ES2625657T3 - Dispositivo sensor así como procedimiento para generar señales indicativas en cuanto a la posición o la modificación de posición de extremidades - Google Patents

Abstract

Dispositivo sensor para generar señales eléctricas que como tales proporcionan información sobre la posición o el movimiento de extremidades con respecto a una zona de referencia, con: - un electrodo emisor, - un generador de tensión para la solicitación del electrodo emisor (G) con una tensión alterna; - un primer electrodo de recepción (K1), - un segundo electrodo de recepción (K2), y - un tercer electrodo de recepción (K3), caracterizado por un primer, un segundo y un tercer transformadores de impedancia, alimentándose las tensiones aplicadas en los electrodos de recepción (K1, K2 y K3) en cada caso a una entrada de alta impedancia del primer, del segundo y del tercer transformador de impedancia para no perturbar el campo eléctrico del electrodo emisor, un circuito que forma un promedio al que se alimentan las señales de salida de los transformadores de impedancia; estando conectado aguas abajo de cada transformador de impedancia un amplificador diferencial (ΔK1, ΔK2, ΔK3), que forma la diferencia a partir de la señal de salida del transformador de impedancia correspondiente y del promedio; y un amplificador al que se alimenta el promedio.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DESCRIPCION

Dispositivo sensor asf como procedimiento para generar senales indicativas en cuanto a la posicion o la modificacion de posicion de extremidades

Campo de la invencion

La invencion se refiere a un dispositivo sensor segun el preambulo de la reivindicacion 1. Un dispositivo sensor de este tipo se conoce por el documento WO 97/41458 A. Ademas la invencion tambien se refiere a un procedimiento para generar senales electronicas que, como tales, proporcionan informacion sobre una posicion espacial, y/o el movimiento de extremidades, en particular de la mano de un usuario con respecto al dispositivo sensor. A estas senales electronicas puede recurrirse entonces para el procesamiento de operaciones de entrada en aparatos de procesamiento de datos, de comunicacion y otros aparatos electronicos.

Objetivo de la invencion

La invencion se basa en el objetivo de crear soluciones mediante las cuales puedan generarse, de manera especialmente ventajosa senales indicativas en cuanto a la posicion y/o al movimiento de extremidades.

Solucion de la invencion

Este objetivo se consigue segun la invencion mediante un dispositivo sensor con las caractensticas indicadas en la reivindicacion 1 o mediante un procedimiento con las caractensticas indicadas en la reivindicacion 12.

Configuraciones ventajosas de la misma son objeto de las reivindicaciones dependientes. Preferiblemente esta previsto un sistema detector smcrono que como tal suministra senales indicativas en cuanto a la sincronicidad de la senal de salida en el sistema transformador de impedancia respectivo, en particular con respecto al nivel de tension y/o la fase frente a la tension de excitador. Mediante las diferencias entre los eventos electricos aplicados en las salidas del detector smcrono respectivo pueden obtenerse informaciones indicativas de ubicacion y movimiento.

Segun una forma de realizacion especialmente preferida de la invencion los electrodos de recepcion estan dispuestos simetricamente alrededor del dispositivo de electrodo emisor. El electrodo emisor se suministra preferiblemente por un generador (microcontrolador) con tension alterna con el fin de formar alrededor del mismo un campo electrico, preferiblemente electrico casi estatico Los electrodos de recepcion estan dispuestos preferiblemente simetricamente alrededor del electrodo emisor.

La tension electrica aplicada en los electrodos de recepcion contiene informacion sobre la distribucion del campo del electrodo emisor.

Los electrodos de recepcion estan conectados en las entradas de alta impedancia de los transformadores de impedancia para no perturbar el campo electrico del electrodo emisor. De las senales respectivas segun el transformador de impedancia se forma un promedio. Este promedio puede amplificarse. De las senales amplificadas puede obtenerse la amplitud con ayuda de un detector smcrono y adicionalmente digitalizarse por un ADC y entregarse para el analisis a un microcontrolador. En lugar del detector smcrono puede emplearse tambien un rectificador de diodos o detector de picos.

El dispositivo sensor de acuerdo con la invencion puede servir en particular para el registro de gestos, movimientos o posiciones de la mano. Preferiblemente, al menos la parte principal del sistema electronico de sensores, incluidos los electrodos de medicion, esta construida en una forma compacta similar a un chip. Por ello se posibilita una aplicacion especialmente ventajosa del sistema electronico de sensores.

Breve descripcion de los dibujos

Detalles y caractensticas adicionales de la invencion resultan de la siguiente descripcion en relacion con el dibujo. Muestra:

la figura 1

la figura 2 la figura 3

la figura 4 la figura 5

la figura 6

la figura 7 la figura 8

un diagrama de bloques para ilustrar la estructura basica de un dispositivo sensor de acuerdo con la invencion;

un diagrama de circuito para ilustrar la estructura del circuito de entrada;

una representacion de esquema para ilustrar una estructura a modo de ejemplo de los dispositivos de electrodo emisor y de electrodos de recepcion;

un esquema de conexiones para ilustrar un circuito de salida de acuerdo con la invencion; un sistema de coordenadas para explicar el principio de analisis de acuerdo con la invencion con vista al plano XY;

una vista espacial del sistema de coordenadas para la explicacion adicional del principio de analisis de acuerdo con la invencion;

una representacion en perspectiva para ilustrar un vector normal calculado segun la invencion; un sistema de cuadnculas con un punto de cursor colocado en el mismo basandose en gestos sobre la base del concepto de acuerdo con la invencion;

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

la figura 9

un

la figura 10

un

la figura 11

un

la figura 12

un

la figura 13

un

primer diagrama para ilustrar la asociacion espacial de valores de medicion segundo diagrama para ilustrar la asociacion espacial de valores de medicion; tercer diagrama para ilustrar la asociacion espacial de valores de medicion; cuarto diagrama para ilustrar la asociacion espacial de valores de medicion; diagrama para ilustrar el curso de lmeas equipotenciales.

Descripcion detallada de las figuras

En la figura 1 esta representada en forma de un diagrama de bloques una estructura de circuitos preferida de un dispositivo sensor de acuerdo con la invencion.

El dispositivo sensor de acuerdo con la invencion comprende preferiblemente tres electrodos de medicion K1, K2, K3. A este respecto se produce un campo mas homogeneo frente a conceptos de dos electrodos.

Para la linealizacion de la respuesta en funcion de la distancia se realiza preferiblemente una logaritmacion (por ejemplo, mediante diodos). Preferiblemente las senales analogicas se registran sincronicamente, por ejemplo, con ayuda un ADC rapido de microcontrolador MSP430 (F2012). En el modulo de acuerdo con la invencion puede estar enlazada de manera ventajosa una conexion directa a un modulo USB Ident para la conexion a un PC.

En el circuito segun la figura 1 el electrodo emisor G se suministra por un generador (microcontrolador) con tension alterna y forma alrededor del mismo un campo electrico. Los electrodos de recepcion K1, K2, K3 estan dispuestos simetricamente alrededor del electrodo emisor G, la tension electrica en ellos contiene informacion sobre la distribucion del campo del electrodo emisor G. Las tensiones (ac) en los electrodos de recepcion K1, K2 y K3 se aplican en los canales 1, 2 y 3 de los transformadores de impedancia I1, I2, I3. Para no perturbar el campo electrico los electrodos de recepcion K1, K2, K3 estan conectados a las entradas de alta impedancia de los transformadores de impedancia I1, I2, l3.

De las senales segun el transformador de impedancia se forma un promedio. Para cada canal se amplifica ademas la diferencia de su senal y del promedio: AK1, AK2 y AK3. El promedio tambien se amplifica.

De las senales amplificadas se obtiene la amplitud con ayuda de un detector smcrono y adicionalmente se digitalizan por un ADC y se entregan para el analisis a un microcontrolador. En lugar del detector smcrono puede emplearse por ejemplo un rectificador de diodos, un detector de picos etc., o alternativamente por el ADC puede digitalizarse directamente la tension alterna.

El microcontrolador facilita resultados analizados o parcialmente analizados para el procesamiento posterior, en particular extraccion de informaciones X, Y y dado el caso Z.

En la figura 2 se ilustra una configuracion preferida de un circuito de entrada de acuerdo con la invencion. El circuito de entrada mostrado en la figura 2 forma tres canales. Cada canal tiene un electrodo de recepcion (denominados EL1 a EL3) y esta construido con un MOSFET. El circuito esta concebido como un amplificador diferencial aunque con mas de dos (en este caso con tres) canales. Los tres transistores Q1, Q2 y Q3 estan relacionados con una fuente de corriente (realizada con T1). Las senales se toman en drenajes de los transistores: cada canal tiene una salida propia O_S1 a O_S3. Adicionalmente hay una salida mas (O_s0). Esta muestra la suma de las tres senales de entrada y viene del seguidor emisor T2.

Los MOSFET tienen resistencias en sus fuentes con el fin de compensar las diferentes lmeas caractensticas de los transistores.

En la figura 3 se representa la disposicion geometrica de los electrodos K1, K2, K3. En esta imagen se ve que en el centro esta situada la superficie grande (GND1) que protege todo el circuito con los componentes enteros respecto al campo electrico exterior. Los electrodos estan situados simetricamente entre sf con un angulo de 120° y forman por tanto un triangulo.

La senal GND1 no es constante respecto a tierra: oscila por ejemplo con una frecuencia de portadora de aproximadamente 100 kHz. La amplitud en GND1 es aproximadamente de 5 Volt pico a pico. Esta oscilacion se genera en la segunda parte del circuito.

El campo que se genera mediante la senal GND1 es perturbado por las personas y concretamente de modo que la mano humana o la pierna humana representa un cortocircuito a tierra. El campo disminuye rapidamente en la direccion en la que esta la mano. Esto se refleja en senales electricas en los electrodos K1, K2, k3 y en las salidas del circuito.

La idea de construir el circuito como un amplificador diferencial lleva a que en un estado no sometido a perturbaciones en el que el campo no esta influido por la senal GND1 cada electrodo tiene, por razones de simetna, un mismo potencial y una misma amplitud de campo alterno. Esta amplitud de campo alterno asciende aproximadamente 1 a 2 Volt y vana poco con respecto a este nivel cuando una mano se acerca al circuito. Al debilitarse intensamente el circuito de entrada diferencial de esta senal de entrada equifasica en las salidas se

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

representan solamente las diferencias entre las senales de electrodos.

Estas diferencias se entienden como pequenas senales que pueden amplificarse adicionalmente.

En la figura 4 se representa un circuito de acuerdo con la invencion con el que puede realizarse una compresion logantmica. En este circuito se amplifican adicionalmente las senales de salida de los electrodos, se digitalizan con ayuda de un conversor analogico/digital en el controlador y se transmiten desde el controlador mediante la interfaz UART Interface al PC El controlador asume al mismo tiempo la generacion de la frecuencia de portadora y la deteccion smcrona de las senales individuales.

Las senales de salida del circuito de entrada (O_S0 a O_S3) llegan a las conexiones de entrada I_S0 a I_S3. La amplificacion del canal S0 (senal de suma) se realiza linealmente con un coeficiente de aproximadamente 7 (T7-2, T9-1, T9-2). Las senales de electrodo S1 a S3 se amplifican con una curva caractenstica logantmica. Las diferencias en la realizacion de la tecnica de circuitos de los amplificadores consisten solamente en el retroacoplamiento, resistivo o con diodos - los mismos amplificadores de entrada estan realizados preferiblemente iguales.

El amplificador de entrada consta de 3 transistores, su amplificacion asciende aproximadamente a 40dB. Mediante esta amplificacion relativamente alta se consiguio que las propiedades de todos los canales y de los circuitos de hexagono permanezcan muy iguales entre sf a pesar de la dispersion de transistor.

El modo de funcionamiento del amplificador se explica con referencia al canal S3 a modo de ejemplo. Los transistores T1-1 y T2-2 estan conectados como seguidor emisor y sirven para la adaptacion de la resistencia de entrada o de salida. El transistor T2-1 actua como amplificador, estando determinada la amplificacion realmente mediante el descenso de tension en la resistencia de emisor, es decir que amplificacion depende realmente de la tension de alimentacion. En la tension de alimentacion empleada de aproximadamente 9,5 V se produce la amplificacion aproximadamente de 40dB.

Mediante el empleo de la logaritmacion para los canales S1 a S3 se posibilita compensar la intensa dependencia no lineal de las senales de la distancia. Es decir, las senales pequenas que vienen de un objeto situado en la lejama se amplifican con mas intensidad que las senales grandes que aparecen cerca del circuito. Con ello para todo el circuito se alcanza una curva de transmision mas plana. Para la senal de suma S0 se producen mejores resultados en la amplificacion lineal.

Para general la senal GND1 sirve la parte de circuito alrededor de los transistores Q1, T3 y T4. La tension de salida V+ (salida OUT_V+) es relativamente constante con respecto a GND1 y asciende aproximadamente a 9,5 Volt, saltando ambas tensiones conjuntamente de un lado a otro con respecto a tierra- en nuestro caso GND - con aproximadamente 5 Volt pico a pico, dependiendo la salida de controlador. Este salto se realiza con la frecuencia de portadora de aproximadamente 100 kHz. Esta frecuencia es sincronica a la frecuencia de muestreo para cada canal, con ello esta garantizada la sincronicidad y la deteccion sincronica de las entradas de canal.

La conexion al PC se realiza a traves de una lmea TX que puede conectarse por ejemplo al modulo Ident USB desarrollado por el solicitante. Dado que el controlador tambien funciona con respecto a GND1 su senal de salida a tierra debe relativizarse. Esto sucede con ayuda de un espejo de corrientes, construido alrededor del transistor T6.

Como microcontrolador se emplea el MSP430F2012. Este tiene una frecuencia de reloj de 16 megahercios y puede digitalizarse hasta mas de 2O0 miles de muestras por segundo, lo cual le hace muy adecuado para nuestra modulacion sincronica.

Diseno

El circuito de entrada de acuerdo con la invencion y el circuito de salida estan disenados preferiblemente en cada caso como placa de circuitos impresos propia (hexagonal). Geometricamente los contactos para los GND1, V+, S0 a S3 estan realizados preferiblemente de modo que las LP pueden colocarse unas encima de otras y juntarse con seccion de alambre rectas.

La disposicion de ambas placas de circuitos impresos se ha acreditado como significativa. Preferiblemente la adaptacion se realiza de tal manera que por un lado los electrodos de medicion estan situados en las mismas condiciones con respecto a los campos electricos, y por otro lado la amplificacion global de todos los canales es la misma sin estar sometida esencialmente a perturbaciones de capacidades parasitas.

Los requisitos anteriormente mencionados pueden cumplirse de manera especialmente ventajosa al:

1. tener que disponerse los electrodos con simetna a 120°.

2. al tener las placas de circuitos impresos la misma simetna que los electrodos para no someter a perturbacion al campo encima de las mismas. Es decir: triangular, hexagonal, etc. hasta redonda.

3. al protegerse en la medida de lo posible las senales (GND0, +20 V) relativamente constantes con respecto a GND0 por los electrodos de medicion dado que diese estas son iguales a la senal del usuario.

Analisis de datos / software

Fueron sometidos a ensayo en particular dos enfoques funcionalmente destacados para el analisis de los parametros de medicion. Como primer enfoque se describe a este respecto la aproximacion de campo con un plano inclinado y calculo de las coordenadas con ayuda de una tabla de referencia depositada. La siguiente descripcion 5 del enfoque de la aproximacion de campo con un plano se realiza en relacion con las figuras 5, 6 y 7.

Aproximacion de campo con un plano inclinado

Este tipo de analisis se basa en ideas de modelo relativamente generales sobre el modo de como las personas influyen en el campo electrico alrededor del hexagono. Este metodo exige capacidades de calculo relativamente reducidas y es adecuado en particular para aplicaciones mas sencillas como la fijacion de la direccion de llegada o 10 funciones de teclas generales. Las mayores imprecisiones en este metodo aparecen en cercama directa al hexagono.

Para el modelo se introducen 3 ejes: X e Y en el plano de los electrodos, y el eje de senal S (vease la figura 5 y la figura 6).

Los electrodos estan indicados en la figura 5 con 1, 2, 3. El lado del triangulo en el que estan los electrodos es 2L. 15 Las senales de salida del hexagono para los electrodos 1 a 3 estan indicadas como Si a S3 y representadas en el eje de senal (figura 6).

Esos 3 puntos en el espacio (x,y,z) definen un plano que estan mas “inclinado” a aquel electrodo que tiene la senal mas pequena. La direccion de la inclinacion del plano coincide con la direccion del elemento perturbador del campo electrico (es decir la mano humana); la inclinacion del plano aumenta cuando el elemento perturbador llega cerca de 20 los electrodos.

Los enunciados cuantitativos sobre la direccion y distancia con respecto al elemento perturbador pueden obtenerse de manera sorprendentemente fiable con ayuda de la geometna analttica. Para ello se describe la ecuacion para el plano en la forma

imagen1

25

imagen2

De estos parametros se obtienen los valores buscados para la direccion 9 y distancia R (expresados mediante la inclinacion p) (figura 7).

30

(p = arctg{b),

imagen3

Las coordenadas del elemento perturbador se conocen entonces como R y 9.

Estas coordenadas son inequvocas para las posiciones de la mano no muy cercanas al hexagono (exceptuando la ambiguedad en las diferentes posiciones de dedos con respecto al puno/mano). La direccion calculada del 35 movimiento de la mano no siempre coincide con la direccion real del movimiento.

Calculo de las coordenadas con ayuda de una tabla de referencia depositada (segundo enfoque)

Este metodo de analisis se explica con relacion a la figura 8. Este concepto posibilita en particular tambien la prueba de las posibilidades del hardware y software. El metodo se basa en la presencia de una tabla de los valores de todos los canales sobre una “superficie de mesa”. Estos valores se obtienen de una medicion (aprendidos). La medicion 40 tiene lugar en varios puntos equidistantes dispuestos en cuadrado. Como adecuada se ha acreditado una cuadncula con 20 cm x 20 cm y 2 cm de medida (figura 8). En este caso se registran los valores de medicion en todos los puntos de cruce de la cuadricula - en total 121 puntos, marcados con indices i y j - y depositados en una tabla (almacenados como fichero para utilizacion posterior).

5

10

15

20

25

30

35

40

Los datos depositados tienen en este caso por ejemplo la resolucion espacial de 2 cm. Esta resolucion relativamente aproximada puede refinarse mediante interpolacion. Se ha demostrado que mediante interpolacion la resolucion puede aumentarse en aproximadamente el factor 8.

La interpolacion se realiza preferiblemente por etapas en cada caso en el factor 2. Para obtener las curvas lisas se interpolan los datos mediante los valores originales y las desviaciones de lado izquierdo y derecho. Se consiguen buenos resultados en el caso de pesos relativos de valores originales para dar lugar a desviaciones 8 respecto 1.

Los datos medidos pueden representarse para cada canal como superficie en el espacio (x,y,S) (figura 9 a figura 12). La interpolacion provoca que estas superficies sean “lisas” y posean valores logicos tambien entre los datos medidos. Los datos de medicion representaron se grabaron con un hexagono que estaba dispuesto por debajo de un tablero de mesa de 25 mm de grosor. El movimiento de mano detectado se grabo con el dedo mdice extendido.

El principio de la determinacion de coordenadas consiste en que cada posicion de mano registrada por el hexagono posee su unico juego de valores de los canales. El objetivo consiste entonces “unicamente” en encontrar una celda en la tabla depositada para hacer coincidir los valores medidos y los depositados.

Para acercar llegar a la consecucion del objetivo, puede partirse de un punto de vista de los “equipotenciales”: para cada nuevo valor medido existe una curva (x,y) entera, donde la superficie correspondiente (x,y,S) adopta el valor - es decir un equipotencial. Tales equipotenciales estan representados tambien en la figura 9 a la figura 12. La celda correcta (coordenada) es entonces aquella en la que se intersectan los 4 equipotenciales

En la medicion real dado el caso aparecen las siguientes dificultades:

• la posicion de mano no siempre corresponde con la que se uso en el aprendizaje,

• el aprendiz y el usuario no necesariamente poseen las mismas manos

• el ruido y deriva (drift) del sistema electronico no permiten en todos los lugares alcanzar exactamente los valores “que en el aprendizaje” etc.

Todo esto lleva a que los equipotenciales no se intersecten en el mismo punto. Ademas, en el caso de distancias pequenas respecto al hexagono, por ejemplo cuando esta instalado detras de una placa de plastico delgada (d<10 mm) las superficies (x,y,S) se vuelven mas complicadas los equipotenciales se descomponen en varias curvas cerradas que proporcionan muchas posibilidades de interseccion

Dado que no puede partirse de un unico punto de interseccion de los equipotenciales en el software se calcula la distancia entre los equipotenciales. Cuando esta en los 4 equipotenciales es menor que el valor umbral determinado se calcula la coordenada.

La forma de la superficie (x,y,S) de un canal se escribe con S = f(x,y). Para el calculo de la distancia del equipotencial del canal k con el valor f 1 respecto a una celda, donde transcurre el equipotencial del canal n (alif el canal k el valor f2) se emplea la formula.

imagen4

Un calculo sencillo del valor del gradiente celda en cuestion.

imagen5

puede realizarse en los valores de la funcion en las esquinas de la

imagen6

En este caso fmaxy fmin es el valor maximo o el mmimo de f en la celda, a es el lado de celda. Por tanto, la distancia puede calcularse como sigue

imagen7

En cada celda donde para los 4 canales factor de ponderacion:

imagen8

es

menor que un valor umbral (por el momento 4a), se forma un

5

10

15

20

25

30

35

tw2

donde la suma pasa portodos los canales.

Las coordenadas del dedo se definen como suma ponderada a traves de todas las celdas seleccionadas

imagen9

En este caso puede considerarse la expresion £wi,j como medida para la exactitud del calculo.

El modo de proceder anteriormente indicado se ilustra en la figura 12. En el dibujo se ilustra una imagen momentanea con cuatro curvas de los equipotenciales (S0: magenta, S1: rojo, S2: verde, S3: cian). En amarillo estan marcadas las celdas en los equipotenciales, las distancias con respecto a los 3 otros canales tienen menos de 4a. Negras son las celdas con distancias respecto a los otros 3 canales inferiores a 2a. El drculo azul esta situado en las coordenadas calculadas (x, y).

La aplicabilidad de este metodo de analisis se examino tambien para la determination de la position Z del dedo.

Para la determinacion de la posicion Z debe realizarse el aprendizaje para todavia al menos un plano por encima de la mesa. Puede realizarse con ayuda una base de grosor adaptado. En el experimento se empleo un grosor de aproximadamente 2 cm por encima de la mesa. Tras el aprendizaje se realiza una interpolation lineal de los valores entre las 2 capas medidas. Con ello se producen datos para algunas capas Z.

Las coordenadas del dedo se calculan en el software siempre para todas las capas. Como criterio para la selection de la capa “activa” indicada, y por tanto, para la determinacion Z sirvio la expresion Xwi,j que se formaba para cada capa. Representaba una medida para la exactitud calculo en cada capa. Aquella capa en la que la expresion era mayor (es decir, donde los equipotenciales se acercaban en mayor medida), se tomo como “activa”. La coordenada Z del dedo era entonces la altura de esta capa.

Los resultados muestran que cerca del hexagono la coordenada Z puede definirse realmente. Lo desventajoso para dicho metodo era no siempre la Z correcta y los saltos relativamente altos en las (x,y) coordenadas durante el cambio de la capa activa. Resumiendo, puede constatarse que este metodo posibilita un registro especialmente seguro del movimiento espacial de la mano de un usuario dentro de una zona de movimiento tipica para gesto de mano. En particular en aplicaciones en las que el usuario mediante las coordenadas representadas (por ejemplo, en la pantalla) puede retrasar la posicion de su mano de manera correspondiente (por ejemplo funcion de raton).

Es tambien posible combinar los enfoques anteriormente descritos. Ademas, es posible, para compensar los errores de transmision y de valores de medicion sustituir datos que se situan fuera del intervalo de valores permitido por datos antiguos validos.

v \x< *min

I* > *max

Ademas, es posible emplear un filtro de media (movil). De un conjunto de valores de medicion consecutivos en una ventana de tiempo arbitraria se selecciona el (valor de mediana) situado en el centro. Por ello se filtran valores que se desvian en gran medida del promedio.

imagen10

imagen11

Es tambien posible calcular un promedio (movil). As^ de un conjunto de valores de medicion fijados de manera arbitraria en una ventana de tiempo puede formarse un promedio (media aritmetica).

y(t) = promedio (.x(/ ~ fl)»*(/ — a + x(t — 1), Jr(/))

Ademas se realiza preferiblemente una calibracion. En el caso de la calibracion se procesan adicionalmente valores 5 de medicion filtrados segun 2. La meta de la calibracion es separar variaciones de senal que se provocaron por un movimiento de un cuerpo (mano) en el campo de deteccion de variaciones de senal causadas por la variacion de las condiciones del entorno (tiempo desde el encendido, temperatura, etc.). Los puntos siguientes pueden emplearse a su vez individualmente o en combinaciones.

La presente invencion descrita es adecuada en particular para la realizacion de un dispositivo de entrada para 10 aparatos de comunicacion moviles de construccion pequena tal como se indican en la solicitud de patente alemana DE 10 2007 016 408.6 del solicitante.

Claims (13)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo sensor para generar senales electricas que como tales proporcionan informacion sobre la posicion o el movimiento de extremidades con respecto a una zona de referencia, con:

   - un electrodo emisor,

   - un generador de tension para la solicitacion del electrodo emisor (G) con una tension alterna;

   - un primer electrodo de recepcion (K1),

   - un segundo electrodo de recepcion (K2), y

   - un tercer electrodo de recepcion (K3),

   caracterizado por un primer, un segundo y un tercer transformadores de impedancia, alimentandose las tensiones aplicadas en los electrodos de recepcion (Kl, K2 y K3) en cada caso a una entrada de alta impedancia del primer, del segundo y del tercer transformador de impedancia para no perturbar el campo electrico del electrodo emisor, un circuito que forma un promedio al que se alimentan las senales de salida de los transformadores de impedancia; estando conectado aguas abajo de cada transformador de impedancia un amplificador diferencial (AK1, AK2, AK3), que forma la diferencia a partir de la senal de salida del transformador de impedancia correspondiente y del promedio; y

   un amplificador al que se alimenta el promedio.
2. 2. Dispositivo sensor segun la reivindicacion 1, caracterizado porque esta previsto un dispositivo de procesamiento de senales (ADC, MCU) que analiza senales de salida de los amplificadores diferenciales (AK1, AK2, AK3) y del amplificador, y que esta configurado de tal manera que, mediante la senal de salida alimentadas, se determina una posicion y/o un movimiento de extremidades.
3. 3. Dispositivo sensor segun las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los transformadores de impedancia y los amplificadores diferenciales (AK1, AK2, AK3) conectados aguas abajo los forma un amplificador diferencial de tres canales, que presenta un primer, un segundo y un tercer transistor de efecto de campo (Q1, Q2, Q3) cuyas conexiones de compuerta en cada caso estan acopladas con uno de los electrodos de recepcion (K1, K2 y K3), y cuyas conexiones de fuente estan conectadas a una fuente de corriente (T1) y en cuyas conexiones de drenaje puede medirse una senal de salida respectiva del amplificador diferencial de tres canales, estando conectada la fuente de corriente a un seguidor emisor (T2) en cuya salida puede medirse una senal de suma.
4. 4. Dispositivo sensor segun la reivindicacion 3, en el que la fuente de corriente esta formada por un espejo de corriente (T1, R10, R11, R12, R13) que esta retroacoplado con alta impedancia con las conexiones de compuerta de los transistores de efecto de campo (Q1, Q2, Q3).
5. 5. Dispositivo sensor segun la reivindicacion 4, caracterizado porque las senales de salida del amplificador diferencial de tres canales y la senal de suma en cada caso se alimentan a una etapa de amplificador, cuyas salidas estan conectadas a entradas analogicas (P1.0, P1.1, P1.2, P1.3) de un microcontrolador (IC2).
6. 6. Dispositivo sensor segun la reivindicacion 5, caracterizado porque las etapas de amplificador asociadas a los electrodos de recepcion (K1, K2, K3) presentan una curva caractenstica logantmica.
7. 7. Dispositivo sensor segun al menos una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque esta previsto un detector smcrono al que se alimentan las senales de salida de los amplificadores diferenciales (AK1, AK2, AK3) y del amplificador, y que esta configurado de tal manera que a partir de las senales de salida alimentadas se obtienen las amplitudes.
8. 8. Dispositivo sensor segun al menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los electrodos de recepcion (K1, K2, K3) estan dispuestos simetricamente alrededor del electrodo emisor.
9. 9. Dispositivo sensor segun al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el electrodo emisor lo suministra un microcontrolador (MCU) con una tension alterna y alrededor del mismo se forma un campo electrico, conteniendo la tension electrica aplicada en los electrodos de recepcion informacion sobre la distribucion del campo del electrodo emisor.
10. 10. Dispositivo sensor segun la reivindicacion 7, caracterizado porque las amplitudes obtenidas con ayuda del detector smcrono las digitaliza un conversor analogico-digital (ADC) y se entregan para el analisis a un microcontrolador (MCU), o porque, en lugar del detector smcrono, se emplea un rectificador de diodos o un detector de picos.
11. 11. Dispositivo sensor segun al menos una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque un conversor analogico-digital (ADC) digitaliza en cada caso directamente una tension alterna en las salidas de los amplificadores diferenciales (AK 1, AK2, AK3).
12. 12. Procedimiento para generar senales electricas que como tales proporcionan informacion sobre la posicion o el movimiento de extremidades con respecto a una zona de referencia, con las etapas:

    aplicar una tension alterna a un electrodo emisor, y

    - registrar las tensiones de al menos tres electrodos de recepcion (K1, K2, K3) dispuestos cerca del electrodo emisor, pudiendo medirse estas tensiones con alta impedancia mediante transformadores de impedancia respectivos,

    5 - formar un promedio de tensiones de salida de los transformadores de impedancia;

    - formar en un primer, un segundo y un tercer amplificador diferencial, en cada caso una primera, una segunda y una tercera tension diferencial entre la tension de salida respectiva de un transformador de impedancia y el promedio.
13. 13. Procedimiento segun la reivindicacion 12, caracterizado porque el promedio se alimenta a un amplificador.

    10 14. Procedimiento segun las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado porque las senales de salida de los

    amplificadores respectivos se analizan en cuanto a su sincronicidad, en particular con respecto al nivel de tension y/o a la fase, obteniendose la amplitud a partir de las senales amplificadas con ayuda de un detector smcrono y digitalizandolas adicionalmente un conversor analogico-digital (ADC) y entregandose para el analisis a un microcontrolador (MCU).

    15 15. Procedimiento segun las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado porque las senales de salida del primer, del

    segundo y del tercer amplificador diferencial (AK1, AK2, AK3) en cada caso se alimentan a un rectificador de diodos, o porque las senales de salida del primer, del segundo y del tercer amplificador diferencial (AK1, AK2, AK3) en cada caso se alimentan a un detector de picos, o porque las senales de salida del primer, del segundo y del tercer amplificador diferencial (AK1, AK2, AK3) en cada caso digitaliza directamente un conversor analogico-digital (ADC).

    20