سنسور اثر انگشت خازنی یکی از روش‌های شناسایی اثر انگشت است که در سیستم‌های امنیتی، دستگاه‌های دسترسی، تلفن‌های همراه و دیگر دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود. این سنسور با استفاده از تغییرات میدان الکتریکی که اثر انگشت بر روی آن ایجاد میکند، اطلاعات مورد نیاز را به دستگاه پردازش می‌دهد. از مزایای استفاده از سنسور خازنی می‌توان به سرعت و دقت بالا، کاهش خطر خطای تشخیص و افزایش امنیت اشاره کرد. همچنین، این سنسور برای استفاده در شرایط مختلفی مانند سرعت بالا، دمای پایین و بالا، و شرایط رطوبتی مناسب است. در این مقاله به بررسی عملکرد و کاربرد سنسور اثر انگشت خازنی پرداخته خواهد شد.
زیر و بم سنسور اثر انگشت خازنی
سنسور اثر انگشت خازنی نوعی از سنسورهای اثر انگشت هستند که بجای استفاده از فناوری اپتیکال و یا فناوری‌های پیشرفته سنسورهای پلیمری از مجموعه از خازن‌ها برای تشخیص الگوهای آثار انگشت استفاده میکند.
فناوری استفاده شده در این سنسورها با توجه به تغییر ظرفیت مجموعه‌ایی از خازن‌هایی که با سطحی رسانا در تماس هستند می‌تواند تصویری مجازی از الگوی آثار انگشت را ایجاد نماید. با به کار بردن این سنسورها در دستگاه، دور زدن دستگاه حضور و غیاب اثر انگشتی عملا غیر ممکن است!
[elementor-template id=”17129″]
ساختار سنسور اثر انگشت خازنی
سنسور اثر انگشت خازنی معمولا از تعداد زیادی سلول تشکیل شده‌اند که هر یک از آنها شامل دو صفحه رسانا هستند که از لایه‌ایی از مواد عایق الکریسیته پوشانده شده‌اند. این سلول‌ها کوچکتر از عرض شیار های اثر انگشت هستند.
همانطور که ممکن است تشخیص داده باشید، دو صفحه هادی یک خازن اصلی، یک جزء الکتریکی را تشکیل می‌دهد که می‌تواند شارژ را ذخیره کند. سطح انگشت به عنوان صفحه خازن سوم عمل میکند، که توسط لایه‌های عایق در ساختار سلول جدا می‌شود و در مورد فرو رفتگی‌های اثر انگشت، حفره هوایی ناشی از فرورفتگی‌های اثر انگشت این کار را میکند.
متفاوت بودن فاصله بین صفحات خازن (با نزدیکتر کردن انگشت یا دورتر از صفحه های رسانا) باعث تغییر ظرفیت خازن (توانایی ذخیره بار) می‌شود. به این دلیل، خازن موجود در سلول زیر برآمدگی‌های اثر انگشت از خازنی که در یک سلول زیر یک فرورفتگی اثر انگشت قرار گرفته است بار الکتریکی بیشتری خواهند داشت.
بیشتر بخوانید: سنسور اثر انگشت نوری
فرآیند اسکن انگشت در سنسورهای خازنی
در سنسور اثر انگشت خازنی در دستگاه حضور و غیاب، ابتدا پردازنده سوئیچ تنظیم مجدد برای هر سلول را می‌بندد، به این ترتیب کل مدارات به تعدال رسیده و سیستم آماده اسکن اثر انگشت می‌گردد. هنگامی که سوئیچ دوباره باز شود و پردازنده بار ثابت را به مدار اعمال کند، خازن ها شارژ می‌شوند. از آنجا که فاصله تا انگشت باعث تغییر ظرفیت خازن می‌شود، یک برآمدگی‌های اثر انگشت منجر به خروجی ولتاژ متفاوت از فرورفتگی‌های اثر انگشت خواهد شد.
لذا ولتاژ خروجی خازن‌ها بعد از قرار گرفتن اثر انگشت با یکدیگر تفاوت خواهد داشت و این تفاوت بار الکتریکی در هر خازن نسبت به خازن دیگر به سنسور کمک میکند که با توجه به اندازه‌گیری بار الکتریکی خازن‌ها بتواند نقشه‌ایی الکترونیکی از خازن‌هایی که دارای بار الکتریکی بیشتر و کمتر هستند را ترسیم کند.
با توجه به شیوه عملکرد خازن‌ها در مجاورت برآمدگی‌های و فرورفتگی‌های اثر انگشت و اندازه‌گیری بار الکتریکی هر سلول سنسور می‌تواند متوجه شود که آن سلول در مجاورت یک برآمدگی اثر انگشت بوده و یا در مجاورت یک فرورفتگی اثر انگشت بوده و به این ترتیب سنسور می‌تواند تصویری مجازی را از شکل برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌های اثر انگشت ایجاد نماید که مشابه تصویری خواهد بود که یک اسکنر نوری از آثار انگشت به دست می‌دهد.
بیشتر بخوانید: سنسور اثر انگشت پلیمری
مزایا و معایب سنسور اثر انگشت خازنی
سنسور اثر انگشت خازنی (Capacitive fingerprint sensor) یکی از نوعی از سنسورهای اثر انگشت است که از فناوری خازنی برای تشخیص اثر انگشت استفاده میکند. این سنسورها با داشتن برخی مزایا و معایب از دیگر سنسورهای اثر انگشت متفاوت هستند که در ادامه به آنها می‌پردازیم:
مهمترین مزیت سنسور اثر انگشت خازنی در دستگاه حضور و غیاب اثر انگشتی این است که به جای الگوی نور و تاریکی که باعث ایجاد تصویری اثر انگشت می‌شود، به شکل واقعی اثر انگشت احتیاج دارد و این امر فریب سیستم را سخت‌تر میکند. علاوه بر این، از آنجایی که آنها از تراشه نیمه هادی به جای یک واحد CCD استفاده می‌کنند، اسکنرهای خازنی فضای کمتری از سنسور های نوری نیاز دارند.
مزایا:
- دقت بالا: این سنسورها با دقت بالایی اثر انگشت را تشخیص می‌دهند و به راحتی قابل تقلب نیستند.
- عدم نیاز به فشار قوی: در برخی سنسورهای اثر انگشت دیگر، برای تشخیص اثر انگشت نیاز به فشار قوی بر روی سنسور وجود دارد، اما در سنسور اثر انگشت خازنی این نیاز وجود ندارد و با تماس آرام انگشت با سنسور، اثر انگشت شناسایی می‌شود.
- قابلیت استفاده در شرایط مختلف: سنسور اثر انگشت خازنی مقاومت زیادی دارد و می‌تواند در شرایط مختلف مانند رطوبت و گرد و غبار به خوبی عمل کند.
[elementor-template id=”16949″]
معایب:
- قیمت بالا: قیمت سنسور اثر انگشت خازنی نسبت به سایر سنسورهای اثر انگشت بالا است.
- وابستگی به کیفیت سطح انگشت: سنسور اثر انگشت خازنی به کیفیت سطح انگشت بسیار وابسته است و در صورتی که سطح انگشت خشک یا آسیب دیده باشد، قابل شناسایی نخواهد بود.
- محدودیت در ظرفیت ذخیره‌سازی: سنسور اثر انگشت خازنی معمولاً تنها تعداد کمی اطلاعات اثر انگشت را در خود ذخیره میکند.
بله، سنسور خازنی بسیار مقاوم در برابر تقلب‌های مختلف است. به دلیل این که سنسور این نوع اثر انگشت با تغییرات میدان الکتریکی که بر اثر لمس اثر انگشت بوجود می‌آید، کار میکند، بسیار سخت است تا شخصی بتواند با استفاده از تقلب‌هایی مانند استفاده از تصاویر دیجیتالی یا اثر انگشت جعلی، به سیستم دسترسی پیدا کند.
بله، سنسور اثر انگشت خازنی به خوبی می‌تواند از اثر انگشت خشک استفاده کند. در برخی موارد، اثر انگشت خشک ممکن است به دلیل کاهش تعداد بسیاری از خطوط و خشونت‌های پوستی، باعث مشکل در شناسایی اثر انگشت با سنسورهای دیگر شود، اما با سنسور خازنی، این مشکل وجود ندارد.
بله، سنسور اثر انگشت خازنی برای استفاده در شرایط آب و هوایی مختلف مناسب است. با توجه به اینکه این سنسور با تغییرات میدان الکتریکی کار میکند، بسیار قابل اطمینان و مقاوم در برابر شرایط رطوبتی، دمای بالا و پایین و سرعت بالا است.