[发明专利]使用介电电泳确定实物位置的方法和装置

说明书

发明的背景技术

发明领域

本发明涉及确定包括人和动物在内的各种实物位置的方法和装置，通过观察和检测力、由力引起的转矩、加速度、振动或其它可测量的能以数量表示的力的表现形式来确定位置，由实物独特地呈现的非均匀三维电场空间梯度图形产生并由本发明装置的操作员使用的本发明的装置来检测所述的力、由力引起的的转矩、加速度、振动或其它可测量的能以数量表示的力的表现形式。

已有技术的描述

检测看不清楚的实物，尤其是人，在下列领域有许多用途：消防和营救寻找工作；执法行动；军事行动；等等。尽管检测人、动物和其它物质的已有技术装置已经公知，某些装置通过测量静电场来进行检测，但是，没有可操作的已有技术装置使用由实物独特地呈现的非均匀电场平方空间梯度三维图形引起的力来指示目标实物相对于装置的操作员的准确位置和方向。通过利用感应力和由力引起的作用在天线和装置的其它元件部分上的转矩的电动作用、介电电泳，本发明能给出目标实物的快速方向位置指示。针对力、由力引起的转矩、加速度、振动或其它可测量的能以数量表示的力的表现形式是非常小并难以检测的情况，还能提供一个测量仪表以指示最强非均匀电场平方空间梯度信号强度的方向。应该注意到，尽管对于许多不同类型的实物能使用本发明，但本发明的最主要用途是确定人的位置，不管是否存在使物体看不见的材料构件(墙，树，土墩，等等)，是否存在射频干扰和电磁干扰的干扰信号，是否有不利的天气状况，以及是否在白天或晚上的可见度状态。

美国专利No.3,771,152(Dettling等人)公开了入侵者检测器，其中由入侵者引起的静电场的变化产生检测信号。得到无方向性的信息。美国专利No.4,316,180(LeVert)公开了一种方向检测器，该检测器通过测量局部静电场的变化确定入侵者(人)的位置。用两个线圈来区分装置的前侧和后侧。没有给出特别的实际方向的指示。美国专利No.5,436,613(Ghosh等人)测量电场的消耗来确定生物组织(与导体或绝缘体相反)已经透进电场。日本专利No.113692公开了一种测量静电电容的差值的人检测装置。

目前尚无单独或组合的发明和专利描述了本发明所请求保护的内容。

发明概述

本发明使用如介电电泳之类的公知的电动效应来检测各种实物的存在。正如上面所讨论的，本发明的主要用途是检测眼光看不到的人并确定其位置。由本发明使用的电动效应，即介电电泳，是五种公知的电动效应之一，(其它四种是电泳，电渗，多恩效应，流动电位)，并描述了通过空间非均匀电场感应影响介电极化的起始中性物质的机械行为的力。通过电场的空间梯度可测量电场的空间非均匀性。介电电泳力非线性地取决于几种因素，包括周围介质(空气加上任何介入的墙，树，等等)的介电极化率，起始中性物质(装置的天线和装置的其它组成部分)的介电极化率和外形尺寸，在装置的天线和其它组成部分中检测到的人目标的局部电场分布的平方的空间梯度。由在装置的天线和其它组成部分上感应的极化电荷产生的介电电泳力测量空间梯度，并且，此介电电泳力是恒定方向寻找力，总是使装置的天线和其它组成部分指向(或试图指向)预定类型实物呈现的三维非均匀电场的平方空间梯度图形中的最大值。

作为待定位的实物(如人目标)相对于装置的天线和其它组成部分的角位置和径向位置的函数，该恒定方向寻找力的幅度变化相当大，取决于介入的介质(如空气)的有效介电极化率和在装置的天线和其它组成部分中使用的材料的有效介电极化率。下面的方程定义了介电电泳力，其中方程1对应球形起始中性目标(球形天线和装置的其它组成部分)的介电电泳力，方程2对应柱形起始中性目标(柱形天线和装置的其它组成部分)的介电电泳力。

F＝3/2(4/3(πa³))∈₀K₁(K₂-K₁)/(K₂+2K₁)|E₀|²

                     方程1

F＝(πa²)(L)∈₀K₁(K₂-K₁)/(K₂+K₁)|E₀|²

                    方程2其中：

F是由天线和装置的其它组成部分检测的介电力矢量；