УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ ВОЛОС
DEVICE FOR MEASUREMENT OF HAIR PROPERTIES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретения относится к устройству для измерения свойств волос.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В US 2009/0071228 A1 раскрыт способ измерения гладкости поверхности волос путем использования удерживаемого в руке датчика трения, содержащего зажимной элемент и датчик нагрузки. Ключевым показателем общего состояния волос является трение. Датчики нагрузки хорошо известны из области техники для измерения трения и с легкостью могут быть включены во множество устройств. Пучок волос помещают между зажимным элементом и датчиком нагрузки, и зажимной элемент закрывают, что создает по существу постоянную нормальную силу в направлении образца волос и датчика нагрузки. Устройство тянут через пучок волос по существу с постоянной скоростью в направлении от корня к кончику пучка волос, а коэффициент трения материала создает электрическое напряжение в датчике нагрузки, которое связывают со значением гладкости волоса на основе измеренного коэффициента трения.
[0003] В DE 2719482 A1 раскрыта специализированная гребенка парикмахера, которая содержит датчик деформаций, который может быть использован для количественной оценки эффективности различных типов обработки волос путем измерения сопротивления волос расчесыванию перед обработкой и после нее. Стальная гребенка содержит датчик деформаций с кабелем и крепежным разъемом, установленный примерно между зубцами и рукояткой. При расчесывании волос от схемы, связанной с датчиком деформаций, получают показатель отклонения гребенки и, следовательно, сопротивления волос расчесыванию.
[0004] В FR2442607 A1 раскрыта гибкая пластмассовая гребенка, которая содержит металлическую пластину, прикрепленную к ней с помощью заклепки и поддерживающую датчик, содержащий четыре датчика деформаций, соединенные в виде измерительного моста. Мост питается от батареи, соединенной по одной из его диагоналей. Кабель обеспечивает возможность расположения батареи на счетной схеме, а также обеспечивает возможность применения выхода моста к преобразователю напряжение-частота. Выход применяют к счетчику импульсов с цифровым выводом. Показатель счетчика пропорционален силе, необходимой для распутывания волос. Эта компоновка обеспечивает возможность сравнения относительных характеристик различных шампуней.
[0005] В US4167869 A раскрыто устройство для измерения постепенно увеличивающейся силы расчесывания, воздействию которой подвергается прядь волос во время расчесывания, и мгновенной выдачи показателя этой силы. Устройство содержит гребенку или щетку с датчиками деформаций, прикрепленными к ней, которые меняют сопротивление при механической деформации. Изменение сопротивления электрически измеряется для выдачи индикации постепенно увеличивающейся силы расчесывания. Монитор непрерывного действия соединен с результирующим электрическим сигналов для выдачи мгновенной индикации постепенно увеличивающейся силы расчесывания.
[0006] В US2010147323 A1 раскрыто устройство для укладки волос, содержащее два плеча. Каждое плечо имеет часть для укладки, которая взаимодействует с частью для укладки на другом плече для операции по укладке волос. По меньшей мере одна часть для укладки выполнена с возможностью нагревания волос, вставленных в промежуток для укладки волос, расположенный между частями для укладки. В одно из двух плеч встроено устройство для измерения давления. Устройство для измерения давления определяет давление или значение, представляющее это давление, прикладываемое к волосам между частями для укладки, когда промежуток для укладки волос закрыт. Кроме того, устройство для укладки волос содержит дисплейное устройство для отображения определенного таким образом давления или значения давления.
[0007] В EP1958531 A1 раскрыто ультразвуковое устройство для фиксации волос, содержащее основной каркас, средство генерирования ультразвуковой вибрации, которое установлено на основном каркасе и генерирует ультразвуковые вибрации, и средство предотвращения ожогов, которое предотвращает часть тела человека, отличную от волос, от касания вибрирующей поверхности средства генерирования ультразвуковой волны. Кроме того, в варианте реализации предусмотрено прижимное средство, имеющее прижимную поверхность, которая прижимает волосы к вибрирующей поверхности, датчик определения давления, который определяет давление, прикладываемое к вибрирующей поверхности, и управляющую схему, которая управляет средством генерирования ультразвуковой вибрации для генерирования ультразвуковых вибраций только тогда, когда давление, определенное датчиком определения давления, становится равным или больше заданного давления.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Среди прочего, задачей настоящего изобретения является представление усовершенствованного устройства для измерения свойств волос. Настоящее изобретение определено в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты реализации определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
[0009] В вариантах реализации настоящего изобретения представлено устройство для измерения свойств волос. Устройство имеет первую часть и вторую часть, между которыми проходят волосы. Первая часть содержит измерительный зонд, а вторая часть выполнена с возможностью деформации (например, сжатия, сгибания) волос на измерительном зонде. По мере перемещения устройства вдоль волос на измерительный зонд действует как сила трения от волос, проходящих по измерительному зонду, так и сила деформации, являющаяся результатом деформации волос второй частью на измерительном зонде.
[0010] Вторая часть может содержать прижимной элемент для прижатия волос к измерительному зонду с их сжатием. Предпочтительно, это сжатие является результатом толкания прижимного элемента в направлении измерительного зонда, когда волосы проходят между прижимным элементом и измерительным зондом, при этом волосы перед прохождением волос между прижимным элементом и измерительным зондом не сжаты. Одно из прижимного элемента и измерительного зонда может содержать штырь, тогда как другое из прижимного элемента и измерительного зонда имеет отверстие для приема штыря. Между первой частью и второй частью может быть предусмотрена прокладка для обеспечения минимального промежутка между измерительным зондом и прижимным элементом. Ширина минимального промежутка может составлять примерно 0,2 мм.
[0011] В альтернативных вариантах реализации вторая часть содержит выравнивающие элементы на противоположных сторонах измерительного зонда для сгибания волос на измерительном зонде, и направляющие элементы для уменьшения воздействия угла, под которым устройство применяют к волосам, на силу трения и/или силу деформации, при этом измерительный зонд установлен на модуле датчика нагрузки для измерения нагрузки в двух измерениях с измерением силы трения и силы деформации соответственно.
[0012] Измерение волос может быть встроено в устройство для укладки волос, содержащее обрабатывающую пластину. В этом случае измерительный зонд предпочтительно расположен вдоль обрабатывающей пластины, и предпочтительно длина измерительного зонда по существу соответствует длине обрабатывающей пластины.
[0013] Кроме того, предпочтительно, измерительное устройство содержит приспособление для компенсации веса измерительного зонда. Предпочтительно, приспособление содержит акселерометр для измерения силы притяжения в направлении измерения измерительного зонда.
[0014] Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и разъяснены со ссылкой на варианты реализации, описанные ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0015] На фиг. 1А изображен вариант реализации устройства для измерения свойств волос, встроенного в устройство для укладки волос.
[0016] На фиг. 2 изображен вариант реализации первого способа реализации настоящего изобретения.
[0017] На фиг. 3 изображен вариант реализации автономного устройства для измерения свойств волос.
[0018] На фиг. 4A-4D изображены принципы вариантов реализации первого способа реализации настоящего изобретения.
[0019] На фиг. 5 изображен второй вариант реализации устройства для измерения свойств волос в соответствии с первым способом реализации настоящего изобретения.
[0020] На фиг. 6 изображен третий вариант реализации устройства для измерения свойств волос в соответствии с первым способом реализации настоящего изобретения.
[0021] На фиг. 7 изображен вариант реализации варианта реализации второго способа реализации настоящего изобретения.
[0022] На фиг. 8 изображен модуль датчика нагрузки для использования в варианте реализации, изображенном на фиг. 7.
[0023] На фиг. 9A-9B изображен вариант реализации автономного устройства для измерения свойств волос в соответствии со вторым способом реализации изобретения.
[0024] На фиг. 10A-10D изображен вариант реализации измерительного устройства в виде части верхней стороны щетки.
[0025] На фиг. 11A-11C изображен еще один вариант реализации измерительного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
[0026] На фиг. 12A-12E изображены варианты реализации щетки, содержащей измерительное устройство на той стороне, где находятся зубцы.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] В области ухода за волосами существует потребность в анализе и оценке состояния волос и/или здоровья волос. Женщины зачастую оценивают состояние своих волос путем касания и расчесывания волос пальцами. В одном варианте реализации представлен продукт, в котором принцип определения «ощущения от волос», т.е. комбинации шероховатости поверхности волос и легкости деформации пряди волос, измеряют в отдельном анализаторе за пределами лабораторных условий и преобразуют в индикацию здорового состояния волос.
[0028] Первая группа вариантов реализации настоящего изобретения обеспечивает возможность определения и количественной оценки характеристик волос путем измерения комбинации поверхностного трения и сжимаемости (сжатия пучка волос) пряди волос с помощью одного датчика. Комбинация трения и сжимаемости тесно связана со способом оценки волос с помощью пальца человека. Датчик может содержать измерительный зонд (например, датчик нагрузки, например, имеющий форму цилиндра) и сопряженную деталь, прижимающую прядь волос к измерительному зонду с постоянной силой. За счет протягивания пряди волос между измерительным зондом и прижимной планкой датчик нагрузки измеряет силу противодействия. Путем фильтрации и обработки измеренных значений получают характеристики волос. Устройство выполняет количественную оценку «ощущения от волос» путем измерения комбинации поверхностного трения и сжимаемости, будучи при этом достаточно малым для встраивания в устройство для укладки волос или другое удерживаемое в руке устройство, и не нуждается в специальных манипуляциях для работы и функционирует в одном потоке с процессом укладки. Наилучшим описанием «ощущения от волос» является комбинация шероховатости поверхности волос и легкости деформации пучка волос (сжимаемости). Для этой цели в варианте реализации измерительного устройства предусмотрены следующие ключевые признаки:
• измерение комбинации трения и деформации пряди лишь двумя контактными элементами,
• захват пряди волос лишь путем действия открытия и закрытия,
• измерение комбинации трения и деформации одним датчиком, причем соотношением вклада силы трения и деформации можно управлять путем изменения геометрических аспектов двух контактных элементов. Один из контактных элементов также используют для измерения силы (например, посредством измерительного зонда).
[0029] В варианте реализации датчик встроен в устройство для укладки наподобие выравнивателя волос, однако, в качестве альтернативы, датчик может быть включен в другие устройства, обладающие функцией открывания/закрывания, или в автономное устройство.
[0030] На фиг. 1 изображен вариант реализации устройства для измерения свойств волос, встроенного в устройство HS для укладки волос, содержащее обрабатывающую пластину HP. Обрабатывающая пластина HP может представлять собой традиционную нагревательную пластину утюжка для волоса или прозрачную пластину в случае, если к волосам применяют оптическое излучение для укладки волос. В дополнение к обрабатывающей пластине HP на нижней части I зажима устройства HS для укладки волос имеется измерительный зонд MP. Стрелкой на фиг. 1А обозначено направление движения волос.
[0031] На фиг. 2 изображен вариант реализации первого способа реализации настоящего изобретения. В варианте реализации, изображенном на фиг. 2, внутри верхней части II зажима устройства HS для укладки волос имеется прижимной элемент, образованный прижимной планкой PB, которая толкается вниз пружиной S. Внутри нижней части I зажима устройства HS для укладки волос ниже измерительного зонда MP имеется датчик LC нагрузки.
[0032] В варианте реализации, изображенном на фиг. 2, предусмотрены следующие 4 основных компонента:
• Измерительный зонд MP: цилиндрический элемент (но не обязательно цилиндрический) определенного диаметра (например, 5 мм, но не ограничиваясь этим размером), определенной длины (например, 90 мм, но он может быть любой длины, составляющей по меньшей мере 5 мм) и определенной шероховатости. Шероховатость является очень важным параметром для результата измерения, однако она предпочтительно является низкой ввиду минимального воздействия загрязнения. Шероховатость и диаметр цилиндра будут влиять на соотношение вклада поверхностного трения и силы деформации. Предпочтительно, если измерительный зонд MP встроен в выпрямитель HS волос, длина измерительного зонда MP равна длине обрабатывающей пластины HP для предотвращения слишком легкого выдавливания волос из измерительной системы. За счет длины измерительного зонда MP на датчике LC нагрузки, измеряющем силу трения и деформации (например, сжатия), создается момент, в результате дающий сигнал датчика, который зависит от места, в котором прядь H волос соприкасается с измерительным зондом MP. Эта проблема легко может быть преодолена путем применения параллельной шарнирной конструкции, которая также наблюдается в датчиках нагрузки, применяемых в весах для взвешивания.
• Датчик LC нагрузки: в варианте реализации он может представлять собой стандартный датчик деформации сдвига с максимальной нагрузкой 1 Н. Он установлен на измерительном зонде MP таким образом, что направление измерения перпендикулярно направлению прикрепления. Датчик не ограничен этим типом датчика, а может представлять собой любой тип системы для измерения силы. Например, может быть использован пьезодатчик нагрузки.
• Прижимная планка PB: этот элемент заставляет прядь волос тереться о зонд, обеспечивая измерение сил противодействия. Согласно примеру элемент имеет плоскую поверхность, однако геометрия сильно воздействует на соотношение вклада поверхностного трения и силы деформации.
• Прижимная пружина S: Этот элемент прижимает прижимную планку PB с определенной силой к измерительному зонду MP, когда устройство закрыто. Таким образом, когда прядь волос находится между прижимной планкой PB и измерительным зондом MP, волосы сжимаются с определенной силой. Согласно примеру предварительное натяжение пружины составляет 0,75 Н. Более низкая сила даст более низкую амплитуду сигнала. Более высокая сила даст улучшенный сигнал, однако также большее натяжение волос на голове. Сила также влияет на соотношение между силой трения и деформации.
[0033] На фиг. 3 изображен вариант реализации автономного устройства для измерения свойств волос. Несмотря на то, что на фиг. 3 изображен только измерительный зонд MP, в верхней половине II устройства имеется прижимная планка PB, толкаемая вниз пружиной S, а в нижней половине I устройства, прикрепленной к измерительному зонду MP, имеется датчик LC нагрузки, как изображено на фиг. 2.
[0034] На фиг. 4A-4D изображены принципы вариантов реализации настоящего изобретения, относящихся к первой группе вариантов реализации. На фиг. 4А изображена прядь H волос с головы человека. На фиг. 4B изображено, что с одной стороны измерительный зонд MP расположен напротив пряди H волос. Когда устройство HS для укладки волос закрыто, прижимная планка PB прижимается к противоположной стороне измерительного зонда MP, при этом прядь H волос захвачена между ними. Прижимная пружина S гарантирует постоянную силу. Прядь H волос протягивают через систему путем установки устройства в направлении вниз. Как изображено на фиг. 4C, два явления происходят с силой RF противодействия на датчик (направление измерения согласно стрелке на изображении):
• За счет продольной силы NF прижимной планки PB, на противоположной стороне измерительного зонда MP будет измеряться чистое поверхностное трение F пряди H волос.
• За счет сжимающего эффекта, в результате дающего силу DF деформации, прядь H волос будет проталкиваться в направлении нижней части измерительного зонда MP, вызывая силу RF противодействия. Амплитуда этой силы в большой степени зависит от легкости сжатия пряди H волос, а, следовательно, от свойств волос.
[0035] На фиг. 4D изображен пример способа изменения соотношения между поверхностным трением и силой DF деформации. Элемент HB для сгибания волос на прижимной планке PB делает так, что прядь H волос становится труднее сжать, вызывая увеличенную силу противодействия нижней части измерительного зонда MP. Однако может быть рассмотрено много различных вариантов исполнения.
[0036] Важным аспектом характеристик волос является уровень запутанности пряди волос. Эту запутанность трудно определить, основываясь на поверхностном трении и деформации по отдельности. Ввиду этого, в варианте реализации, изображенном на фиг. 5, на измерительном зонде MP установлен штырь EP, а в прижимной планке PB выполнено отверстие HL. Путем своего рода расчесывающего действия можно определить, спутаны ли пряди волос. Один вариант исполнения является таким, как изображено, другой вариант исполнения является таким, в котором штырь легко может быть установлен и удален.
[0037] Несмотря на то, что результаты, обеспечиваемые представленной выше системой, удовлетворительные, сигнал может быть засорен за счет затягивания нескольких волос. Пока между измерительным зондом MP и прижимной планкой PB присутствует достаточное количество волос, давление контакта является относительно низким. Когда в системе находится лишь несколько волос, и это происходит часто на крайнем кончике пряди, давление значительно увеличивается, что приводит к деформации волос (давление контакта по Герцу), приводя к прижатию. Нереалистичное значение не только засоряет выходные данные датчика, но также приводит к болезненным ощущениям на голове пользователя. Для этой цели, в варианте реализации, изображенном на фиг. 6, между первой частью I и второй частью II установлена прокладка для обеспечения гарантированного промежутка между измерительным зондом MP и прижимной планкой PB. Ее достаточно для обеспечения гарантированного зазора между измерительным зондом MP и прижимной планкой PB, составляющего примерно 0,2 мм. Этот размер основан на максимальной толщине волоса. Для минимизации риска попадания волоса, элемент для создания промежутка должен быть узким. Возможным способом удовлетворения обоих этих требований является применение проволоки с диаметром 0,2 мм вокруг прижимной планки PB или измерительного зонда MP. В другом варианте исполнения узкие элементы высотой примерно 0,2 мм могут быть прикреплены к измерительному зонду MP или прижимной планке PB. В варианте реализации, изображенном на фиг. 6, на измерительном зонде MP предусмотрена проволока W толщиной 0,2 мм для обеспечения промежутка G, составляющего 0,2 мм. Еще в одном варианте исполнения узкие элементы могут быть выдавлены в измерительном зонде MP или прижимной планке PB. Ширина прокладки ограничена тем фактом, что высокое давление прокладки на противолежащий элемент не должно превышать максимально допустимое давление контакта.
[0038] Приведенные выше варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают возможность определения и количественной оценки характеристик волос путем измерения комбинации поверхностного трения и сжимаемости пряди волос с помощью одного датчика. Предполагается, что датчик используется в неуправляемой пользовательской среде и должен быть способен измерять незначительные отличия в силах, действующих на волосы. Предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения основан на распознавании того, что изменение ориентации устройства за счет пользовательского управления устройством может вызвать существенную ошибку, обусловленную весом измерительного зонда. Путем измерения вклада веса в направлении измерения, влияние веса измерительного зонда может быть компенсировано. В предпочтительном варианте реализации представлена компенсация веса путем использования 1-направленного акселерометра.
[0039] Устройство для укладки волос может быть использовано во всех возможных ориентациях. Силу трения и деформации измеряют с помощью измерительного зонда, имеющего определенный вес. В варианте реализации этот вес добавляют к сигналу трения в зависимости от ориентации устройства для укладки и на основе направления вектора силы притяжения. Поскольку вес измерительного зонда может быть существенным в сигнале, вклад веса предпочтительно удаляют из показателей датчика силы. Основной момент данного варианта реализации заключается в том, чтобы знать моментальный вклад веса измерительного зонда в сигнал датчика силы деформации. Для этой цели, в варианте реализации используют:
• 1-направленный абсолютный акселерометр, расположенный в направлении вдоль направления измерения (или другой 1-направленный датчик, определяющий вклад силы притяжения в направление измерения датчика силы деформации), и
• известный вес измерительного зонда.
[0040] На получаемые выходные данные не влияет вес:
Сила трения и деформации [N]
2
= Выходные данные датчика [N] - (Выходные данные акселерометра [м/с] * Вес [г])
[0041] В варианте реализации компенсация включает:
• Измерение датчиком силы притяжения в том же направлении, что и направление датчика силы деформации. В примере это выполняют с помощью стандартного акселерометра, например, акселерометрами, которые используются в смартфонах. Другим вариантом исполнения может быть второй датчик силы с некоторой массой, расположенный в том же направлении, что и датчик силы деформации с измерительным зондом. Второй датчик силы выполнен с возможностью измерения вклада силы притяжения в сигнал измерения. На практике, для удовлетворения требования измерения одинаковом направлении обеих систем, датчик силы деформации и акселерометр установлены на одной и той же конструкции в измерительном устройстве.
• Информацию о весе измерительного зонда.
• Наиболее вероятно (но не обязательно), микроконтроллер, вычитающий компенсационные данные акселерометра из сигнала датчика силы деформации для получения сигнала «реальной» силы. Другим вариантом исполнения может быть аналоговая схема вычитания, когда для получения вклада силы притяжения используют аналоговый датчик. Представляется возможным даже полное отсутствие схемы, когда один и тот же датчик используют для определения силы и определения силы притяжения с массой, прикрепленной к датчику силы притяжения, равной массе измерительного зонда. В этом случае сигналы могут быть напрямую вычтены друг из друга, давая сигнал компенсированной силы.
[0042] Если ввиду манипуляций с устройством, выполняемых пользователем, ориентация датчика силы деформации имеет угол ϕ к z-оси системы мировых координат, где z-ось находится в отрицательном направлении земной силы притяжения, выходными данными датчика силы в ходе эксплуатации будут:
Выходные данные датчика силы
= Сила трения + Вес * gcos(ϕ)
[0043] Поскольку ориентация акселерометра механическим образом сопряжена с ориентацией датчика силы деформации, выходными данными акселерометра одновременно будут:
Выходные данные акселерометра = gcos(ϕ)
[0044] Вместе с известным весом измерительного зонда, микроконтроллер может вычислять компенсацию путем умножения выходных данных акселерометра на его известный вес:
Вычисленная компенсация
= Вес * Выходные данные акселерометра
= Вес * gcos(ϕ)
[0045] Если при измерении силы деформации компенсацию добавляют к сигналу, измерительная система определяет только необходимую силу трения:
Выходные данные системы
= выходные данные датчика силы деформации - Вычисленная компенсация
= Сила трения + Вес * gcos(ϕ) - (Вес * gcos(ϕ))
= Сила трения
[0046] Для обеспечения того, что вклад ускорения за счет движений является низким по сравнению с силой притяжения, вес измерительного зонда предпочтительно является максимально возможно малым.
[0047] Во втором способе реализации настоящего изобретения предусмотрен анализатор здорового состояния волос, обеспечивающий возможность определения и количественной оценки характеристик волос путем определения относительного коэффициента трения с использованием двух датчиков, которые также могут быть реализованы в виде датчиков нагрузки. Базовый принцип для варианта реализации второго способа реализации настоящего изобретения заключается в использовании жесткости волос при сгибании для прикладывания силы деформации, образованной нормальной силой, к поверхности для измерения коэффициента динамического трения пряди волос и вдоль длины пряди волос. Один датчик (датчик LC-Y нагрузки в направлении Y) измеряет поверхностную силу трения между волосами и измерительным зондом, а другой датчик (датчик LC-X нагрузки в направлении X) измеряет жесткость пряди волос на динамический изгиб (которая представляет собой ую силу, приложенную к поверхности измерительного зонда). Комбинация датчиков встроена в устройство для анализа волос или в устройство для укладки волос, например, как изображено на фиг. 1. Используя анализатор здорового состояния волос, прядь волос зажимают между двумя штырями и измерительным зондом, и анализатор здорового состояния волос протягивают от кончика к корню. Относительный коэффициент трения может быть вычислен алгоритмом здорового состояния волос, используя выходные данные от двух датчиков.
[0048] В варианте реализации устройства предусмотрена количественная оценка «ощущения от волос» путем определения коэффициента трения с использованием выходных данных от комбинации двух датчиков. Одновременно, датчики измеряют две силы, силу, связанную с движением двух поверхностей друг относительно друга, и силу, перпендикулярную оси вытягивания, следовательно, трения и нормальной силы соответственно. Нормальная сила генерируется путем принудительного перегибания волос через измерительный зонд. Будучи достаточно малыми для встраивания в отдельный анализатор, выходные данные от обоих датчиков используются для определения коэффициента трения с течением времени, что ограничивает потребность в специальных манипуляциях для работы, а также легко может быть использовано потребителем и за пределами контролируемой лабораторной среды.
[0049] В варианте реализации представлено измерительное устройство, при этом силу трения и силу деформации (здесь: силу сгибания) волос определяют с помощью следующих ключевых особенностей:
• Использование схемы проверки жесткости на изгиб в 3 точках для:
Измерения деформации пряди путем измерения силы деформации (здесь: силы сгибания), перпендикулярной направлению протягивания пряди. Прикладывание нормальной силы к поверхности датчика для определения трения с использованием силы сгибания волос.
• Захват пряди лишь путем действия открытия и закрытия.
• Одновременное измерение силы динамического изгиба (направление X) и силы трения (направление Y) вдоль длины пряди волос с использованием двух датчиков, тогда как соотношение между силой трения и сгибания может быть оптимизировано путем изменения геометрических аспектов трех элементов тестовой системы, а именно двух опор и одного измерительного зонда (см. фиг. 7 для конфигурации измерительного устройства). Используя оба датчика, может быть определен коэффициент динамического трения вдоль пряди волос.
[0050] Вариант реализации, изображенный на фиг. 7, содержит четыре ключевых компонента:
1. Измерительный зонд MP: Цилиндрический элемент (но не обязательно цилиндрический) определенного диаметра (здесь - 6 мм, однако не ограничиваясь этим размером), определенной длины (здесь - 12 мм, однако он может быть любой длины) и с определенной шероховатостью (здесь Ra ~ 0,3, однако он может иметь любую шероховатость поверхности). Трение между двумя поверхностями зависит от шероховатости поверхности и площади поверхности контакта. Ожидается, что шероховатость и площадь поверхности контакта влияют на соотношение коэффициента трения, обусловленное увеличением или уменьшением поверхностного трения.
2. Модуль датчика нагрузки (см. фиг. 8 для более детальной информации): В этом случае - стандартные датчики деформации сдвига с максимальной нагрузкой 1 Н (направление Y) и 7,8 Н (направление X). Они установлены в такой конфигурации, что оба датчика выполняют измерения в необходимом направлении, не воздействуя друг на друга. Датчики не ограничены этим типом датчика, а могут представлять собой любой тип системы для измерения силы. Модуль датчика нагрузки содержит первый датчик LC-Y нагрузки в направлении Y, соединенный с измерительным зондом MP, соединительную деталь CP и второй датчик LC-X нагрузки в направлении X. Второй датчик LC-X нагрузки имеет поверхность RW, которая взаимодействует с окружающей средой.
3. Выравнивающие элементы AE, образованные опорами (например, опорными штырями), расположены рядом (на расстояниях SS между опорами, составляющих, например, 6,35 мм в варианте реализации, в котором радиус измерительного зонда составляет 2,7 мм) с измерительным зондом MP с постоянным перекрытием, длиной, диаметром и материалов, в данном случае, с перекрытием или отклонением D, составляющим 4 мм, длиной, составляющей 20 мм, диаметром, составляющим 4 мм, и нержавеющей сталью в качестве материала, однако они могут иметь любой размер, длину, диаметр и материал. Перекрытие D определяет вклад силы в направлении X (нормальная сила) коэффициента трения, который зависит от объема пряди волос и индивидуальной жесткости волос при сгибании. Выравнивающие элементы AE могут быть неподвижными, однако они могут быть динамическими за счет использования роликов для снижения тянущей силы или включения датчика скорости. Выравнивающие элементы AE используются для сгибания волос H и используют жесткость волос при сгибании для прикладывания нормальной силы к измерительному зонду MP. Радиус кривизны может быть отрегулирован путем перемещения выравнивающих элементов (опорных штырей) AE в направлении измерительного зонда MP (отклонения) или его перемещения в направлении X (расстояние SS между опорами). Отличия в направлении X и Y будут увеличивать или уменьшать нормальную силу на систему.
4. Направляющие элементы G, образованные элементами для способствования удалению тянущих сил в системе, вызываемых удерживаемым углом. Эти элементы имеют определенный диаметр и материал (здесь - 4 мм и нержавеющую сталь), однако они могут иметь любой диаметр и материал. Направляющие элементы G могут быть неподвижными, однако они могут быть динамическими за счет использования роликов для снижения тянущей силы или включения датчика скорости.
[0051] В варианте реализации, изображенном на фиг. 7, левые направляющие элементы G, измерительный зонд MP и модуль датчика нагрузки принадлежат к одной части I устройства, тогда как правые направляющие элементы G и выравнивающие элементы AE принадлежат к другой части II устройства, между которыми проходят волосы H. Выравнивающие элементы AE и направляющие элементы G поглощают тянущие силы, необходимые для удаления дополнительных сил из системы датчика, обеспечивая чистое измерение трения в направлении Y, которое не зависит от скорости. Части кончика (дальние) волос могут свободно перемещаться во всех направлениях, а верхняя (ближняя) часть волос прикреплена к коже головы.
[0052] Выравнивающие элементы AE и направляющие элементы G обеспечивают еще одно преимущество. С удерживаемым в руке устройством трудно использовать один и тот же угол, скорость и объем пряди волос в ходе измерений или за одно измерение. Одним из факторов является угол входящей пряди волос относительно устройства, который будет меняться при использовании устройства конечным пользователем. Расположение направляющих штырей G и опорных штырей AE обеспечивает равную конфигурацию между прядью H волос и измерительным зондом MP для каждого измерения. По умолчанию, выбранное исполнение обеспечивает постоянный угол в области измерения трения волос. В частности, направляющие элементы G будут способствовать попаданию волос в область исследования под одним и тем же углом, вне зависимости от угла, под которым пользователь применяет устройство к волосам H. За счет этой конфигурации, кривизна сгибания волос стандартизирована независимо от угла, используемого пользователем.
[0053] На фиг. 9A-9B изображен вариант реализации автономного устройства для измерения свойств волос в соответствии со вторым способом реализации изобретения, в котором измерительный зонд MP и половина направляющих элементов G находятся в части I корпуса, в которой также расположен модуль датчика нагрузки, а выравнивающие элементы AE и другая половина направляющих элементов G находятся в накрывающей части II измерительного устройства. Предпочтительно, направляющие элементы G ориентированы таким образом, что волосы будут попадать плоскими и прямыми в направлении измерительного блока (опор и измерительного зонда MP), и для этой цели они могут иметь шарнирные поверхности.
[0054] В варианте реализации измерение выполняют следующим образом:
1. Изначально система открыта или закрыта перед введением пряди H волос в систему, и она может быть открыта или закрыта, например, путем нажатия кнопки или другим подходящим способом.
2. Прядь H волос вводят в систему между измерительным зондом MP и выравнивающими элементами (например, опорными планками) AE.
3. Систему закрывают для зажатия пряди H волос между выравнивающими элементами (опорными планками) AE и измерительным зондом MP. Направляющие элементы G имеют небольшой промежуток между собой, составляющий, например, 2 мм (однако размер промежутка может быть любым), определяя тянущую силу анализатора, прикладываемую пользователем, и количество волос в системе.
4. Анализатор тянут вниз к кончику пряди H волос. В ходе перемещения вниз будет определяться трение между поверхностью измерительного зонда MP и прядью H волос, а также одновременно будет вычисляться нормальная сила с течением времени или вдоль длины пряди волос. Это зависит от жесткости пряди H волос на сгибание, находящейся между выравнивающими элементами AE и измерительным зондом MP.
5. Принимают данные с обоих датчиков, после чего определяют коэффициент трения с течением времени, используя следующее уравнение:
[0055] Здесь различные понятия имеют следующие значения:
Символ
Определение
Коэффициент трения всей пряди волос
Измеренная сила трения
Измеренная нормальная сила (сила деформации)
n
Количество записанных выборок данных
Коэффициент трения используют в качестве параметра для определения «ощущения от волос» пользователя.
[0056] Предпочтительно, на вычисленный таким образом коэффициент трения, основанный как на силе трения, так и деформации, измеренных соответствующими датчиками LC-X и LC-Y нагрузки, не влияют изменения объема, которые могут являться результатом, например, поврежденных волос, или волос H, которые были подстрижены на разную длину, так что объем пряди волос не является постоянным по длине пряди волос. Если была измерена только нормальная сила или сила трения, результатом будет то, что на систему оказывает сильное влияние количество волос, которое пользователь поместил в систему.
На фиг. 10A-10D изображена щетка с модулем датчика, расположенным в спинке. Волосы вставляют вручную в прорезь, в которой находится измерительный зонд. Таким образом, измерительное устройство может быть частью верхней стороны щетки B, зубцы Bt которой установлены на нижней стороне. На фиг. 10А изображена верхняя часть щетки B, на фиг. 10В изображено поперечное сечение вдоль горизонтальной линии в средней части фиг. 10А, на фиг. 10С изображено поперечное сечение вдоль вертикальной линии на фиг. 10А через ссылочное обозначение II, и на фиг. 10D изображены некоторые эскизы измерительного зонда MP, а также направляющая и удерживающая часть GHP для использования в этой щетке B.
[0057] Как показано на фиг. 10A и 10B, в верхней стороне щетки B выполнен вырез S, в котором могут проходить волосы. Вторая часть II измерительного устройства, изображенного на фиг. 10A-10D является неподвижной, тогда как в варианте реализации, изображенном на фиг. 9A-9B она была шарнирной. Верхняя часть второй части II измерительного устройства находится на том же уровне, что и верхняя часть щетки B, тогда как первая часть I измерительного устройства находится в полости в верхней части щетки B. На фиг. 10С изображено поперечное сечение, имеющее те же элементы, что и описаны ранее: измерительный зонд MP и выравнивающие элементы AE. Для обеспечения возможности легкого попадания волос в измерительное устройство представляется возможным, чтобы измерительный зонд MP перемещался вниз, когда локон волос попал, после чего он перемещается вверх для обеспечения того, чтобы вторая часть II деформировала волосы H на измерительном зонде MP по мере пропускания волос H между первой частью I и второй частью II. В варианте реализации, изображенной в виде эскиза на фиг. 10D, направляющая и удерживающая часть GHP, расположенная перед измерительным зондом MP в направлении попадания волос, находится в нижнем положении при попадании волос (изображено в верхней половине фиг. 10D), и в верхнем положении, предотвращая выход волос сбоку (т.е. в направлении, перпендикулярном волосам H) по мере прохождения волос между первой частью I и второй частью II, как изображено в нижней половине фиг. 10D.
[0058] На фиг. 11A-11C изображен еще один вариант реализации измерительного устройства в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 11А изображен вид спереди, а на фиг. 11В изображено поперечное сечение по линии А-А на фиг. 11А. На фиг. 11С изображено три возможных варианта измерительного зонда MP и выравнивающих элементов AE в качестве альтернатив обведенной кругом части на фиг. 11В. Измерительное устройство, изображенное на фиг. 11A-11C, имеет основание Bs, на верхней части которого расположено три зубца, которые образуют два выравнивающих элемента AE и измерительный зонд MP соответственно. Измерительный зонд MP содержит модуль SM датчика, на верхней части которого расположен зубец ST датчика. Модуль SM датчика может быть расположен внутри основания Bs. Зубцы AE, ST могут быть полностью жесткими или гибкими над линией BL сгиба для предотвращения возникновения избыточной тяги волос, если волосы запутаны. Как и в варианте реализации, изображенном на фиг. 10A-10D, в варианте реализации, изображенном на фиг. 11A-11C не предусмотрены подвижные части I и II.
[0059] Как изображено на фиг. 11С, выравнивающие элементы AE и/или зубец ST датчика предпочтительно имеют наклоненные кончики над линией BL сгиба для упрощения ввода волос в измерительное устройство. Для обеспечения того, чтобы по мере перемещения устройства через волосы они не покидали устройство в верхней части (т.е. в направлении, перпендикулярном волосам H), выравнивающие элементы AE и/или зубец ST датчика могут быть оснащены элементом блокирования волос (не изображен), расположенным примерно на линии BL сгиба, при этом управление элементом блокирования волос осуществляется вручную или автоматически. Кроме того, этот элемент блокирования волос может служить для блокирования дальнейшего попадания волос, как только определенное количество волос попало в область определения. Этот элемент блокирования волос может быть активирован, например, как только датчик силы находится выше определенного порогового значения, и деактивирован, если выходные данные датчика кажутся устойчивыми.
[0060] На фиг. 12A-12E изображены варианты реализации щетки B, содержащей измерительное устройство на той стороне, где находятся зубцы Bt. Устройство содержит те же элементы, что описаны в предыдущих вариантах реализации: измерительный зонд MP, выравнивающие элементы AE и направляющие элементы G. Как и на фиг. 10A-10D и 11A-11C, первая часть I и вторая часть II установлены неподвижно друг относительно друга; различные элементы могут быть присвоены первой части I и второй части II, как в варианте реализации, изображенном на фиг. 7.
[0061] Вариант реализации, изображенный на фиг. 12А, основан на измерительном устройстве, изображенном на фиг. 7. В таком случае, базовый вариант исполнения заключается в том, что при расчесывании волос, волосы H направляются вдоль выравнивающих элементов AE и измерительного зонда MP. За счет протаскивания щетки через волосы вырабатывается сила трения в датчике нагрузки Y (LC-Y) и сила сгибания в датчике нагрузки X (LC-X).
[0062] Варианты реализации, изображенные на фиг. 12B-12E, направлены на увеличение количества волос, которые захватываются в системе, для получения усиленного сигнала измерения.
[0063] Вариант реализации, изображенный на фиг. 12B, является усовершенствованной версией варианта исполнения, изображенного на фиг. 12А. Верхние части выравнивающего элемента AE и измерительного зонда MP согнуты таким образом, что при расчесывании волос большая часть волос захватывается в отверстии измерительной системы, давая усиленный сигнал измерения. Дополнительный направляющий штырь G добавлен для уменьшения зависимости от удерживаемого угла устройства.
[0064] В варианте реализации, изображенном на фиг. 12С, весь измерительный зонд MP находится под малым углом. За счет малого угла волосы захватываются и удерживаются в системе, поскольку для этого требуются лишь малые силы. Как следствие, сила сгибания больше не является постоянной по длине измерительной системы. Ввиду того, что используемым параметром является коэффициент трения, испытания показали, что асимметрия не влияет на систему.
[0065] В варианте реализации, изображенном на фиг. 12D, под углом расположен не только измерительный зонд MP, но также и выравнивающие элементы AE. Таким образом, еще больше волос удерживается в системе, давая усиленный сигнал измерения.
[0066] Вариант реализации, изображенный на фиг. 12E, направлен на решение проблемы, заключающейся в том, что, когда щетка расположена не перпендикулярно направлению волос на голове, но под некоторым углом, волосы направляются по неправильной стороне измерительного зонда MP, давая ложный сигнал измерения. Для предотвращения того, что волосы оказываются на неправильной стороне измерительного зонда MP, оба выравнивающих элемента AE и оба направляющих элемента G соединены между собой. В этом случае волосы будут обращены только к необходимой стороне измерительного зонда MP.
[0067] Следует отметить, что вышеуказанные варианты реализации иллюстрируют, а не ограничивают настоящее изобретение, и специалист в данной области техники сможет реализовать широкий ряд альтернативных вариантов реализации без выхода за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. В варианте реализации, изображенном на фиг. 7, размеры измерительного зонда, радиус, отклонение D и расстояние SS между опорами могут согласовываться размерами с площадью поверхности измерительного зонда, которая находится в контакте с волосами H. Направляющие элементы G могут быть расположены ближе к выравнивающим элементам AE, а не на внешних границах измерительного устройства. Направление волос может быть выполнено одной деталью, содержащей два направляющих элемента, но оно также может быть выполнено двумя отдельными направляющими элементами. Кроме того, прокладка может быть расположена в другой области конструкции в случае ее исполнения с шарниром. В пунктах формулы изобретения, никакие ссылочные обозначения, заключенные в скобки, не следует считать ограничением пункта формулы изобретения. Слово «содержащий» не исключает наличия элементов или этапов, отличных от указанных в пункте формулы изобретения. Грамматический показатель единственного числа перед элементом не исключает наличия множества таких элементов. Настоящее изобретение может быть реализовано посредством аппаратного обеспечения, содержащего несколько разных элементов, и/или посредством подходящим образом запрограммированного процессора для анализа сигнала от измерительного зонда MP. В пункте формулы изобретения на устройство, в котором перечислено несколько средств, несколько из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом аппаратного обеспечения. Сам по себе тот факт, что некоторые меры перечислены во взаимно отличающихся зависимых пунктах, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть с успехом использована.