CN101801267B - 指纹检测 - Google Patents

Abstract

一种查找和检测存留在表面(10)上的指纹的方法和装置(2)，该方法包括建立电场，从而在与存留于表面的指纹的位置重合处形成差分电荷密度。通过散布导电粉末或者其他检测元件，其可有选择地被吸引至与指纹存留区域中的差分电荷密度一致的表面(10)上，从而查找和检测存留在所述表面(10)上指纹。

Description

指纹检测

技术领域

本发明总体上、但非排他性地涉及一种检测指纹的装置和方法。更具体而言，但非排他性地，涉及一种通过相对于存留指纹区域的周围表面形成差分电荷密度来检测指纹的方法和装置。

背景技术

通过使用与指纹残留物中的汗腺分泌物(氨基酸)和/或者皮脂分泌物(脂肪酸)的化学反应来查找和检测存留在金属或者其他表面上的指纹是众所周知的。其他检测潜在指纹的方法涉及将指纹残留物用作对电化学反应或者还原/氧化反应(氧化还原反应)的一种绝缘物。当存留有指纹的表面变得潮湿(会除去水溶性汗腺分泌物)或者受损(会除去皮脂分泌物)时，采用上述方法通常就不合适。例如，由于风化作用或者清洗，表面可能变得潮湿或者受损。

另外一种已知技术是测量在其上存留有指纹的金属基板与金属探测器之间的电位差。该技术利用了19世纪开尔文勋爵的发现，该发现为：在处于电连接的不同的金属之间具有由该金属的功函数确定的电势差。特定金属的功函数是电子能够离开该金属表面容易程度的一种度量。在指纹存留中存在的化学物质导致金属表面腐蚀。被指纹腐蚀处的金属的功函数发生变化。因此，基于功函数的技术依靠测量可能存留有指纹的金属的整个表面的功函数差。很显然，该技术是一种耗时并且带有偶然性的方法。

需要即使当表面已暴露于室外环境或者已被清理过(例如有人试图隐藏行迹)时，也能够查找和鉴别存留在各种表面上的指纹。本发明寻求通过提供一种可以适用于各种材料的检测潜指纹的装置和方法，例如其上的指纹残留物已被消除的材料，从而避免或者减少现有技术中存在的至少一种或更多的问题。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供一种查找和检测存留在表面上的指纹的至少一部分的方法和/或装置，包括：用于建立电场的构件，以在与存留于表面上的指纹的至少一部分重合的位置处形成差分电荷密度；以及检测元件，其中，该检测元件可以有选择地被吸引至与指纹存留区域中的差分电荷密度一致的表面上，或者可以从该表面上被排斥出，从而能够查找和检测存留在表面上的指纹的至少一部分。

优选地，以使指纹存留处表面的电荷密度比该表面区域周围的电荷密度低的方式建立电场。该电场可以在整个表面存在有电位差的方式建立。电场电压可以为0～5kV，或者0～3kV，例如2.5kV的级别。

另外地或者备选地，该检测元件可以包括导电粉末，例如黑色导电粉末，该导电粉末可以施加到表面上，从而例如在存留指纹或者指纹的一部分的区域或者位置上，导电粉末可以有选择地被吸引至存留的指纹或者指纹的一部分的区域中，或者从该区域中被排斥出，从而使存留的指纹或者指纹的一部分显示出来。

该检测元件还可以包括涂有导电粉末或所述导电粉末的瓷珠，从而在存留的指纹或者指纹的一部分的位置处，导电粉末或该导电粉末的至少一部分可以从该瓷珠上脱离并被吸引至指纹存留区，或者被从该区域中排斥出，据此，使存留的指纹或者指纹的一部分显示出来。该检测元件可以包括气溶胶喷雾器，该气溶胶喷雾器含有粉末，即处在指纹或者指纹的一部分的区域或者位置上的导电粉末，该粉末可以被吸引至存留的指纹或者指纹的一部分的区域中，或者从该区域中被排斥出，从而使存留的指纹或者指纹的一部分显示出来。

本发明的第二个方面提供在不规则物体上施加电势的装置，该装置包括第一夹持构件和支撑面，在其间所述物体可以被保持住；以及一对触头，其用于接触被该夹持构件和支撑面所保持的物体，其中，至少一个该触头含有可往复的部分，以顺应所述物体的不同部分。

优选地，该夹持构件和该支撑面中的一个或者两个都可以彼此靠近或远离地往复。优选地，该夹持构件和该支撑面中的一个或者两个都可以旋转。

优选地，至少一个该触头含有弹簧，以形成所述往复部分。另外地或者备选地，可以具有其他弹性装置。

附图说明

下面，仅通过实例和参照附图说明本发明的示例性实施例。其中，

图1是表示根据本发明的一个实施例的适于检测潜在指纹的至少一部分的装置的图。

图2是表示图1所示装置的A-A视图。

图3是表示图1中的黄铜棒与青铜柱塞触头构造的详图。

图4是表示图1中的夹持机构的详图。

图5是表示存留五天后，存留在黄铜上的指纹脊线的详细形成图。其中，(a)是表示经过用水、丙酮和再次用水清洗后，氧化还原腐蚀可见的程度；(b)是表示连续静电增强后的相同的指纹(与a)。

具体实施方式

在这里说明和描述的例示性方法涉及将2.5kV级别的电势施加至在其上面已经存留有指纹的金属样品上。该所施加的电势差在样品材料表面形成电荷密度。在存留有指纹处(在受损或者受潮以前)的电荷密度相对于该样品表面的周围区域的电荷密度是不同的。这是由于指纹存留中含有的化学物质在金属样品上产生了作用；即腐蚀了金属表面。然后，采用下述说明的两种方法中的至少一种方法，施加导电粉末，该导电粉末将被吸引并粘附到指纹上。

图1是表示装置2的图，其用于检测被夹持在该装置2中的样品材料10上的潜在指纹50(图1中未显示)。该装置2包括：支撑框24；一对圆板或者盘14，其可旋转地安装至该支撑框24的相对部分上；曲柄状手柄22，其从该圆板14其中一个的外表面延伸并穿过该框24；以及一对棒16和高压单元(图中未显示)。

每个圆板14包括四个夹持机构12，其在图2和图4中被更为清楚地显示出来，并且该夹持机构12可以向该圆板14的内部或者外部进行充分地径向调节，直到与样品材料10形成接触。每个夹持机构12通过夹持板30可调节地被安装到该圆板14上，其中，该夹持板30经由螺帽和螺栓装置32而被安装到夹持部件34上。该夹持机构12可以在圆板上进行充分地调节，以便可以在夹持机构12之间夹持不同尺寸的样品材料10(图中未显示)。

使用手柄22或者其他合适的机构，圆板14可绕旋转主轴线X旋转。在本实施例中，该被夹持的样品材料10为具有不规则形状的黄铜制的物体，并认为其上存留有不知名者的指纹。

在本实施例中，该棒16是由黄铜制成的，但是可以使用任何合适的导电材料。在图3中可以较清楚地看到，每个棒16都包括有柱塞触头20，在本实施例中，该柱塞触头20经由弹簧21而被安装至所述棒16的一端，但是任何合适的弹性偏置装置都可以使用。所述棒16经由埋头螺钉18可调节地安装到所述框24上，从而在使用中可以朝着样品材料10向所述装置2内部延伸。该设置可以调节所述棒16，以确保在使用过程中所述柱塞触头20与该样品材料10接触。在使该样品材料10旋转时，所述弹簧21可以使该柱塞触头20顺应并跟踪该样品材料10的不规则形状的表面的轮廓。

由基于Brandenburg 3590系列高压模块的高压单元(图中未显示)产生电势。该单元可以产生0～2.5kV的连续可变电势。也可以使用产生不同电势的其他高压模块。

2.5kV级别的电势通过导电黄铜棒16施加。已经发现，电压越高，观察到的效果越好。因此，除了2.5kV以外，还有许多电压可以形成足以能检测和鉴别潜在指纹的差分电荷密度。本领域的技术人员应当清楚，本发明并不是限制本发明唯一使用2.5kV的电势，低于或者高于2.5kV的电势都可以使用。

本领域的技术人员还应当清楚，只要可以牢固地夹持样品材料，从而在检测样品材料时可以使其旋转或者倾斜，任何合适的装置都可以使用，本发明并不局限于图1至图4所描述的夹具和圆板的机械构造。例如，可以使用两个、三个或者更多个夹具12和/或者其他类型的夹具(图中未显示)。

该装置2还可以用于增强非金属(例如，绝缘)样品材料10上的指纹。虽然去除了所述棒16和柱塞触头20，非金属物体也按照图1至图4所说明的相同方法被夹持或者可以被夹持。利用两块金属(例如黄铜)板(图中未显示)，在所述非金属样品材料10的附近施加电场，金属板设置于该样品材料10的两侧中的任何一侧，并充电使其带有相反极性的电势。应该指出，如果含有残留物的基板也被极化，则在指纹残留物与样品发生反应的指纹痕迹和周围区域之间，所建立的差分电荷密度可能区分得不那么明显。尽管如此，指纹痕迹仍然可以被检测出。

当需要使用上述所说明的装置来查找和检测样品材料10的表面上的潜在指纹时，至少有两种施加导电粉末的方法可以采用。

第一种方法需要向该样品10引入球形瓷珠，例如，直径大约为10微米的球形瓷珠，该球形瓷珠涂敷有精细粒状(～2微米)的黑色导电粉末。然后使该球形瓷珠在该样品材料10的表面上滚动(依靠自身的转动)。所述被涂敷的球形瓷珠在本技术领域都众所周知，并且可以购买到。

该球形瓷珠作为所述样品10上的导电粉末的载体。该瓷珠本身并不附着在该样品材料10上面，而是其上的导电粉末附着在该样品材料10上面。该瓷珠为球形，因此其可以在该样品材料10的表面上很容易地移动。

当该球形瓷珠与已充电的样品材料10接触时，该导电粉末被充电。该瓷珠在该样品材料10的表面滚动，导电粉末就获得该样品材料10的电势。当该瓷珠到达指纹残留物时，这些区域相对于其周围的区域具有不同的电势，由于静电作用，该导电粉末就会被吸引至该区域或者从中被排斥出。

在金属样品材料10上，所述颗粒吸引的电荷与该金属样品材料10的电荷相等。当接触到潜在指纹时，指纹残留物/金属腐蚀物的低电势就从该瓷珠上吸引颗粒，并将颗粒吸引至与所述指纹残留物/腐蚀物重合的所述金属的部分上。

图5表示其上存留有指纹的黄铜样品表面。该样品表面已用水、丙酮和再次用水清洗过。图5(a)的图片表示潜在指纹存留五天后的情形；图5(b)是表示采用本发明的方法和装置进行连续静电增强后，相同指纹的脊线详细形成图。该图表明，采用静电增强后，以前不能看到的指纹可以被检测和鉴别。

静电处理之后，该导电粉末在电荷被移除后一般是易受干扰的。通过对该处理过的样品材料10加热到一定温度(例如，150℃)，该粉末将粘合到该样品材料10上，从而形成较持久的样品。

在非金属样品材料10上，所施加的电场将极化指纹残留物内的成分，这将激发(未带电的)颗粒被吸引至(或者被排斥出)该残留物的电荷上。

该第二种方法通常涉及借助于所谓的气溶胶(aerosol)将精细颗粒导电粉末喷涂至该样品材料10上。该气溶胶喷嘴被充以电荷，使其具有与该样品材料10相反极性的电势。在金属样品材料10上，已充电的导电粉末将被吸引至该样品材料10上的、与指纹残留物/腐蚀物相符合的低电势上，或者与其周围区域相符合的低电势上，从而得到指纹的正常痕迹或者倒置痕迹。

在非金属样品材料10上，已充电的导电粉末被吸引至与该粉末的电荷极性相反的残留物上的极化电荷上。

应该理解，本发明的方法和装置允许对基板进行调查来确定是否存在指纹或者指纹的一部分。在本技术范围内，该方法是一种迅速的方法。因为其不需要非常详细地检查整个基板，例如通过建立含有多个调查点的检查阵列。

尽管本发明者不希望受任何理论的限制，但是在金属材料上使用时，一般认为该方法的机理是在金属表面上产生腐蚀的结果，其将导致金属表面不纯和晶格缺陷，这将局部地增加被腐蚀处的金属的电阻率。如果电势施加至金属样品10，则在静电条件下，电荷将完全地移动至金属的外表面，而金属内侧的电场为零。电阻率变大的被腐蚀区域更像电介质，在这些区域中的电荷密度(σ′)会小于该表面其他部分上的电荷密度(σ)。根据高斯定理，在圆盘上方给定点处的电场和电势都会小于受腐蚀区域上方给定点处的电场和电势。

更具体而言，在静电平衡下的金属圆盘的截面中，α代表所抽取的高斯面，其部分通过表面积为A的金属表面，该表面积是指在与金属外表面平行的平面上的表面积，该高斯面含有电荷：

q＝σ.A

根据高斯定律：

其中，ε₀为自由空间的介电常数，在高斯面上的所有点上，E和dA具有相同的方向。

假设E在高斯面的所有点上大小都相等，则

因此

E＝q/ε₀A

按照相同的推导，如果高斯面α’(通过腐蚀区域选取或抽取)具有相同的面积A，则

因此

E’＝q’/ε₀A

由于q′＜q，因而E′＜E

并且，间隔距离为d的两点之间的电势差(Δv)可由下式求出：

$\mathrm{\Δv}=\underset{0}{\overset{d}{\∫}}E.\mathrm{ds}$

因此，在高斯面α’上方给定点处的电势一定小于在高斯面α上方给定点处的电势。

本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明作各种改变，例如，所述框和夹持臂和夹持机构的尺寸和形状可以调整，以顺应不同形状或者尺寸的样品材料。还应当想到，其他施加导电粉末的方法可以起到同样好的作用，并仍然可以产生所期望的效果。

并且，可以不需要使用瓷珠，而通过其他手段来应用导电粉末，例如喷洒。

本领域技术人员还应当理解，检测元件可以设置为被吸引至没有指纹存留的区域，或者从存留指纹或者存留指纹的一部分的区域中被排斥出。

所述导电粉末可以为任何尺寸，例如10微米。所述金属材料可以为诸如铜、钢、铝、黄铜(如上所述)等或者其他任何合适的金属材料。

所述圆板14还可以彼此靠近或者远离地移动，以顺应不同形状和尺寸的物体。

本发明的方法不需要将物体与其环境隔离而进行实施。尤其是，本发明的方法可以在处于原位的物体上进行实施。例如，电势和检测元件可以直接应用到处于原位的物体上。

Claims (7)

1.一种检测表面上的潜在指纹的方法，该方法包括：在整个金属基板上施加电势，使得在与所述金属基板的表面上的至少不完全潜在指纹的位置重合处形成差分电荷密度；以及布置包含导电粉末的检测元件，以使该检测元件有选择地吸引至所述重合的表面，或者可以从所述重合表面排斥出，或者有选择地吸引至与对应于所述表面上的所述至少不完全潜在指纹的表面非重合的区域中，或者可以从该非重合区域中被排斥出，从而能够查找和检测所述至少不完全潜在指纹。

2.根据权利要求1所述的方法，包括在所述与至少不完全潜在指纹重合的表面上构建的电荷密度小于所述与至少不完全潜在指纹非重合区域上的电荷密度。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，包括施加2.5kV级别的电势。

4.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，所述导电粉末被吸引至所述与至少不完全指纹重合的表面上。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述检测元件包括涂有所述导电粉末的瓷珠，从而该导电粉末的至少一部分从该瓷珠上脱离，并被吸引至所述与至少不完全潜在指纹重合的表面上，从而使所述潜在指纹显示出来。

6.根据权利要求4所述的方法，包括使用气溶胶喷雾器将所述导电粉末散布到所述表面上，从而该导电粉末被吸引至所述与至少不完全潜在指纹重合的表面上，从而使所述潜在指纹显示出来。

7.根据权利要求1或者2所述的方法，还包括对所述导电粉末进行加热，从而使其粘合在所述表面上。

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