可遠距離識別的嵌入式鑑定系統的製作方法

2023-05-31 01:33:16

專利名稱：可遠距離識別的嵌入式鑑定系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於遠距離鑑定物體的系統，用於該系統中的鑑定標記、用於遠距離鑑定物體的方法、用於產生與本發明一起使用的移動磁場的裝置，和檢測標記的檢測裝置。可以將根據本發明的標記裝入覆蓋層的下面，該頂層允許以有限制機械和射頻(RF)方式進入該標記。也可以在高溫下安裝和處理根據本發明的標記，而不會使其信息內容遭到破壞或修改。根據本發明的標記可與安全臨界元件使用。
背景技術：
對用於高值和/或緊要物(諸如置換航空器部件)的證明和鑑定系統有普遍需求。該系統應當提供一標誌裝置，它最好與這種部件的製造處理相一致，不易複製，修改或轉移到其它劣質的部分上，並具有足夠大的信息存儲能力，使得能夠存儲確定部件的來源所必要的數據(廠商、製造日期、商品標誌和日期等)，並且最好標誌裝置不影響機械性能，特別是在工作應力條件下的壽命。
機翼和機身可包括例如在EP-A-056289號專利中所述的鋁層疊體外殼。這種結構倚賴層疊體所有層的完整無缺的強度。另外，由於空氣動力學的原因，不期望層疊體的表面上方有凸出部分。第US4,733,079和第US4,795,906美國專利中研製了一種改變航空器部件的紅外線反射特性，以形成碼，並使用紅外線光源和檢測器檢測這些差別的方法。這種方法和任何類似的使用任何其它形式光學或近光學檢測方法(諸如條形碼)的缺點在於，必須在部件表面上做標誌。它們容易受到影響，並能夠修改，或容易地多次轉移到劣質部件上。它們還受到風、沙、除冰和衝刷處理的研磨作用，這些處理都個別或結合起來導致標誌隨著時間而消失，除非將其蝕刻到外表面深處，這是不期望的。
第5,524,758號美國專利中研製了一種用於部件的封裝而非部件的鑑定系統。將代碼設置在位於形成封裝的外壁的多層材料中的撕條下。只有通過破壞掉封裝才能執行鑑定。這種系統的缺點在於，當方法已知時，它是能夠複製的。另外，能夠打開封裝，並變換其內容，然後再小心地將該封裝密封起來。熟悉本領域的技術人員將不會試圖將此已知方法應用於航空器部件本身，因為鑑定將需要破壞或嚴重損壞該部件。
轉發機是眾所周知的，它不需要電池，並從檢測器由射頻(「RF」信號)接收它們的能量。由於鋁層起RF屏障的作用而妨礙信號在標記和檢測器之間傳送，故將電磁標記設置在機翼或機身部件表面下將使電磁檢測非常困難。另外，這種裝置被限制在它們能夠承受的處理溫度。對於這種裝置，要在此之後能夠有效運行，用於烘焙機翼的鋁質層疊體的溫度實在太高。還有，如果有高能量，則存儲在半導體器件中的任何數據都可能被電磁輻射毀壞。在航空器上的照明衝擊中，非常高的電流能流入機身和機翼的外層。這些電流能產生大的本地電磁場，這可能嚴重影響剛好安裝在表面下面的半導體器件。因此，不考慮這樣的轉發機來提供它們的數據的足夠的永久存儲，尤其是對於安全緊要應用。Jean-Philippe Parmentier在電子與電器工程師協會的第1998年四月的計算與控制工程雜誌的「商用航空器布線電磁耦合首次實際模擬效應」的文章中討論了照明衝擊對航空器元件的影響，以及即使在航空器中也需要屏蔽。
在第US5,523,750號美國專利中描述了一種在RF屏障下設置標記的方法，但是這需要一金屬部件，它穿透屏障，用作信號在內部和外部之間的導體。這種穿透機翼或機身部件的外表是不期望的。
在第US5,469,363號美國專利中描述了安裝到航空器部件上的電子標籤。這種標籤包含一在兆頻工作的天線，這消除了將該標籤隱藏在該部件金屬表面下的可能性。取而代之的是，將標籤設置在部件的外部表面上，並在使用之前去掉。這樣的缺點在於，在去掉標籤之後而在安裝到最終設備之前，另一個部件可能替代被鑑定的部件。而被鑑定的部件可再次銷售。另外，在出現事故的情況下，航空器部件的鑑定是沒有永久記錄的。
由此可見，需要提供一種克服了現有技術中至少一些缺點的標記和做標記的系統。這種標記最好是堅強的，能夠遠距離讀出，並且不需要電池使其工作。另外，最好這種標記在許多製造處理中能夠經受溫度，並能在事故中可能產生的高溫下倖存。還希望提供一種製造成本低的可遠距離讀的標記。
發明概述本發明提供了一種包括鑑定標記的製品，其中標記包含存儲信息，製品包括第一導電層，所述導電層限定對所述標記的機械和RF進入；所述標記能夠視覺上偽裝在所述導電層下面，並且通過導電層不受破壞和非侵入地測量。
本發明還提供了一種對驗證和跟蹤安全緊要元件的可嵌入鑑定標記的使用，所述標記僅僅包含無源元件，並且可視覺上偽裝。
本發明還提供了一種對驗證和跟蹤安全緊要元件的可嵌入鑑定標記的使用，所述標記可在超過120攝氏度溫度下處理，而不損失信息內容，並且可視覺上偽裝。
本發明還提供了一種對驗證和跟蹤安全緊要元件的可嵌入驗證標記的使用，所述標記包含存儲的信息，所述存儲的信息能夠通過機械和RF阻礙物不受破壞和非侵入地讀出；並且所述標記可視覺上偽裝。
本發明還提供了一種用於識別包含鑑定標記的系統，包含存儲的信息，所述存儲的信息能夠通過機械和RF阻礙物不受破壞和非入侵地讀出；並且所述標記可視覺上偽裝。
上述根據本發明的標記可遠距離讀出。較好的方法使用基本上幅值恆定的旋轉磁場。構成標記和根據本發明的標記檢測系統較好地顯著不同於轉發機和轉發機系統，雖然本發明不必排除轉發機，並且僅僅由權利要求限定。轉發機依賴於通信通道，根據通信協議傳送消息，例如詢問和回答消息。根據本發明的較好的標記可描述為標記的元件是無源的，標記是無協議的，不以通信通道、詢問消息為基礎的等等。無源意思是標記不包括，例如可在通信通道上回答詢問的有源元件。
本發明還包括一種用於在預定詢問區中產生磁場的裝置，包含用於產生具有基本上恆定幅值的所述磁場的磁場矢量的裝置、用於改變所述詢問區中所述磁場矢量的幅值的裝置，和用於確定所述磁場矢量的大小的裝置，其中，詢問區位於外面，並且不由產生裝置和改變裝置包圍。
本發明還包括一種包含具有多個基本上直邊的軟鐵磁性元件的標記，所述邊緣相互以預先形成的空間關係安排，所述空間關係是預先選擇的，以確定代碼，直邊相互連接，軟鐵磁性元件具有低磁阻(高磁化率)，並且軟鐵磁性元件的每一個直邊具有至少一種狀態，其中當所述標記與具有基本上恆定幅值的磁場的磁場矢量之間的相對定向改變時，磁化方向反向。這種類型的標記可由線材或片材通過衝壓或切割而製造，這減少了製造成本。
本發明可提供物體所用可嵌入識別標記的各種好處，該標記所含代碼具有與條形碼相同的信息內容，但不用定製的集成電路和天線線圈。而且，該標記的鑑別不受高溫影響。該標記還可做成光學上中性，從而難以判斷該標記或其所帶代碼的存在。以下對各附圖闡述進一步的優點和實施例。
附圖概述

圖1示出包含根據本發明的實施例的驗證標記的元件的一部分；圖2示出由根據本發明的實施例的鑑定系統產生的鑑定脈衝；圖3示出按本發明的一個實施例使用的元件材料的示意圖；圖4和圖5示出用於負荷循環測試的層疊體樣品；圖6A到C示出根據本發明的實施例的磁場發生器、接收機線圈和電路；圖7A、B概略地示出根據本發明的標記的另一個實施例；圖8A和B示出圖7所示的標記可配合使用的鎖的略圖；圖9A和9C示出根據本發明的標記的另一個實施例的略圖，而圖9B示出等效於圖9A的標記的細長條的裝置；圖9D是圖9c所示的標記的側視圖；圖10A是根據本發明的標記的另一個實施例的略圖，10B是示出其使用細長條的等效裝置；圖11A到11E示出與本發明一起使用的標記元件。
較佳實施例的詳細描述下面，將對於信息元件的平面安排詳細地描述，但是本發明不限於此。本發明還包括二維線性或三維順序的單元，即產生磁場裝置和檢測存儲在標記中的代碼的裝置。
圖1是包含根據本發明的驗證標記10的元件的一部分的實施例的略圖。例如，元件可以是機翼。安全緊要系統和元件涉及各工程領域，具有其本身唯一的規格和標準。常規用途可接受的元件可能不適合於安全緊要應用。可在F.Redmill和T.Anderson,Chapman Hall 1993年的「安全緊要系統當前的問題、技術和標準」一書中找到安全臨界系統的一些方面。
安全臨界元件的驗證標記具有以下要求1．驗證的可能性，即在元件從其製造或存儲地轉移到其最後的目的地時，鑑定元件是所宣稱廠家的真實元件；2．在安裝元件之後驗證的可能性；
3．在事故發生後以追蹤為目的的鑑定標記的可能性，由此承認標記無法在嚴重毀壞或毀壞之後工作。
對於安全臨界元件的驗證和追蹤，缺少上述任何條件都是不能接受的。最好將標記在視覺上偽裝起來，這使複製更加困難。最好再使標記無法從一個元件轉移到另一個元件，除非是破壞它。
根據本實施例，元件包括具有一層或多層2、4、6、8的層疊體，其中它們是由可能含有強化纖維的高性能可愈粘合層3、5、7結合。層2、4、6、8通常是鋁或鋁合金，並可用於機翼或機身的結構中。當是鋁的時候，至少外部導電層2的厚度可以在0.1到2毫米的範圍內。根據本發明，導電層2、4、6、8不限於鋁，並且不需要導電。層疊體1可完全有效地阻擋射頻電磁輻射。最低的RF頻率，即長波輻射頻率常常考慮為148.5kHz或以上。根據部分「RF」可包含低於此的頻率。RF屏障或RF阻礙物，或具有有限RF進入表示，層2使大約100KHz處的RF電磁波衰減得比1KHz以下的磁場能量衰減更利害，即前者的衰減大約是後者的10倍或更大。可以通過0.15mm厚度的鋁片實現有限RF進入，其中該厚度是通過導電頻率實現RF抑制的典型厚度，見例如「建築電磁屏蔽手冊」，Leland H.Hemming,IEEE出版社。對於鋁以外的其它材料，外部導電層2的RF阻擋效果可以確定為值V大於300的導電層2，其中V由(導電層厚度(mm))2×(導電層相對磁導率)/(導電層的比抗性(ohm.mm))給出。V大於300，特別是大於1500的導電材料的厚度是有效的RF阻礙物。V的公式來自上述手冊的P18頁上的公式3到10給出的電磁輻射吸收。
使其適合於用於諸如航空器元件之類的高度應力應用的良好的層疊體1的機械性能依賴於粘合層3、5、7和層2、4、6、8之間良好的粘合。層2、4、6、8中的一層有任何幹擾、變形、裂開、破裂或洞都是不理想的。根據本發明的一個實施例，標記10包含在導電材料2的外層下面，例如嵌入粘合層3內。標記10定義了一代碼，它可以使用層疊體1以外的檢測器讀出。不必為了能夠讀出存儲在標記10中的信息而穿透或者破壞外層2，即能夠遠距離且非侵入地讀出。標記10可以是只讀存儲器，它能夠非侵入地讀出，而不管標記10是否由嚴格地限制或防止機械或RF進入標記10的導電層2、4包圍在兩側上。標記10可包含EP-A-713195中描述的類型的薄軟的鐵磁性細長元件9，但是不包括本發明的新特點。這些元件9最好足夠薄，從而它們不使導電層2和4有顯著變形，並且不嚴重影響整個層疊體1的機械性能。元件9可以放射狀地設置，從而細長元件9之間的角度差表示編碼信息或數據，例如每一個元件9可相對於下一個元件以兩角距之一設置。第一角距可表示二進位的「0」，第二角距可表示二進位的「1」，但是本發明不限於二進位系統。
如果將細長元件9設置為圓的一部分，如半圓，就足夠了。圖1所示的細長元件9的5度的角度差可容易地由根據本發明的檢測裝置辨別，從而標記10可具有36個單獨細長元件9，由此二進位數量的存儲容量為236。這足以能夠由一個或多個參數，即廠商、製造日期和/或地區編碼項目。由細長元件9的尺寸和材料、檢測線圈的設置以及外部磁場輻射頻率確定能夠檢測的標記10的細長元件9之間的角度或線性差的最小尺寸。
如果將元件9設置為整個圓，最好一個半圓內的細長元件9與相對的半圓內的細長元件9具有相同的定向。這可通過不同角距能夠不同編碼的技術實現。例如，如果選擇5.5和8.5度這兩個不同交間隔表示二進位碼，則兩個不同半圓中任何兩個細長元件9的軸將分開0.5度，且與代碼表示的值無關。可使用其它方法和元件9的安排，來形成可讀代碼，並包含於本發明的範圍內。例如，代碼可以是有/無如EP-A-0472842中描述的信號寬度條形碼。
軟鐵磁性元件9最好具有低磁阻，即，它們具有高的相對磁導率或高的磁化率Xm。軟鐵磁性元件9可由高磁阻(低相對磁導率或者低磁化率)導電層，即諸如塑料、鋁或銅，或它們的合金之類的不磁化材料，或者由大於300的參數V的值確定的可磁化材料的導電層2、4圍繞，其中V是由(導電層2的厚度(mm))2×(導電層2的相對磁導率)/(導電層2的比抗性(ohm.mm))確定的。V的值最好是12×104或更小。對於本發明，最好(但不是必須)細長元件9的長度與其截面積的平方根的比是150或更大。細長軟鐵磁性元件9具有在低磁場強度下達到飽和的性能。合適的軟磁性材料具有低的矯頑力和高的磁化率，如坡莫合金。
當將如圖1所示的標記10設置在基本上均勻的強度足夠的磁場(其磁力矢量具有特定的第一方向)中時，細長元件9將沿它自己縱軸在該第一方向磁場矢量分量方向磁化。如果磁場矢量的定向改變為第二方向，使其掃過垂直於細長軟鐵磁性元件9的縱向軸的方向，則該細長元件9的磁化方向將反向。現在細長元件9具有沿軟磁性材料元件9的縱軸的磁場矢量分量，但方向相反。由於材料是軟鐵磁性材料9，在在通過垂直於每一個有關的細長元件9的縱軸移動磁場矢量之後立即或與其同時發生反向。通過選擇具有類似於那些下面所述的磁性的適當材料，可以在非常短的時間內發生細長軟鐵磁性元件9在磁方向的反向，從而設置在標記10區域內的檢測線圈將檢測由具體的細長元件9的磁方向中的變化產生的感生電壓的窄脈衝。各個脈衝一般具有寬頻譜，包括許多高頻成份。當將一組細長元件9呈放射狀設置，並使具有基本上恆定大小的施加的磁場在標記10的平面內旋轉時，得到如圖2概略地示出的一組脈衝。脈衝從一個到另一個的時間上的分隔是元件9的角距的結果，並與其成比例。通過分析脈衝之間的時間，可以鑑定由標記10確定的代碼。
但是，元件9的磁化方向變化的檢測則由於外部導電層2而困難或不可能。由元件9的磁化方向的變化產生的信號頻譜中所有的高頻都由層2吸收。因此，即使有施加的磁場旋轉低頻(例如400Hz)，從每一個細長元件9接收的信號也高度衰減，並常常無法測量。表1示出使用鋁製覆蓋層2，和100mm長×0.75mm寬細長元件9(其材料為Vitrovac 6060Z，來自德國Hanau,VAC)測量的結果。
表1
可見，在空氣中，即，沒有導電覆蓋(覆蓋=0mm)時，信號是2.2個單位，而在有0.5mm鋁製覆蓋層2時，信號減小到大約這個值的1/10，而對於1mm或更厚的覆蓋層2，沒有可以測量的信號。由於用於航空器部件中的鋁層2的厚度，標記10實際上被RF屏蔽，與任何用於檢測帶9的磁化方向變化的裝置隔開。
令人驚訝的是，根據本發明，可通過在標記10下面設置第二導電層4(即標記10夾在兩個導電層2、4之間)，以形成如圖1所示的層疊體1而得到強信號。表2示出在這種情況下對於各種厚度的鋁製覆蓋層2和下層4，使用與上述表1相同的細長元件9時的結果。
表2
增加下層4的厚度的效果是增加接收到的信號，從而對於0.5mm厚的覆蓋層，1mm或更厚的下層能夠增加信號強度，幾乎使其返回空氣中測量到的值。對於1.5mm厚的覆蓋層2，類似的下層4接收到的信號強度得以使用，該信號強度是空氣中的強度的大約25％，而且是當0.5mm的覆蓋層沒有下層時得到的信號強度的兩倍。記住，來自通過導電金屬層的信號的信號強度應當與RF阻礙物成比例，這意味著對厚度為1.5mm的覆蓋層2和沒有下層的情況，接收到的信號強度估計是空氣中信號的千分之一。出乎意料的是標記10夾在這兩個1.5mm鋁製層2、4之間使接收到的信號強度增加250倍。因此，根據本發明當使用可電磁檢測和可讀標記時，從標記接收到的信號最好至少是施加的測量磁場的強度的1％，最好是施加的磁場強度的5％或更高的是接近於10％或更大。
本發明的較佳實施例獨立包括提供一具有帶標記10的物體(諸如航空器部件)的鑑定系統，所述標記10包括至少一個細長軟鐵磁性元件9(有或無控制或保持元件)，將標記10嵌入導電層下面的物體中，該層限制RF和機械進入。導電層2可具有大於300的V值，其中V是由(導電層的厚度(mm))2×(導電層的相對磁導率)/(導電層的比抗性(ohm.mm))給出的。可將物件設置得通過詢問區，該區中產生具有基本上恆定大小的磁場矢量的磁場，並根據磁場矢量改變鑑定標記1的定向。通過詢問區相鄰的檢測系統可檢測到軟鐵磁性元件9的磁化方向上的任何變化。標記10存儲有用的信息量，例如大約16bit，並能夠通過非侵入方法讀出，而不論它是否嵌入覆蓋層2的下面，這基本上防止了機械和RF進入。
細長元件9的材料可以從任何適當軟磁性材料中選擇。細長元件9可由諸如無定形的磁性材料合金之類的軟鐵磁性材料製成，這種材料具有設置在含與第一方向平行的分量的磁場中時，轉容易沿細長元件9的縱向(即第一方向)磁化，且當磁場分量與第一方向反向時使磁化方向反向的性能。最好軟鐵磁性材料選得可以容易和快速地改變細長元件9的磁化方向。在表3中列出一些適當的材料。其它適當的材料是由Allied Signal Corp.,USA製造的合金2705M和2714Z。
表3
「鐵磁性材料」包括導電和不導電鐵磁性材料，例如，鐵氧體、無定形金屬合金。這種材料的磁性最好是0.5到1.0特斯拉的磁感應B(=μ0(H+M))的飽和通量密度(Bs)，矯頑力(Hc)為大約0.025到1A/cm，以及相對磁導率(μrcl=ΔB/ΔH|H=0)大於10,000。適當材料可具有250,000或甚至400,000的磁導率。如果材料具有剩磁，特別是在磁飽和的50到95％範圍內，也是有利的。
對於使用表3的材料得到的信號強度和接收到的脈衝持續時間的結果示於表4中。在這個表中，將空氣中的信號強度和脈衝持續時間與然後夾在兩個0.5厚的鋁層之間的情況比較。值得注意的，各種材料的幅值和脈衝持續時間有差異。理想的是由夾在兩個鋁製層2、4之間的標記10產生的信號的幅值應當高，而脈衝持續時間應當短。返回信號的高絕對幅值有助於正確判斷存儲在標記10中的信息，並和噪聲信號比較辨別真信號。脈衝的縮短確定了標記10中的細長元件9之間最小的可檢測的角距，因此確定了可由標記10存儲的最大數據量。最好是幅值對脈衝持續時間的比率應當儘可能高。最好的材料是6018，它給出最高的絕對幅值，和第二高幅值/脈衝持續時間比。另一種較好的材料6030Z和6006。使用這些材料，標記10可夾在圖1層疊體中鋁製的外層2和下層4之間，並使用外部電磁檢測設備讀出具有有用的數據量的標記10，而不論層2、4是否RF阻礙物。
表4
根據本發明的標記10的另一個優點在於，它能夠經受住用於形成如圖1所示的層疊體1的溫度，而不損失或破壞存儲信息。表4的磁性材料在製造層疊體1時通常可經受住超過120攝氏度的溫度而沒有變化。可在製備層疊體1時使用超過150攝氏度或甚至是250攝氏度的溫度，而不影響存儲在標記10中的數據。可選擇適當的軟鐵磁性材料，使它們的居裡溫度超過200攝氏度。如果磁性不是不可逆地受到影響，則在製造過程中，標記10可短時間經受相當高的溫度。可以選擇適當的可經受大約350攝氏度的溫度，而不丟失數據的有剩磁軟鐵磁性材料。由此，還可以將標記10包含在注塑模製、吹風模製、高壓鍋模製或其它製造機器或處理中，從而標記能夠包含於、模製於或形成於任何由這種機器製造的物件中。另外，由於細長元件9可由軟鐵磁性材料製成，故強的電磁場能夠改變元件9，但是無法破壞存儲的信息，除非層疊體1完全毀壞或嚴重變形或破裂。另外，由於可以將標記10埋入諸如鋁或似於金屬層製成的相對厚而穩定的層2的下面，故標記10可視覺上得到隱藏，並難以檢測。另外，由於標記10被埋藏，無法通過沙、風或除冰處理之類的機械磨損而改變。因此，根據本發明，覆蓋層2還可以為埋藏的標記提供嚴格的機械進入，特別是只有通過破壞或嚴重損壞覆蓋層2的至少一部分才能夠試圖接觸到標記。而另一個優點在於，層疊體1的機械性能不會由標記10嚴重影響。
如今，複合鋁合金2024-T3是使用得最多的機身表面材料，還是GLARETM纖維金屬層疊體常常使用的材料。對於鋁製層疊體，複合和裸材料都能夠以0.3，0.4和0.5mm厚度使用。「複合」意味著在合金上提供額外的幾乎純的薄膜鋁層，用於保護鋁合金不受周圍環境影響。「裸」意思是沒有保護複合層。GLARETM是與玻璃纖維層3、5(圖3)結合的鋁製薄層2、4、6基礎上的材料。在GLARETM3中，將相同量的玻璃纖維沿與鋁層的旋轉方向成0度和90度定向。報告說雖然它具有稍微較低的硬度，但是對於疲勞強度和殘餘強度，GLARE材料勝於鋁。因此不但對維修，而且對新結構，這種材料都是理想的。將兩種類型的GLARETM用於測試中GLARE-3-3/2-0.2,GLARE3-2/1-0.3。差別在於鋁/預浸料坯層數(3/2或2/1)，和鋁層的厚度(0.2mm或0.3mm)。使用的所有GLARE材料是標準可買到的由荷蘭德爾夫特的結構層疊體公司提供。
金屬層疊體12(樣品5到7，表5)中使用的粘著劑是AF-163-2-OST，由3M公司製造。片13(樣品1到4，表5)與也是由3M公司製造的AF163-2K結合。兩種粘劑都通過載體製造，差別在於2K-型的具有編制載體，而OST-型的具有隨意方向的纖維。
對於標記10，使用170毫米×100毫米的面積。為了測試，發現標記10相鄰的不受幹擾的材料在標籤每一側上至少要25毫米，這導致鋁製層疊體樣品和片13至少150毫米寬。樣品的設計如下(見表5)鋁製層疊體樣品(圖4)160毫米寬，420毫米高，標記安裝到外部鋁層，片表面樣品(圖5)片150毫米寬，220毫米高，表面生片400毫米寬，900毫米高，標記安裝到片13。
由於片13應當象修補，在基礎鋁中使用珠鋸製成50毫米切口。通過在破裂端部鑽孔(3毫米直徑)和在破裂區域上粘貼片而修補切口。片13的刀角圓弧半徑是25毫米(圖5)。沿鋁層的LT方向測試GLARE3-2/1-0.3片，而沿鋁層的L方向測試GLARE3-3/2-0.2片。材料的L方向是材料的旋轉方向，而LT垂直於L方向的平面中的L方向。
表5
鋁層疊體的樣品製備如下-用丙酮脫脂和清除-在含有諸如來自Henkel,DE的鹼性脫脂液的70度浴器中脫脂30分鐘-在60度的鉻酸/硫酸浴器中醃製20分鐘，通過氰基丙烯酸鹽粘合劑(諸如來自Hottinger Baldwin MeBtechnik,DE)使軟鐵磁性帶(100毫米)以圖4所示的圖案粘結。
-用AF-163-2-OST層疊材料-在高壓鍋中的壓力和溫度下老化材料修補鋁製表面的樣品製備是如下進行的-用珠鋸在表面生片中鋸50毫米的切口-在每一個切口端部鑽3毫米直徑孔-用丙酮脫脂和清除小片，用NOGO C20氰基丙烯酸鹽粘合劑以圖5所示的圖案在三點上粘合軟鐵磁性帶(100毫米)-由沙紙600磨光表面的小片區域
-由沙紙2000磨光表面的小片區域-由丙酮脫脂和清除表面-由來自3M公司的AF-163-2K將小片粘合到表面生片，由帶子固定小片的位置-在高壓鍋中在壓力和溫度下老化材料。
高壓鍋中的老化循環為施加30分鐘真空釋放真空壓力和溫度在30分鐘內升高，直到3Bar和120攝氏度在30分鐘內冷卻到40攝氏度，釋放壓力至1bar然後使樣品經受受拉的機械負載循環。所有層疊的樣品(5到7)達到預先設定的在120mPa時200,000次的壽命。對於小片樣品1到4，測試時間由破裂的傳播限制，但是，所有的樣品都超過170,000次。在軟鐵磁性元件9和層2之間沒有發現分層。確定沒有由元件9引起的影響。負載循環前後的電磁測試顯示，從標記10接收到的信號強度沒有變化。
根據本發明的標記10的另一個優點在於，它只需包括無源元件9，而不需諸如電晶體之類的有源元件。這可使根據本發明的標記10容易和便宜地製造，可靠，不受電磁輻射或高溫(超過125攝氏度，例如超過150攝氏度)影響，並且也不依賴於能量從外加磁場的轉移，以給有源裝置供電。標記10還不需要包含硬磁性材料(但是這不被本發明排除在外)，而硬磁性材料會在強磁場中半永久地改變它們的磁化強度方向。
圖6A和B是適合於在二維詢問區29中產生平面旋轉磁場的線圈安排略圖，其中詢問區面積等於磁場發生器檢測器20，並且平行於其外表面。磁場的一有用部分位於發生器檢測器20外面，從而旋轉磁場可能由如圖1所示的標記10施加在層疊體1上。磁場發生器檢測器20包括兩個平坦的發送線圈21、22，和兩個平坦的接收線圈23、24。磁場發生器檢測器20的詢問區29位於磁場發生器檢測器20的外面。將發送線圈21和22以相互90度地繞在可由變壓器鋼板製成的層疊體金屬芯25上。芯256與芯25的磁導率與空氣的比值成比例地增加發生器檢測器20周圍的磁場。與發送線圈21、22相關的是兩個垂直安排的接收線圈23和24。詢問區29中的磁場矢量26的方向由線圈21和22中正弦電流之間的相對相位確定。當兩個線圈中電流之間的相位差是90度時，在詢問區29任何區域中得到均勻的旋轉場。由於磁場在詢問區29中任何位置均勻旋轉，故將標記10設置在詢問區29中的哪一個位置上來從標記10得到滿意的信號接收是不重要的。根據本發明的磁場發生器檢測器20將設計得產生一磁場，該磁場可具有5到400高斯的大小。可驅動磁場發生器檢測器20的線圈21、22，從而它們產生一磁場，該磁場具有基本上恆定的大小，並且按照不同定向移動通過二維詢問區29，或平滑地旋轉。可將接收線圈23、24的輸出饋送到控制器和電信號處理裝置，以使檢測到的脈衝與雜音隔離。脈衝波整形電路可改善脈衝質量以輸出信號序列。磁場矢量的定向可以隨意選擇，或可跟從任何具體正則序列。磁場矢量還可通過以每一個定向的小角度振蕩。控制器和電信號處理裝置可包括用於記錄磁場矢量(產生脈衝)的每一個具體定向的裝置。通過這一信息，可識別產生接收線圈中的脈衝的磁場矢量方向，並由其再構成存儲的數據。如果磁場旋轉均勻，可以遵循時間模式的檢測脈衝序列，該模式與標記10上的細長元件9的空間間隔有一對一的關係。如果磁場矢量有規則地移動通過詢問區29，則僅僅需要記錄脈衝的時間序列，以推斷磁場矢量對應的方向。可將脈衝序列饋送到邏輯電路中，以將脈衝的時間序列轉換為二進位數或其它代碼。
下面將參照圖6c描述根據本發明的檢測器電路的實施例。控制器11產生通過放大器36、38饋送到線圈21、22的電流。通過地址電路30到31從EPROMS35、33讀出所需電流值。由線圈21、22產生的磁場在一個平面內連續旋轉，以形成2-D詢問區29。如圖6C所示，兩個直交的檢測線圈23、24的輸出端用於檢測，並且當標記10處於詢問區29內時以失真的正弦波出現。將由具體細長軟鐵磁性元件9產生的各個脈衝與隨機噪聲和由放電橫向小間隙產生的脈衝一起疊加在基本正弦波上。從電路45到47產生的線圈23、24輸出的平方計算磁場矢量的大小。在加法器8中對電路45、47的輸出求和，以產生組合信號。然後將組合信號饋送到超外差接收電路49到54。第一振蕩器53產生具有中頻(通常為455KHz)信號。在混頻器49中產生中頻與組合信號的乘積。將混頻器49的輸出饋送到陶瓷濾波器50。通過在混頻器51中使陶瓷濾波器50的輸出與來自振蕩器54的中頻相乘，並將乘積後的信號提供給低通濾波器50，在解調電路51、52、54中對陶瓷濾波器50的輸出進行解調。對於熟悉AM-接收機技術(見例如Addison-Wesley出版公司的FerrelG.Stremler著的「通信系統導論」1990年第三版)的人，上述處理是已知的。將來自低通濾波器52的脈衝串饋送到控制器11，脈衝串將從該控制器11送到外部計算機(圖中未示)以進一步分析和解碼。
可從檢測線圈23、24的相位(圖中未示)確定磁場矢量26的任何一個具體方向。用於確定磁場矢量26的定向的裝置可以是用於比較線圈23、24的相對相位的電路，並可包含在控制器11中，或獨立的微處理器或計算機中(圖中未示)。
本發明的另一個實施例概略地示於圖7A和B中。它由類似於上面描述的一組鐵磁性細長元件9構成，細長元件9夾在兩個鋁板27和28之間。鋁板27、28可使用老化粘劑粘合。鋁板27、28分別是0.1到2mm厚，或由導電材料製成，其中導電材料V值大於300,V是由V=(導電層厚度(毫米))2×(導電層相對磁導率)/(導電層的比抗性(ohm.mm))給出。元件9以角度差設置在它們之間，以當由適當的檢測裝置讀出時，提供代碼，例如，已參照圖6描述的。鑑定裝置25可用作旅館房間或私人房門的電子密鑰。由於電子密鑰鋁板27、28的層疊體製成的這一事實，故裝置25非常耐用，並且可替代傳統用於鎖的金屬鑰匙。圖8中示出適當的鎖40。鎖包括用於容納電子密鑰25的裝置的空間41。空間41形成檢測器42的詢問區，該詢問區類似於參照圖6描述的檢測器。鎖40還包含適當的電子設備43和輸電線32和34，用於控制檢測器42並為其供電。電子設備43還能夠檢測任何裝置25代碼，並將該代碼與存儲在其本身存儲器中的比較。如果裝置25的代碼與存儲在電子設備43中的代碼匹配，則螺線管39和37首先在彈簧56的力下從門閂55中的凹口46收回鎖銷44，然後在彈簧57的力下將門閂55從其在鎖中的位置收回。
如圖1所示的鑑定標記10是放射型的，但是根據本發明，細長軟鐵磁性元件9可以任何空間設置安排，只要該安排適合於產生鑑定代碼。具體地說，不必放射形地安排細長元件9。本發明的另一個實施例包含細長元件9的線性安排，這在外觀上類似於傳統的線性光學條形碼。在本實施例中，細長元件9之間的線性距離可以確定代碼。
根據本發明的標記10可包含各種形狀的軟鐵磁性材料，並且本發明不限於分開的細長元件9來形成標記10的代碼。令人驚訝的是，已經發現彎曲成各種角度的單個軟鐵磁性材料帶(如圖9A所示)產生一組類似於由圖9B中所示的鐵磁性帶狀元件的安排產生的信號。因此，鐵磁性材料元件不必相互電磁分開。具體地說，通過將軟鐵磁性材料的電線59放置在如圖9C所示的一側上覆蓋有粘劑58的鋁帶60上，其截面如圖9D所示，可產生如圖9A所示的安排。
另外，已經確定如圖10A所示的軟鐵磁性材料多側片產生類似於如圖10B所示的帶狀安排的信號。從這些例子可以假定，要產生位於旋轉外磁一周期的信號的軟鐵磁性材料的形狀或圖案的每一個直邊緣部分由其角決定。信號的大小確定邊緣部分的長度。因此，本發明包含一種標記10，它包含既有片狀也有帶狀產品的多面形狀的鐵磁性材料。
本發明的上述內容涉及相對於標記10移動磁場矢量。但是，本發明還包含相對於磁場移動標記10。例如，可以將圖1、7、8A、9A或10A所示的類型的標記放置在處於靜止磁場中的旋轉轉臺上。標記10與磁場矢量之間任何形式相對移動，只要這種移動導致磁場矢量的定向相對於標記10變化，從而以一序列產生多個這樣的定向，則包含於本發明中。
根據本發明，最好標記10包含作為只讀存儲器記錄某信息的元件9。但是本發明還包含讀/寫存儲器。圖11A到11E所示的軟鐵磁性元件可由導電層2層疊，以形成根據本發明的可偽裝的、可非侵入測量的、可嵌入標記。通過對軟鐵磁性元件9進行適配，使標記10可編程，從而它們失去使它們的磁化方向反向的能力，而不引起永久的破壞。這可通過提供與一個或更多形成磁性元件9相關的保持元件而實現。通過改變保持元件的狀態，可以激勵或去激勵有關細長元件9。這些元件是已知如此的，因此這裡不詳細描述了。保持元件最好由具有剩磁特性的材料製成。保持元件最好包含具有比細長元件9更高的矯頑力和更高飽和磁通密度的材料。保持元件可包含Gamma Fe2O3、維卡合金、remendur、ArnochromeⅢ(由Arnold Engineering，美國製造)或任何類似的材料。只要保持元件磁化，它將防止相關的細長元件9的磁方向的變化，或至少嚴格地改變其變化，從而檢測到的脈衝能夠相互鑑別。如果將保持元件放置在強大(在保持元件的矯頑力以上)但振蕩漸減的磁場上，則它及被去磁，並且相關的細長元件9可對外部磁場有反映。保持元件還可以是較寬層疊體軟鐵磁性剩磁材料。保持元件可層疊在或位於細長軟鐵磁性元件9的下面，並且最好包括剩磁材料。
如圖11A所示的標記10是從US-A-3665449知道其原理的。與細長軟鐵磁性元件9相鄰的是保持或控制元件15，這種元件具有剩磁特性，並且由於其相鄰而磁耦合到細長軟磁性元件9。保持元件15的磁性材料最好具有比軟磁性材料更高的矯頑力和飽和磁通密度。保持元件最好在檢測標記10所需的磁場中不飽和。只要保持元件磁化，它會影響細長元件9，從而細長元件9的磁方向不會發生變化。如果檢測線圈中產生的脈衝充分改變，以相互辨別，則不必完全抑制磁反向。每一個元件9還都可以由如US-A-4746908所示和圖11B所示的軟鐵磁性材料19和剩磁材料15的層疊體構成。如果將標記10放置在強大的漸減振蕩磁場中，則保持元件15去磁，並且現在每一個細長元件9都能夠產生脈衝。例如，當安裝在商店裡的製品內以防止盜竊時，保持元件15首先去磁。在購買了它以後磁化，從而標記10不會激勵檢測系統。當將標記10埋藏在導電覆蓋層2的下面時，它是看不見的，由此偽裝起來。
圖11C所示的標記10由US-A-4746908而知道。它由較大片的軟鐵磁性細長元件9、19和保持元件15、25構成。標記10以這種原理工作大面積軟磁材料產生小脈衝或不產生脈衝。相應地，當保持元件15、25去磁時，軟鐵磁性細長元件9、19不產生脈衝。當保持元件15、25磁化時，它們抵消了位於它們下面的軟鐵磁性材料的區域，留下激勵的細長軟鐵磁性細長元件9。
圖11D所示的標記10是由US-A-3983552的原理知道的。不將保持元件15放在軟磁細長元件9旁，而代之以將它兩個疊置。保持元件15和細長元件9的面積可以是相同的，並且可以層疊在一起。根據保持元件15和細長元件9的相對尺寸和磁強度，能夠抑制或扭曲可用於檢測目的的脈衝。
圖11E所示的標記是從US-A-3747086知道的，並且由軟鐵磁性細長元件9和兩個保持元件15、25(具有不同剩磁特性)構成。根據保持元件15和/或25的磁狀態，可以將由細長元件9產生的脈衝的性質用於檢測目的。
如上所述的標記10用於根據本發明的檢測系統中，本發明包含用於產生基本上大小恆定的磁場的裝置，並且通過改變標記10具有基本上恆定大小的磁場矢量的相對定向，而檢測標記10。除了根據本發明的檢測系統以外，檢測系統還包括如US-A-4746908、3983552、3747086或3665449號傳統檢測系統。傳統系統能夠用於將標記10定位在大致的位置，而根據本發明的檢測系統能夠用於將代碼讀出。
下面將通過改善根據本發明的另一個實施例的標記10的安全性，描述根據圖11的保持元件15的使用。本實施例的標記10可包括如圖1所示的放射狀序列的軟鐵磁性細長元件9。第一個三條帶可確定開始區域，從而可以確定序列的開始，例如第一帶是0度，第二帶為7度，而第三帶是10度。剩下的帶確定二進位數，並間隔5度。因此開始區域的序列7度和3度是可唯一識別的。剩餘的到185度的元件9位於從15度到85度的任何5度空間內。
提供9表示二進位數中的「1」。能夠表示的最大數量是235。對於每一個生產部件，由一個授權機構分派號碼，並在可公共得到的資料庫中登記，例如，在網際網路上，如果必要，由密碼保護。由此，一旦分派了號碼，則任何新的具有表示與分派號碼相同的號碼的標記10的部件是假貨。另外，每一個元件由兩種材料層疊而成，看起來是一樣的。從分派的號碼，由安全運算法則產生較小的號碼，例如單向函數，從這種函數方便地由大號碼得到小號碼，但是由這種函數，知道幾個較大和較小號碼就能提供為所有其它大號碼計算小號碼的可能性。一旦得到例如可能是散列數字的小號碼，即在標記10中有的第一元件開始計數。讓我們假設在標記10中有15個元件，並且雜散數字是6。然後，從開始區域相鄰的第一帶開始計數，並且第六個元件9特殊帶(它是如圖11B所示的層疊體)，這個元件9具有由軟磁性材料層疊的保持元件15。現在標記10根據標記10的磁性處理，表現不同。在使標記10經受了大的漸減振蕩磁場之後，當被放置在具有基本上恆定大小的磁場矢量的旋轉磁場中時，標記10由正確號碼讀出。如果然後使標記10經受強恆定磁場，由於第六個元件9的回應被抑制，故讀出不同。對最終比較的正確性的確認有助於檢測有效的標記10。
已經參照一些實施例和附圖描述了本發明，但是熟悉本領域的技術人員理解，在由所附權利要求限定的本發明的範圍內，可以對本發明進行修改和補充。例如，本發明包含通過超聲波測試設備可非侵入地讀出且不毀壞標記10的植入。標記10可由與周圍材料相比具有超聲波對照的材料製成。例如，已經發現通過上述測試樣品(圖4和5)，使用具有產生寬帶10MHz信號的變換器(它產生超聲波脈衝，該超聲波脈衝從標記10反射)探針的超聲波測試設備，可檢測植入的標記10和元件9。這種檢測形式不必由軟鐵磁性材料製造元件9。另外，元件9可以是任何形狀的，例如，它們可以是字母數字字符。超聲波測試能夠用作讀出標記10的另外的方法，標記10還可以使用上述旋轉磁場而讀出。例如，標記10可以由軟鐵磁性元件9和其它類似的但是無磁性元件構成。因此，由磁方法讀出的數字將不同於由超聲波看到的數字，這種差別可用作另加的安全檢測。
還可以使用對於γ射線比周圍材料更不透明的材料製成可嵌入非侵入且不破壞的可讀標記。通過將γ射線源射過有感光材料的元件，在γ射線照片另外一側上得到標記10。
讀出標記10的γ射線和超聲波方法和磁方法以及前面的實施例相比不夠好，因為γ射線需要特別安全處理條件，並且超聲波探針通過探針和要檢測的物體之間的凝膠薄膜才工作得最好，這與使用如圖6所示的檢測器線圈的簡單的手持式測試設備(從而允許遠距離讀出標記10)相比，笨拙得多。
權利要求
1．一種包括鑑定標記的製品，其中所述標記包含存儲信息，所述製品的特徵在於包括第一導電層，所述導電層限定對所述標記的機械和RF進入；並且所述標記能夠視覺上偽裝在所述導電層下面，並且通過導電層不受破壞和非入侵地測量。
2．如權利要求1所述的製品，其特徵在於所述標記是不以通信通道為基礎的。
3．如權利要求1所述的製品，其特徵在於所述標記包含軟鐵磁性元件，該元件具有多個基本上直的邊緣，所述邊緣相互以預先形成的空間關係安排，所述空間關係預先選擇，以確定存儲的信息，所述軟鐵磁性元件具有低磁阻(高磁化率)；並且所述軟鐵磁性元件的每一個邊緣具有至少一種狀態，其中當所述標記與具有基本上恆定的幅值的磁場矢量之間的相對定向改變時，磁化方向是可反向的。
4．如權利要求3所述的製品，其特徵在於邊緣相互間有角度關係，邊緣之間的角距確定了所述信息。
5．如權利要求1所述的製品，其特徵在於將所述標記夾在第一導電層和第二導電層之間。
6．如權利要求1所述的製品，其特徵在於存儲在所述標記中的信息不是電磁可擦的。
7．一種用於驗證和跟蹤元件的可嵌入鑑定標記，所述標記的特徵在於本質上由無源元件構成，並且可視覺上偽裝。
8．一種用於驗證和跟蹤元件的可嵌入鑑定標記，所述標記的特徵在於可在超過120攝氏度溫度下處理，而不損失信息內容，並且可視覺上偽裝。
9．一種用於驗證和跟蹤元件的可嵌入驗證標記，所述標記特徵在於包含存儲的信息，所述存儲的信息能夠通過機械和RF阻礙物不受破壞和非入侵地讀出；並且所述標記可視覺上偽裝。
10．一種用於識別包含鑑定標記的系統，其特徵在於所述標記包含存儲的信息，所述存儲的信息能夠通過機械和RF阻礙物不受破壞和非侵入地讀出；並且所述標記可視覺上偽裝。
11．如權利要求10所述的系統，其特徵在於所述標記不是以通信能道為基礎的。
12．如權利要求10所述的系統，其特徵在於所述標記包含具有多個基本上直的邊緣的軟鐵磁性元件，所述邊緣以預先形成的相互的空間關係安排，所述空間關係是預先選擇的，以確定存儲的信息；軟鐵磁性元件具有低的磁阻(高磁化率)；並且軟鐵磁性元件的每一個邊緣具有至少一種狀態，其中當所述標記與具有基本上恆定幅值的磁場的磁場矢量之間的相對定向改變時，磁化方向反向。
13．如權利要求12所述的系統，其特徵在於邊緣相互間有角度關係，所述邊緣之間的角距確定了信息。
14．如權利要求10所述的系統，其特徵在於所述標記夾在RF阻礙物與另一個RF阻礙物之間。
15．如權利要求10所述的系統，其特徵在於存儲在所述標記中的信息不是電磁可擦的。
16．如權利要求12所述的系統，其特徵在於磁場是具有基本上恆定幅值的旋轉磁場。
17．一種用於在預定詢問區中產生磁場的裝置，其特徵在於包含用於產生具有基本上恆定幅值的所述磁場的磁場矢量的裝置；用於改變所述詢問區中所述磁場矢量的定向的裝置；用於確定所述磁場矢量的幅值的裝置，其中，詢問區位於外面，並且不由產生裝置和改變裝置包圍。
18．如權利要求17所述的產生裝置，其特徵在於所述產生裝置包括兩對二次相互直交的繞組，每一個所述繞組具有矩形截面。
19．一種包含具有多個基本上直邊的軟鐵磁性元件的標記，其特徵在於所述邊緣相互以預先形成的空間關係安排，所述空間關係是預先選擇的，以確定代碼，直邊相互連接，軟鐵磁性元件具有低磁阻(高磁化率)，並且軟鐵磁性元件的每一個直邊具有至少一種狀態，其中當所述標記與具有基本上恆定幅度的磁場的磁場矢量之間的相對定向改變時，磁化方向反向。
全文摘要
本發明描述了一種植入的、可非侵入且非破壞讀出的鑑定標記(10)，它大大減小了射頻和機械進入。標記(10)能夠存儲超過16bit的數據。標記(10)較好地可遠距離讀出，不可由電磁輻射擦除，可視覺上偽裝，並且其存儲的信息免於暴露在高溫下受損，這將使它適合於用於安全緊要應用中。還描述了一種鑑定標記(10)的檢測系統。
文檔編號B64D47/00GK1318175SQ99811040
公開日2001年10月17日 申請日期1999年2月4日 優先權日1998年9月18日
發明者D·拉卡福, 開優·申克, G·A·范德斯梯格 申請人:美國3M公司