NO315396B1

NO315396B1 - Identifikasjonssystem

Info

Publication number: NO315396B1
Application number: NO20015792A
Authority: NO
Inventors: John Brungot; Lars Hoff; Sverre Holm; Arne Roennekleiv
Original assignee: Vivid As
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-08-25
Also published as: JP2005510743A; JP4402459B2; AU2002365534A1; DE60206073D1; ATE304194T1; DE60206073T2; CN1618078A; CN100367289C; US7307537B2; DK1461761T3; WO2003046801A1; CA2468486A1; EP1461761A1; NO20015792L; NO20015792D0; EP1461761B1; US20070063852A1

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen vedrører generelt identifikasjonssystemer hvor en identifikasjonsbrikke assosiert med et objekt identifiseres ved hjelp av akustisk fjernavspørring.

Spesielt vedrører oppfinnelsen en identifikasjonsbrikke for anbringelse i et objekt som befinner seg i en væske når det skal identifiseres.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Det er et behov for å merke og identifisere objekter som befinner seg i en væske, slik som vann, herunder saltvann.

Spesielt har utviklingen i oppdrettsnæringen, med økte krav til kvalitetskontroll og sporbarhet, medført et behov for å merke og identifisere levende organismer, spesielt fisk, som befinner seg i vann.

Det er derfor et behov for en identifikasjonsbrikke som enkelt, raskt og rimelig lar seg implantere i en levende organisme slik som en levende fisk, som varig kan befinne seg implantert i fisken, uten ulempe for fisken, for fiskens vekst eller for kvaliteten på produkter som senere fremstilles av fisken, som er rimelig i fremstilling, som opererer uten lagret energi, som kan benyttes med et rimelig og enkelt deteksjons-/avlesningsutstyr, som muliggjør et stort antall distinkte identifikasjonskoder, som muliggjør effektiv og pålitelig deteksjon/avlesning gjennom fiskens vev, gjennom vann og mens fisken er i bevegelse, som funksjonerer tilfredsstillende under varierende trykkforhold, fra atmosfæretrykk til vanntrykk på store havdyp, som funksjonerer tilfredsstillende under varierende temperaturforhold, og som vanskelig lar seg manipulere.

Teknikkens stilling

NO-884144 beskriver et identifikasjonssystem for identifikasjon av fisk, hvor et kombinert mottaker-, programmerings- og senderorgan implanteres i en fisk. Det kombinerte implanterbare organ beskrives som en brikke med elektronikk-kretser, og er i en utførelse angitt å kunne utsende "ekko-energi" som skyldes den energi som sendes ut av et sender-/leserorgan. Publikasjonen angir ingen løsning for hvordan en slik brikke skal utføres for å oppnå en identifikasjonsbrikke som ikke krever indre energilagring eller -tilførsel, som tilbyr et stort antall distinkte identifikasjonskombinasjoner, og som dessuten muliggjør effektiv og pålitelig identifikasjon gjennom fiskens vev, gjennom vann og mens fisken er i bevegelse.

US-5 134 370 beskriver et apparat for deteksjon av identifikasjonsbrikker, hvor en brikke kan være implantert i en fisk. Brikken er her basert på avspørring med elektromagnetiske signaler. For identifisering av objekter som befinner seg i vann, slik som levende fisk, er slikt utstyr lite egnet pga. vannets absorpsjon av de elektromagnetiske signalene.

US-5 552 778 viser en identifikasjonsbrikke som kan tilfestes et objekt, omfattende en resonator med flere resonansfrekvenser som er unike for brikken. Brikken kan identifiseres ved utsendelse av et akustisk eller magnetisk eksiteringssignal, idet et responssignal fra brikken kan registreres og analyseres. Brikken er oppbygget som et frittbærende element av et magnetisk bimorft materiale.

Sammenfatning av oppfinnelsen

En hensikt med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en identifikasjonsbrikke som er egnet for å identifisere et objekt som befinner seg i en væske slik som vann, herunder saltvann.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å merke et objekt som skal identifiseres når det befinner seg i en væske.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å merke og identifisere et objekt som befinner seg i en væske.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et system for å merke og identifisere et objekt som befinner seg i en væske.

De ovenstående hensikter og andre fordeler oppnås ved hjelp av de trekk som fremgår av de etterfølgende patentkravene.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i form av en foretrukket utførelsesform med henvisning til tegningene. Her viser: fig. 1A-1B et toppriss og et tverrsnittsriss av en identifikasjonsbrikke i samsvar med oppfinnelsen,

fig. 2 A-2E tverrsnittsriss for ulike utførelser av en identifikasjonsbrikke i samsvar med oppfinnelsen,

fig. 3A-3B blokkskjemaer for utførelser av et identifikasjonssystem hvor identifikasjonsbrikker i samsvar med oppfinnelsen benyttes,

fig. 4A-4B viser tverrsnittskisser for en identifikasjonsbrikke tilpasset for innsetting i en fisk.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Fig. IA et toppriss av en identifikasjonsbrikke for identifisering av et objekt som befinner seg i en væske, i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 1B viser et tverrsnittsriss av identifikasjonsbrikken langs aksen A-A i fig. IA.

Brikken omfatter og utgjøres av en akustisk resonator 100 som oppviser et antall distinkte resonansfrekvenser, hvor kombinasjonen av resonansfrekvenser er unik for identifikasjonsbrikken. Dette muliggjør at identifikasjonsbrikken kan identifiseres ved å utsette brikken for et akustisk avspørringssignal, å måle et akustisk responssignal og å frekvensanalysere responssignalet.

Resonatoren 100 omfatter en kavitetsdannende del 110, 120 og en membran 130. De akustiske resonansfrekvenser for resonatoren bestemmes av de seks kavitetene 140 som er innesluttet av den kavitetsdannende delen 110, 120 og membranen 140.

Den kavitetsdannende delen 110, 120 utgjøres av et substrat 110 med en øvre

flate, og en etsbar skive 120 med en nedre flate som er tilfestet substratets 110 øvre flate. Substratet 110 utgjøres av en glasskive, mens den etsbare skiven 120 er utført i silisium.

Den etsbare skivens 120 øvre flate videre er tilfestet membranens 130 nedre flate. Den etsbare skiven 120 omfatter videre seks gjennomgående, sirkulære åpninger mellom den nedre og øvre flate, slik at .hver av de seks kavitetene er innesluttet av substratet, den tilsvarende gjennomgående åpning og membranen. Fig. IB viser et tverrsnittsriss av identifikasjonsbrikken langs aksen A-A i fig. IA. Figuren illustrerer således de tre av i alt seks kaviteter 140 omfattet av resonatoren 100 som gjennomskjæres av aksen A-A. Fig. IB illustrerer at hver kavitet er avgrenset av substratet 110, den etsbare skiven 120 og membranen 130. Fig. IA illustrerer at resonatoren 100 kan ha en rektangulær form, sett ovenfra. I en praktisk utførelse kan formen være mer langstrakt eller stavformet enn hva som er vist iflg. IA. Dette er en fordel ved den praktiske innsettingen av en identifikasjonsbrikke i en organisme slik som en fisk, idet innsettingen med fordel bør skje gjennom et hull med minst mulig tverrsnitt. Fig. IA-IB illustrerer at kavitetene har ulik størrelse, spesielt ulikt tverrsnitt, og mer bestemt ulik diameter i det tilfellet at hver kavitets tverrsnitt er sirkulært.

Antallet kaviteter er bestemmende for antall mulige kodingsmuligheter. Dersom antallet kaviteter med distinkt resonansfrekvens betegnes n, er antallet mulige kodingskombinasjoner er 2n<->l.

Resonatorer med ulike kombinasjoner av kavitetstverrsnitt kan fremstilles direkte, eller det kan fremstilles brikker med et fullt sett av kavitetskombinasjoner som deretter kodes ved å ødelegge membranene for de kavitetene som ikke skal være med i koden.

fig. 2A-2E viser tverrsnitt for ulike utførelser av en identifikasjonsbrikke i samsvar med oppfinnelsen.

Figur 2A viser et tverrsnitt for en første utførelsesform av en identifikasjonsbrikke for implantering i en levende organisme slik som en fisk.

Identifikasjonsbrikken omfatter en akustisk resonator 100 som oppviser et antall distinkte resonansfrekvenser, hvor kombinasjonen av resonansfrekvenser er unik for identifikasjonsbrikken. Dette muliggjør at identifikasjonsbrikken kan identifiseres ved å utsette brikken for et akustisk avspørringssignal, å måle et akustisk responssignal og å frekvensanalysere responssignalet.

Resonatoren 100 omfatter en kavitetsdannende del, som i utførelsen i fig. 2A utgjøres av et substrat i form av en glasskive 110 og en etsbar del i form av en silisiumskive 120. Silisiumskivens 120 nedre flate er tilfestet glasskivens 110 øvre flate ved hjelp av anodisk bonding. Silisiumskiven 120 omfatter to gjennomgående åpninger mellom den nedre og øvre flate.

Silisiumsskivens 120 øvre flate er videre tilfestet nedre flate for en membran 130, fremstilt av silisiumnitrid. Fortrinnsvis benyttes et membran med en moderat forspenning som typisk er i størrelsesorden 50MPa - 500MPa, fortrinnsvis i området lOOMPa - 300 MPa.

Veggene i de gjennomgående åpningene skråner, slik at åpningen på nedre flate av silisiumskiven er større enn åpningen på øvre flate. Denne fasongen er fremkommet ved fremstillingsprosessen, idet det er tatt utgangspunkt i en silisiumnitridmembran som på forhånd er tilfestet et heldekkende silisiumlag, og påfølgende anisotrop våt-etsing ved hjelp av kaliumhydroksyd KOH, for fjerning av det silisiummaterialet som tilsvarer de resulterende åpningene. En slik prosess resulterer i kvadratiske membranavsnitt med skrå (54,7°) sidevegger.

Glasskiven 110, silisiumskiven 120 og membranen 130 inneslutter derved to kaviteter 140 av ulik størrelse. Disse kavitetene bestemmer to distinkte resonansfrekvenser for resonatoren 100.

Figur 2B viser en utførelse av identifikasjonsbrikken hvor silisiumskiven 120 har bare én gjennomgående åpning mellom den nedre og øvre flate, slik at brikken omfatter én kavitet. Membranets 130 nedre flate omfatter imidlertid områder 122 dekket av silisiummateriale. De membranavsnittene som på den nedre flate ikke er dekket av silisium, er av forskjellig størrelse. Dette medfører at brikken 100 likevel vil oppvise flere ulike resonansfrekvenser så lenge stivheten i bjelkene 122 er tilstrekkelig stor til at membranavsnittene kan vibrere noenlunde uavhengig av hverandre.

Denne utførelsesformen krever mindre totalt substratareal, og gir derfor bedre utnyttelse av silisiummaterialet, sammenlignet med utførelsen i fig. 2A. Det vil imidlertid forekomme en viss akustisk kobling mellom de udekkede membranavsnittene, og brikken får en lavere verdi for akseptabelt maksimaltrykk, pga. manglende forankring av membranen på flere steder.

Figur 2C viser en utførelsesform av identifikasjonsbrikken som likner utførelsen i fig. 1A-B, hvor silisiumskiven 120 har fire gjennomgående åpninger mellom den nedre og øvre flate, slik at brikken omfatter fire kaviteter.

Veggene i de gjennomgående åpningene er vinkelrett på den felles horisontale retningen for glasskive, silisiumskive og membran, slik at åpningen på nedre flate av silisiumskiven er tilnærmet lik åpningen på øvre flate. Denne fasongen er fremkommet ved fremstillingsprosessen, idet det er tatt utgangspunkt i en silisiumnitridmembran som på forhånd er tilfestet et heldekkende silikonlag, og en påfølgende tørr, reaktiv ioneetsing (RIE-etsing) for fjerning av det silisiummaterialet som tilsvarer de resulterende åpningene. En slik prosess resulterer i membranavsnitt med tilnærmet rette sidevegger. Dette gir svært god arealmessig utnyttelse, men krever en mer komplisert produksjonsprosess.

Fig. 2D viser en identifikasjonsbrikke hvor den kavitetsdannende delen utelukkende utgjøres av et substrat i form av en glasskive 110. Glasskivens 110 øvre flate har fire fordypninger med forskjellig areal, men samme dybde. Membranens 130 nedre flate er tilfestet glasskivens 110 øvre flate. Dette resulterer i at hver av de fire kavitetene er innesluttet av en fordypning og et avsnitt av membranen 130.

Ved fremstilling av denne utførelsen dannes først fordypningene 140 i glasskiven ved etsing. Deretter påmonteres silisiumnitridmembranen, som i utgangspunktet er tilfestet en silisiumskive, hvoretter alt silisiummaterialet etses bort.

I fig. 2E er membranens 130 øvre flate tilfestet den nedre flate av en silisiumskive 150 som har gjennomgående åpninger. Hver åpning sammenfaller med én av tre etsede fordypninger i glasskiven 110.

I alle utførelsene i fig. 2A-2E inneholder kavitetene 140 fortrinnsvis vakuum. Det er også mulig å erstatte vakuum med en gass, og i dette tilfellet vil det være fordelaktig om nevnte gass er luft eller en gass med store «tunge» molekyler. Hensikten med dette er å kunne begrense diffusjon så mye som mulig. Eksempler på «tunge» gasser er fluorerte hydrokarboner og SFé.

I alle utførelsene i fig. 2A-2E omfatter identifikasjonsbrikken med fordel en referansekavitet med en på forhånd definert resonansfrekvens, for bruk til kalibrering og kompensasjon for trykk- og temperaturvariasjoner. Det som er sagt tidligere i forbindelse med at kavitetene kan inneholde vakuum, luft eller en annen gass gjelder også for referansekaviteten.

I alle utførelsene i fig. 2A-2E kan identifikasjonsbrikken med fordel omfatte en innkapsling (ikke vist) rundt resonatoren. Fortrinnsvis er innkapslingen utført av et biokompatibelt materiale som f.eks. vann som is eller et annet materiale med akustiske egenskaper som ligner vannets egenskaper, slik at innkapslingen ikke i nevneverdig grad påvirker de akustiske egenskapene for resonatoren. Alternativt kan brikken utgjøres av resonatoren uten innkapsling.

Fig. 3A viser et blokkskjema for et identifikasjonssystem hvor identifikasjonsbrikker i samsvar med oppfinnelsen benyttes.

Systemet er basert på utsendelse av et akustisk avspørringssignal og måling av et akustisk responssignal. En identifikasjonsbrikke omfatter en resonator som fremviser en kombinasjon av resonansfrekvenser. Ved å sammenholde egenskaper ved utsendt og detektert signal er systemet innrettet til å avlede en unik identitet knyttet til identifikasjonbrikken.

Objektet 10, typisk en fisk eller en annen levende organisme, er merket med en identifikasjonsbrikke 100 i samsvar med oppfinnelsen. En sendertransducer 30 er innrettet for å sende akustiske bølger mot objektet 10, og en mottakstransducer 40 er innrettet for å motta akustiske bølger fra objektet 10.

Mellom objektet 10 og hver transducer 30, 40 befinner det seg en væske, typisk vann, herunder saltvann.

Systemet omfatter videre en styringsenhet 50, som styrer en signalgenerator 34 og en registreringsenhet 46. Signalgeneratoren 34 er innrettet for å tilveiebringe et signal som omfatter frekvenser i ultralydområdet, spesielt i frekvensområdet 20kHz - 3 MHz, og mer foretrukket mellom lOOKHz og 300KHz. Signalet kan være smalbåndet, idet styringsenheten er innrettet for over et tidsrom å variere eller sveipe signalfrekvensen over et bredere område. Alternativt kan signalet være bredbåndet med et kjent spektrum. Signalet forsterkes ved hjelp av en forsterker 32, som leverer et forsterket signal til sendertransduceren 30.

Mottakertransduceren 40 er innrettet for å oppfange et reflektert eller spredt akustisk signal som er påvirket av identifikasjonsbrikken 100 i objektet 10. Signalet fra mottakertransduceren 40 tilføres en forsterker 42, og utgangssignalet herfra omformes til et digitalt signal ved hjelp av analog-digitalomformeren 44. Det digitale signalet tilføres registreringsenheten 46, som også mottar styresignal fra styringsenheten 50. Registreringsenheten omfatter en datamaskin med et program som ved eksekvering sammenholder informasjon om det utsendte akustiske signalet og det mottatte akustiske signalet, og som ved å fastsette resonansfrekvensen avleder en identifikasjon knyttet til identifikasjonsbrikken 100.

Fig. 3B viser en alternativ utførelse av systemet, hvor det i stedet for separate sendertransducer 30 og mottakertransducer 40, benyttes en kombinert sender- og mottakertransducer 36 som er innrettet for å virke som sender og mottaker i ulike tidsrom. Transduceren 36 er forbundet med en sende-/mottakssvitsj 38, som dirigerer et signal som skal leveres av forsterkeren 32 til transduceren 36 når den benyttes som sender, eller den dirigerer et signal mottatt av transduceren når den benyttes som mottaker, til forsterkeren 42. I fig. 3B er det i tillegg anordnet en reflektor 12 på motstående side av objektet 10. Denne bevirker at det signalet som mottas av transduceren 36 først er transmittert gjennom objektet, herunder identifikasjonsbrikken 100, og deretter reflektert av reflektoren. Systemet kan også implementeres uten reflektor 12.

Andre kombinasjoner og alternativer er mulig for systemet. For eksempel kan måleoppsettet med en felles sender- og mottakertransducer 36 benyttes i måleoppstillingen uten reflektor illustrert i fig. 3A. Med utgangspunkt i fig. 3A er en annen variant å anbringe sender- og mottakstransducer på motstående sider av objektet. For å dekke et bredere totalt frekvensområde, kan det videre være hensiktsmessig å benytte mer enn én sender- og/eller mottakstransducer med ulike del-frekvensområder eller senterfrekvenser.

Fig. 4A viser en tverrsnittsskisse for en identifikasjonsbrikke tilpasset for enkel innsetting i en fisk.

Identifikasjonsbrikken 1 omfatter en akustisk resonator 100 i samsvar med en hvilken som helst av utførelsesformene beskrevet ovenfor. Resonatoren omfatter eventuelt også en innkapsling, slik det er omtalt ovenfor.

Brikken 1 omfatter dessuten en spiss kappe 200 som er fremstilt av et materiale som er egnet til å smelte, løses opp eller brytes ned i den levende organismen.

Fortrinnsvis benyttes is. Kappen 200 forenkler innsettingen av identifikasjonsbrikken i organismen.

Fig. 4B viser en tverrsnittsskisse for en variant av en identifikasjonsbrikke tilpasset for enkel innsetting i en fisk.

Identifikasjonsbrikken omfatter en akustisk resonator 100 i samsvar med en hvilken som helst av utførelsesformene beskrevet ovenfor. Resonatoren omfatter eventuelt også en innkapsling, slik det er omtalt ovenfor.

Brikken 1 omfatter dessuten en nålformet forlengelsesdel 202 som er fremstilt av et materiale som er egnet til å smelte, løses opp eller brytes ned i den levende organismen. Fortrinnsvis benyttes is. Denne forlengelsesdelen 202 forenkler innsettingen av identifikasjonsbrikken i organismen.

Claims

1. Identifikasjonsbrikke for identifisering av et objekt, omfattende en akustisk resonator (100) som oppviser et antall distinkte resonansfrekvenser, hvor kombinasjonen av resonansfrekvenser er unik for identifikasjonsbrikken, hvilket muliggjør at identifikasjonsbrikken kan identifiseres ved å utsette brikken for et akustisk avspørringssignal, å måle et akustisk responssignal og å frekvensanalysere responssignalet, karakterisert ved at identifikasjonsbrikken er innrettet for identifisering av et objekt som befinner seg i en væske, at resonatoren (100) omfatter en kavitetsdannende del (110, 120) og en membran (130), og at de akustiske resonansfrekvenser bestemmes av minst én kavitet (140) som er innesluttet av den kavitetsdannende delen (110, 120) og membranen (140).

2. Identifikasjonsbrikke i samsvar med krav 1, hvor den kavitetsdannende delen (110, 120) utgjøres av - et substrat (110) med en øvre flate som har minst en fordypning, og hvor membranens (140) nedre flate er tilfestet substratets øvre flate, slik at den minst ene kaviteten er innesluttet av den minst ene fordypningen og membranen (140) (fig. 2 E-D).

3. Identifikasjonsbrikke i samsvar med krav 2, hvor membranens (130) øvre flate er tilfestet den nedre flate av en etsbar skive (150), og hvor den etsbare skiven (150) omfatter gjennomgående åpninger som sammenfaller med den minst ene fordypningen i substratet (110) (fig. 2 E).

4. Identifikasjonsbrikke i samsvar med krav 3, hvor den kavitetsdannende delen (110, 120) utgjøres av - et substrat (110) med en øvre flate og - en etsbar skive (120) med en nedre flate tilfestet substratets (110) øvre flate, hvor den etsbare skivens øvre flate videre er tilfestet membranens (130) nedre flate, og hvor den etsbare skiven (120) omfatter minst en gjennomgående åpning mellom den nedre og øvre flate, slik at den minst ene kaviteten er innesluttet av substratet, den minst ene gjennomgående åpning og membranen (fig. 2A-C).

5. Identifikasjonsbrikke i samsvar med krav 4, hvor den etsbare skiven (120) har én gjennomgående åpning mellom den nedre og øvre flate, slik at brikken omfatter én kavitet, og hvor de ulike resonansfrekvenser fremkommer ved at membranets nedre flate omfatter områder dekket av etsbart materiale (122) (fig. 2B).

6. Identifikasjonsbrikke i samsvar med et av kravene 1-5, omfattende et flertall kaviteter med ulik størrelse, hvilket resulterer i at identifikasjonsbrikken oppviser et flertall ulike resonansfrekvenser.

7. Identifikasjonsbrikke i samsvar med et av kravene 1-6, hvor substratet utgjøres av en skive fremstilt av glass, hvor den etsbare skiven er fremstilt av silisium og hvor membranen er fremstilt av silisiumnitrid.

8. Identifikasjonsbrikke i samsvar med et av kravene 1-7, for implantering i en levende organisme slik som en fisk, hvor brikken ytterligere omfatter en stikkpilleformet forlengelsesdel eller en spiss kappe, fremstilt av et materiale som er egnet til å løses opp eller brytes ned i den levende organismen, idet forlengelsesdelen eller kappen forenkler implanteringen av identifikasjonsbrikken.

9. Identifikasjonsbrikke i samsvar med krav 8, hvor den forlengelsesdelen eller kappen er fremstilt av is.

10. Fremgangsmåte for å merke og identifisere et objekt som befinner seg i en væske, karakterisert ved at den omfatter trinnene - å utstyre objektet med en identifikasjonsbrikke som angitt i et av kravene 1-10, - å utsette objektet og derved identifikasjonsbrikken for et akustisk avspørringssignal, - å måle et akustisk responssignal, - å frekvensanalysere responssignalet. og - på grunnlag av analysen å identifisere identifikasjonsbrikken og derved objektet.

11. Fremgangsmåte i samsvar med krav 10, hvor objektet er en levende organisme slik som en fisk, og hvor trinnet med å utstyre objektet med en identifikasjonsbrikke innebærer å føre identifikasjonsbrikken inn i organismen.

12. System for å merke og identifisere et objekt som befinner seg i en væske, omfattende - en merkeanordning innrettet for å utstyre objektet med en identifikasjonsbrikke som angitt i et av kravene 1-10, - en akustisk sendeanordning for å utsette objektet og derved identifikasjonsbrikken for et akustisk avspørringssignal, - en måleanordning for å måle et akustisk responssignal, - en datamaskin innrettet for å innlese og frekvensanalysere responssignalet, og på grunnlag av analysen å identifisere identifikasjonsbrikken og derved objektet.

13. System i samsvar med krav 12, hvor objektet er en levende organisme slik som en fisk, og hvor merkeanordningen er innrettet for å føre identifikasjonsbrikken inn i organismen.