Способ маркировки и идентификации объектов и устройство для его реализации

 

Использование - область физики. На поверхность объекта наносят люминесцирующую метку, облучают ее стимулирующим излучением с длительностью больше времени разгорания люминесценции, затем с помощью оптического затвора закрывают поток стимулирующего излучения и открывают окно, через которое свет от метки попадает на фотографический детектор. По кинетике затухания люминесценции метки определяют код объекта. Технический результат - повышение точности и надежности. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к экспериментальным методам ядерной физики и может быть использовано при создании системы маркировки и идентификации объектов.

Известен способ маркировки и контроля банкнот по заявке Великобритании N 2062221, C 01 N 23/223, опубл. 1981. В этом способе банкноты разных номиналов маркируются комбинациями элементов, дающими различные спектры рентгеновской флуоресценции при облучении их рентгеновскими лучами. Недостатком способа является сложность измерения спектров рентгеновской флуоресценции.

В качестве прототипа выбран способ маркировки и контроля объектов по патенту РФ N 2112958, кл. C 01 N 21/64, опубл. Бюл. изобр. N 16, 10.06.98. Способ заключается в нанесении на контролируемый объект индивидуального опознавательного знака, содержащего люминесцирующие вещества, облучении коротким импульсом стимулирующего излучения и измерении формы сигнала люминесценции, которая является кодом объекта. Недостатком способа является малая, по сравнению с временем разгорания люминесценции, длительность стимулирующего излучения. Это затрудняет раздельную регистрацию люминесценции и отраженного от объекта стимулирующего излучения.

Целью изобретения является повышение точности и надежности определения параметров люминесценции опознавательного знака.

Данная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в том, что фотоэлектрическим детектором регистрируется только люминесценция опознавательного знака (метки).

Технический результат заключается в том, что облучение метки стимулирующим излучением осуществляют в течение промежутка времени, большего чем время разгорания люминесценции наиболее медленных компонент. После достижения постоянного уровня люминесценции прерывают, с помощью дополнительно введенного оптического затвора, освещение метки и регистрируют люминесценцию метки фотоэлектрическим детектором. В этом случае в течение времени облучения метки свет (и в том числе отраженный от метки) не попадает на фотоэлектрический детектор. После открытия оптического затвора фотоэлектрический детектор регистрирует только люминесценцию метки. Исключение влияния отраженного, стимулирующего люминесценцию света при регистрации люминесценции метки фотодетектором существенно уменьшает погрешность измерений люминесценции и существенно увеличивает надежность определения параметров люминесценции опознавательного знака.

В качестве параметров люминесценции используют не менее одного промежутка времени (интервала), в течение которого сигнал люминесценции уменьшается в заданное число раз (пункт 1 формулы изобретения). Регистрация люминесценции осуществляется с помощью фотоэлектрического детектора, причем согласно п. 2 формулы изобретения между источником стимулирующего излучения и детектором, а также между детектором и меткой устанавливают оптические фильтры. Это позволяет существенно изменять измеряемые фотодетектором промежутки времени в течение которых сигнал люминесценции уменьшается в заданное число раз. Физическая причина этого состоит в том, что применяемые в опознавательном знаке люминофоры отличаются как кинетикой свечения, так и спектрами свечения. Технический результат состоит в увеличении надежности идентификации метки.

Длительность излучения для различных люминофоров различна - от нескольких микросекунд до нескольких сот секунд для люминофоров на основе сульфида цинка и кадмия и других неорганических и органических люминофоров. Составляя смеси различных люминофоров, получают практически неограниченное число меток, время затухания люминесценции которых до разных уровней будет различно.

В качестве кода объекта, который используют для идентификации объекта, определяют длительности люминесценции согласно п. 1 формулы изобретения. Полученные параметры люминесценции сравнивают с параметрами, хранящимися в запоминающем устройстве, и по результатам сравнения идентифицируют объект.

При числе люминесцирующих ингредиентов, входящих в метку, более трех вероятность получения одинаковых смесей при случайном выборе состава смеси практически равна нулю. Поэтому вероятность получения одинаковых кодов пренебрежимо мала. Метку практически невозможно подделать.

В качестве люминесцирующих ингредиентов используют Cd₂O₃ - Tb, Y₂O₂ - Tb, C₃J-Tb, ZnS-Ag, Cu, CdS, Ba₃(PO₄)-Eu и другие) со спектрами свечения 300 - 12000 нм и длительностью свечения от 10^-7 до 10² с.

Метку наносят на поверхность контролируемого объекта в виде слоя эмульсии на основе лаков, эмалей или эпоксидных смол с введенными в них люминесцирующими веществами (ингредиентами). Эмульсии затвердевают на воздухе и образуют метку на поверхности объекта, например произведения искусства, документа или оружия.

Опознавательные знаки, наносимые на ценные бумаги или акварельные картины, содержат водные или спиртовые растворы огранических и неорганических сцинтилляторов, широко применяющихся в физическом эксперименте.

Существенно, что опознавательным знаком может служить сам объект, и, что весьма важно, живой объект, в частности кожа человека или животного. Способ может являться основой для методов диагностики состояния организма. Известно, что все драгоценные камни люминесцируют. Спектры свечения и кинетика свечения различных драгоценных камней различны, поэтому предложенный способ может применяться для идентификации драгоценных камней, особенно алмазов, как по кинетике свечения, так и по спектральному составу.

Способ был реализован с помощью устройства для маркировки и идентификации объектов, схема которого приведена на чертеже.

Устройство содержит: 1 - источник стимулирующего излучения, 2 - фотоэлектрический кремниевый детектор, 3 - электронной схемы, определяющей интервал времени спада люминесценции до заданного уровня, 4 - системы сравнения параметров сигнала с параметрами, хранящимися в запоминающем устройстве, и по результатам их сравнения идентифицирующие объект, 5 - дополнительно введенным оптическим затвором с оптическими фильтрами 6 и 7, который осуществляет оптический контакт между источником излучения и меткой, затем прерывает его, одновременно осуществляя оптический контакт между меткой и фотоэлектрическим детектором (в качестве оптического затвора использовался затвор стандартного зеркального фотоаппарата), 8 - измерителя интервала времени, входящего в электронную схему 3, который измеряет длительность импульса от фотоэлектрического детектора при заданной кратности деления амплитуды начального импульса и состоит из делителя напряжения и времяцифрового преобразователя прямого кодирования одного временного интервала за один рабочий цикл (Цитович А.П. Ядерная электроника, Энергоатомиздат, 1984, с. 235).

Устройство работает следующим образом.

После установки устройства на объект, нажатием кнопки включается источник стимулирующего излучения 1. Через промежуток времени, необходимый для разгорания люминофора метки (1 с), срабатывает затвор 5, который закрывает источник 1 и открывает фотоэлектрический детектор 2. Облучение метки и фотоэлектрического детектора осуществляется через оптические фильтры 6 и 7, которые подбирают индивидуально для конкретного устройства с учетом спектральных характеристик источника излучения 1 и фотоэлектрического детектора 2.

Электрический импульс от фотоэлектрического детектора поступает на делитель напряжения и компаратор. Импульс от делителя напряжения через ключ заряжает емкость до амплитуды А₁. Компаратор срабатывает, когда амплитуда импульса от детектора уменьшится (за счет затухания люминесценции метки) до амплитуды А₁. При этом импульс от компаратора закрывает схему пропускания. Счетчик числа импульсов сосчитывает все импульсы от генератора импульсов, которые пройдут через схему пропускания за время от начала импульса напряжения на выходе фотоэлектрического детектора до момента, когда амплитуда импульса упадет до значения А₁. Таким образом, измеряется длительность импульса от фотоэлектрического детектора при определенной кратности деления амплитуды начального импульса. Иными словами, измеряется один временной интервал, начинающийся сигналом "старт" и оканчивающийся сигналом "стоп". Этот временной интервал сравнивается с хранящимся в запоминающем устройстве и по результатам сравнения выносится решение (да, нет) об идентификации объекта.

Согласно п. 4 формулы изобретения в устройстве используется не один, а несколько измерителей интервала времени для увеличения возможного числа контролируемых объектов.

Согласно п. 5 для получения нескольких временных интервалов за цикл применен времяцифровой преобразователь нескольких интервалов за цикл (Цитович А.П. Ядерная электроника, Энергоатомиздат, 1984, с. 236). В состав преобразователя входят два триггера, генератор импульсов, две схемы пропускания, кодирующий счетчик и вспомогательный счетчик. После кодирования интервала кодирующий счетчик останавливается на время, требующееся для передачи кода в запоминающее устройство.

Устройство для маркировки и идентификации объектов с времяцифровым преобразователем нескольких интервалов за цикл с остановкой счетчика осуществлено и испытано в МИФИ в 1997 году.

Формула изобретения

1. Способ маркировки и идентификации объектов, заключающийся в нанесении на объект опознавательного знака - метки специального состава, включающего органические и неорганические люминофоры с количеством ингредиентов не менее двух с отличающимися спектрами свечения, кинетикой свечения и конверсионной эффективностью, отличающийся тем, что облучение метки стимулирующим излучением осуществляют в течение промежутка времени, большего, чем время разгорания люминесценции наиболее медленных компонент, после чего с помощью дополнительно введенного оптического затвора с оптическими фильтрами регистрируют люминесценцию метки фотоэлектрическим детектором, сигнал с выхода детектора регистрируют с помощью электронной системы, определяют параметры люминесценции опознавательного знака, сравнивают их с параметрами, хранящимися в запоминающем устройстве, и по результатам сравнения идентифицируют объект, при этом в качестве параметров люминесценции используют не менее одного промежутка времени - интервала времени, в течение которого сигнал люминесценции уменьшается в заданное число раз.

2. Способ маркировки и идентификации объектов по п.1, отличающийся тем, что между источником стимулирующего излучения и детектором, а также между детектором и меткой устанавливают оптические фильтры.

3. Устройство для маркировки и идентификации объектов, состоящее из источника стимулирующего излучения, фотоэлектрического детектора, электронной схемы, определяющей параметры люминесценции опознавательного знака, системы сравнения параметров сигнала с параметрами, хранящимися в запоминающем устройстве, и по результатам сравнения идентифицирующей объект, отличающееся тем, что дополнительно введен оптический затвор с оптическими фильтрами, который осуществляет оптический контакт между источником излучения и меткой, затем прерывает его, одновременно осуществляя оптический контакт между меткой и фотоэлектрическим детектором, измеритель интервала времени, который измеряет длительность импульса от детектора при заданной кратности деления амплитуды начального импульса и состоит из делителя напряжения и времяцифрового преобразователя прямого кодирования одного временного интервала за один рабочий цикл.

4. Устройство для маркировки и идентификации объектов по п.3, отличающееся тем, что используется более одного измерителя интервала времени для получения нескольких интервалов времени при заданной кратности деления амплитуды начального сигнала.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что для получения нескольких временных интервалов за цикл применяются времяцифровые преобразователи нескольких интервалов за цикл с остановкой счетчика или без остановки счетчика, которые после одного общего сигнала "старт" при поступлении очередного сигнала "стоп" считывают значение этого сигнала в запоминающее устройство без прекращения процесса кодирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1