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1、图5-5 变面积型电容传感器原理图 3 3.4 .4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 电子技术的发展，解决了电容式传电子技术的发展，解决了电容式传感器存在的许多技术问题，使电容式传感感器存在的许多技术问题，使电容式传感器不但广泛应用于精确测量位移、厚度、器不但广泛应用于精确测量位移、厚度、角度、振动等物理量，还应用于测量力、角度、振动等物理量，还应用于测量力、压力、差压、流量、成分、液位等参数，压力、差压、流量、成分、液位等参数，在自动检测与控制系统中也常常用来作为在自动检测与控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。位置信号发生器。 图图3-24 3-24 电容式差压传感器电容式差压传感
2、器差动型差动型凹玻璃圆片凹玻璃圆片凹玻璃圆片凹玻璃圆片弹性膜片弹性膜片弹性膜片弹性膜片( ( ( (动电极动电极动电极动电极) ) ) )固定电极固定电极固定电极固定电极P例例3-2 3-2 电容式压差传感器电容式压差传感器P弹性膜片弹性膜片弹性膜片弹性膜片( ( ( (动电极动电极动电极动电极) ) ) )固定电极固定电极固定电极固定电极图图3-253-25电容式压力传感器电容式压力传感器单只变间隙型单只变间隙型 当当PH=PL时，中心膜片处于平直状态，膜片时，中心膜片处于平直状态，膜片两侧电容均为两侧电容均为C0；当；当PHPL时，中心膜片上凸，时，中心膜片上凸，上部电容为上部电容为CL，
3、下部电容为下部电容为CH。CH 相当于当前相当于当前膜片位置与平直位置间的电容膜片位置与平直位置间的电容CA和和C0的串联；而的串联；而C0又可看成是膜片上部电容又可看成是膜片上部电容CL与的与的CA串联。串联。hmaxd0CACLCHC0PHPLCACLCHC0C0CA等效电路等效电路等效电路等效电路即：即：需要解决的问题是：需要解决的问题是：中心膜片处于平直状态中心膜片处于平直状态时，时，C0=C(d0)=?；当当PHPL模片上凸模片上凸hmax时，时，CA=C(h)=?hmaxd0CACLCHC0PHPLRbadbd0实线为球冠型实线为球冠型固定电极固定电极设膜片半径为设膜片半径为a，球
4、冠形固球冠形固定电极的半径为定电极的半径为R，固定固定电极的实际拱底半径为电极的实际拱底半径为b，拱底距膜片的距离为拱底距膜片的距离为db，当当d0R时：时： 在在PH-PL作用下中心膜片的上凸量作用下中心膜片的上凸量h近似为近似为: :计算点半径计算点半径图5-5 变面积型电容传感器原理图 而而CA为：为：( (积分求解过程省略积分求解过程省略) )利用脉宽调制电路，将中心膜片接地，其输出利用脉宽调制电路，将中心膜片接地，其输出U0 输出输出U0与差压与差压PH-PL成正比。成正比。而而所以所以例例3-3 3-3 电容式称重传感器电容式称重传感器图图3-26 电容式称重传感器电容式称重传感器
5、绝缘材料绝缘材料绝缘材料绝缘材料定极板定极板定极板定极板动极板动极板动极板动极板极板支架极板支架极板支架极板支架弹性体弹性体弹性体弹性体图图3-27 电容式称重传感器电容式称重传感器F在弹性钢体上高度相同处打一排孔，在孔内形成在弹性钢体上高度相同处打一排孔，在孔内形成一排平行的平板电容，当称重时，钢体上端面受一排平行的平板电容，当称重时，钢体上端面受力，圆孔变形，每个孔中的电容极板间隙变小，力，圆孔变形，每个孔中的电容极板间隙变小，其电容相应增大。由于在电路上各电容是并联的，其电容相应增大。由于在电路上各电容是并联的，因而输出反映的结果因而输出反映的结果是平均作用力的变化，是平均作用力的变化，
6、测量误差大大减小测量误差大大减小（误差平均效应）（误差平均效应）两个两个固定极板固定极板间有一个用弹簧片支撑的质间有一个用弹簧片支撑的质量块量块m m，质量块的两端面经抛光后作为质量块的两端面经抛光后作为动极动极板板，当传感器测量，当传感器测量竖直方向竖直方向的振动时，由的振动时，由于于m m的惯性作用，使其相对固定电极产生位的惯性作用，使其相对固定电极产生位移，两个差动电容器移，两个差动电容器C C1 1和和C C2 2的电容发生相应的电容发生相应的变化的变化, ,其中一个变大，另一个变小。其中一个变大，另一个变小。 例例3-4 3-4 电容式加速度传感器电容式加速度传感器图图3-28 3-
7、28 电容式加速度传感器电容式加速度传感器弹簧片弹簧片弹簧片弹簧片定极板定极板定极板定极板2 2 2 2质量块（动极板）质量块（动极板）定极板定极板定极板定极板1 1 1 1绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体aC1C2m例例3-6 3-6 电容测厚传感器在板材轧制装电容测厚传感器在板材轧制装置中的应用置中的应用a)a)测振幅测振幅b)b)测轴回转精度和轴心偏摆测轴回转精度和轴心偏摆被测物振动电容式传感器被测轴电容式传感器 电容式液位计电容式液位计 电容式液位计利用液位高低变化影响电容电容式液位计利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理进行测量。依此原理器电容量大小的原理进行测量。依此原理还可进行其它形
8、式的物位测量。还可进行其它形式的物位测量。对导电介对导电介质和非导电介质都能测量，质和非导电介质都能测量，此外还能测量此外还能测量有倾斜晃动及高速运动的容器的液位。不有倾斜晃动及高速运动的容器的液位。不仅可作液位控制器，还能用于连续测量。仅可作液位控制器，还能用于连续测量。 (1)(1)安装形式安装形式电容式液位计的安装形式因电容式液位计的安装形式因被测介质性质不同而有差别被测介质性质不同而有差别右图为用来测量导电介质右图为用来测量导电介质的单电极电容液位计，它只的单电极电容液位计，它只用一根电极作为电容器的内用一根电极作为电容器的内电极，一般用紫铜或不锈钢，电极，一般用紫铜或不锈钢，外套聚四
9、氟乙烯塑料管或涂外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘层，而导电液搪瓷作为绝缘层，而导电液体和容器壁构成电容器的外体和容器壁构成电容器的外电极。电极。 1-1-1-1-内电极；内电极；内电极；内电极；2-2-2-2-绝缘套绝缘套绝缘套绝缘套右图为用于测量非导电右图为用于测量非导电介质的同轴双层电极电介质的同轴双层电极电容式液位计。内电极和容式液位计。内电极和与之绝缘的同轴金属套与之绝缘的同轴金属套组成电容的两极，外电组成电容的两极，外电极上开有很多流通孔使极上开有很多流通孔使液体流入极板间。液体流入极板间。 1、2-内、外电极；内、外电极； 3-绝缘套；绝缘套； 4-流通孔。流通孔。以上介绍的两
10、种是最一般的安装方法，在以上介绍的两种是最一般的安装方法，在有些特殊场合还有其它特殊安装形式，如有些特殊场合还有其它特殊安装形式，如大直径容器或介电系数较小的介质，为增大直径容器或介电系数较小的介质，为增大测量灵敏度，通常也只用一根电极，将大测量灵敏度，通常也只用一根电极，将其靠近容器壁安装，使它与容器壁构成电其靠近容器壁安装，使它与容器壁构成电容器的两极；容器的两极；在测大型容器或非导电容器在测大型容器或非导电容器内装非导电介质时，可用两根不同轴的圆内装非导电介质时，可用两根不同轴的圆筒电极平行安装构成电容；筒电极平行安装构成电容；在测极低温度下的液态气体时，一个电容在测极低温度下的液态气体
11、时，一个电容灵敏度太低。可取灵敏度太低。可取同轴多层电极结构同轴多层电极结构，把，把奇数层和偶数层的圆筒分别连接在一起成奇数层和偶数层的圆筒分别连接在一起成为两组电极为两组电极，变成，变成相当于多个电容并联相当于多个电容并联，以增加灵敏度。以增加灵敏度。 图图3-29 3-29 电容式料位传感器电容式料位传感器Dd检测电路检测电路测定电极测定电极储罐储罐0 01 1h例例3-5 3-5 电容式料位和液位传感器电容式料位和液位传感器测定电极安装在金属储测定电极安装在金属储罐的顶部，储罐的罐壁罐的顶部，储罐的罐壁和测定电极之间形成了和测定电极之间形成了一个电容器。一个电容器。上图中电容随料位高度上
12、图中电容随料位高度h h变化的关系为：变化的关系为：式中式中式中式中 k k比例常数；比例常数；比例常数；比例常数； D D储罐的内径；储罐的内径；储罐的内径；储罐的内径； d d测定电极的直径；测定电极的直径；测定电极的直径；测定电极的直径； h h被测物料的高度；被测物料的高度；被测物料的高度；被测物料的高度； 0 0空气的相对介电常数；空气的相对介电常数；空气的相对介电常数；空气的相对介电常数； 1 1被测物料的相对介电常数；被测物料的相对介电常数；被测物料的相对介电常数；被测物料的相对介电常数；可以看出，两种介质的介电常数差别越大、可以看出，两种介质的介电常数差别越大、D D与与d d
13、相差越小，传感器的灵敏度越高。相差越小，传感器的灵敏度越高。电容式传感器电容式传感器 完全固定结构完全固定结构r 大尺寸大尺寸r 受金属部件影响受金属部件影响r 受噪音干扰受噪音干扰霍尼韦尔液位传感器霍尼韦尔液位传感器油量测量油量测量当燃油增大，当燃油增大，h h2 2增大，增大，C C也增大；燃油减少，也增大；燃油减少，h h2 2减少，减少，C C也减小。也减小。通过测量电容通过测量电容的大小就能知道油量的多少。的大小就能知道油量的多少。圆柱型电容传感器的电容为圆柱型电容传感器的电容为图图图图7-23 7-23 7-23 7-23 电容式料位计电容式料位计电容式料位计电容式料位计1-1-1
14、-1-金属电容；金属电容；金属电容；金属电容； 2-2-2-2-测量电极；测量电极；测量电极；测量电极；3-3-3-3-辅助电极；辅助电极；辅助电极；辅助电极； 4-4-4-4-绝缘套绝缘套绝缘套绝缘套电容式料位计电容式料位计电容式料位计不仅能测不电容式料位计不仅能测不同性质的液体，而且还能同性质的液体，而且还能测量不同性质如块状、颗测量不同性质如块状、颗粒状、粉状、导电性、非粒状、粉状、导电性、非导电性的物料。但因固体导电性的物料。但因固体摩擦力大，容易摩擦力大，容易“滞留滞留”，产生虚假料位，因此一，产生虚假料位，因此一般不使用双层电极，而是般不使用双层电极，而是只用一根电极棒。只用一根电
15、极棒。 电容式料位计在测量时，物料的温度、湿度、密电容式料位计在测量时，物料的温度、湿度、密度变化或掺有杂质时，会引起介电常数变化，产度变化或掺有杂质时，会引起介电常数变化，产生测量误差。为了消除这一介质因素引起的测量生测量误差。为了消除这一介质因素引起的测量误差，一般将一根误差，一般将一根辅助电极辅助电极始终埋入被测物料中。始终埋入被测物料中。辅助电极与测量电极辅助电极与测量电极( (也称主电极也称主电极) )可以同轴，也可以同轴，也可以不同轴。设辅助电极长可以不同轴。设辅助电极长L0，它相对于料位为，它相对于料位为零时的电容变化量为零时的电容变化量为 ：主电极的电容变化量为主电极的电容变化
16、量为Cx ，则有：则有：由于由于L0是常数，因此是常数，因此料位变化仅与两个电容料位变化仅与两个电容变化量之比有关变化量之比有关，而介质因素波动所引起，而介质因素波动所引起的电容变化对主电极与辅助电极是相同的，的电容变化对主电极与辅助电极是相同的，相比时被抵消掉，从而起到误差补偿作用。相比时被抵消掉，从而起到误差补偿作用。湿度测量湿度测量湿敏电容湿敏电容一般用高分子薄一般用高分子薄膜电容制成的，常用的高膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。HM1500HM1500HM1500HM1500湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿
17、度传感器当环境湿度发生改变时，湿敏电容的当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电介电常数常数发生变化，使其电容量也发生变化，发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。其电容变化量与相对湿度成正比。电容式键盘电容式键盘常规的键盘有机械按键和电容按键两种。常规的键盘有机械按键和电容按键两种。电容式键盘是基于电容式键盘是基于电容式开关电容式开关的键盘，原理是的键盘，原理是通过按键改变电极间的距离产生电容量的变化，通过按键改变电极间的距离产生电容量的变化，暂时形成震荡脉冲允许通过的条件。这种开关暂时形成震荡脉冲允许通过的条件。这种开关是无触点非接触式的，磨损率极小。是无触点非接触式的，
18、磨损率极小。利用变极距型电容传感利用变极距型电容传感器实现信息转换器实现信息转换电容传声器电容传声器驻极体电容传声器驻极体电容传声器大膜片电容传声器大膜片电容传声器传声器（传声器（MicrophoneMicrophone）即话筒，即话筒，音译作音译作麦克风麦克风，目前使用的话筒大多是目前使用的话筒大多是动圈式和电容式。动圈式和电容式。电容传声器电容传声器以振膜与后以振膜与后极板间的电容量变化通极板间的电容量变化通过前置放大器变换为输过前置放大器变换为输出电压。出电压。 在日常生活中，往往会出现这样在日常生活中，往往会出现这样一些情况：钥匙丢了，进不了门；密码忘一些情况：钥匙丢了，进不了门；密码
19、忘了，无法在了，无法在ATMATM机上取钱；电脑中的重要机上取钱；电脑中的重要资料被他人非法复制了；手机被他人盗用资料被他人非法复制了；手机被他人盗用，这些都给我们造成了很大的麻烦甚至损失，这些都给我们造成了很大的麻烦甚至损失，以上这一切都与以上这一切都与身份识别身份识别有关。有关。知识讲座知识讲座生物识别生物识别 技术技术目前，身份识别所采用的方法主要有：根目前，身份识别所采用的方法主要有：根据人们所持有的据人们所持有的物品物品如钥匙、证件、卡等；如钥匙、证件、卡等；或人们所知道的或人们所知道的内容如密码和口令内容如密码和口令等来确等来确定其身份。但物品可能丢失和复制，内容定其身份。但物品可
20、能丢失和复制，内容容易遗忘和泄露容易遗忘和泄露 。 生物识别技术，如生物识别技术，如指纹识别指纹识别或者或者虹膜识别虹膜识别，在侦探电影中破案人员依靠现场指纹进行在侦探电影中破案人员依靠现场指纹进行罪犯确认、用指纹代替密码开启保险箱；罪犯确认、用指纹代替密码开启保险箱；依靠眼睛对着一个小摄像机来取代钥匙开依靠眼睛对着一个小摄像机来取代钥匙开门等等。这就是被比尔门等等。这就是被比尔盖茨称之为盖茨称之为2121世世纪最重要的应用技术纪最重要的应用技术之一的生物识别技术，之一的生物识别技术，它正在步入我们的生活中。它正在步入我们的生活中。生物识别生物识别是依靠人体的身体特征来进行身是依靠人体的身体特
21、征来进行身份验证的一种解决方案。这些身体特征包份验证的一种解决方案。这些身体特征包括括指纹、声音、面部、骨架、视网膜、虹指纹、声音、面部、骨架、视网膜、虹膜和膜和DNADNA等人体的生物特征，以及等人体的生物特征，以及签名的签名的动作、行走的步态、击打键盘的力度动作、行走的步态、击打键盘的力度等个等个人的行为特征。现在开发和研究中的还有人的行为特征。现在开发和研究中的还有通过通过静脉、耳朵形状、按键节奏、身体气静脉、耳朵形状、按键节奏、身体气味味等的识别技术。等的识别技术。生物识别的技术核心在于如何获取这些生生物识别的技术核心在于如何获取这些生物特征，并将其转换为数字信息，存储于物特征，并将其
22、转换为数字信息，存储于计算机中，利用可靠的计算机中，利用可靠的匹配算法匹配算法来完成验来完成验证与识别个人身份的过程。证与识别个人身份的过程。指纹识别指纹识别 1919世纪初，科学研究发现了指纹的世纪初，科学研究发现了指纹的两个重要特征，两个重要特征，一是两个不同手指的指纹一是两个不同手指的指纹纹脊的式样不同纹脊的式样不同，二是指纹纹脊的式样终二是指纹纹脊的式样终生不改变。生不改变。 这个研究成果使得指纹在犯罪鉴这个研究成果使得指纹在犯罪鉴别中得以正式应用，别中得以正式应用，18961896年阿根廷首次应年阿根廷首次应用，然后是用，然后是19011901年的苏格兰，年的苏格兰，2020世纪初其
23、世纪初其他国家也相继应用到犯罪鉴别中。他国家也相继应用到犯罪鉴别中。2020世纪世纪6060年代，由于计算机可以有效地处年代，由于计算机可以有效地处理图形，人们开始着手研究利用计算机来理图形，人们开始着手研究利用计算机来处理指纹。从那时起，处理指纹。从那时起，自动指纹识别系统自动指纹识别系统AFISAFIS在法律实施方面的研究和应用在世界在法律实施方面的研究和应用在世界许多国家展开。许多国家展开。 人从胎儿四个月大就形成指纹人从胎儿四个月大就形成指纹, ,指纹特性指纹特性相当固定，不会随着人的年龄的增长、或相当固定，不会随着人的年龄的增长、或身体健康程度的变化而变化。如果身体健康程度的变化而变
24、化。如果手指受手指受伤损及真皮组织导致指纹受到破坏，受损伤损及真皮组织导致指纹受到破坏，受损面也会很快愈合、复原。面也会很快愈合、复原。 如果严重创伤有可能导致指纹识如果严重创伤有可能导致指纹识别器无法匹配比对。因此建议每只手至别器无法匹配比对。因此建议每只手至少注册少注册1 1个手指。个手指。每人的十指指纹都不相同，每个指纹一般都每人的十指指纹都不相同，每个指纹一般都有有70-15070-150个基本特征点，在两枚指纹中只要有个基本特征点，在两枚指纹中只要有12-1312-13个特征点吻合，即可认定为同一指纹。而个特征点吻合，即可认定为同一指纹。而以此找出两枚完全一样的指纹需要以此找出两枚完
25、全一样的指纹需要120120年，人类年，人类人口按人口按6060亿计算，大概亿计算，大概需要需要300300年才可能出现年才可能出现重复的指纹。因此，想重复的指纹。因此，想找到两个完全相同的指找到两个完全相同的指纹几乎是不可能的。纹几乎是不可能的。 指纹特征一般分为指纹特征一般分为总体特征总体特征和和局部特局部特征征。总体特征包括。总体特征包括纹形、特征点的分类、方向、纹形、特征点的分类、方向、曲率、位置曲率、位置。由于每个特征点都有大约。由于每个特征点都有大约7 7个特个特征，十个手指具有最少征，十个手指具有最少49004900个独立可测量的特个独立可测量的特征。基于指纹的征。基于指纹的多样
26、性特征和不可复制性多样性特征和不可复制性，每，每个指纹都具有唯一性，利用指纹进行身份认证，个指纹都具有唯一性，利用指纹进行身份认证，可完全杜绝钥匙和可完全杜绝钥匙和 IC IC 卡被盗用或密码被破解卡被盗用或密码被破解等导致他人非法侵入的现象。等导致他人非法侵入的现象。 指纹识别主要分为四个阶段指纹识别主要分为四个阶段: :读取指纹、读取指纹、提取特征、保存数据和比对确认提取特征、保存数据和比对确认。 首先，通过指纹识别器的读取设备读取首先，通过指纹识别器的读取设备读取指纹图象。在获取指纹图象之后，识别芯片对指纹图象。在获取指纹图象之后，识别芯片对图象进行初步处理，使之更加清晰可辨。图象进行初
27、步处理，使之更加清晰可辨。然后指纹辨识软件建立指纹的然后指纹辨识软件建立指纹的“数字表示数字表示特征特征”数据，从指纹转换成特征数据。两枚不数据，从指纹转换成特征数据。两枚不同的指纹会产生不同的特征数据。同的指纹会产生不同的特征数据。 指纹由多种指纹由多种“脊脊”状图形构成，类似于状图形构成，类似于山脊。由于纹路不连续，脊状图形多种多样，山脊。由于纹路不连续，脊状图形多种多样，诸如诸如分岔、弧形、交叉、三角分岔、弧形、交叉、三角等。识别软件将等。识别软件将这些脊状图形进行坐标定位，进而从坐标位置这些脊状图形进行坐标定位，进而从坐标位置上标示出数据点，有点像初中几何画函数图的上标示出数据点，有点
28、像初中几何画函数图的步骤。这些数据点同时具有步骤。这些数据点同时具有7 7种种以上的唯一性特以上的唯一性特征，由于通常情况下一枚指纹有征，由于通常情况下一枚指纹有7070个个节点，通节点，通过软件计算会产生大约过软件计算会产生大约490490个个数据。数据。 目前的指纹采集技术主要有目前的指纹采集技术主要有光学采光学采集、半导体采集、超声波采集集、半导体采集、超声波采集。 半导体指纹采集技术半导体指纹采集技术 （19981998年）年）(1) (1) 半导体压感式传感器半导体压感式传感器 其表面的顶层是具有弹性的压感介质材其表面的顶层是具有弹性的压感介质材料料, ,它们依照指纹的外表地形它们依
29、照指纹的外表地形( (凹凸凹凸) )转化转化为相应的电子信号为相应的电子信号, ,并进一步产生具有灰并进一步产生具有灰度级的指纹图像。度级的指纹图像。1 1、采集、采集(2) (2) 半导体温度感应传感器半导体温度感应传感器 它通过感应压在设备上的脊和远离设它通过感应压在设备上的脊和远离设备的谷温度的不同就可以获得指纹图像。备的谷温度的不同就可以获得指纹图像。 (3) (3) 硅电容指纹图像传感器硅电容指纹图像传感器 这是最常见的半导体指纹传感器这是最常见的半导体指纹传感器, ,它它通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵列上能结合大约阵列上能结合大约100,
30、000100,000个电容传感器个电容传感器, ,其外面是绝缘的表面。其外面是绝缘的表面。传感器阵列的传感器阵列的每一点是一个金属电极每一点是一个金属电极, ,充充当电容器的一极当电容器的一极, ,按在传感面上的按在传感面上的手指头手指头的对应点则作为另一极的对应点则作为另一极, ,传感面形成两极传感面形成两极之间的介电层。由于之间的介电层。由于指纹的脊和谷相对于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同另一极之间的距离不同( (纹路深浅的存在纹路深浅的存在),),导致硅表面电容阵列的各个电容值不同导致硅表面电容阵列的各个电容值不同, ,测量并记录各点的电容值测量并记录各点的电容值, ,就可以获得
31、具就可以获得具有灰度级的指纹图像。有灰度级的指纹图像。 指纹识别系统的电容传感器发出电指纹识别系统的电容传感器发出电子信号，电子信号将穿过手指的表面和死子信号，电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的性皮肤层，直达手指皮肤的活体层活体层( (真皮真皮层层) )，直接读取指纹图案。由于深入真皮，直接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够捕获更多真实数据，不易层，传感器能够捕获更多真实数据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准确率，受手指表面尘污的影响，提高辨识准确率，有效防止辨识错误。有效防止辨识错误。 半导体指纹采集设备可以获得相当精半导体指纹采集设备可以获得相当精确的指纹图像确
32、的指纹图像, ,分辨率可高达分辨率可高达600dpi,600dpi,并且并且指纹采集时不需要象光学采集设备那样指纹采集时不需要象光学采集设备那样, ,要求有较大面积的采集头。由于半导体芯要求有较大面积的采集头。由于半导体芯片的体积小巧片的体积小巧, ,功耗很低功耗很低, ,可以集成到许多可以集成到许多现有设备中现有设备中, ,这是光学采集设备所无法比这是光学采集设备所无法比拟的拟的, ,现在许多指纹识别系统研发工作都现在许多指纹识别系统研发工作都采用半导体采集设备来进行。采用半导体采集设备来进行。 指纹识别目前最指纹识别目前最常用的是常用的是电容式传感器电容式传感器，也被称为第二代指纹识也被称
33、为第二代指纹识别系统。它的优点是体别系统。它的优点是体积小、成本低，成像精积小、成本低，成像精度高，而且耗电量很小，度高，而且耗电量很小，因此非常适合在消费类因此非常适合在消费类电子产品中使用。电子产品中使用。右图为指纹经过处理后右图为指纹经过处理后的成像图：的成像图：2 2、解码、解码 得到一幅指纹图像后，要对图像解得到一幅指纹图像后，要对图像解码，需要对图像特征进行提取、分析，指码，需要对图像特征进行提取、分析，指纹基本特征就是如脊、谷和终点、分叉点纹基本特征就是如脊、谷和终点、分叉点或分歧点。平均每个指纹都有几个独一无或分歧点。平均每个指纹都有几个独一无二可测量的特征点，每个特征点都有大
34、约二可测量的特征点，每个特征点都有大约七个特征，我们的十个手指产生最少七个特征，我们的十个手指产生最少49004900个独立可测量的特征点，足以确认指纹识个独立可测量的特征点，足以确认指纹识别的可靠性。别的可靠性。3 3、比对和匹配、比对和匹配当指纹图像的特征值被提取后，就可依照特当指纹图像的特征值被提取后，就可依照特征值与数据库中存储的指纹进行比对和匹配。征值与数据库中存储的指纹进行比对和匹配。如何对于残缺图像进行匹配以及伤疤等处理如何对于残缺图像进行匹配以及伤疤等处理都要依赖于算法技术。尽管指纹只是人体皮都要依赖于算法技术。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但需识别的数据量很大，对肤的一小部
35、分，但需识别的数据量很大，对数据进行比对也不是简单的等与不等，而是数据进行比对也不是简单的等与不等，而是使用需要进行大量运算的模糊匹配算法。使用需要进行大量运算的模糊匹配算法。 随着计算机与通信网络的蓬勃发展随着计算机与通信网络的蓬勃发展, ,电子电子商务的不断推广应用商务的不断推广应用, ,安全方便的指纹识别系统安全方便的指纹识别系统现已广泛应用于现已广泛应用于桌面电脑、笔记本电脑、桌面电脑、笔记本电脑、ATMATM提提款机、蜂窝电话、考勤系统、门禁款机、蜂窝电话、考勤系统、门禁控制以及控制以及Internet Internet 电子商务安全系统电子商务安全系统, ,遍及遍及银行、保险、银行
36、、保险、边防检查、医疗卫生及网络接入边防检查、医疗卫生及网络接入等各个领域。等各个领域。作为自动指纹识别系统关键部分的指纹图像采作为自动指纹识别系统关键部分的指纹图像采集设备也随之得到了更大的发展。集设备也随之得到了更大的发展。 产品：产品：西门子推出的西门子推出的“ID MouseID Mouse” 鼠鼠标。鼠标上端安有指尖传感器，标。鼠标上端安有指尖传感器，一旦指纹被识别，使用者就可一旦指纹被识别，使用者就可以启动以启动PCPC的操作系统。如果长的操作系统。如果长时间不动鼠标，它将自动启动时间不动鼠标，它将自动启动屏幕保护程序，直到使用者再屏幕保护程序，直到使用者再次触摸次触摸ID ID
37、鼠标为止。这个鼠标鼠标为止。这个鼠标在在0.250.25平方英寸的触摸芯片上平方英寸的触摸芯片上有有6500065000个传感系统个传感系统，可捕捉指，可捕捉指纹的细节。该系统非常灵敏，纹的细节。该系统非常灵敏，甚至用户的手有伤口它都能准甚至用户的手有伤口它都能准确的辨别出来。确的辨别出来。最早的指纹识别手机最早的指纹识别手机是是9898年西门子推出的年西门子推出的SL10SL10手机，其将手机，其将“FingertipFingertip”指纹辨指纹辨认技术移植在认技术移植在SL10SL10上上作模拟试用。手机机作模拟试用。手机机身前面及后面都装一身前面及后面都装一跟跟SIMSIM卡大小相似的
38、金卡大小相似的金属指纹感应器。属指纹感应器。机主除可预先输入本身的指纹样本，更可加入机主除可预先输入本身的指纹样本，更可加入最多最多5959个其他使用者的指纹。而个其他使用者的指纹。而 其他使用者其他使用者 须经机主指纹作授权，方能将指纹记录在案，须经机主指纹作授权，方能将指纹记录在案，并且每位用家都有个别的使用权限。此外，每并且每位用家都有个别的使用权限。此外，每个使用者最多可储存个使用者最多可储存1010只手指指纹，每只手指只手指指纹，每只手指最多可储存最多可储存6060个指纹样本。现在，西门子指纹个指纹样本。现在，西门子指纹手机的在细小如手机的在细小如SIMSIM卡指纹感应器上集成了卡指
39、纹感应器上集成了六六万五千个微型感应器万五千个微型感应器，侦察指纹速度可达每秒，侦察指纹速度可达每秒百分之一毫米。百分之一毫米。韩国韩国的的Pass 21Pass 21公司以三星的公司以三星的SGH-A100SGH-A100样本样本机，成功示范了一次指纹手机的转帐服务。机，成功示范了一次指纹手机的转帐服务。该手机暂定名为该手机暂定名为Pass-PhonePass-Phone，以指纹代替，以指纹代替传统的数字密码，在手机上作银行转帐。传统的数字密码，在手机上作银行转帐。此外，手机更可凭指纹认证，上网作购物此外，手机更可凭指纹认证，上网作购物及收发电子邮件的通行许可，防止黑客攻及收发电子邮件的通行
40、许可，防止黑客攻击。击。三菱三菱也宣布推出指纹手机。手机内同样装也宣布推出指纹手机。手机内同样装有金属感应器式的指纹辨认装置，相比旧有金属感应器式的指纹辨认装置，相比旧式的密码或式的密码或ICIC卡辨认率，指纹辨认的错误卡辨认率，指纹辨认的错误机率不到机率不到0.1%0.1%。法国法国SagemSagem也在也在20002000年展出一款指纹手机，年展出一款指纹手机，名为名为MC 959 IDMC 959 ID，在电池背面装嵌有指纹感，在电池背面装嵌有指纹感应器。应器。指纹识别的汽车：指纹识别的汽车： 西门子公司研制出了有指纹识别西门子公司研制出了有指纹识别技术的汽车，采用了此项技术的汽车不仅
41、技术的汽车，采用了此项技术的汽车不仅门锁装置不再需要钥匙，同时还具有根据门锁装置不再需要钥匙，同时还具有根据指纹及预储的信息，自动调整汽车驾驶员指纹及预储的信息，自动调整汽车驾驶员的座椅高度、前后距离，各个反光镜位置的座椅高度、前后距离，各个反光镜位置及自动接通车载电话等功能。及自动接通车载电话等功能。用户在操作系统安装之初用户在操作系统安装之初输入指纹信息，并将其与输入指纹信息，并将其与具体个人登录信息和密码具体个人登录信息和密码相关联。当系统建立好匹相关联。当系统建立好匹配信息之后，指纹识别数配信息之后，指纹识别数据库开始生效。在使用电据库开始生效。在使用电脑登录个人账户时，用户脑登录个人
42、账户时，用户只需将手指在指纹识别器只需将手指在指纹识别器上刷一下，就可以轻松、上刷一下，就可以轻松、高效通过验证。高效通过验证。 指纹识别的笔记本电脑指纹识别的笔记本电脑 不同的厂商会采用不同的算法，有不同的厂商会采用不同的算法，有的算法把节点和方向信息组合，也有的算的算法把节点和方向信息组合，也有的算法处理整幅指纹图像。这就是各个厂商安法处理整幅指纹图像。这就是各个厂商安全技术的实力成分了。全技术的实力成分了。最后，通过模糊比较的方法，把两个最后，通过模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。程度，最终得到
43、两个指纹的匹配结果。其它的生物识别技术产品：其它的生物识别技术产品：虹膜识别系统虹膜识别系统美国美国美国美国NCRNCRNCRNCR公司制造的公司制造的公司制造的公司制造的“明星明星明星明星”终端机终端机终端机终端机。进入工作间，。进入工作间，。进入工作间，。进入工作间，把双脚放到带有压力传感把双脚放到带有压力传感把双脚放到带有压力传感把双脚放到带有压力传感器的脚踏板上，让系统仔器的脚踏板上，让系统仔器的脚踏板上，让系统仔器的脚踏板上，让系统仔细观察好自己的眼睛。一细观察好自己的眼睛。一细观察好自己的眼睛。一细观察好自己的眼睛。一旦发现你的虹膜与所存储旦发现你的虹膜与所存储旦发现你的虹膜与所存
44、储旦发现你的虹膜与所存储的虹膜相符，的虹膜相符，的虹膜相符，的虹膜相符，“明星明星明星明星”就就就就会呼叫你的名字，开始自会呼叫你的名字，开始自会呼叫你的名字，开始自会呼叫你的名字，开始自动启动你经常要求的操作，动启动你经常要求的操作，动启动你经常要求的操作，动启动你经常要求的操作，这种新型自动提款机已经这种新型自动提款机已经这种新型自动提款机已经这种新型自动提款机已经在加拿大的皇家银行试用在加拿大的皇家银行试用在加拿大的皇家银行试用在加拿大的皇家银行试用了。了。了。了。 手形识别系统手形识别系统先进生物测定学有限公司（先进生物测定学有限公司（ABIABI）面部识别系统面部识别系统 澳大利亚科
45、学及工业研究组织（澳大利亚科学及工业研究组织（CSIROCSIRO）的科学）的科学家研制出一套自动化脸孔辨认系统，可以从储家研制出一套自动化脸孔辨认系统，可以从储存的智能卡或者电脑资料库中调出事先储存的存的智能卡或者电脑资料库中调出事先储存的人脸图像，和真人的脸孔进行比较，在半秒之人脸图像，和真人的脸孔进行比较，在半秒之内，辨认出这个人的身份。这套系统采用的只内，辨认出这个人的身份。这套系统采用的只是普通的个人电脑和一个普通摄像机作为硬件。是普通的个人电脑和一个普通摄像机作为硬件。科学家指出，这套系統的精确度达科学家指出，这套系統的精确度达9595，假如，假如再加上一套声音辨认系统，可以把精确度提高再加上一套声音辨认系统，可以把精确度提高至更高的水平。至更高的水平。人体静脉识别系统人体静脉识别系统深圳特中科实业发展有限公司深圳特中科实业发展有限公司深圳特中科实业发展有限公司深圳特中科实业发展有限公司 输入个人识别号输入个人识别号PIN PIN 通过红外线读取手背静脉通过红外线读取手背静脉指纹指纹ICIC卡识别器卡识别器 指纹锁指纹锁 指纹保险箱指纹保险箱作作 业业P59习题：习题：1、2、5、9、10共共6题题
