СПОСОБ МАРКИРОВКИ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2002 года по МПК G01N21/62 G06K19/14 

Изобретение относится к методам регистрации излучений и может быть использовано для маркировки различных объектов и их идентификации.

Известен способ маркировки и распознавания объектов, заключающийся в том, что на объект наносят опознавательный знак на основе люминесцирующего вещества с различными ингредиентами, имеющими различные времена высвечивания, облучают его импульсом стимулирующего излучения с длительностью импульса, меньшей длительности люминесценции ингредиентов, регистрируют излучение люминесценции фотоэлектрическим детектором, причем используют амплитуду и форму сигнала люминесценции на выходе фотоэлектрического детектора как код каждого объекта (Патент РФ 2022300, G 01 T 1/167, 30.10.94. Бюл. изобр. 20).

Недостатком способа является то, что интенсивность отраженного от поверхности опознавательного знака J_о, при таком способе возбуждения, оказывается существенно больше интенсивности люминесценции J_л. Это приводит к перегрузке фотодиода и увеличению погрешности измерения параметров люминесценции.

Целью изобретения является повышение точности определения характеристик люминесценции опознавательного знака.

Данная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в уменьшении отношения J_о/J_л, т.е. в увеличении интенсивности света люминесценции J_л при возбуждении люминесценции опознавательного знака и уменьшении интенсивности отраженного света, попадающего в фотоэлектрический детектор.

Технический результат достигается за счет того, что в способе маркировки и идентификации объектов, включающем в себя нанесение на контролируемый объект опознавательного знака на основе люминесцирующего вещества с индивидуальным набором ингредиентов, облучение нанесенного опознавательного знака стимулирующим излучением, регистрацию параметров излучения люминесценции, повторное облучение опознавательного знака стимулирующим излучением при каждой операции контроля и сравнение зарегистрированных при этом параметров излучения люминесценции с ранее зарегистрированными параметрами, в индивидуальные наборы ингредиентов опознавательных знаков вводят различные количества люминесцирующих веществ с различными временами разгорания и затухания люминесценции, облучение опознавательного знака осуществляют импульсами излучения с длительностями больше длительности разгорания люминесценции любого люминесцирующего ингредиента.

В этом случае в течение времени облучения интенсивность люминесценции опознавательного знака непрерывно растет, в то время как интенсивность возбуждающего света остается неизменной. Это приводит к уменьшению отношения J_о/J_л и уменьшению погрешности измерений регистрируемых характеристик люминесцентного импульса. В качестве регистрируемых характеристик выбирают длительности излучения люминесценции, оптический спектр люминесценции и зависимость интенсивности люминесценции от времени.

Согласно п.2 формулы изобретения измеряют длительности разгорания люминесценции до определенных интенсивностей, число которых не менее одной. Это позволяет измерить по выбранному числу точек кривую нарастания (увеличение интенсивности люминесценции со временем), которая зависит от природы и количества люминесцирующих ингредиентов опознавательного знака.

Регистрация люминесценции осуществляется с помощью фотоэлектрического детектора, чувствительность которого понижена в области оптического спектра, возбуждающего люминесценцию излучения. Согласно п.5 формулы изобретения это осуществляется с помощью оптических фильтров. Применяя оптические фильтры, можно спектрально разделить излучение, возбуждающее люминесценцию, и излучение самой люминесценции. В этом случае фотоэлектрический детектор будет регистрировать, в основном, люминесценцию п.5 формулы изобретения.

Согласно п.3 формулы изобретения измеряют длительности затухания люминесценции после выключения стимулирующего люминесценцию излучения до определенных интенсивностей, число которых не менее одной. Это позволяет получить заранее определенное число точек на кривой затухания интенсивности люминесценции. Характер кривой затухания зависит от природы люминесцирующих ингредиентов, входящих в опознавательный знак.

Длительность излучения для различных люминофоров различна - от нескольких наносекунд до нескольких сот секунд для люминофоров на основе сульфидов цинка и кадмия. Составляя смеси различных люминофоров, можно получить практически неограниченное число опознавательных знаков, кривые затухания и разгорания люминесценции будут различны.

В качестве кода объекта, который используют для идентификации объекта, определяют длительность люминесценции согласно п.2 или п.3, или п.4 формулы изобретения. Во всех случаях длительность люминесценции измеряют с помощью фотоэлектрического детектора и электронной системы, преобразующей сигнал люминесценции в числовой код. Во всех случаях измеряется длительность люминесценции при заданном пороге регистрации.

Для того чтобы уменьшить вероятность подделки, в качестве кода объекта выбирают несколько интервалов времени - длительностей импульса на выходе детектора при различных порогах регистрации. Это могут быть интервалы времени нарастания до определенной интенсивности люминесценции согласно п.2 формулы изобретения; могут быть длительности затухания люминесценции согласно п.3 формулы изобретения; могут быть длительности затухания люминесценции после включения импульса, гасящего люминесценцию импульса инфракрасного излучения согласно п.4 формулы изобретения. Таким образом, после одного импульса стимулирующего излучения регистрируют несколько интервалов времени, которые являются кодом данного объекта. Свечение различных ингредиентов, входящих в опознавательный знак, имеет различную длительность, поэтому электрический импульс на выходе фотоэлектрического детектора имеет сложную форму. Форма импульса люминесценции зависит от соотношения количеств различных люминесцирующих ингредиентов в смеси. При этом время нарастания импульса, возбуждающего люминесценцию, меньше времени разгорания люминесценции любого из ингредиентов, а время спада импульса меньше времени затухания люминесценции любого из люминесцирующих ингредиентов.

При числе люминесцирующих ингредиентов, входящих в опознавательный знак, более трех вероятность получения одинаковых смесей, при случайном выборе количественного состава смеси, практически равна нулю. Поэтому вероятность получения одинаковых кодов также равна нулю. Опознавательный знак практически невозможно подделать.

В качестве люминесцирующих ингредиентов используют широко применяющиеся в радиотехнике и рентгенотехнике кристаллофосфоры на основе сульфидов цинка и кадмия, а также вольфраматов кальция, сульфидов кальция, стронция, оксосульфидов иттрия, обладающих антистоксовым свечением, и другие (Cd₂O₃-Tl, YO₂-Tb, CJ-Tl, Ba₃(PO₄)₂-Eu, LaOB₂-Tb) со спектрами свечения 300-1200 нм и длительностями свечения от 10^-7 до 10² с.

Опознавательный знак наносят на поверхность контролируемого объекта в виде слоя эмульсии на основе лаков, эмалей или эпоксидных смол с введенными в них люминесцирующими веществами (ингредиентами). Эмульсия затвердевает и образует опознавательный знак объекта, например произведения искусства или оружия.

Опознавательные знаки, наносимые на ценные бумаги или акварельные картины, содержат водные и спиртовые растворы органических и неорганических сцинтилляторов, широко применяющихся в физическом эксперименте, например растворы Cs-Tl, PPO, POPOP.

Существенно, что в ряде случаев опознавательным знаком может служить сам объект или часть объекта с уже введенными в него люминесцирующими веществами согласно п.9 формулы изобретения. Так, например, практически все драгоценные камни являются люминофорами. Очевидно, что спектры свечения и кинетика свечения различных драгоценных камней различны, поэтому предложенный способ может применяться для идентификации драгоценных камней, особенно алмазов, как по кинетике свечения, п.п.2, 3, 4 формулы изобретения, так и по спектральному составу, п.6 формулы изобретения.

Согласно п. 6 формулы изобретения для регистрации люминесценции опознавательного знака применяют одновременно не менее двух фотоэлектрических детекторов с различными спектральными характеристиками. Отношение двух сигналов на выходе детекторов позволяет определить эффективную энергию спектра люминесценции. При увеличении числа детекторов по совокупности сигналов на выходах детекторов определяют цвет излучения люминесценции, который характеризует оптический спектр люминесценции тем полнее, чем больше используется детекторов. Цвет излучения люминесценции также является кодом объекта.

Для исключения регистрации фотоэлектрическим детектором облучающего излучения облучение опознавательного знака осуществляют излучением с длиной волны меньше 350 нм, а регистрация свечения опознавательного знака осуществляется фотоэлектрическим детектором, чувствительным к излучению, начиная с 400 нм.

Реализация способа осуществлена в виде макета устройства, который находится в МИФИ на кафедре Экспериментальных методов ядерной физики и в ОАО НИИ стали.

Изобретение может быть использовано в методах регистрации излучений. Сущность изобретения: для индивидуальной маркировки объектов на объект наносят опознавательный знак, содержащий люминесцирующие вещества, облучают его двумя импульсами излучения. Первым - для регистрации параметров излучения люминесценции (длительность излучения люминесценции, оптический спектр люминесценции и зависимость интенсивности люминесценции от времени), вторым - при операции контроля для регистрации упомянутых параметров. Сравнивают параметры после первого излучения и после излучения при операции контроля. Облучение опознавательного знака осуществляют импульсом излучения длительностью, большей длительности разгорания любого люминесцирующего ингредиента. Технический результат: увеличение интенсивности света люминесценции при возбуждении люминесценции опознавательного знака и уменьшение интенсивности отраженного света, попадающего в фотоэлектрический детектор. 9 з.п.ф-лы.

1. Способ маркировки и идентификации объектов, включающий в себя нанесение на контролируемый объект опознавательного знака на основе люминесцирующего вещества с индивидуальным набором ингредиентов, облучение нанесенного опознавательного знака стимулирующим излучением, регистрацию параметров излучения люминесценции, повторное облучение опознавательного знака стимулирующим излучением при каждой операции контроля и сравнение зарегистрированных при этом параметров излучения люминесценции с ранее зарегистрированными параметрами, отличающийся тем, что в индивидуальные наборы ингредиентов опознавательных знаков вводят различные количества люминесцирующих веществ с различными временами разгорания и затухания люминесценции, облучение опознавательного знака осуществляют импульсами излучения с длительностями больше длительности разгорания люминесценции любого люминесцирующего ингредиента, а в качестве регистрируемых характеристик выбирают длительности излучения люминесценции, оптический спектр люминесценции и зависимость интенсивности люминесценции от времени. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют длительность разгорания люминесценции до определенных интенсивностей, число которых не менее одной. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют длительности затухания люминесценции после выключения стимулирующего люминесценцию излучения до определенных интенсивностей, число которых не менее одной. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют длительности затухания люминесценции до определенных интенсивностей, число которых не менее одной, после включения гасящего люминесценцию импульса инфракрасного света, который имеет время нарастания меньшее, чем время спада люминесценции. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что люминесценцию регистрируют с помощью фотоэлектрического детектора, чувствительность которого понижена в области оптического спектра возбуждающего люминесценцию излучения с помощью фильтров. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для регистрации люминесценции опознавательного знака применяют одновременно не менее двух фотоэлектрических детекторов с различными спектральными характеристиками. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что облучение опознавательного знака осуществляют излучением с длиной волны меньше 350 нм, а регистрация свечения опознавательного знака осуществляется фотоэлектрическим детектором чувствительным к излучению начиная с 400 нм. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количества люминесцирующих ингредиентов, входящих в опознавательный знак, выбирают случайным образом. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что опознавательным знаком служит сам объект (или его часть) с уже введенными в него люминесцирующими веществами. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время нарастания импульса, возбуждающего люминесценцию, меньше времени разгорания люминесценции любого из ингредиентов, а время спада импульса меньше времени затухания люминесценции любого из люминесцирующих ингредиентов.