一种可穿戴电击抓捕器

技术领域

本发明涉及一种非致命性警用器械，尤其是电击手套、电击衣物等可穿戴电击抓捕器。

背景技术

脉冲电击手套在面对暴徒伤害、危机四伏的情况下是警察快速制敌的有效武器，能够有效提升抓捕效率,保护执法人员的人身安全。

传统电击手套基本由高压发生器电路、发电电极和信号触发装置组成，在执法人员手抓暴徒时由信号触发装置触发信号，高压发生器电路发出电流给到发电电极，通过发电电极与暴徒的身体的物理接触来传递电击，对于信号触发部分，基本采用手动控制和自动控制两种方式。

手动控制方式之一是在电击手套的特定部位安置易于执法人员控制的电源输出开关，通过执法人员对开关的控制来输出电击，例如中国专利CN201821675295.2在手套的大拇指位置设电源开关，开关导通输出PWM进行升压倍压形成高压脉冲给到高压电击触点的电极片释放，存在需要执法人员主动操作的缺陷，在执法人员搏斗过程中没有条件操作时无法发挥辅助制敌作用。另一种手动控制方式则通过执法人员的手势姿态来控制电击输出，例如中国专利CN92243916.8通过将手攥起来驱动开关接通进而产生高压，在执法人员手掌姿态调整受限状态下失去功能，且日常中容易产生误触发现象，无法商业实际普及。

自动控制中一般利用执法人员抓住暴徒手掌与暴徒身体之间所产生的压力来作为判别，例如中国专利CN201720732976.7设置单个薄膜轻触压力开关，美国专利US7206183B2设置多个压敏激活开关扩大分布，容易产生意外直接或间接对自己的电击，例如：意外直接按压自身裸露肢体、对方裸露肢体与自身裸露肢体有直接接触时电击对方导致自身被电击等。同时运用传统压力传感器也很难覆盖全手内侧，导致不能及时电击的问题。

发明内容

本发明的目的在于部分改善现有技术的不足之处，而提供一种可穿戴电击抓捕器。

所述的可穿戴电击抓捕器除电击装置外，还设置绝缘层，例如手套或衣服的皮革、橡胶、针织物或机织物，绝缘层的厚度配置为0.5-5mm；其中绝缘层具有外表面以及用于直接或间接接触使用者身体的内表面。所述的触碰检测装置，包括设置在所述内表面上的至少一个用于与使用者身体接触或耦合的内侧电极，以及触碰感应器、电容数字转换电路、控制器。其中电容数字转换电路与控制器电连接，电容数字转换电路用于获取内侧电极的对地的自电容；控制器基于自电容和触碰感应器的触碰信号输出电击启动信号。

在一种情况下，内侧电极与使用者(执法人员)身体直接接触实现电气连通，或者，内侧电极通过薄层贴合使用者身体时达到内侧电极与使用者身体之间的电容耦合的实现。

本发明中，触碰检测装置还设置有开关阵列；控制器和/或电容数字转换电路通过开关阵列来实现对各个电极的选通控制。所述电容数字转换电路(CDC)，例如ADI7142、ADI7147，采用Δ-Σ调制方式通过多次对被测电容进行充放电并与参考电容比较的方法(参见：US Patent Number:5,134,401)直接将被测电容值转换成数字值，可以将对电容的测量灵敏度提高到1ff级别，容易满足测量系统在安全距离下对电容测量灵敏度的要求，特别是，这些芯片的设计具有多个通道，使得电路设计简单方便，从而有效降低成本和安装难度。或者，采用R-SpiNNaker芯片达到电容数字转换电路、主控电路、通讯电路、开关阵列的集成，大幅度减少元器件的数量以及缩短芯片体积，其中R-SpiNNaker芯片详细可以参考专利资料CN202110956246.6。

使用时，内侧电极与使用者身体接触或耦合，利用人体自电容变化来区别是否有对自身放电的风险，以及配合触碰感应器的触碰信号形成与逻辑控制是否放电，例如在触碰信号存在的状态下，利用按压自身裸露肢体与没接触自身的内侧电极自电容变化不大、对方裸露肢体与自身裸露肢体有直接接触导致内侧电极对地的自电容发生较大幅度变化等的差异，达到区分情况正确放电，避免对执法人员的误电击。

作为一种改进方案，上述绝缘层的外表面还可以加多设置至少一个外侧电极，利用外侧电极与内侧电极之间的互电容和/或电阻来达到进一步修正或触发检测等功能实现。

作为该改进方案的第一种实施方式，可以设置外侧电极在执法人员抓住暴徒时用于与暴徒身体接触或耦合，此时电容数字转换电路分别获取内侧电极和外侧电极的对地的自电容。利用外侧电极接触对方裸露肢体、自身裸露肢体与对方无接触时，外侧电极自电容变化而内侧电极自电容变化不大；外侧电极接触对方裸露肢体、自身裸露肢体与对方接触时，内外侧电极自电容变化等差异，获得更准确判别。作为该实施方式的进一步优选，可以配置外侧电极具有至少两个，外侧电极分布于外表面并彼此绝缘，电容数字转换电路获取各个外侧电极之间的互电容，利用互电容反映外侧电极与暴徒接触的贴合程度、人体温度，来修正外侧电极的自电容的变化值，消除由于抓住暴徒时手套与暴徒结合的紧密程度造成的自电容误差；和/或，在外侧电极被配置为接触电击对象身体的情况下，例如，在外侧电极裸露设置于绝缘层外表面的情况下，控制器获取各个外侧电极之间的电阻，通过测量外侧电极间的电阻，以修正暴徒身体出汗导致的湿度差异引起的自电容量的偏差。

作为该改进方案的第二种实施方式，可以独立地或者在第一种实施方案的实施基础上，设置外侧电极裸露在外表面、内侧电极用于与使用者身体直接接触(例如内侧电极裸露设置于内表面)，控制器获取内外侧电极之间的电阻，并基于自电容、电阻和触碰感应器的触碰信号输出电击启动信号。例如手套与自己身体接触的情况，分时测量内外侧电极之间电阻，此时内外两电极通过自身导通，电阻相对于开路阻值较小，而内侧电极与自身导通形成一个大电极.此时自身对地电容与没有接触自身时对地电容无明显变化，这种情况屏蔽电击功能以免误伤自己；又如手套接触自己身体但有衣服绝缘的情况，此时内外两电极之间衣服绝缘形成开路，电阻极大，内侧电极与自身导通形成的大电极对地电容与没有接触自身时对地电容无明显变化，这种情况屏蔽电击功能以免误伤自己；又如手套与对方身体接触但自身与对方无身体直接接触，此时内外两电极衣服绝缘形成开路，电阻极大，内侧电极与自身导通形成的大电极由于对方身体的介入发生自电容显著变化，这种情况应激活电击功能电击对方；又如手套与对方身体接触但自身与对方身体直接接触，分时测量内外电极之间的电阻，此时两电极通过自身导通，电阻相对于开路阻值较小，内外电极的自电容都发生显著变化，这种情况屏蔽电击功能以免电击对方的同时也电击到自己；又如当手套接触或抓握其它物品时，一般而言，其它常见物品引起自电容的变化要远小于对方人体引起的自电容变化，此时也可以屏蔽电击功能，减少电池的损耗。

本发明中，电极之间的电阻可以采用控制器上的ADC功能来实现检测。进一步的，在设置有外侧电极的情况下，配置控制器与外侧电极之间通过继电器电连接，以避免电击的大电流通过对方身体-外侧电极造成芯片损伤。

本发明中，触碰感应器为压力检测装置，例如可以采用压力传感器或压力开关。作为该改进方案的第三种实施方式，可以独立地或者在第一、二实施例的基础上，将绝缘层为弹性层，在此基础上，利用内侧电极和外侧电极来构建压力检测，此时电容数字转换电路获取内侧电极的对地的自电容，以及获取内外侧电极之间的互电容，利用互电容替代传统的压力开关，扩大压力传感器接触面积、提高佩戴舒适度和降低成本。

作为另一种改进方案，同理于外侧电极设置多个的方案，内侧电极可以设置至少两个，内侧电极分布于内表面并彼此绝缘，电容数字转换电路获取各个内侧电极之间的互电容来修正内侧电极的自电容，和/或控制器获取各个用于接触电击对象身体的内侧电极之间的电阻来修正内侧电极的自电容。

本发明中，电极被配置为柔性电极或刚性电极，其中柔性电极用以提升穿戴时的人体舒适度。可穿戴电击抓捕器为手套或衣服。

附图说明

图1示出了电击抓捕器的结构示意图。

图2-1示出了电极与使用者直接接触示意图。

图2-2示出了电极与使用者通过薄层电容耦合的示意图。

图3示出了触碰检测装置示意图。

图4示出了电击捕捉器与使用者身体直接接触示意图。

图5示出了电击捕捉器接触使用者身体其它部分有衣服绝缘示意图。

图6示出了绝缘层内侧和外侧布置多个电极示意图。

图7示出了电击捕捉器与对方身体接触但无身体直接接触示意图。

图8示出了电击捕捉器与对方身体接触同时使用者也与对方接触示意图。

图9示出了绝缘层外侧布置多个彼此绝缘的电极示意图。

图10示出了绝缘层外侧布置多个裸露电极示意图。

图11示出了外侧电极与控制器通过继电器连接示意图。

图12示出了布置单个电极时分时检测时开关阵列的示意图。

图13示出了布置多个电极时分时检测时开关阵列的示意图。

图14示出了分时检测的时序图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种可穿戴电击抓捕器，例如电击手套或电击衣物，包括绝缘层200、内侧电极300、外侧电极400。

其中绝缘层200的材料可以为手套或衣服的皮革、橡胶、针织物或机织物，绝缘层200具有用于直接或间接接触使用者100的内表面以及远离使用者100的外表面。

如图2-1所示，内侧电极300与使用者100直接接触实现电气连通，如图2-2所示，内侧电极300通过薄层500贴合使用者100时达到内侧电极300与使用者100之间的电容耦合的实现。

如图3、12所示，一种可穿戴电击抓捕器，还包括触碰检测装置600，触碰检测装置600由内侧电极300和外侧电极400构成，检测时开关阵列600中的K

如图4、12所示，检测时开关阵列600中的K

如图5、12所示，检测时开关阵列600中的K

如图7、12所示，检测时开关阵列600中的K

如图8、12所示，检测时开关阵列600中的K

通过触碰检测装置600的触碰信号形成与上述逻辑控制是否放电，达到区分情况正确放电，避免对执法人员的误电击。

作为该改进方案的第一种实施方式，如图7、8、12所示，可以设置外侧电极400在使用者100抓住对方身体800时用于与对方身体800接触或耦合，此时电容数字转换电路930分别获取内侧电极300和外侧电极400的对地的自电容。利用外侧电极400接触对方身体800、使用者100自身裸露肢体和对方身体800无接触时，外侧电极400自电容变化而内侧电极300自电容变化不大；外侧电极400接触对方身体800裸露肢体、使用者100裸露肢体与对方身体800接触时，内侧电极300和外侧电极400自电容变化等差异，获得更准确判别。

如图9、13所示，作为该实施方式的进一步优选，可以配置外侧电极具有至少两个401、402，外侧电极分布于绝缘层200外表面并彼此绝缘，开关阵列600中的K

如图1、3、4、5、7、8、12、14所示作为该改进方案的第二种实施方式，可以独立地或者在第一种实施方案的实施基础上，设置外侧电极400裸露在外表面、内侧电极300用于与使用者100身体直接接触(例如内侧电极300裸露设置于内表面)，在分时检测周期T内，T1时间段内，开关阵列600中的K

本发明中，电极之间的电阻可以采用控制器上的ADC模块920来实现检测。如图11所示，进一步的，在设置有外侧电极400的情况下，配置控制器10与外侧电极400之间通过继电器11电连接，以避免电击的大电流通过对方身体800-外侧电极400造成芯片损伤。

如图3所示，作为该改进方案的第三种实施方式，可以独立地或者在第一、二实施例的基础上，将绝缘层200为弹性层，在此基础上，利用内侧电极300和外侧电极400来构建压力检测，此时电容数字转换电路930获取内侧电极300的对地的自电容，以及获取内侧电极300和外侧电极400之间的互电容，利用互电容替代传统的压力开关，扩大压力传感器接触面积、提高佩戴舒适度和降低成本。

如图6所示，作为另一种改进方案，同理于外侧电极400设置多个的方案，内侧电极300可以设置至少两个，电极301和电极302，内侧电极301、302分布于绝缘层200内表面并彼此绝缘，电容数字转换电路930获取内侧电极301、302之间的互电容来修正内侧电极301、302的自电容，和/或控制器10获取各个用于接触使用者身体100的内侧电极301、302之间的电阻来修正内侧电极的自电容。

本发明中，电极被配置为柔性电极或刚性电极，其中柔性电极用以提升穿戴时的人体舒适度。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。