专利名称：测量电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过检测存在物的介电动态(dielectrokinesis)反应来确定各种存在物的方法和装置。特别是，本发明涉及一种方法和装置，作为探测和测量介电动态反应的电流指示器。
背景技术：
人，动物，有机物以及其他存在物产生一种外部电场及其梯度，从而在细胞膜中引起极化、去极化和再极化现象。这种现象导致极化状态可以被申请号为No.08/758,248和No.08/840,649的美国专利(见附录A及B)所描述的检测器所检测。关于介电动态效应及其如何被检测的背景信息已在那些申请中进行了详尽的，讨论并在此引入作为参考。因此，为了简洁起见，这一讨论不在此重复。
本发明所涉及的是对于在那些申请中所描述的发明中检测器和检0测电路的一种改进。特别是，在例如美国专利申请号为No.08/758,248(附录A)的图5所示的线路中，包括了一个电线102，在其上感受力和相应的介电动态效应的作用。天线102被连接至一个最佳的低通滤波器F1，它输出到一个电流检测装置(在图5中所示为JFETsJ1，J2和J3)，在电流检测器JFETs之后，电流继续流入电表M1，及一个可选的压电蜂鸣器P1。电流检测器(JFETsJ1，J2和J3)与表M1及压电蜂鸣器一起用来检测天线102上的微弱电流，该电流介电效应感生。
因此，按照申请No.08/758,248的图5所描述的，操作者运用一个天线去检测与被测物的存在相应的介电动态效应，并因而产生一个与该检测相关的很低水平的电流。图5中的低水平电流探测器接受在天线102中感生的低水平电流并使其通过低通滤波器F1，然后传到相应的JFETs的门。如果电流超过了各JFETs的操作门阀值，则JFETs因此开通，完成由电池B1供能的并包括表M1及压电蜂鸣器P1的电路。用这样的方法，感生在天线102的电流将控制表M1及压电蜂鸣器P1，因而得以检测在天线102邻近的介电动态效应并(通过表M1及压电蜂鸣器)显示给操作者。
本发明是一种特殊设计的电路，用于检测一种存在于天线邻近的未知物的介电动态效应在天线上感生的低水平的电流。尤其是，改进检测设备使其增加可用于精确地检测未知物的检测距离。也就是，希望在检测器中，增加距离而能使检测器设备明确地辨识出物质的存在。不幸的是，当检测器与被测物的距离增加时，检测器接收的未知物的介电动态效应而感生的信号强度显著下降从而导致对未知物存在的错误辩识。由于感生在天线102上的电流水平可能已经比较低(等于或低于JFETs的门阀值)，电流水平的降低(从而信噪比也降低)将会对运行特性包括最大有效检测距离产生显著影响。
此外，已于关放附录A及B的阐述中说明，检测器包括为测量由来自未知物的存在而感生的在检测器附近的电场而设计的电路。在天线102上感生的电流超过JFETsJ1，J2和J3的门阀值时才能被检测到。在电流水平低于门阈值时检测失败。这一方法可提供运行的低灵敏度，因为，如果电流门阈值被超过(通过电表的运动和压电蜂鸣器的作用)操作者将接收到正指示，若是没有超过，将完全没有指示。
本发明的范例方案概述本测量电路与天线，滤波以及在附录A及B中描述的检测器线路联合运行。用本电路代替附录A中图5的JFETs，操作者可检测未知物的存在更细指示。
运用本检测线路操作能将测量水平设定为一特定值(最好设定为空值)使其对介电动态效应的变化的测量更敏感。这样，例如若电场的环境水平为20微伏每厘米，而由于引入一未知到天线102的有效范围所产生的介电动态效应造成所在环境的电场变化为+1微伏每厘米，即这一变化为从20微伏每厘米变到21微伏每厘米，在仪表上相对于JFETs门阈值可能是不能辩明的。在这一情况下，仪表和压电蜂鸣器将不能在环境条件与变化条件之间作出适当的辨别。
然而，若电流检测在环境条件下自行“调零”，则从零(环境条件)到+1微伏每厘米(当未知物引入天线102的有效区域时)的变化就能被检测线路更敏感地辨认出来，从而给操作者提供关于未知物存在的一个更为明显的辨识。
因此，本发明的好处在于为检测未辨物的存在提供了检测灵敏度的改进，还增加了有效测量距离。
本发明其他优点及目的将参考相关的图作详细说明。其中图1是本发明的范例实施方案的一个线路图。
当前优选实施方案的详细说明附录A的图5所示为一种线路图，其中，一个天线102检测在检测器附近的电场并交值的电流传递给检测器的电路。本发明能够在附录A描述的食品中以图1所示的电路(见附件)代替图5的现有检测线路来与同样天线102连接。
关于这方面，本发明的图1示出改进的电流检测线路10的一个实施例。如图1所示，由电路10连接至天线2(与附录A图5的天线102一致)。当电场置于其附近的有效范围时，天线2提供一低水平电流。电流检测器的电路10测量由天线2提供的电流并通过仪表50为操作者提供这一电流的指示，如美国专利申请No.08/758,248有关的描述。
本电流传感器10包括一系列的放大器，从第一个运算放大器12开始，联接到一系列放大器电路30，32，34和36。运算放大器12最好是低噪声，低频精密运算放大器，它允许非常低水平的输入电流(在皮安培水平)。例如，一种适于本电流检测器的运算放大器已由马萨诸塞州的Analog Devices of Norwood上市，其产品号为No.AD645，一张关于这一产品的数据表见附录C，在此引入作为参考。其他的放大器也能用，如果它们对运行频率带有一电压噪声谱密度曲线，并在这一频率处，介电效应能够以足够的灵敏度被检测到。例如，通过检测人的心脏电信号的介电效应来对人进行检测时，具有噪声谱密度曲线并运行于大约18赫兹或略低一些，最好大约为10赫兹左右的放大器就能满足要求。对于其它存在物的检测或通过其它生理特性检测人这样的存在物时，其它的(不同的)运行特性可能更适当。
进行人的检测时，其运行频率取决于心脏的跳动频率。典型的情况下，心跳频率大约是1-2Hz。将心跳信号进行富氏变换后，人们发现其基频大约在17.5Hz(因此理想的运行特性在18Hz或略低)。当然，更高的频率可用来针对富氏变换的更高端的分量，直到任何频率水平，只要其信噪比仍能低到足以推翻出有用的信号。发明人已经发现，运用本技术，在背景噪声足以盖过富氏分量之前，这种更高的频率及对应的富氏分量在欧洲可以被用于高到大约50Hz，而在美国可以到60Hz。
运算放大器12的反向输入接受来自运算放大器12输出端的反馈信号。运算放大器的非反反向输入通过串联电容C1接受天线信号。C1可根据系统所用的特殊设计要求来选用，但最好是金属膜电容器，例如可选用0.47μF的金属膜电容器。
然后运算放大器12的输出通过电阻R5馈给第一放大级30内的放大器14。每一放大级如30，32，34和36在反向输入端均包括这样一个电阻(即R6，R7，以及R9+R9)。此外，在分别属于放大级30，32，34和36的放大器14，16，18和20的每个输出均通过相应的并联的电阻、电容R1，R2，R3和R4以及C2，C3，C4和C5反馈到各处自的反向输入端。而在放大器14的输出端耦合一个电容C6，该电容可用一个2.2，的陶瓷电容器，串联在放大器14和第2放大级32之间。
放大器14和16的非反向输入通过电阻R11和R12接地。对于放大级34和36的放大器18和20分别提供有自动零调节。特别是，在第三放大约34，放大器18的非反向输入端拉一个可变电阻14，该电阻通过电阻R13串接到正电压(例如为+9伏)，并且通过电阻R15接向一个负电压(例如为-9伏)。可变电阻R14组成了零偏置调节线路22的一部份。该零偏置调节线路22接到放大器18的非反向输入端。
零偏置调节电路22使操作者可以调节第三级的增益以调节在高增益的放大级可能存在的飘移。作为调节电路22的范例方案，电阻R3的值可取100K欧，电阻R15的阻值可为100K欧，而电阻R14的阻值可为5K欧。此外，电容C9可为0.1μF，并可用金属膜电容器。
第四放大极36包括放大器20及输入电阻R8并与R9串联。电阻R8是可变的并有一值为250K欧姆，而电阻R9其值固定为220K欧。电阻R8是一个电位计，它为操作者提供一个灵敏的调节。此外，调节线路24被提供给放大器20的非反向输入端用以为正在使用的测量表提供一个中心调节。这可使操作者能够确定未知物的存在是使测量线路增加了电容还是减少了电容。中心调节电路24包括可变电阻R16，接在正、负电压之间。它可以是一个50K欧的电阻器并联一个0.1MF的金属薄膜电阻器C10。理想的情况是，在没有输入信号存在时，R16调节到它的二分之一大小(即，仪表值位于中心的位置)。
第四放大级36的输出提供给电阻R10，其值为47K欧，但应根据所用的测量表作适当调节。电阻R10的输出提供给仪表50，操作者用该仪表辩识天线上经前面讨论过的各级放大器放大的电流的存在。
在运行中，一旦由介电动态效应引起了电场相对于周边条件的变化，一个很小电流将会在天线2上被检测到。这一电流可能仅为P安培级，该电流通过隔直电容C1提供给放大器12的非反向输入端。这一放大器其频率限制在10Hz，这一频率是最好的频率，试验表明，在此频率未知物的存在所引起的微弱介电效应能被看到，并且未知存在物和检测量之间的耦合是最大的。放大器12增加信号强度并将输出提供给四个放大级30，32，34和36。这些放大级进一步提高信号值从而使在电流检测器线路10输出端的仪表10在距离甚至大到例如20米以上时仍能够高度清晰地辨识出来未知物的存在。
电路10将在环境电场条件下有短时浮动，例如，在2～3秒后，电路将自行在环境条件下调零。此后，在天线2附近由于引入其它存在物所造成的介电效应而引起的电场变化将被测量线路记录。用运一方法，相对于环境条件的任何变化能够高灵敏度地直接在所用电表上被检测，已讨论如前。
本发明不完全限于图1所示的电路，也能采用其他的电路设计，但它应是一种低通的键控切断的设备，它有电压噪声谱密度曲线，运行于大约50Hz或更低的频率，最好是大约为10-18Hz。这一点能使电路10感知天线2上的电荷并用电荷作用于一系列的增益以便使用仪表或其他合适的设备进行检测。
本发明有许多应用而不仅仅限于某一种特殊应用。发明人发现，天线检测器和测量电路可用来检测许多隐藏物的存在，包括人，动物，聚合物，受控物，等等。进一步的应用包括检测在确定环境中的运动(运动检测)。例如，当一个存在物是全然地静止在一个房间里，本电路将首先检测到这个存在物，然后(数秒后)自动调零到环境零件。此后，若存在物运动，检测表将记录下由于人的心脏的物理位置相对于检测天线2的变化引起的在此房间中的介电动态效应的变化(由此使天线2感知的电场变化)。
本发明的另一应用是在医疗论断领域里。特别是，该发明可用来从数量上表征对应于人的心肌及传导神经的电场。运一做法能使操作者通过查阅这些电场特征与正常标准的比较来提供心脏健康状况的指示。一种可以被检测的可能的特性(属于许多潜在的不同的特性之一)是心律变化率及交感神经和副交感神经的同步节律。在这一方面，本发明在检测心脏情况方面比现代技术心电图试验更为敏感。
本发明的另一种进一步的应用是独立模式运行，两不需要与地面GP1接触的一个参考物(如操作人)存在，如附录A的第12页所描述。发明人发现，适当选择放大器12的运行特性(如附录C的范例中所描述)，检测和测量线路可以在没有参考物物理连接到地面的情况下运行。这就许可该设备作为独立设备运行而不需要操作者的实际存在。
虽然本发明已结合目前认为是最实际和最好的实施方案进行了描述，但应理解，本发明不限于已公开的实施方案。相反，它意在涵盖包括在附后的权利要求的实质和范畴内的各种修改及相当的安排。
权利要求
1.一种测量环境中介电动态效应变化的装置，该环境在任一时刻由瞬时周边介电动态条件为特征，包括一个电流检测器，它电气连接至一个天线以便从天线上接收指示所述介电动态效应变化的天线信号，包括一个低输入电流放大器，它带有一个电压噪声谱密度曲线，运行于50Hz或更低，接受天线信号，并输出第一信号，及一个放大级与低输入电流放大器串联以放大第一信号为一个输出信号，为检测设备用来辨识介电动态效应的变化，其中放大级包括一个调零电路用以周期地将输出信号标准化为一种预先确定的值，使之与瞬态周边介电动态条件相当。
2.按照权利要求1的装置，其中天线信号在低输入电流放大器是低频低电流信号。
3.按权利要求1的装置，其中低电流放大器是一个运算放大器，带有一个压电噪声谱密度曲线，低于18Hz运行。
4.按权利要求1的装置，其中低输入电流放大器在10Hz或更低时限幅。
5.按权利要求1的装置，其中低输入电流放大器是一种反馈运算放大器。
6.按权利要求1的装置，其中放大级包括一系列的放大器。
7.按权利要求6的装置，其中一系列的放大器包括第一直到第三放大级。第一放大级是一个固定增益放大器，第二放大级是一个可变增益放大器，其增益按照零偏置调节而变化，第三放大级是一个可变增益放大器，按照中心调节而变化。
8.按照权利要求7的装置，其中第二放大级包括一个分压电路以提供所述零偏置调节。
9.按权利要求7的装置，其中第三放大级包括一个分压电路以提供所述中心调节。
10.按权利要求7的装置，在所述第二与第三放大级之间还包括一个电位计。
11.按权利要求7的装置，其中第一至第三放大级是逐级串联的。
12.按权利要求7的装置，还包括一个第四放大级。
13.按权利要求1的装置，其中置零电路周期性地将输出信号标准纪为零值。
14.一种测量环境中介电效应变化的方法，该环境在任一时刻以其瞬态周边介电条件为特征，该方法包括以下步骤从一个天线上接收指明所述介电动态效应变化的天线信号，第一步用一低输入电流放大器第一步放大天线信号，该放大器带有电压噪声谱密度曲线，以50Hz运行并输出其结果信号作为第一信号。第二步将第一步信号放大成一个输出信号，用于检测装置辨识介电动态效应的变化，包括以下步骤，周期性地将输出信号标准化为预定值，使其等同于瞬态的周边介电动态条件。
15.按照权利要求13的方法，其中第一步放大包括一个低频放大步骤。
16.按照权利要求13的方法，其中第一步放大包括用一个运用运算放大器放大的步骤，运算放大器带有电压噪声谱密度曲线，在18Hz下运行。
17.按权利要求13的方法，其中第一步放大包括运用一个在10Hz或更低时限幅的放大器来放大的步骤。
18.按照权利要求13的方法，其中第一步放大包括第一信号的反馈步骤。
19.按权利要求13的方法，其中第二步放大包括通过一系列放大器放大的步骤。
20.按照权利要求19的方法，其中第二步放大包括从第一至第三放大级进行放大的，其中第一放大级提供一个固定增益，第二放大级提供一个可变增益，该增益根据零偏置调节而变化，第三放大级提供可变增益，该增益按照中心调节而变化。
21.按照权利要求20的方法，其中第二放大级提供一个分压电路以提供所述零偏调节。
22.按权利要求20的方法，其中第三放大器级提供一个分压电路以提供所述中心调节。
23.按权利要求20的方法，还包括调节进一步包括在所述第二和第三放大级之间的电位器的调节步骤。
24.按照权利要求20的方法，其中第二步放大包括通过第四放大级放大的步骤。
25.按照权利要求13的方法，其中周期性的标准化步骤包括标准化输出信号为零值。
全文摘要
本发明提供了一种作为介电动态检测设备的电流检测器和测量线路。该设备在探测诸如人,动物,材料或受控物质等隐藏的存在这一领域内尤其有用。一个电流检测器连接至一个天线,检测介电动态的微弱变化在范围内出现的时间。本电流检测器按照周围电场值自行调零,从而使其对由于介电动态产生的电场变化有增灵敏度。本发明可用于隐藏实体或物质的检测,运动检测,医疗论断检测等,以及其他应用。
文档编号G08B13/24GK1277705SQ98810518
公开日2000年12月20日 申请日期1998年8月20日 优先权日1997年8月25日
发明者T·阿菲拉尼 申请人:Dkl国际有限公司