CN1394299A - 确定物体的物理属性的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法，借助该方法，在一个物体附近代表至少一种气体的电离光量的光信号被显示和/或记录下来。所述方法特征在于其包括：将物体与导体单元之间的电压(U)逐渐增加至一个观察到最大亮度(L1)的最终值(U1)(D1)；作为该物体的第一特征值，将电压(U2)的值确定为使亮度(L2)不小于最大亮度(L1)的大约10％的电压值，并且作为该物体的第二特征值，确定使亮度(L3)不小于最大亮度(L1)的大约90％的电压值。该装置包括一个配备了一层弹性膜的传感器，该弹性膜限定了发生电离的气体或混合气体的封闭容积。

Description

确定物体的物理属性的方法与装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定物体的物理属性的方法与装置。
背景技术
一个物体的物理属性可以通过当该物体处于一个与附近的导体单元不同的电位(差)时，对该物体表面或邻近电离(作用)现象的研究而确定。
文档FR-A-2 410 467提示了出于对人体进行诊断的目的，借助Kirlian效应来使用照相术。相纸成份的变化、其湿度或显影液成份的变化会使得通过Kirlian照相在一个感光载体上获得的结果不可再现。另外，这种已知方法牵扯到要在一个暗室中工作，在如果只有在感光载体显影之后才能看到结果时，这种工作时间需要相对长一些。
文档US-A-3 994 283与DE-A-44 47 325公开了用于观察在活体或物体周围借助Kirlian效应的周边电离现象的设备。在被观察到的放电在空间上呈现出一种随机分布并且不能以满意的精度被再现的情况下，这些设备不可能精确地对被研究物体进行特征化。
本发明是一个更具体地提出一种以实时或延时方式来确定一个物体的物理属性的方法和装置，这种方法和装置以十分出色的可再现性，来克服上述这些缺点，其结果，可以使系统的比较研究得以进行。
发明内容
在这种精神下，本发明涉及到一种用于在以下过程中确定物体的物理属性的方法：
-设置该物体与一个传感器相接触，其导体单元与一个电压发生器进行电连接；
-一个交流电压被施加在该物体与该单元之间；
-一个代表在该物体相邻区域中至少一种气体的电离光线数量的光信号被显示和/或记录下来；
其特征在于：
-逐渐地增加上述电压直至一个其中可以观察到最大亮度的最终电压；
-作为该物体的第一个特征值，确定可使亮度大于或等于最大亮度的大约10％的电压值，并且
-作为该物体的第二个特征值，确定可使信号亮度大于或等于最大亮度的大约90％的电压值。
在物体与导体之间进行的电压施加可以以特定模式或通用模式来进行。
归功于本发明，电压以第一与第二特征值的确定使得对每个物体进行特征化成为可能，因为这些电压值代表了每个物体的行为，并且其确定并不依赖于形状和/或观察到的电离现象的分布。
依据本发明的首要优势方面，按步骤对电压进行增加，每个步骤对应于一个信号图像的获取，例如借助一个或两个同步摄像机。
依据另一个优势方面，本方法还包括，作为该物体的其他特征值，确定亮度变化与电压变化之间在时间上的相移角度，该角度被定义为当亮度具有分别大约等于最大亮度的10％和90％的值时，在各个时刻之间，代表电压随时间的增加的第一直线与代表亮度随时间线性演进的第二直线之间的斜率差。
依据本发明另一个优势方面，本方法包括按步骤提高电压并在每一步骤变化该电压的频率。这使得我们有可能探索被研究物体的高能共振(energetic resonance)。事实上，一个物体可以在电平面上正如RLC型电路网络表现为一种假性无秩序(pseudo-anarchical)的组织形式。每个单一的RLC型网络都拥有其自身的共振频率，并且这样一种网络会在某种频率上发生反应，即振荡，这样一种反应确定物体的内在电气属性。换句话说，频率的变化使我们可以就每个电压值探索在所讨论电压上的共振频率，以及通过所获得的电离现象的外观或增加所标记的高能共振。另外，可以提供它来确定作为该物体的另一个特征值的频率值，该频率值与频率进行变化时的最大相对亮度相对应，而电压被保持在对应于中级亮度步骤的同一值上，特别是等于最大亮度的大约50％。
本方法还包括将传感器上物体周围定义的测量表面分割为多个单独的测量区并且为每个单独的测量区确定上述特征值。本发明的这个方面使得我们有可能有差别地对物体的不同边缘进行特征化，每个边缘对应于一个单独的测量区域或测量段。
在确定人体或动物身体属性的应用中，可以同时把一个主体的十个手指作用于至少一个传感器上，而将他/她的十个脚趾作用于另一个传感器上，以差别模式从发电器提供这些传感器的导体单元并且随之确定这十个手指与十个脚趾的上述特征值。这二十个末端特征值确定的伴随特性避免了为确定第一值，如与一个手指相关的第一值，而进行的电势差的施加，避免了在确定其他特征值之前修改主体的电结构。
本发明还涉及一种装置，用于执行前面所定义的方法，更具体地，是一种装置，包括一个表现为电绝缘板和一个电传导单元的传感器，用于向电传导单元和物体供应可变交流电压的装置和用于通过板与电导体单元显示和/或记录代表物体邻近区域由于电压施加而产生的电离光量的光学信号。这个装置的特征在于：传感器包括一个弹性膜，同上面提到的(绝缘)板一起限定了适于在上述电压效应之下被电离的气体或混合气体的密封界限的体积。
正是由于本发明，传感器使得我们有可能监视被电离的气体的准确性质，由于被密封的气体或混合气体的成份可以被预先确定，作为所采用的气体的物理特征的函数，通常会出现电离现象的电压能够被预先确立。
依据本发明的一个优越但并非强制性的方面，该装置含有一个或多个以下特征：
-该弹性膜是不透明的，这使得我们可以在日光下使用传感器，电离可以被显示和/或记录在被该不透明膜与周围光线隔离开的一个区域中。
-气体或混合气体被密闭在一个可变形塑料材料的泡沫状物中。
-该装置包括形状识别装置，用于量化所观察到的信号亮度的装置，用于控制供电装置的装置，用于自动确定物体特征值的装置，用于对这些特征值与参考值进行比较的装置，和/或用于显示这种确定或比较的结果的装置。
附图说明
根据下面对依据其原理及其实施方法的一个装置实施例的两种形式的描述，本发明将变得易于理解，并且它的其他优点将表现得更加清晰，下面的描述只是通过示例方式并参照附图而给出的，其中：
图1是一个示意图，表示了在使用中依据本发明的一个装置的原理。
图2是图1装置中所用的一个传感器的一个局部。
图3是图2中沿线路III-III的一个局部。
图4是在图1到3的装置中施加的电压与亮度在时间上的变化的表示。
图5是本发明的方法的步骤中亮度变化的表示。
图6是在图1到3的装置中使用的光信号处理部分的逻辑方块图。
图7是与图2相近似的、依据本发明实施例的第二种形式实现的装置的视图。
具体实施方式
图1、2、3和6中所示的装置包括一个配备了两个传感器11和12的外罩1，11和12安置在外罩1的表面层，从而使坐在座位S上的用户U能够将他/她的手放在传感器11上，并将他/她的脚放在传感器12上。
配备了CCD矩阵的两个摄像头21和22针对用户四肢的末端被分别安放在传感器11和12的背面。每个CCD矩阵构成一个产生信号的感光单元网络，该信号的电压与它从传感器11或12探测到的那部分信号S1’或S2’的亮度是成比例的。例如，在分辨率为8比特时，每个单元的输出电压线性地从0到255即从黑到白进行变化，这目前在信息技术或电视领域被称为“亮度标度”。有时，亮度在视频或信息系统中以变量Y来代表。摄像头21和22被用于向一个处理单元30提供视频信号S1和S2，它们分别代表摄像头探测到的光信号S1’和S2’，特别是代表这些信号的亮度。
传感器11和12是相同的，并且在图2中可以局部看到的传感器11包括一个例如可以是由塑料材料制成的绝缘板13。垫片14使我们有可能在(绝缘)板13和第二绝缘板15之间限定用于容纳液体电解质16的容积V，该电解质16是透明的或半透明的，例如在心电图或超声波回波扫描中使用的胶体型，或者液态肥皂。(绝缘)板13和15可以由玻璃或聚甲基丙烯酸酯或聚丙烯酸类型的塑料材料制成。
第二垫片17被安放在(绝缘)板13与容积V相对一侧的边缘并支撑一个由弹性材料制成的不透明弹性膜18，弹性材料可以是合成橡胶、天然橡胶、或者硅胶。在板13和膜18之间规定用于容纳包含氩、氖和二氧化碳的混合气体19的容积V’。这些气体呈现出值得注意的特性，它们会发生不同颜色的电离现象I，即氩是蓝色，氖是橙色，而二氧化碳是绿色，这些电离现象发生在不同的并且预先确定的电离电压下。这些电离现象是借助在物体之间，即例如一个或多个手指，与电解质16之间的电势差效应下所产生的电荷移动而获得的，这种电荷移动会引发光子。这些电离现象是在低于填充或释放所讨论气体的阈值的电压值下产生的，因此本发明的系统不会引起可能发生的电弧或放电的危险。
可变交流电压发电器40分别通过电连接41和42与传感器11和12的电解质16相连。连接41和42使我们有可能在这些电解质16之间并通过用户的身体施加可变交流电压U，其中 f表示频率。以这种方式，考虑到用户身体的阻抗，通过这种有差别的方式而产生了电压差。一方面在用户的手指 d和传感器11的电解质16之间，而另一方面，在他/她的脚 p或脚趾 o与传感器12的电解质16之间，构成线路41的导体通过依靠在于容积V相对立的板15的表面与端子416接通，并且被一个刚好穿过板15的金属螺丝43固定在位置上，因此它与电解质16保持了电接触。
在实践中，用户可以将他/她的双手 m放在传感器11上，并将他/她的双脚 p放在传感器12上，对二十个可能的电离区域进行监视，它们分别对应于用户的手指和脚趾的末端的位置。
由于膜18是有弹性的，用户手指 d产生的压力就可能使该膜变形，以致在手指水平面上将位于膜18与板13之间的混合气体挤出去。混合气体于是被分布在手指周围，并且，当电压差U处于一个取决于混合气体19性质的预定范围之内时，混合气体可以被电离。以这种方式，在传感器11中所使用的气体或者混合气体19的体积并不是很重要，从经济角度并且从用户与操作者的安全角度看这是有重要意义的。
膜18的不透明性质使摄像机21和22能够在电离现象I一出现时就有效地探测到它们，因为它们发生在可见光谱内，而摄像机与外部光线是被外罩1和膜18隔离开的。
操作如下进行：
从初始时刻0开始，通过步骤P1，P2...Pi...PN将电压U逐渐增加，如图4中的线C1所表示。这条线不同步骤的中心点可以连接成一条直线D1，它可以被认为是线C1的一种近似。
电压沿着线C1的上升与摄像机21和22的采集速度的同步的。例如，当视频摄像机以25帧/秒的速度工作时，每个步骤Pi的持续时间为40ms，归功于每个信号S1或S2上的两个画面帧，步骤Pi因而被显示出来。
从电压U具有值U0的时刻，与所述传感器相联的摄像机21或22探测电离所发出的光线的出现，并且光信号S1’或S2’的亮度L变为非零。亮度被定义为所观察到的信号S1’或S2’的光线强度。
当电压U继续增加时，信号S1’或S2’的亮度由于电离现象I越来越多而增加。
电压U于是增加到值U1，在该值上获得了最大亮度L1。t1代表电压U达到值U1的时刻。
两个值L2和L3接着被确定，它们分别等于值L1的10％和90％。基于单元30从信号S1和S2所记录下来的数据，亮度分别等于L2和L3时的电压U2和U3被确定下来。这些值U2和U3是所述手指 d的特征值，因为在实践中，它们证实是以对相同手指并在相同的操作条件下可再现的方式而确定的
以信号S1’或S2’的记录为基础，有可能确定时刻电压U的值分别达到U0到U3的时刻t0、t1、t2和t3。Δt代表时刻t2和时刻t3之差，ΔU代表值U2和U3之差。直线D1的斜率等于ΔU/Δt。
在图4类型的图上，在y轴上确定了电压与亮度坐标的标度之后，通过连接确定的点A2和点A3，可以建立一条代表亮度演变的线，A2和A3是分别在时刻t2或t3，亮度分别等于L2或L3的点。这些点代表在一段时间间隔Δt中，亮度从值L2到值L3的演变。D2表示一条通过点A2和A3的直线，其斜率等于(L3-L2)/Δt。
Φ代表直线D1和D2之间斜率的相移角度。这个角度可以被当作所研究物体的能量指数特征，在本例中是用户的手指 d。
在线C1的电压P1的每一个步骤，发电器40在一个大约1000Hz到800kHz的范围内对电压U的频率 f进行调节。
以这种方式，对于每个施加的电压U，连续测试能够引发被研究物体的等价电路共振的不同频率。这种测试是迅速的，因为它发生在每个步骤Pi的持续时段内，如前所示，该时段可以是40ms级的。
如在图5中所看到的，如果频率 f是象直线D4所表现的那样，在时间过程中有规律地发展，那么所观察到的亮度则是以线C4所表现的那样以变化的方式进行演变。
亮度值L4被定义为等于值L1的大约50％，U4代表在达到亮度L4的同一时刻t4所获得的相应电压值。在相应的电压步骤上，由发电器40传送出的电压U4的频率 f被继续变化，并且可以观察到如线C4所表示的亮度变化。亮度持续增长，直到它在时刻t4达到对于电压U4的最大相对值L4’；然后亮度下降。对应于最大值L4’的频率 f 4标记下来，这个频率 f 4被定义为被研究物体的高能频率，即可以获得最大相对亮度L4’的频率，它可以被看作电磁共振频率。
还有可能为值U0到U1之间的几个中间电压水平确定高能频率。
在图3中可以很具体地看到，围绕在手指 d的末端的那部分容积V’被分割为角扇区∑1到∑8，在它们每个之中会产生电离现象I，并且在每个中，可以如上所示地确定特征值U2、U3，以及θ和 f 4。实际上，作为手指 d的定向与神经末稍的定位的函数，电离现象有可能在不同时刻，针对不同电压发生在这些扇区中。当然，扇区∑1到∑8的数目与定义取决于模型化期间所做的选择。
在图6中示意性地显示了单元30，它包括第一模块31和第二模块32，第一模块31用于采集视频信号S1和S2，第二模块32用于识别形状从而有可能对在传感器11上的每个手指 d或者传感器12上的每个脚趾o的区域进行定位并定义扇区∑1到∑8。模块33用于对每个区域的亮度进行量化，从而有可能对来自模块32的信号S1和S2进行分析，这样的话，相应的信号被传送给用于实现预先设想的逻辑运算的计算器34，以确定特征值U2、U3、Φ和 f 4。计算器34与接口35相连，接口35与发电器40相连并有可能控制它及始终知晓所产生的电压与频率值。
计算器34也与一个数据库36相连，在该数据库中储存着对于已知物体的特征量的参考值，每次实验期间，可以在确定的量与这些已知物体之间进行比较。
还提供监视器37把由计算器34实现的操作结果通知给用户，这个监视器使我们有可能监视用于控制接口35的模块38。
最后，设备39使我们能够对一个用于数据对比的内部或外部数据处理网络进行访问，和/或对这些附加参考数据进行访问。
单元30的整体可以被集成在一台合并在外罩1中的计算机中，或者通过一条合适的连接44与计算机连接。
当最好是同时对用户的每个手指 d或脚趾处理了对应于不同扇区∑1到∑8的信号S1和S2之后，本方法的最后步骤包括将特征值U2、U3、Φ和 f 4配属给每个扇区∑1到∑8，以便能够进行定量和定性的分析。
在图6所示的本发明实施例的第二形式中，与第一实施例相似的单元的带有被增加了100的相同参照值。本实施例的传感器111包括两个绝缘板113和115，由一个垫片114隔开并限定其间的容积V，以容纳液体电解质，该电解质可以通过连接141的导体141 a与发电器40类型的发电器(未显示)相连。第二导体141 c连接发电器的对端与用户的手指 d，这使我们有可能在该手指与电解质116之间直接施加预定电压。这样，发电器就以普通方式工作而测量可以被限制在仅对一个手指 d进行，而不需要用户将他/她的脚放在传感器12上。
归功于在心电图中使用的导体片141 d，导体141 c可以被放在手指d上与其相接触。
依据一种变体，从发电器产生的电动势可以被导体141 c施加在用户的腕部，用户可以将他/她手上的五个手指放在传感器111上。
在板113与容积V相对的一侧，安放一个透明塑料泡沫材料层117，例如基于包含多个微孔的聚合物，其中封闭着气体或混合气体19类型的混合气体119。不透明涂层118被安置在层117之上，将该层117与周围的空气隔开，封闭气体或混合气体119。涂层118是有弹性的，从而构成一层膜，这层膜划定了被封闭着混合气体119的层117的容积V’的范围。
象以前一样，用户可以是涂层118和层117变形。当他紧按一个手指的末端就可以产生将该手指周围混合气体驱走的效果。
象以前一样，电离现象I可以通过板113和115与电解质116的透明度被显示出来，它们象板13和15与电解质16一样是透明的。
第一实施例的传感器111可以与普通模式的电压源一起使用，而传感器111可以与不同模式的电压供应设备一起使用，这是由操作者的选择来决定的。
不论所述的哪种实施形式，电解质16或116构成一个电容器的第一电容器板片，而被研究的物体，例如用户的手指 d或脚趾构成其第二电容器板片。
本发明可以被用于对生物体的特征化，特别是用于对人体、动物或蔬菜的生物属性的确定。这一发明可以由一名专业人员用来确定针灸治疗中的经络，能量液如哺乳动物的血液的流动路径，或者植物体的活力，本发明的后一种应用可以使人们从对这些植物进行选择的角度监视其生物特征。
特别是，本发明使我们有可能在植物之间进行植物特征比较，例如从不同的生物、耕作或转基因类型农作物所获得的植物生物特征。
本发明另一个特别重要的应用涉及对机械或电气部件状态的尺寸与结构的监视，在出现微小裂缝、薄弱线或表面缺陷的部位可以观察到更集中的放电区域。
本发明还可以用于水文学领域，例如，用于水的成份的分析方法，以及用于基础研究领域，特别是用于相似结构细胞的区分。

Claims (11)

1.用于确定一个物体( m， p， d)的物理属性的方法，在该方法的过程中：
-所述物体被安排与一个传感器(11，12；111)相接触，该传感器的导体单元(16，116)与一个发电器(40)进行电连接；
-一个交流电压(U)被施加在所述物体与所述单元之间；
-一个代表所述物体附近至少一种气体(19，119)的电离光线(L)数量的光学信号(S1’，S2’)被显示并/或记录下来；
其特征在于包括：
-逐渐增加所述电压(U)至一个可以观察到最大亮度(L1)的最终值(U1)；
-作为所述物体的第一特征值，将所述电压(U2)的值确定为可使信号亮度(L2)大于或等于最大亮度的大约10％的电压值，并且
-作为所述物体的第二特征值，将所述电压(U3)的值确定为可使信号亮度(L3)大于或等于最大亮度的大约90％的电压值。
2.依据权利要求1的方法，其特征在于它包括在步骤(Pi)中增加所述电压，每个步骤对应于所述信号(S1’，S2’)的一幅图像的采集。
3.依据前述权利要求中的任何一个的方法，其特征在于它包括：作为所述物体( m， p， d)的其他特征值，确定亮度(L1-L3)与电压(U0-U3)在时间上的变化之间的相移角(Φ)，所述角度被定义为，在亮度值(L2，L3)分别等于最大亮度(L1)的大约10％和90％的时刻(A2，A3)之间，代表电压(U)在时间上的增长的第一直线(D1)与代表亮度在时间上的线性演变的第二直线之间的斜率差。
4.依据前述权利要求中的任何一个的方法，其特征在于它包括在步骤(Pi)中增加所述电压(U)并在每一步骤上变化所述电压的频率( f)。
5.依据权利要求4的方法，其特征在于它包括：作为所述物体的其他特征值，当所述频率( f)进行变化时，确定对应于最大相对亮度(L4’)的所述电压(U)的频率值( f 4)，所述电压被保持在对应于中间亮度(L4)的步骤值(U4)尤其是等于最大亮度(L1)的大约50％。
6.依据上述权利要求中的任何一个的方法，其特征在于它包括将所述传感器(11)上所述物体( d)定义的测量表面分割为测量区域(∑1-∑8)并为每个单独的测量区域确定所述特征值(U2，U3，Φ， f 4)。
7.依据上述权利要求中的任何一个的方法，其特征在于它包括：通过同时将一个主体的十指( d)放在至少一个传感器(11)上并将所述主体的十趾(O)放在至少一个其他传感器(12)上来测量人体或动物体的物理属性，以差异模式从一个发电器(40)向这些传感器的导体单元(16)供电并并行地为十指和十趾确定所述特征值。
8.用于确定一个物体( m， p， d)的特征属性的装置包括：
-一个传感器(11，12，111)，它包括一个电绝缘板(13，113)与一个电传导单元(16，116)，
-用于向所述电传导单元和所述物体供应一个可变交流电压(U)的装置(40)，以及
-用于通过所述板和所述导体单元显示和/或记录代表所述物体由于所述电压的施加而产生的电离光线(L)的数量的光学信号(S1，S2)的装置(21，22，30)，
其特征在于所述传感器包括一个弹性膜(18，118)，它与所述板(13，113)一起限定用于封闭一种气体或混合气体(19，119)的容积(V’)，该气体或混合气体被用来在所述电压(U)的效应下进行电离。
9.依据权利要求8的装置，其特征在于，所述弹性膜(18，118)是不透明的。
10.依据权利要求8或9中的一个的装置，其特征在于所述气体或混合气体(119)被封闭在一种可变形的塑料泡沫材料(117)中。
11.依据权利要求8到10中的任何一个的装置，其特征在于，它包括形状识别装置(32)，用于对观察到的信号(S1’，S2’)的亮度进行量化的装置(33)，用于控制所述供电装置(40)的装置(38)，用于自动确定所述物体( m， p， d)的特征值(U2，U3，Φ， f 4)的装置(34)，用于与参考值进行比较的装置(36)和/或用于显示确定或比较结果的装置(37)。
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