RU2166203C1 - Computer data input device - Google Patents
Computer data input device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2166203C1 RU2166203C1 RU2000102202A RU2000102202A RU2166203C1 RU 2166203 C1 RU2166203 C1 RU 2166203C1 RU 2000102202 A RU2000102202 A RU 2000102202A RU 2000102202 A RU2000102202 A RU 2000102202A RU 2166203 C1 RU2166203 C1 RU 2166203C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acceleration sensor
- conversion unit
- inputs
- reactance
- converting
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода трех независимых координат, графической информации и команд в ЭВМ. The invention relates to electronics and computer engineering and can be used to enter three independent coordinates, graphic information and commands in a computer.
Известно устройство для ввода трехмерной информации, представляющее собой контроллер с координатной ручкой, содержащий сфероид, свободно вращающийся во всех направлениях внутри неподвижного корпуса; вставленная в сфероид управляющая рукоятка, которую можно вращать и направлять в произвольном направлении; внутренняя и внешняя рычажные пластины, шарнирно прикрепленные к корпусу, расположенные во взаимно пересекающихся плоскостях и поворачивающиеся вместе с рукояткой, два угловых преобразователя, прикрепленных к корпусу и срабатывающих при повороте пластины, преобразователь угла поворота, срабатывающий при повороте рукоятки, муфтовый механизм, оборудованный между рукояткой и преобразователем и соединяющий или разъединяющий их в соответствии с осевыми перемещением рукоятки. Одновременно с этим формируются выходные электрические сигналы преобразователя, зависящие от вращения рукоятки. A device for inputting three-dimensional information is known, which is a controller with a coordinate handle, containing a spheroid freely rotating in all directions inside a stationary case; a control handle inserted into the spheroid, which can be rotated and guided in an arbitrary direction; internal and external lever plates, pivotally attached to the body, located in mutually intersecting planes and rotated together with the handle, two angular transducers attached to the body and triggered by rotation of the plate, angle-of-rotation transducer, triggered by rotation of the handle, a coupling mechanism equipped between the handle and a converter and connecting or disconnecting them in accordance with the axial movement of the handle. At the same time, the output electrical signals of the converter are formed, depending on the rotation of the handle.
(Заявка JP N 3-44326, МПК 5 G 06 К 3/033, G 06 К 11/18, "Изобретения стран мира",1993 , N 20, с. 46). (Application JP N 3-44326, IPC 5 G 06 K 3/033, G 06 K 11/18, "Inventions of the World", 1993, N 20, p. 46).
Недостатком известного устройства для ввода трехмерной информации является сложность устройства, большое число деталей и узлов, требующих прецизионной обработки, большое количество трущихся деталей, износ которых определяет срок службы устройства. A disadvantage of the known device for entering three-dimensional information is the complexity of the device, a large number of parts and assemblies requiring precision processing, a large number of rubbing parts, the wear of which determines the service life of the device.
Наиболее близким по технической сущности средством того же назначения, что и заявляемое изобретение, является устройство для ввода информации в ЭВМ, содержащее пьезоэлектрические пластины с закрепленными на них инерционными элементами, линию связи. (Авторское свидетельство SU N 1357986, 07.12.1987 г.). The closest in technical essence a means of the same purpose as the claimed invention is a device for entering information into a computer containing piezoelectric plates with inertial elements fixed to them, a communication line. (Copyright certificate SU N 1357986, 12/07/1987).
Недостатки описанного выше ближайшего аналога - низкая технологичность изготовления, определяемая необходимостью размещения в заданных положениях миниатюрных пьезоэлектрических пластин и закрепления на них инерционных элементов, низкая надежность, обусловленная сложностью обеспечения высококачественного подключения указанных пьезоэлектрических пластин к электронной части устройства и большим количеством элементов устройства, низкая чувствительность, обусловленная типом примененного датчика ускорения, наличие помех, обусловленных ускорениями, возникающими при перемещении "пера" по бумаге, величина которых сравнима с величиной полезного сигнала, а фильтрация затруднена в силу наличия корреляции вышеуказанных помех с полезным сигналам, возможность ввода только двух независимых координат. The disadvantages of the closest analogue described above are the low manufacturability, determined by the need to place miniature piezoelectric plates in predetermined positions and securing inertial elements on them, low reliability due to the difficulty of providing high-quality connection of these piezoelectric plates to the electronic part of the device and a large number of device elements, low sensitivity, due to the type of acceleration sensor used, interference due to due to the accelerations that occur when moving the “pen” on paper, the value of which is comparable to the value of the useful signal, and filtering is difficult due to the correlation of the above interference with the useful signals, the ability to enter only two independent coordinates.
Решаемой задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является ввод в ЭВМ трех независимых координат, увеличение технологичности процесса изготовления, повышение чувствительности и надежности работы устройства. The problem (technical result) of the present invention is solved by entering into a computer three independent coordinates, increasing the manufacturability of the manufacturing process, increasing the sensitivity and reliability of the device.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для ввода информации в ЭВМ, содержащем датчик ускорения, согласно изобретению датчик ускорения выполнен в виде симметричного инерционного тела из немагнитного материала, помещенного в замкнутый объем, заполненный магнитной жидкостью, вокруг которого размещены источники магнитного поля, предназначенные для создания в магнитной жидкости магнитного поля, удерживающего инерционное тело вблизи от геометрического центра дачника ускорения, кроме этого, устройство содержит блок преобразования сигнала, цифровые входы которого подключены к выходам переключателей, предназначенным для задания режима работы устройства, последовательные вход и выход блока преобразования сигнала являются входом и выходом устройства, предназначенными для подключения к ЭВМ, и блок преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал, на поверхности замкнутого объема с магнитной жидкостью датчика ускорения попарно вблизи каждой из трех взаимно перпендикулярных осей размещено k ≥ 1 пар проводящих элементов, образующих между собой по крайней мере два конденсатора, емкость которых определяется положением инерционного тела по одной из трех пространственных осей, при этом каждый из проводящих элементов соединен с одним из 6·k входов блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал, каждый из m выходов, где m = 1-3·k, блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал подключен к отдельному аналоговому входу блока преобразования сигнала, q управляющих выходов, где q ≤ 6·k, блока преобразования сигнала соединены с q управляющими входами блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал. The problem is solved in that in the device for entering information into a computer containing an acceleration sensor, according to the invention, the acceleration sensor is made in the form of a symmetric inertial body of non-magnetic material placed in a closed volume filled with magnetic fluid, around which there are magnetic field sources intended for creating in a magnetic fluid a magnetic field that holds the inertial body near the geometric center of the accelerator, in addition, the device contains a conversion unit signal, the digital inputs of which are connected to the outputs of the switches, designed to set the operating mode of the device, the serial input and output of the signal conversion unit are the input and output of the device intended for connection to a computer, and the unit for converting reactance into an electrical signal, on the surface of a closed volume with magnetic fluid of the acceleration sensor, k ≥ 1 pairs of conductive elements are arranged in pairs near each of the three mutually perpendicular axes, forming each other along at least two capacitors, the capacity of which is determined by the position of the inertial body along one of the three spatial axes, while each of the conductive elements is connected to one of the 6 · k inputs of the block for converting reactance into an electrical signal, each of m outputs, where m = 1- 3 · k, the block for converting reactance into an electrical signal is connected to a separate analog input of the signal converting block, q control outputs, where q ≤ 6 · k, of the signal converting block are connected to q control inputs and a unit for converting reactance into an electrical signal.
Поставленная задача решается также в следующих частных случаях выполнения предлагаемого устройства, в которых нашли развитие и уточнение признаки предлагаемого решения:
- замкнутый объем датчика ускорения выполнен в виде сферы;
- замкнутый объем датчика ускорения выполнен в виде центрально - симметричного многогранника;
- инерционное тело выполнено в виде шара;
- инерционное тело выполнено в виде центрально - симметричного многогранника;
- инерционное тело выполнено полым;
- инерционное тело выполнено из двух и более немагнитных материалов;
- инерционное тело выполнено из немагнитного материала с большой диэлектрической проницаемостью;
- с целью снижения энергопотребления источник магнитного поля выполнен в виде постоянного магнита;
- с целью создания равномерного распределения магнитного поля в магнитной жидкости постоянный магнит выполнен в виде замкнутой поверхности, охватывающей замкнутый объем с магнитной жидкостью и размещенными на его поверхности проводящими элементами;
- источник магнитного поля выполнен в виде электромагнита;
- источник магнитного поля выполнен в виде комбинации электромагнитов и постоянных магнитов;
- в устройство дополнительно введено несколько источников магнитного поля, расположенных вблизи имеющихся источников магнитного поля;
- проводящие элементы, образующие конденсаторы, расположены симметрично относительно пространственной оси датчика ускорения;
- проводящие элементы, образующие конденсаторы, расположены под углом друг к другу;
- проводящие элементы образуют конденсаторы таким образом, что один проводящий элемент является общим для двух конденсаторов;
- форма проводящих элементов повторяет форму замкнутого объема датчика ускорения в месте их расположения;
- проводящие элементы выполнены путем напыления проводящего материала на поверхность замкнутого объема датчика ускорения;
- проводящие элементы выполнены в виде плоских пластин, закрепленных на поверхности замкнутого объема датчика ускорения;
- блок преобразования сигнала содержит m - канальный АЦП, вычислитель, последовательный интерфейс, преобразователь уровней и регистр, n входов которого являются цифровыми входами блока преобразования сигнала, при этом q цифровых выходов регистра являются управляющими выходами блока преобразования сигнала, m аналоговых входов которого являются входами упомянутого АЦП, выход которого соединен двунаправленной шиной с вычислителем, регистром и последовательным интерфейсом, вход и выход которого подключены соответственно к выходу и входу преобразователя уровней, вход и выход которого являются входом и выходом блока преобразования сигнала;
- блок преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал содержит последовательно соединенные генератор и коммутатор, m выходов которого являются аналоговыми выходами блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал, 6·k аналоговых входов блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал являются входами коммутатора, q управляющих входов которого являются управляющими входами блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал;
- упомянутое подключение устройства к ЭВМ осуществляется с помощью линии связи, при этом устройство полностью размещено в корпусе;
- линия связи выполнена в виде радиоканала, приемник которого расположен в корпусе ЭВМ, выход приемника подключен к ЭВМ через интерфейсное устройство, обеспечивающее сопряжение ЭВМ с выходом приемника, приемная антенна расположена на корпусе ЭВМ, а в корпусе устройства расположена другая антенна, соединенная с выходом передатчика и аккумулятор, зарядные контакты которого расположены на наружной поверхности корпуса устройства и соединены с входами питания передатчика и блока преобразования сигнала, выход которого соединен с входом передатчика;
- радиоканал выполнен двунаправленным;
- датчик ускорения, блок преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал и переключатели размещены в корпусе, а блок преобразования сигнала размещен в ЭВМ, при этом соединение выходов блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал с аналоговыми входами блока преобразования сигнала и выходов переключателей с цифровыми входами блока преобразования сигнала осуществляется с помощью линии связи, выполненной в виде многожильного кабеля, а упомянутое подключение устройства к ЭВМ осуществлено непосредственно;
- корпус устройства выполнен малогабаритным, помещающимся в руке оператора, причем датчик ускорения жестко закреплен в корпусе таким образом, что ось X датчика ускорения направлена вперед, ось Y - вправо, а ось Z - вверх, кроме того, переключатели размещены на поверхности корпуса с возможностью расположения на них пальцев оператора;
- переключатели размещены в отдельном корпусе, а упомянутая связь выходов переключателей с цифровыми входами блока преобразования сигнала осуществляется с помощью многожильного кабеля;
- корпус расположен стационарно, а датчик ускорения выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса посредством кинематической связи с управляющими органами, расположенными по трем взаимно перпендикулярным осям;
- один из переключателей предназначен для выполнения индицирования использования устройства оператором;
- в устройство дополнительно введено i датчиков ускорения, предназначенных для размещения на перемещающемся в пространстве объекте, а в коммутатор блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал введено 6·k·i ключей, имеющих q·i управляющих входов, которые подключены к дополнительным q·i выходам блока преобразования сигнала, что позволит использовать предлагаемое устройство для создания виртуального костюма, обучения роботов, изучения процесса деформации разрушающегося объекта (например, испытания автомобилей на прочность).The problem is also solved in the following special cases of the proposed device, in which the development and refinement of the signs of the proposed solution were found:
- the closed volume of the acceleration sensor is made in the form of a sphere;
- the closed volume of the acceleration sensor is made in the form of a centrally symmetric polyhedron;
- the inertial body is made in the form of a ball;
- the inertial body is made in the form of a centrally symmetric polyhedron;
- the inertial body is hollow;
- the inertial body is made of two or more non-magnetic materials;
- the inertial body is made of non-magnetic material with a high dielectric constant;
- in order to reduce energy consumption, the magnetic field source is made in the form of a permanent magnet;
- in order to create a uniform distribution of the magnetic field in the magnetic fluid, the permanent magnet is made in the form of a closed surface, covering a closed volume with a magnetic fluid and conductive elements placed on its surface;
- the source of the magnetic field is made in the form of an electromagnet;
- the source of the magnetic field is made in the form of a combination of electromagnets and permanent magnets;
- the device additionally introduced several sources of a magnetic field located near existing sources of a magnetic field;
- the conductive elements forming the capacitors are located symmetrically relative to the spatial axis of the acceleration sensor;
- conductive elements forming capacitors are located at an angle to each other;
- conductive elements form capacitors in such a way that one conductive element is common to two capacitors;
- the shape of the conductive elements repeats the shape of the closed volume of the acceleration sensor at their location;
- conductive elements are made by spraying a conductive material on the surface of the closed volume of the acceleration sensor;
- conductive elements are made in the form of flat plates fixed on the surface of the closed volume of the acceleration sensor;
- the signal conversion unit contains an m - channel ADC, a calculator, a serial interface, a level converter and a register, n inputs of which are digital inputs of the signal conversion unit, while q digital outputs of the register are the control outputs of the signal conversion unit, m analog inputs of which are inputs of the aforementioned ADC, the output of which is connected by a bi-directional bus with a computer, register and serial interface, the input and output of which are connected respectively to the output and input of eobrazovatelya levels of input and output of which are input and output of the signal converting unit;
- the unit for converting reactance into an electrical signal contains a series-connected generator and switch, the m outputs of which are analog outputs of the unit for converting reactance into an electric signal, 6 · k of the analog inputs of the unit for converting reactance into an electric signal are inputs of the commutator, q of which control inputs are the control inputs of the unit for converting reactance into an electrical signal;
- the aforementioned connection of the device to the computer is carried out using a communication line, while the device is fully placed in the housing;
- the communication line is made in the form of a radio channel, the receiver of which is located in the mainframe of the computer, the output of the receiver is connected to the mainframe through an interface device that provides the interface between the mainframe and the output of the receiver, the receiving antenna is located on the mainframe of the computer, and another antenna connected to the output of the transmitter is located in the device’s body and a battery, the charging contacts of which are located on the outer surface of the device body and are connected to the power inputs of the transmitter and the signal conversion unit, the output of which is connected to the input sensor;
- the radio channel is bi-directional;
- an acceleration sensor, a unit for converting reactance into an electrical signal and switches are located in the housing, and a unit for converting a signal is placed in a computer, while connecting the outputs of the unit for converting reactance into an electric signal with analog inputs of the signal conversion unit and the outputs of the switches with digital inputs of the conversion unit the signal is carried out using a communication line made in the form of a multicore cable, and the aforementioned connection of the device to a computer dstvenno;
- the device case is small-sized, placed in the operator’s hand, and the acceleration sensor is rigidly fixed in the case so that the X axis of the acceleration sensor is directed forward, the Y axis is to the right, and the Z axis is up, in addition, the switches are placed on the surface of the case with the possibility the location of the operator’s fingers on them;
- the switches are placed in a separate housing, and the aforementioned connection of the outputs of the switches with the digital inputs of the signal conversion unit is carried out using a multicore cable;
- the housing is stationary, and the acceleration sensor is configured to move relative to the housing through kinematic communication with control bodies located along three mutually perpendicular axes;
- one of the switches is designed to indicate the use of the device by the operator;
- i acceleration sensors are additionally introduced into the device, designed to be placed on an object moving in space, and 6 · k · i keys having q · i control inputs that are connected to additional q · i are inserted into the switch of the reactive resistance to electric signal conversion unit the outputs of the signal conversion unit, which will allow using the proposed device to create a virtual suit, training robots, studying the process of deformation of a collapsing object (for example, testing cars on strength).
В предлагаемом устройстве для ввода информации в ЭВМ в датчике ускорения, использовано свойство магнитной жидкости, заключающееся в возникновении выталкивающей силы, действующей на тело из немагнитного материала, помещенное в магнитную жидкость. Величина и направление этой силы определяются величиной напряженности и распределением силовых линий магнитного поля в магнитной жидкости. (С. В. Рулев, В. Н. Самсонов, А.М. Савостьянов, Г.К. Шмырин. Управляемые магнитожидкостные виброизоляторы. МО СССР, М., 1988, с. 17- 21). In the proposed device for entering information into a computer in an acceleration sensor, the property of a magnetic fluid is used, which consists in the emergence of a buoyant force acting on a body of non-magnetic material placed in a magnetic fluid. The magnitude and direction of this force are determined by the magnitude of the intensity and distribution of the lines of force of the magnetic field in the magnetic fluid. (S.V. Rulev, V.N. Samsonov, A.M. Savostyanov, G.K. Shmyrin. Controlled magneto-liquid vibration isolators. Moscow Region, Moscow, 1988, pp. 17-21).
Таким образом, магнитную жидкость можно рассматривать как среду, эффективное значение плотности которой (по отношению к телу из немагнитного материала) увеличивается при увеличении напряженности магнитного поля. Thus, a magnetic fluid can be considered as a medium whose effective density value (relative to a body of non-magnetic material) increases with increasing magnetic field strength.
Внутри датчика ускорения, представляющего собой замкнутый объем (например, сферический), заполненный магнитной жидкостью, создано магнитное поле с нарастающей от центра объема напряженностью. Такая конфигурация поля создается тремя парами источников магнитного поля, закрепленных на поверхности датчика ускорения. Применение постоянных магнитов в качестве источников магнитного поля позволят повысить технологичность изготовления устройства (за счет отсутствия катушек индуктивности) и уменьшить энергопотребление устройства, а применение электромагнитов обеспечивает плавную регулировку чувствительности устройства без замены деталей. В магнитную жидкость помещено инерционное тело из немагнитного материала с высокой диэлектрической проницаемостью (например, сегнетоэлектрика), имеющее симметричную (например шарообразную) форму. Наличие радиального градиента напряженности магнитного поля приводит к возникновению направленной в сторону центра датчика ускорения выталкивающей силы, таким образом, инерционное тело располагается вблизи от геометрического центра датчика ускорения, совпадающего с точкой пересечения пространственных осей датчика ускорения. Inside the acceleration sensor, which is a closed volume (for example, spherical) filled with magnetic fluid, a magnetic field is created with tension increasing from the center of the volume. This field configuration is created by three pairs of magnetic field sources mounted on the surface of the acceleration sensor. The use of permanent magnets as sources of a magnetic field will increase the manufacturability of the device (due to the absence of inductors) and reduce the power consumption of the device, and the use of electromagnets provides a smooth adjustment of the sensitivity of the device without replacing parts. An inertial body of a nonmagnetic material with a high dielectric constant (e.g., ferroelectric) having a symmetric (e.g. spherical) shape is placed in a magnetic fluid. The presence of a radial gradient of the magnetic field strength leads to the appearance of a buoyant force directed towards the center of the acceleration sensor, thus, the inertial body is located near the geometric center of the acceleration sensor, which coincides with the intersection of the spatial axes of the acceleration sensor.
При перемещении датчика ускорения инерционное тело в переходном режиме смещается от точки пересечения пространственных осей датчика ускорения, что приводит к изменению толщины слоя магнитной жидкости под каждым из проводящих элементов, расположенных на поверхности замкнутого объема датчика ускорения, а следовательно, эффективного значения относительной диэлектрической проницаемости системы магнитная жидкость - инерционное тело по отношению к конденсаторам, образованным парами проводящих элементов. Поскольку электрическая емкость конденсатора определяется геометрическими размерами и формой его обкладок (остаются неизменными), а также свойствами диэлектрика между обкладками (меняются при перемещении инерционного тела), то перемещение инерционного тела приводит к изменению емкостей конденсаторов, образованных парами проводящих элементов. Поскольку относительная диэлектрическая проницаемость магнитной жидкости составляет несколько (2 - 5) единиц, а относительная диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика составляет (2000 - 4000) единиц, перемещение инерционной массы вызывает существенное изменение эффективного значения диэлектрической проницаемости системы магнитная жидкость - инерционное тело, то перемещение инерционной массы приводит к значительному изменению емкостей образованных парами проводящих элементов конденсаторов. Для оценки величины изменения емкости при перемещении инерционного тела рассмотрим следующую упрощенную модель: пусть инерционное тело имеет форму куба с ребром d и расположено между двумя плоскопараллельными проводящими элементами, имеющими форму квадрата со стороной d, которые удалены на расстояние 2d друг от друга, причем зазоры между каждым проводящим элементом и инерционным тело равны, следовательно, величина зазора D = (2d - d)/2 = d/2. Описанная выше система погружена в непроводящую магнитную жидкость с диэлектрической проницаемостью ε1 , причем диэлектрическая проницаемость инерционного тела ε2 ≫ ε1. Определим электрическую емкость рассматриваемой системы (без учета краевых эффектов) при двух положениях инерционного тела:
1) Инерционное тело полностью перекрывается проводящими элементами, причем две грани инерционного тела параллельны проводящим элементам.When the acceleration sensor moves, the inertial body shifts from the point of intersection of the spatial axes of the acceleration sensor in transition mode, which leads to a change in the thickness of the layer of magnetic fluid under each of the conductive elements located on the surface of the closed volume of the acceleration sensor, and, consequently, the effective value of the relative dielectric constant of the system is magnetic a liquid is an inertial body with respect to capacitors formed by pairs of conductive elements. Since the electric capacitance of a capacitor is determined by the geometric dimensions and the shape of its plates (remain unchanged), as well as by the properties of the dielectric between the plates (they change when the inertial body moves), the movement of the inertial body leads to a change in the capacitances of the capacitors formed by pairs of conductive elements. Since the relative dielectric constant of a magnetic fluid is several (2 - 5) units, and the relative dielectric constant of a ferroelectric is (2000 - 4000) units, the movement of the inertial mass causes a significant change in the effective value of the dielectric constant of the magnetic fluid - inertial body system, then the inertial mass moves to a significant change in capacitance formed by pairs of conductive elements of capacitors. To assess the magnitude of the change in capacitance when moving an inertial body, we consider the following simplified model: let the inertial body be in the form of a cube with an edge d and located between two plane-parallel conductive elements having the shape of a square with side d that are spaced 2d apart, with gaps between each conducting element and inertial body are equal, therefore, the gap value D = (2d - d) / 2 = d / 2. The system described above is immersed in a non-conductive magnetic fluid with a dielectric constant ε 1 , and the dielectric constant of the inertial body ε 2 ≫ ε 1 . We determine the electric capacitance of the system under consideration (without taking into account edge effects) at two positions of the inertial body:
1) The inertial body is completely blocked by the conductive elements, and the two faces of the inertial body are parallel to the conductive elements.
2) Инерционное тело смещено относительно положения (1) так, что площадь перекрытия инерционного тела проводящими элементами составляет d2/2.2) The inertial body is displaced relative to the position (1) so that the overlapping area of the conductive elements of the inertial body is d 2/2.
Легко определить, что в случае (1) электрическая емкость между проводящими элементами составляет C = (ε0·ε1·ε2·d)/(ε1+ε2), в случае (2) C = (ε0·ε1·ε2·d)/[2·(ε1+ε2)]+(ε0·ε1·d)/4. Если учесть, что ε2 ≫ ε1, то C1 ≈ ε0·ε1·d, а C2 ≈ (3·ε0·ε1·d)/4. Таким образом, ΔC = C1-C2 ≈ C1/4, то есть при перемещении инерционной массы на половину ее линейного размера электрическая емкость между парой проводящих элементов меняется на величину порядка 25%, что сопоставимо с исходной величиной емкости, следовательно, предлагаемое устройство обладает высокой чувствительностью (определяемой соотношением ΔC/C1). Количество и форма проводящих элементов определяются необходимостью обеспечения однозначности преобразования величины перемещения инерционного тела в изменение электрической емкости конденсаторов, включающих пару проводящих элементов и инерционную массу в магнитной жидкости в качестве диэлектрика. Минимально для обеспечения преобразования трехмерных перемещений инерционного тела в электрический сигнал необходимо наличие трех пар проводящих элементов. Увеличение площади проводящих элементов приводит к повышению чувствительности и нелинейности преобразования перемещения инерционного тела в изменение емкостей, следовательно, размеры и форму проводящих элементов выбирают из соображений обеспечения компромисса между чувствительностью и линейностью датчика ускорения.It is easy to determine that in case (1) the electric capacitance between the conducting elements is C = (ε 0 · ε 1 · ε 2 · d) / (ε 1 + ε 2 ), in case (2) C = (ε 0 · ε 1 · ε 2 · d) / [2 · (ε 1 + ε 2 )] + (ε 0 · ε 1 · d) / 4. If we take into account that ε 2 ≫ ε 1 , then C 1 ≈ ε 0 · ε 1 · d, and C 2 ≈ (3 · ε 0 · ε 1 · d) / 4. Thus, ΔC = C 1 -C 2 ≈ C 1/4, i.e. when moving the inertia mass to half its linear dimension of the electrical capacitance between a pair of conductive elements varies in the order of 25%, which is comparable with the initial value of capacitance, therefore, the proposed the device has a high sensitivity (determined by the ratio ΔC / C 1 ). The number and shape of the conductive elements are determined by the need to ensure the unambiguity of converting the amount of movement of the inertial body into a change in the electrical capacitance of capacitors, including a pair of conductive elements and an inertial mass in a magnetic fluid as a dielectric. To ensure the conversion of three-dimensional movements of the inertial body into an electrical signal, three pairs of conductive elements are required. An increase in the area of the conductive elements leads to an increase in the sensitivity and nonlinearity of the conversion of the displacement of the inertial body to a change in capacitance; therefore, the size and shape of the conductive elements are chosen for reasons of compromise between the sensitivity and linearity of the acceleration sensor.
Изменение электрических емкостей межу проводящими элементами, обусловленное перемещением инерционной массы под действием ускорений, регистрируют путем измерения реактивного сопротивления соответствующих емкостей. Приращения амплитуд переменных напряжений на каждой паре проводящих элементов при перемещении датчика ускорения используются в качестве меры величины действующего вдоль соответствующей оси компонента ускорения, следовательно, по ним можно описать перемещение датчика ускорения вдоль любой пространственной траектории. The change in electrical capacitances between the conductive elements, due to the movement of the inertial mass under the action of accelerations, is recorded by measuring the reactance of the respective capacities. The increments of the amplitudes of the alternating voltages on each pair of conductive elements when moving the acceleration sensor are used as a measure of the magnitude of the acceleration component acting along the corresponding axis, therefore, it is possible to describe the movement of the acceleration sensor along any spatial path along them.
Надежность устройства обеспечивается отсутствием деталей и узлов, находящихся в механическом контакте, технологичность производства - тем, что детали датчика ускорения не требуют прецизионной обработки (могут быть изготовлены литьем из пластмассы), проводящие элементы - напылением и травлением. Повышенный по сравнению с ближайшим аналогом коэффициент преобразования перемещения инерционного тела в электрический сигнал позволяет существенно уменьшить требования к применяемой в блоке АЦП комплектации, кроме того, не требуется применение катушек индуктивности, что позволяет резко повысить технологичность и снизить себестоимость изготовления устройства. The reliability of the device is ensured by the absence of parts and assemblies that are in mechanical contact, the manufacturability of production - by the fact that the details of the acceleration sensor do not require precision treatment (can be made by plastic molding), the conductive elements - by spraying and etching. Increased in comparison with the closest analogue, the conversion coefficient of the inertial body moving into an electrical signal can significantly reduce the requirements for the equipment used in the ADC unit, in addition, the use of inductors is not required, which can dramatically increase manufacturability and reduce the cost of manufacturing the device.
Предлагаемое устройство может быть использовано для ввода трехмерных координат, графической и управляющей информации, таким образом, оно является удобным инструментом для работы с интерактивными пакетами, требующими управления объектами в пространстве (компьютерные игры, объемное конструирование и т. д.). The proposed device can be used to enter three-dimensional coordinates, graphic and control information, so it is a convenient tool for working with interactive packages that require the management of objects in space (computer games, volumetric design, etc.).
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - один из вариантов реализации блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал и подключения вышеназванного блока к выходам датчика ускорения, соответствующим оси X. The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed device, in FIG. 2 is one embodiment of a unit for converting reactance into an electrical signal and connecting the above unit to the outputs of the acceleration sensor corresponding to the X axis.
Устройство для ввода информации в ЭВМ (фиг. 1) содержит датчик ускорения 1, включающий симметричное инерционное тело - шар 2, выполненное из немагнитного материала с высокой диэлектрической проницаемостью (например, из сегнетоэлектрика), которое помещено в замкнутый объем, заполненный магнитной жидкостью 3, и три пары источников магнитного поля 4, расположенных вокруг замкнутого объема с магнитной жидкостью 3, причем на поверхности замкнутого объема с магнитной жидкостью 3 датчика ускорения 1 вблизи его координатных осей размещены k (например, 6) пар изолированных друг от друга проводящих элементов 5, являющихся обкладками шести конденсаторов, причем каждый проводящий элемент является одним из выходов датчика ускорения 1, каждый из которых соединен с отдельным входом блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6, кроме того, устройство содержит блок преобразования сигнала 7 и переключатели 8, причем блок преобразования сигнала 7 включает m - канальный (например, 3-канальный) АЦП 9, вычислитель 10, последовательный интерфейс 11, преобразователь уровней 12 и входной регистр 13, входы которого являются цифровыми входами блока преобразования сигнала 7, а цифровые выходы регистра 13 являются q (например, 6) выходами блока преобразования сигнала 7, аналоговые входы которого являются входами АЦП 9, выход которого соединен двунаправленной локальной шиной с вычислителем 10, входным регистром 13 и последовательным интерфейсом 11, вход и выход которого соединены соответственно с выходом и входом преобразователя уровней 12, вход и выход которого являются входом и выходом устройства, причем управляющие входы блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 подключены к выходам блока преобразования сигнала 7, аналоговые входы которого соединены с аналоговыми выходами блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6, а цифровые входы блока преобразования сигнала 7 подключены к выходам переключателей 8, один из которых выполняет функцию индикатора использования устройства оператором, а остальные формируют сигналы управления программным обеспечением ЭВМ. A device for inputting information into a computer (Fig. 1) contains an acceleration sensor 1, which includes a symmetrical inertial body - a ball 2 made of non-magnetic material with high dielectric constant (for example, from a ferroelectric), which is placed in a closed volume filled with magnetic fluid 3, and three pairs of sources of magnetic field 4 located around a closed volume with magnetic fluid 3, and on the surface of a closed volume with magnetic fluid 3 of the acceleration sensor 1 k are placed near its coordinate axes (for example , 6) pairs of conductive elements 5 isolated from each other, which are plates of six capacitors, each conductive element being one of the outputs of the acceleration sensor 1, each of which is connected to a separate input of the reactance to electrical signal conversion unit 6, in addition, the device contains the signal conversion unit 7 and the switches 8, and the signal conversion unit 7 includes m - channel (for example, 3-channel) ADC 9, calculator 10, serial interface 11, level converter 12 and one register 13, the inputs of which are digital inputs of the signal conversion unit 7, and the digital outputs of register 13 are q (for example, 6) outputs of the signal conversion unit 7, whose analog inputs are ADC inputs 9, the output of which is connected by a bi-directional local bus to the computer 10, input register 13 and serial interface 11, the input and output of which are connected respectively to the output and input of the level converter 12, the input and output of which are the input and output of the device, and the control inputs are the conversion of reactance into an electrical signal 6 is connected to the outputs of the signal conversion unit 7, the analog inputs of which are connected to the analog outputs of the reactance to electrical signal conversion unit 6, and the digital inputs of the signal conversion unit 7 are connected to the outputs of switches 8, one of which performs the function indicator of the device’s use by the operator, and the rest form the control signals of the computer software.
Блок преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 состоит из трех идентичных частей, предназначенных для преобразования в электрический сигнал перемещений инерционного тела 2 вдоль пространственных осей X, Y и Z; (на фиг. 2 показана часть блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал, относящаяся к оси X), причем каждая его часть содержит последовательно соединенные генератор 14 и коммутатор 15, включающий ключи 16 с соответствующими связями между ними, выходы коммутатора 15 являются аналоговыми выходами блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6, аналоговые входы которого являются входами коммутатора 15, управляющие входы которого являются управляющими входами блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6. The unit for converting reactance into an
Число используемых аналоговых выходов блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 может составлять от 1 до 3·k (k - число пар проводящих элементов на поверхности датчика ускорения), причем с ростом числа используемых аналоговых выходов снижается число сигналов управления блоком преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал, таким образом, возможна совместная оптимизация числа используемых аналоговых выходов и управляющих входов блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6. The number of used analog outputs of the unit for converting reactance into an
Различные варианты реализации генератора 14 на транзисторах, логических элементах или на операционных усилителях приведены в П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники, в 3-х томах. М.: Мир, 1993. Various options for the implementation of the
В качестве ключей 16, входящих в состав коммутатора 15 блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 могут быть использованы микросхемы серии 590 (например, КР590КН5) функциональные схемы и (или) схемы включения указанных микросхем приведены в справочнике Новаченко И.В., Петухов В.М., Блудов И.П., Юровский А.В. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры, М.: КУбК-а, 1995. As the
В качестве основы блока преобразования сигнала 7 может быть использована микросхема МС68НС05В6, последовательные вход и выход которой подключены соответственно к выходу и входу преобразователя уровней, выполненного, например, на микросхеме ADM203. Микросхема МС68НС05В6 представляет собой 8-разрядный однокристальный микроконтроллер, содержащий микропроцессорное ядро НС05,6 КБайт ПЗУ программ, 176 Байт ОЗУ, 8-канальный 8-разрядный АЦП с внутренним источником опорного напряжения, многофункциональный таймер, тактовый генератор, для работы которого достаточно подключить внешний кварцевый резонатор с пассивными фильтрующими цепями и последовательный интерфейс типа RS-232. Схема включения и подробное описание микроконтроллера приведены в "MC68HC05B6/D Technical Data" Rev. 3, 1995 г. As the basis of the signal conversion unit 7, the chip MC68НС05В6 can be used, the serial input and output of which are connected respectively to the output and input of the level converter, made, for example, on the ADM203 chip. The MC68NS05V6 microcircuit is an 8-bit single-chip microcontroller containing the HC05.6 microprocessor core of program ROM, 176 byte of RAM, an 8-channel 8-bit ADC with an internal reference voltage source, a multifunction timer, a clock generator, for operation of which it is enough to connect an external crystal resonator with passive filtering circuits and serial interface type RS-232. The wiring diagram and detailed description of the microcontroller are given in "MC68HC05B6 / D Technical Data" Rev. 3, 1995
Для создания в блоке преобразования сигнала дополнительных аналоговых входов может быть использована одна или несколько микросхем AD7828, представляющих собой 8-канальный 8-разрядный АЦП, работающий от единственного источника питания +5 В, причем в качестве необходимого для работы АЦП опорного напряжения можно использовать отфильтрованное напряжение питания +5 В. Другой способ создания дополнительных аналоговых входов блока преобразования сигнала 7 состоит в мультиплексировании имеющихся входов с помощью, например, коммутатора, аналогичного по структуре коммутатору 15. To create additional analog inputs in the signal conversion unit, one or several AD7828 microcircuits can be used, which are an 8-channel 8-bit ADC, operating from a single +5 V power supply, and the filtered voltage can be used as the reference voltage necessary for the ADC to work power supply +5 V. Another way to create additional analog inputs of the signal conversion unit 7 is to multiplex the available inputs using, for example, a switch, similar to structured switch 15.
Технические характеристики микросхемы AD7828 приведены в "1996 short form designer's guide", Analog Devices 1996 г. Specifications for the AD7828 chip are given in the 1996 Short Form Designer's Guide, 1996 Analog Devices.
Микросхема ADM203, содержащая два канала преобразования логических сигналов с уровнями 0 - +5 В в сигналы стандарта RS-232 и два канала преобразования сигналов стандарта RS-232 в логические сигналы с уровнями 0 - +5 В, работает от единственного источника питания +5 В и не требует внешних пассивных элементов. Технические характеристики и схема включения ADM203 приведены в "ADM2XXL Family for RS - 232 Communications" Rev. 0, 1994 г. The ADM203 chip, which contains two channels for converting logic signals with levels 0 - +5 V to RS-232 signals and two channels for converting signals of standard RS-232 to logic signals with levels 0 - +5 V, operates from a single +5 V power supply and does not require external passive elements. Specifications and wiring diagrams of the ADM203 are provided in the "ADM2XXL Family for RS - 232 Communications" Rev. 0, 1994
Устройство для ввода информации в ЭВМ работает следующим образом. Когда корпус устройства неподвижен, немагнитное инерционное тело 2 (см. фиг. 1) находится вблизи центра заполненного магнитной жидкостью 3 объема датчика ускорения 1. Такое положение инерционного тела обеспечивается созданием в магнитной жидкости 3 магнитного поля, напряженность которого нарастает от центра датчика ускорения 1, что приводит к возникновению выталкивающей силы, направленной к центру замкнутого объема датчика ускорения 1, следовательно, инерционное тело 2 выталкивается в область наименьшего значения напряженности магнитного поля в магнитной жидкости 3, то есть в окрестность геометрического центра заполненного магнитной жидкостью 3 объема датчика ускорения 1. Симметричная (например, шарообразная) форма инерционного тела 2, находящегося в сферическом объеме магнитной жидкости 3 обеспечивает приблизительное равенство толщины слоя магнитной жидкости 3 между каждым из проводящих элементов 5 и инерционным телом 2. В приведенном на фиг. 1, 2 примере реализации датчика ускорения 1 использовано шесть пар проводящих элементов, расположение которых определяет положение координатных осей датчика ускорения 1. Для преобразования перемещения инерционного тела 2 в электрический сигнал использовано по два конденсатора, образованных двумя парами проводящих элементов 5, на каждую координатную ось датчика ускорения, причем на фиг. 1 показана пространственная ориентация проводящих элементов 5 по отношению друг к другу, а на фиг. 2 - сечение датчика ускорения 1 плоскостью XOY, кроме того, на фиг. 2 видно, что при перемещении инерционной массы вдоль оси X изменяется электрическая емкость между парами проводящих элементов, расположенных вблизи оси Y, а при перемещении инерционного тела 2 вдоль осей Y и Z емкость между парами проводящих элементов 5, расположенных вблизи оси Y практически не изменяется, таким образом обеспечивается независимое преобразование перемещения инерционного тела 2 вдоль каждой из координатных осей в электрический сигнал. Поскольку в состоянии покоя толщина слоя магнитной жидкости 3 между проводящими элементами 5 пар, образующими электрические конденсаторы, практически одинакова, то электрические емкости, а следовательно, и реактивные сопротивления вышеуказанных конденсаторов близки друг к другу. Для измерения электрических емкостей в блоке преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 используется принцип коммутации одного генератора 14 на несколько измеряемых емкостей. При условии низкого остаточного сопротивления включенных ключей коммутатора такой метод измерения имеет высокую разрешающую способность (меняются только свойства измеряемого элемента, а источник и приемник сигнала не изменяются и не регулируются в процессе измерения). Таким образом, в состоянии покоя амплитуды переменных напряжений на каждом выходе датчика ускорения 1 практически равны. Регулировка чувствительности датчика ускорения 1 производится изменением среднего значения напряженности магнитного поля в магнитной жидкости 3, то есть изменением рабочего тока электромагнитов, либо приближением/удалением от центра датчика ускорения 1 источников магнитного поля 4. При этом изменяется коэффициент демпфирования магнитной жидкостью 3 перемещений инерционной массы 2 от положения равновесия, соответствующего состоянию покоя датчика ускорения 1. Коэффициент демпфирования определяет амплитудно-частотную характеристику величины смещения инерционной массы 2 от положения равновесия при действии на датчик ускорения 1 заданного значения ускорения, следовательно, определяется диапазон изменения толщины слоя магнитной жидкости 3 между проводящими элементами 5 пар, образующими электрические конденсаторы, который в свою очередь определяет диапазон изменения реактивного сопротивления емкостных чувствительных элементов (см. фиг. 2), следовательно, происходит регулировка изменения амплитуды переменной составляющей сигнала на выходах блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6. A device for entering information into a computer operates as follows. When the device body is stationary, the non-magnetic inertial body 2 (see Fig. 1) is located near the center of the volume of the
Для сопряжения динамического диапазона изменения выходных напряжений блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 с фиксированной шкалой АЦП микроконтроллера, входящего в состав блока преобразования сигнала 7, в блок АЦП 9 может быть включен m - канальный усилитель переменного напряжения, соединенный последовательно с входами АЦП микроконтроллера. С целью повышения соотношений (сигнал/шум) и (сигнал/помеха) на входе АЦП усилитель может включать активный фильтр. Для снижения требований к точности изготовления деталей и узлов датчика ускорения 1 и регулировке каналов усилителя, входящего в состав АЦП 9, фактические амплитуды напряжений на выходах блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 в состоянии покоя, преобразованные в цифровую форму АЦП 9 запоминаются вычислителем 10. To couple the dynamic range of output voltages of the unit for converting reactance into
Допустим, что один из переключателей 8, выполняющий функцию индикатора использования устройства оператором, нажат, а перемещение корпуса устройства рукой оператора вызвало ускорение, действующее вдоль оси X. При этом инерционное тело 2 смещается влево от положения равновесия, толщина слоя магнитной жидкости 3 между проводящими элементами 5, образующими "левый" (по отношению к оси Y) емкостной чувствительный элемент уменьшается, а между проводящими элементами 5, образующими "правый" емкостной чувствительный элемент, соответственно увеличивается. Поскольку инерционное тело 2 выполнено из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, величина которой много больше величины диэлектрической проницаемости магнитной жидкости, то произойдет увеличение электрической емкости "левого" и, одновременно, уменьшение электрической емкости "правого" конденсаторов (см. фиг. 2), что, в свою очередь, приведет к изменению амплитуды выходного сигнала на выходе блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6, соответствующем оси X. Величина и знак изменения амплитуды сигнала на выходе блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 определяются направлением и величиной смещения инерционной массы 2 вдоль оси X от положения равновесия. После преобразования АЦП 9 в цифровую форму информация о уровнях сигнал на выходах блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 поступает в вычислитель 10, где величина ускорения по оси X определяется в соответствии с формулой:
ax=p · [(Ux1-Ux1 0)-(Ux2-Ux2 0)], (1)
где p - коэффициент, определяемый геометрическими размерами элементов датчика ускорения 1 и свойствами магнитной жидкости 3 при заданной величине постоянной составляющей магнитного поля в магнитной жидкости 3,
Uxj - текущее значение амплитуды сигнала на входе АЦП 9 блока преобразования сигнала 7, соответствующем оси X, во время преобразования в электрический сигнал реактивного сопротивления j-го емкостного чувствительного элемента,
Uxj 0 - значение амплитуды сигнала на входе АЦП 9 блока преобразования сигнала 7, соответствующем оси X, во время преобразования в электрический сигнал реактивного сопротивления j-го емкостного чувствительного элемента, соответствующее нулевому ускорению (датчик ускорения 1 находится в состоянии покоя).Suppose that one of the switches 8, which acts as an indicator of the device’s use by the operator, is pressed, and the movement of the device’s body by the operator’s hand caused an acceleration acting along the X axis. In this case, the inertial body 2 is shifted to the left from the equilibrium position, the thickness of the layer of magnetic fluid 3 between the
a x = p · [(U x1 -U x1 0 ) - (U x2 -U x2 0 )], (1)
where p is a coefficient determined by the geometric dimensions of the elements of the
U xj - the current value of the amplitude of the signal at the input of the ADC 9 of the signal conversion unit 7 corresponding to the X axis during conversion of the j-th capacitive sensitive element into an electrical signal of reactance,
U xj 0 is the value of the amplitude of the signal at the ADC input 9 of the signal conversion unit 7 corresponding to the X axis during conversion of the j-th capacitive sensing element corresponding to zero acceleration into an electrical signal of reactance (
Компоненты ускорения ay, az, направленные вдоль осей Y и Z определяются по формулам, аналогичным (1).The acceleration components a y , a z directed along the Y and Z axes are determined by formulas similar to (1).
Процесс вычисления значений компонентов линейного ускорения a = (ax, ay, az) по формуле (1), включающий управление коммутацией емкостных чувствительных элементов в блоке преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 и съем информации с каждого канала АЦП 9 реализуется в блоке преобразования сигнала 7 в соответствии с программой, которая хранится в ПЗУ микроконтроллера, а необходимые для вычисления промежуточные величины вместе с результатами вычислений - в ОЗУ микроконтроллера, входящих в состав вычислителя 10. Примененный для реализации блока преобразования сигнала 7 микроконтроллер содержит микропроцессорное ядро HCO5, выполняющее операции сложения, вычитания и умножения; ПЗУ и ОЗУ используемого микроконтроллера достаточно велики, таким образом, написание программы вычисления по формуле (1) не представляет трудности. Программа расчета текущего значения ускорения выполняется вычислителем 10 через равные промежутки времени (величина промежутка формируется с помощью многофункционального таймера, который также входит в состав микроконтроллера). Рассчитанные значения компонентов линейного ускорения и данные о состоянии переключателей 6 (например, нажатому оператором переключателю соответствует логический "0", а не нажатому - логическая "1"), объединяются программным обеспечением вычислителя 10 в пакет, который поступает на вход последовательного интерфейса 11 (реализованного в используемом микроконтроллере аппаратно), выполняющего преобразование параллельного двоичного кода в последовательный и добавление к пакету служебной информации (данные для синхронизации, обнаружения и исправления ошибок и т. д.). С выхода последовательного интерфейса 11 пакет поступает на вход преобразователя уровней 12, преобразующего сигналы 5 В логики в соответствии с требованиями применяемого последовательного интерфейса. По линии связи пакет информации передается на ЭВМ, программное обеспечение которой интерпретирует полученные данные в соответствии с решаемой задачей. Например программное обеспечение ЭВМ использует поступающую от предлагаемого устройства информацию для управления положением объекта в трех мерном пространстве, при этом перемещение управляемого объекта осуществляется только тогда, когда кнопка, управляющая одним из переключателей 8, нажата оператором (кнопка индикации использования устройства). Нажатие оператором других кнопок обеспечивает выделение объектов, работу с "всплывающими" меню и т. д. Общее количество переключателей 6 и соответствующих им кнопок может составлять до 5 (n ≤ 5).The process of calculating the values of the linear acceleration components a = (a x , a y , a z ) according to the formula (1), which includes controlling the switching of capacitive sensing elements in the block for converting reactance into an
Использование нескольких датчиков ускорения в составе предлагаемого устройства для ввода информации в ЭВМ позволяет создать "виртуальный костюм" (датчики ускорения закреплены на теле и конечностях оператора), предназначенный для "обучения" роботов, создания тренажеров и компьютерных игр в виртуальной реальности. Необходимые для подключения дополнительных датчиков ускорения 1 входы блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 могут быть организованы путем добавления ключей 16 в состав коммутатора 15 блока преобразования реактивного сопротивления в электрический сигнал 6 и организации соответствующего управления ими. The use of several acceleration sensors as part of the proposed device for entering information into a computer allows you to create a "virtual suit" (acceleration sensors are mounted on the body and limbs of the operator), designed to "train" robots, create simulators and computer games in virtual reality. Required to connect
Таким образом, предлагаемое устройство для ввода информации ЭВМ позволяет осуществлять ввод трех независимых координат, представленных в виде трех компонентов линейного ускорения a = {ax, ay, az}, по которым программным обеспечением ЭВМ могут быть вычислены скорость перемещения устройства в трехмерном пространстве и абсолютные координаты X, Y и Z. Начало отсчета для вычисления координат задается оператором (например, путем удержания оператором кнопки, управляющей одним из переключателей, в нажатом состоянии во время использования устройства).Thus, the proposed device for inputting computer information allows you to enter three independent coordinates, presented in the form of three components of linear acceleration a = {a x , a y , a z }, by which computer software can calculate the speed of movement of the device in three-dimensional space and absolute coordinates X, Y and Z. The reference point for calculating the coordinates is set by the operator (for example, by keeping the operator holding the button that controls one of the switches pressed while using the device Islands).
Надежность работы предлагаемого устройства для ввода информации в ЭВМ обеспечивается отсутствием механически контактирующих деталей и узлов. Технологичность изготовления устройства обеспечивается низкими требованиями к точности выполнения геометрических размеров элементов датчика ускорения, высоким по сравнению с ближайшим аналогом коэффициентом преобразования перемещения инерционного тела в электрический сигнал, что позволяет существенно уменьшить требования к применяемой в блоке АЦП комплектации, кроме того, не требуется применение катушек индуктивности, что положительно сказывается на технологичности производства. The reliability of the proposed device for entering information into a computer is ensured by the absence of mechanically contacting parts and assemblies. The manufacturability of the device is ensured by low requirements for the accuracy of the geometric dimensions of the elements of the acceleration sensor, high compared to the closest analogue, the conversion coefficient of the inertial body moving into an electrical signal, which can significantly reduce the requirements for the equipment used in the ADC unit, in addition, the use of inductance coils is not required , which has a positive effect on the manufacturability.
В предлагаемом устройстве обеспечена возможность создания требуемой амплитудно-частотной характеристики величины выходного сигнала устройства при заданной величине ускорения в широком диапазоне, причем регулировка не требует замены деталей устройства и может выполняться как программно, так и аппаратно. In the proposed device, it is possible to create the desired amplitude-frequency characteristic of the output signal of the device at a given value of acceleration in a wide range, moreover, the adjustment does not require replacement of parts of the device and can be performed both programmatically and hardware.
Claims (30)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000102202A RU2166203C1 (en) | 2000-02-01 | 2000-02-01 | Computer data input device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000102202A RU2166203C1 (en) | 2000-02-01 | 2000-02-01 | Computer data input device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2166203C1 true RU2166203C1 (en) | 2001-04-27 |
Family
ID=20229937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000102202A RU2166203C1 (en) | 2000-02-01 | 2000-02-01 | Computer data input device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2166203C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6985134B2 (en) | 1999-11-03 | 2006-01-10 | Innalabs Technologies, Inc. | Computer input device |
| US7061469B2 (en) | 2000-02-24 | 2006-06-13 | Innalabs Technologies, Inc. | Method of data input into a computer |
| US7292223B2 (en) | 2000-02-24 | 2007-11-06 | Innalabs Technologies, Inc. | Location tracking device |
| CN102323856A (en) * | 2011-08-09 | 2012-01-18 | 大连民族学院 | Data glove based on acceleration sensors and ZigBee |
| RU2516207C2 (en) * | 2011-12-26 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Рубин" | Method to measure parameters of angular motion of objects |
-
2000
- 2000-02-01 RU RU2000102202A patent/RU2166203C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6985134B2 (en) | 1999-11-03 | 2006-01-10 | Innalabs Technologies, Inc. | Computer input device |
| US7295184B2 (en) | 1999-11-03 | 2007-11-13 | Innalabs Technologies, Inc. | Computer input device |
| US7061469B2 (en) | 2000-02-24 | 2006-06-13 | Innalabs Technologies, Inc. | Method of data input into a computer |
| US7292223B2 (en) | 2000-02-24 | 2007-11-06 | Innalabs Technologies, Inc. | Location tracking device |
| CN102323856A (en) * | 2011-08-09 | 2012-01-18 | 大连民族学院 | Data glove based on acceleration sensors and ZigBee |
| RU2516207C2 (en) * | 2011-12-26 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Рубин" | Method to measure parameters of angular motion of objects |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2168201C1 (en) | Computer data input device | |
| EP2606411B1 (en) | Magnetic sensing user interface method, device and computer-readable medium | |
| US10466803B1 (en) | Magnetic sensing user interface device, methods, and apparatus | |
| US7292223B2 (en) | Location tracking device | |
| US4922444A (en) | Apparatus for determining distance coordinates | |
| US20110096008A1 (en) | Operation input device and method of controlling same | |
| CN110476039B (en) | Magnetic device for detecting relative movement or relative position | |
| CN101206544B (en) | Man machine interactive touch sensing device and method thereof | |
| US7061469B2 (en) | Method of data input into a computer | |
| TW201310005A (en) | Inertia sensing apparatus | |
| RU2166203C1 (en) | Computer data input device | |
| Lam et al. | MIDS: micro input devices system using MEMS sensors | |
| TW202022335A (en) | Multi-axis force sensor | |
| CN103019415B (en) | The method and apparatus that a kind of detection object is moved compared with surface | |
| Nour et al. | A novel tilt and acceleration measurement system based on Hall-effect sensors using neural networks | |
| Lv et al. | Flexible capacitive three-dimensional force sensor for hand motion capture and handwriting recognition | |
| RU2173882C1 (en) | Method for entering information in computer | |
| CN104296651A (en) | Multiple-supporting-arm and multiple-joint angle integration parallel detection system based on flexible fabric | |
| US11507202B2 (en) | 3-D input device | |
| Bhatta et al. | An electromagnetic and triboelectric hybrid motion sensing system for self-powered robotic balancing platforms | |
| Lin et al. | Multimodal Surface Sensing based on Hybrid Flexible Triboelectric and Piezoresistive Sensor | |
| CN211742053U (en) | Novel force feedback device based on magnetorheological fluid and binocular camera | |
| Han et al. | A novel velocity sensor based on electromagnetic induction | |
| Shi et al. | Grid-Free Touch Recognition on Arbitrary Surface Using Triboelectric Vibration Sensor | |
| KR200258279Y1 (en) | Three dimension Mouse |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090202 |