有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本发明的实施例提供了一种用于智能识别的薄膜，包括第一摩擦层，所述第一摩擦层包括多个第一摩擦区；第二摩擦层，所述第二摩擦层包括多个第二摩擦区；间隔层，所述间隔层设置在所述第一摩擦层和所述第二摩擦层之间，且所述间隔层设置有多个通孔；多个第一感应电极，所述多个第一感应电极分别设置在不同的所述第一摩擦区上；
其中，当所述薄膜感应到外力施加到所述第一摩擦层或第二摩擦层上时，至少一个所述第一摩擦区通过一个对应的通孔与一个所述第二摩擦区接触并摩擦，并使得设置在发生摩擦的第一摩擦区上的第一感应电极生成与施加的外力相对应的电信号。
进一步地，所述第一摩擦层、所述第二摩擦层、所述间隔层以及所述多个第一感应电极均采用透明材料制成。
进一步地，所述薄膜还包括多个第一电极引线，每一个第一电极引线均与一个所述第一感应电极连接。
进一步地，所述薄膜还包括多个第二感应电极，所述多个第二感应电极分别设置在不同的所述第二摩擦区上；
进一步地，所述多个第二感应电极采用透明材料制成。
其中，当至少一个所述第一摩擦区通过一个对应的通孔与一个所述第二摩擦区接触并摩擦时，设置在发生摩擦的第二摩擦区上的第二感应电极生成电信号。
进一步地，所述薄膜还包括多个第二电极引线，每一个第二电极引线均与一个所述第二感应电极连接。
进一步地，所述薄膜还包括第一保护层，所述第一保护层覆盖在所述第一摩擦层上
进一步地，所述第一保护层包括屏蔽电极层和保护膜，所述保护膜设置于所述屏蔽电极层与所述第一摩擦层之间。
进一步地，所述屏蔽电极层贴附于所述保护膜的外表面；或者，
所述屏蔽电极层嵌于所述保护膜的内部。
进一步地，所述薄膜还包括第二保护层，所述第二保护层覆盖在所述第二摩擦层上。
进一步地，所述第一摩擦层、所述第二摩擦层、所述间隔层、所述第一保护层以及所述第二保护层的尺寸相同。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种智能识别系统，其包括上述任一项实施例所述的用于智能识别的薄膜，所述薄膜能够产生与施加的外力相对应的电信号；
数据采集分析模块，所述数据采集分析模块用于采集并分析所述电信号，得到与所述电信号相对应的所述施加的外力的特征值；以及
处理器，所述处理器用于比较所述特征值与预定特征值，并输出比较结果。
进一步地，所述特征值或所述预定特征值包括以下至少一种：
施力速度、施力大小、施力时间以及施力间隔。与现有技术相比，本发明具有以下优点之一：
1、本发明提出的薄膜能够与现有的技术成熟、应用面广的数字密码和图案密码相结合，通过提取用户在解锁过程中按压的生物特征，极大增强数字密码和图案密码的安全等级。
2、本发明提出的薄膜结构简单、易集成而且成本低，能够广泛应用在多个涉及信息安全以及安防的场合。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1为本发明实施例提供的薄膜的分解图；
图2本发明实施例提供的薄膜的间隔层的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的薄膜的第一感应电极或第二感应电极的示意图；
图4为本发明实施例提供的薄膜的第一摩擦层的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的薄膜的第二摩擦层的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的屏蔽电极层、保护膜、第一摩擦层、间隔层、第二摩擦层以及第二保护层的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的薄膜的产生感应电荷的过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式做详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
如图1所示，本发明实施例提供了一种用于智能识别的薄膜100，其可以包括具有多个第一摩擦区41的第一摩擦层4、具有多个第二摩擦区61的第二摩擦层6以及设置在第一摩擦层4和第二摩擦层6之间的用于隔离二者的间隔层5。而且在间隔层5上设置有多个通孔51，在每个第一摩擦区41的远离间隔层5的一侧上均贴附一个第一感应电极3，即第一感应电极3可以设置有多个，每一个第一感应电极3设置在不同的第一摩擦区41上。
这样当所述薄膜感应到外力施加到所述第一摩擦层或第二摩擦层上时，第一摩擦层4的至少一个摩擦区可以通过通孔51与第二摩擦层6的一个第二摩擦区61接触与分离，基于摩擦电效应与静电感应原理，设置在发生摩擦的第一摩擦区41上的第一感应电极3将产生与外界压力、作用时间等激励参数相关的电信号输出，即产生的电信号与施加的外力相对应。这样，通过采集并分析多个第一感应电极3的输出信号，即可得到整个压力施加过程中的生物特性，例如间隔时间等等，进而实现特征辨识和安全防护。而且本发明实施例提供的薄膜100基于摩擦发电原理，具有自驱动特性，即无需设置单独的电源便能产生信号输出。
在本实施例中，间隔层3可以采用PET、尼龙、Teflon等材料制成。
进一步地，如图2所示，在本实施例中，设置在间隔层3上的多个通孔51可以是12个圆形通孔51，并采用4行*3列的排列形式。
当然，在其他实施例中，多个通孔51也可以采用其他形式的规则或非规则的排列方式，以适应不同的实际需求。通孔51的数量也可以根据实际情况增加或减少。例如，多个通孔51的排列方式可以与现有的密码解锁的数字排列方式相同，例如采用智能手机上10个数字形成的“甲”字形排列，还可以与现有的图案解锁的多个按键的排列方式相同。通孔51的形状还可以是方形、菱形或者其他形状，只要能够满足实际需求即可。
如图1所示，为了增强薄膜100的性能，在每个第二摩擦区61的远离间隔层5的一侧上均设置一个第二感应电极7，即设置有多个第二感应电极7，每个第二感应电极7设置在不同的第二摩擦区61上。这样在外力的作用下，第一摩擦层4的至少一个第一摩擦区41可以通过通孔51与第二摩擦层6的一个第二摩擦区61接触与分离，基于摩擦电效应与静电感应原理，设置在发生摩擦的第二摩擦区61上的第二感应电极7也将产生与外界压力、作用时间等激励参数相关的电信号输出。
在本实施例中，第一感应电极3和第二感应电极7可以采用ITO、等离子凝胶等材料制成。
具体的，图3示出了多个第一感应电极3和多个第二感应电极7的排列方式，为了能够通过通孔51使得第一摩擦区41与第二摩擦区61摩擦，进而使得第一感应电极3和第二感应电极7产生感应电荷，第一感应电极3和第二感应电极7分别采用和通孔51相同的排列方式，这样又由于第一感应电极3和第二感应电极7分别设置在第一摩擦区和第二摩擦区上，如图4和图5所示，第一摩擦区41和第二摩擦区61的排列方式也分别具有与通孔51相同的排列方式。这样的排列方式可以使得第一感应电极3、第一摩擦区41、通孔51、第二摩擦区61以及第二感应电极7在位置上相对应，即同心设置。例如，图3示出的4行*3列的排列方式，这样在本实施例中多个第一感应电极3和多个第二感应电极7的排列方式分别与多个通孔51的排列方式相同，而且第一感应电极3和第二感应电极7的数量也分别与通孔51的数量相同，形状也与通孔51的形状相同，但是需要说明的是第一感应电极3和第二感应电极7的直径至少是通孔51的直径的2倍。
为了能够采集第一感应电极3和第二感应电极7产生的感应电荷，如图3所示，在每一个第一感应电极3和每一个第二感应电极7上均设置一个电极引线，即在每一个第一感应电极3上设置一个第一电极引线31，在每一个第二感应电极7上设置一个第二电极引线71。而且为了避免施力过程中，第一电极引线31和第二电极引线71所造成的信号干扰，第一电极引线31和第二电极引线71的宽度应该足够小。
在本实施例中，第一摩擦层4和第二摩擦层6采用摩擦电负性相反的材料制成，例如第一摩擦层4采用尼龙、聚乙烯、聚氨酯等正性摩擦材料制成，第二摩擦层6采用PTFE、PET、Kapton、Teflon等负性摩擦材料制成。或者是第一摩擦层4采用负性摩擦材料制成，第二摩擦层6采用正性摩擦材料制成。
如图1，在本实施例中，薄膜100还包括第一保护层和第二保护层8。第一保护层覆盖在第一摩擦层4上，以使多个第一感应电极3位于第一保护层和第一摩擦层4之间，这样第一保护层可以对多个第一感应电极3起到保护和支撑作用。第二保护层8覆盖在第二摩擦层6上，以使多个第二感应电极7位于第二保护层8和第二摩擦层6之间，这样第二保护层8就可以对多个第二感应电极7起到保护和支撑作用。而且采用第一保护层和第二保护层8可以避免第一感应电极3和第二感应电极7层受静电干扰的影响。
具体的，第一保护层还可以包括屏蔽电极层1和保护膜2，屏蔽电极层1可以贴附于保护膜2的外表面，或者嵌于保护膜2的内部，这样的设置使得保护膜2位于屏蔽电极层1与第一摩擦层4之间。
屏蔽电极层1可以采用ITO、等离子凝胶等材料制成。保护膜2和第二保护层8可以采用PET、硅胶和PDMS等材料制成。
如图6所示，为了加工组装方便，屏蔽电极层1、保护膜2、第一摩擦层4、间隔层5、第二摩擦层6以及第二保护层8具有相同的尺寸且均采用透明的材料制成，其各自的厚度可以存在差异，但是总体厚度一般小于1mm。而且，多个第一摩擦电极和多个第二摩擦电极也均采用透明材料制成。当然，在其他实施例中，薄膜100的尺寸与厚度可以根据实际情况调整，以适应不同的需求，例如可以采用不同软硬程度的材料制成屏蔽电极层1、保护膜2、第一摩擦层4、间隔层5、第二摩擦层6以及第二保护层8。
上述实施例提供的薄膜100改变了传统数字密码输入装置固有的按键形式，其具有触摸屏无法比拟的成本低、软硬程度可调以及适应性强等优点。而且该薄膜100基于摩擦电效应与静电感应原理，通过第一感应电极3和第二感应电极7产生与外界压力、作用时间等输入习惯相关的电压输出，不仅能够使该膜具有无需额外电源输入便能产生信号输出的自驱动特性，而且通过采集分析薄膜100的输出信号，则可以提取出整个压力施加过程中的生物特征信息。这样，提取密码输入过程中具有唯一性的输入习惯等生物特征能够显著提高密码的安全等级。而且由于输入习惯通常难以改变，从而与存在破坏可能性的指纹识别、虹膜识别和面部识别相比也具有显著优势。因此，通过对薄膜的输出信号进行采集分析，使得本发明实施例提出的薄膜具有智能特性。
下面结合图7详细说明本发明实施例提供的薄膜100是如何生成与输入习惯相关的信号。
如图7(a)所示，当薄膜100在没有受到按压时，第一摩擦层4和第二摩擦层6处于分离状态，间隔层5分隔了第一摩擦层4和第二摩擦层6。如图7(b)所示，随着薄膜100受到按压而产生变形时，第一摩擦层4的第一摩擦区41将通过通孔51与第二摩擦层6的第二摩擦区61发生接触。由于摩擦电效应，两层电性相反的摩擦材料通过摩擦将分别带上正电荷和负电荷，比如第一摩擦区41带正电荷，第二摩擦区61带负电荷。进而由于静电感应，第一感应电极3和第二感应电极7将分别感应出负电荷和正电荷。从而在第一感应电极3和第二感应电极7的两端可以测得与按压过程相关的电信号输出。
由于本发明实施例提出的薄膜100具有全透明、自驱动和智能等特性，而且通孔51的数量、各层的尺寸、软硬程度均可任意调节，因此，可以将薄膜100应用到智能手机、智能家居、智能交通等各个场合。例如，结合防盗门以及根据本发明实施例提出的薄膜100设计一种智能门的隐形密码输入膜，而且这种隐形密码输入膜同样适用于汽车等存在门的所有应用场合。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种智能识别系统，系统可以包括如上述实施例中任一项薄膜，数据采集分析模块以及处理器。
其中，数据采集分析模块可以用于采集并分析电信号，得到与电信号相对应的施加的外力的特征值。处理器可以用于比较得到的特征值与预定特征值，并输出比较结果。这样，通过数据采集分析模块采集分析薄膜的输出信号可以得到在施力过程中，施加的外力的特征值，例如，施力速度，施力大小，施力时间以及施力间隔等，而且得到的一系列参数特征都与用户的生物习惯息息相关。例如，当用户输入密码时，由于密码往往是用户熟悉并能够熟练输入的一串信息，从而在输入过程中有着自己特有的输入节奏，这则以间隔时间反应出来，进而通过数据采集分析模块分析薄膜的输出信号，得到在施力过程中的间隔时间。
然后通过处理器对得到的特征值与预定特征值进行比较，并输出比较结果。预定特征值可以是施力速度、施力大小、施力时间以及施力间隔中的一种或多种。而且只有当得到的特征值与预定特征值相对应时，才会被识别成功，否则识别失败。这样在信息安全领域可有助于基于这些特征进一步提高数字密码的安全等级。此外，通过采集分析薄膜的输出信号也能够获取用户的情绪状态等有趣的信息。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用于智能识别的薄膜，包括：
第一摩擦层，所述第一摩擦层包括多个第一摩擦区；
第二摩擦层，所述第二摩擦层包括多个第二摩擦区；
间隔层，所述间隔层设置在所述第一摩擦层和所述第二摩擦层之间，且所述间隔层设置有多个通孔；
以及
多个第一感应电极，所述多个第一感应电极分别设置在不同的所述第一摩擦区上；
在每个第一摩擦区的远离间隔层的一侧上均贴附一个第一感应电极，即第一感应电极设置有多个，每一个第一感应电极设置在不同的第一摩擦区上；
在每个第二摩擦区的远离间隔层的一侧上均设置一个第二感应电极，即设置有多个第二感应电极，每个第二感应电极设置在不同的第二摩擦区上；
第一感应电极和第二感应电极产生感应电荷，第一感应电极和第二感应电极分别采用和通孔相同的排列方式，第一感应电极和第二感应电极的直径至少是通孔的直径的2倍；
第一摩擦区和第二摩擦区的排列方式分别具有与通孔相同的排列方式，这样的排列方式可以使得第一感应电极、第一摩擦区、通孔、第二摩擦区以及第二感应电极在位置上相对应，即同心设置；
在每一个第一感应电极和每一个第二感应电极上均设置一个电极引线；薄膜还包括第一保护层和第二保护层，第一保护层覆盖在第一摩擦层上，以使多个第一感应电极位于第一保护层和第一摩擦层之间，第二保护层覆盖在第二摩擦层上，以使多个第二感应电极位于第二保护层和第二摩擦层之间；
其中，当所述薄膜感应到外力施加到所述第一摩擦层或第二摩擦层上时，至少一个所述第一摩擦区通过一个对应的通孔与一个所述第二摩擦区接触并摩擦，并使得设置在发生摩擦的第一摩擦区上的第一
感应电极生成与施加的外力相对应的电信号，根据所述电信号得到所述外力的特征值，所述特征值包括以下至少一种：施力速度、施力间隔，进而得到压力施加过程中的生物输入习惯特性，实现密码输入过程中的特征辨识，提高安全防护等级。
2.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述第一摩擦层、所述第二摩擦层、所述间隔层以及所述多个第一感应电极均采用透明材料制成。
3.如权利要求1或2所述的薄膜，其特征在于，当至少一个所述第一摩擦区通过一个对应的通孔与一个所述第二摩擦区接触并摩擦时，设置在发生摩擦的第二摩擦区上的第二感应电极生成电信号。
4.如权利要求3所述的薄膜，其特征在于，所述多个第二感应电极采用透明材料制成。
5.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述第一保护层包括屏蔽电极层和保护膜，所述保护膜设置于所述屏蔽电极层与所述第一摩擦层之间。
6.如权利要求5所述的薄膜，其特征在于，所述屏蔽电极层贴附于所述保护膜的外表面；或者,
所述屏蔽电极层嵌于所述保护膜的内部。
7.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述第一摩擦层、所述第二摩擦层、所述间隔层、所述第一保护层以及所述第二保护层的尺寸相同。
8.一种智能识别系统，包括：
如权利要求1-7中任一项所述的用于智能识别的薄膜，所述薄膜能够产生与施加的外力相对应的电信号；
数据采集分析模块，所述数据采集分析模块用于采集并分析所述电信号，得到与所述电信号相对应的所述施加的外力的特征值，所述特征值包括以下至少一种：施力速度、施力间隔；以及
处理器，所述处理器用于比较所述特征值与预定特征值，并输出比较结果，所述预定特征值为与生物输入习惯特性相关的特征值。
9.如权利要求8所述的智能识别系统，其特征在于，所述特征值或所述预定特征值还包括：施力大小、施力时间。
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