CN102096959B - 检测有价证券荧光和磷光的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测有价证券表面印刷的荧光和磷光油墨的检测装置，同时也涉及该检测装置通过检测荧光和磷光特性来辨别有价证券真伪的方法。在该检测装置中，信号检测系统连接在光学系统中的光敏器件与运算处理系统之间；光源控制系统连接在光学系统中的激发光光源与运算处理系统之间；运算处理系统一方面通过信号检测系统所反馈的光强信息控制光学系统中的激发光光源，另一方面对激发光光源做点亮和熄灭的控制，从而获得荧光和磷光特性信息，并通过数据运算处理判断荧光和磷光特性信息是否与有价证券所固有的特征相符。本发明采用紫外半导体发光二极管作为激发光光源，由于自身体积较小，可以适用于各种体积的有价证券检测系统。

Description

检测有价证券荧光和磷光的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测有价证券表面印刷的荧光和磷光油墨的检测装置，同时也涉及该检测装置通过检测荧光和磷光特性来辨别有价证券真伪的方法，属于金融鉴伪技术领域。

背景技术

在诸如钞票、支票、债券、股票等有价证券的表面，普遍采用特种印刷材料和特种防伪油墨，如荧光油墨或磷光油墨等印制特定的图案，从而提高有价证券的防伪能力。因此，对有价证券的光学特性检测是有价证券防伪工作中的一个重要环节。

在对有价证券进行光学特性检测时，如果对荧光油墨印制的图案照射波长范围为200纳米～450纳米的紫外光，则真币上的荧光油墨会被激发出肉眼可见的荧光；在假币上通常没有采用上述的荧光油墨，因此不会出现这种被激发的荧光。退一步说，即使假币上使用了某种荧光油墨，由于该荧光油墨被紫外光激发出的荧光在波长(颜色)和强度上与真币所激发出的荧光存在一定的差别。这种差别可以通过人眼观察或者专用设备检测而被识别出来，从而达到鉴伪的目的。

但是，由于荧光特性仅仅涉及到激发光谱和发射光谱两个方面，使得荧光特性检测的技术门槛相对较低，因而有价证券的防伪能力也相对较低。为了提高有价证券的防伪能力，有人提出在有价证券中加入了具有磷光特性的物质。磷光特性不仅涉及到激发光谱和发射光谱，还涉及到发射光衰减的时间常数。因此，采用加入磷光特性物质的方法能有效提高有价证券的防伪能力。

在专利号为ZL 97181461.9的中国发明专利中，公开了一种用于检测荧光和磷光的设备和方法。该设备具有一个发光系统，它用脉冲激发光照射片材。传感器分别在脉冲激发光的亮相期间和脉冲激发光的暗相期间检测片状材料的发光强度，借助计算装置在脉冲激发光亮相和暗相中检测得到的强度推导荧光性发光强度和磷光性发光强度。

虽然上述检测设备和方法可以达到检测荧光和磷光特性的目的，但在适用性和检测精度上仍然存在着一定问题。一方面，由于发光系统采用气体放电灯或荧光灯，导致检测设备自身的体积较大；另一方面，由于该技术方案未能考虑因发光系统的发光强度不同对检测精度造成的影响，因此获得的检测结果精度较低。

根据有价证券鉴伪工作的实际需求，实践中迫切需要提供一种用于检测有价证券荧光和磷光的设备及其方法。该设备应该具有较小的体积，同时具备较高的检测精度。目前，满足这一要求的成熟技术解决方案还没有在市面上出现。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种检测有价证券荧光和磷光的装置(简称为检测装置)。该检测装置具有较小的体积，但具备较高的检测精度。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种通过检测荧光和磷光特性来辨别有价证券的方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种检测有价证券荧光和磷光的装置，其特征在于：

所述装置包括光学系统、光源控制系统、信号检测系统和运算处理系统；

其中，所述信号检测系统连接在所述光学系统中的光敏器件与所述运算处理系统之间；

所述光源控制系统连接在所述光学系统中的激发光光源与所述运算处理系统之间；

所述运算处理系统一方面通过所述信号检测系统所反馈的光强信息控制所述光学系统中的所述激发光光源，另一方面对所述激发光光源做点亮和熄灭的控制，从而获得荧光和磷光特性信息，并通过数据运算处理判断所述荧光和磷光特性信息是否与有价证券所固有的特征相符。

其中较优地，所述光学系统由激发光光源、光敏器件、光路构件组成，其中所述光路构件至少包括第一凸透镜、反射滤光片、第二凸透镜、第三凸透镜、紫外光滤光片、第四凸透镜及荧光和磷光滤光片。

所述光敏器件包括紫外光光敏器件、荧光和磷光光敏器件。

所述第一凸透镜位于所述激发光光源的光束正交方向上，在所述第一凸透镜的后方是所述反射滤光片，所述反射滤光片将所述激发光光源发射的紫外光分为两部分，其中极少部分被反射至所述第二凸透镜进行聚光再经所述紫外光滤光片后，由所述紫外光光敏器件进行光电转换；大部分透射光经所述反射滤光片后，由所述第三凸透镜进行聚光，垂直照射到有价证券上。

所述有价证券表面所产生的荧光和磷光经过所述反射滤光片进行反射，然后由所述第四凸透镜进行聚光，再经所述荧光和磷光滤光片后，由所述荧光和磷光光敏器件进行光电转换。

所述反射滤光片与入射光路呈45°角倾斜放置。

所述激发光光源为UV-LED光源。

一种通过检测荧光和磷光特性来辨别有价证券的方法，基于上述的检测有价证券荧光和磷光的装置实现，其特征在于包括如下步骤：

(1)将待检测的有价证券放置在激发光光源的光路前方；

(2)所述激发光光源发出紫外光，有价证券激发出相应的荧光和磷光，经反射后进入荧光和磷光光敏器件；

(3)所述荧光和磷光光敏器件进行光电转换，得到相应的电信号；

(4)电信号强度是否突然发生变化？

(5)如果是，则运算处理系统进行计算，通知光源控制系统重新调整所述激发光光源的发光强度，转入步骤(2)；如果否，则所述激发光光源在开启预定时间之后熄灭，所述荧光和磷光光敏器件继续进行磷光的光电转换；

(6)所述运算处理系统根据荧光特性和磷光特性辨别有价证券的真伪。

其中较优地，所述步骤(3)和步骤(5)中，由信号检测系统分别在所述激发光光源点亮期间和熄灭期间检测有价证券的荧光性发光强度和磷光性发光强度，其中所述磷光性发光强度为所述激发光光源熄灭期间的发光强度，所述荧光性发光强度是所述激发光光源点亮期间的发光强度和熄灭期间的发光强度之差。

所述步骤(6)中，所述运算处理系统利用所述激发光光源熄灭期间的磷光发光强度的大小以及随时间衰减的特性曲线来判断有价证券的磷光特性。

本发明所提供的有价证券荧光和磷光的检测装置采用紫外半导体发光二极管作为光学系统的激发光光源，由于自身体积较小，可以适用于各种体积的有价证券检测系统。相应的检测方法可以修正因光学系统激发光光源的发光强度所引起的测量偏差，极大地提高了荧光和磷光特性的检测精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明所提供的有价证券荧光和磷光检测装置的整体结构框图；

图2是图1所示的检测装置中，光学系统的光路结构示意图；

图3是本检测装置通过检测荧光和磷光特性来辨别有价证券的方法流程图；

图4是有价证券的荧光和磷光特性检测结果示意图；

图5是两种不同有价证券的荧光和磷光特性检测结果示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所提供的有价证券荧光和磷光检测装置包括：光学系统、光源控制系统、信号检测系统和运算处理系统。其中，信号检测系统连接在光学系统中的光敏器件(包括但不限于紫外光光敏器件、荧光和磷光光敏器件)与运算处理系统之间，一方面检测紫外光的光强，作为光源控制系统进行光强恒定控制的依据；另一方面检测有价证券表面被激发出的荧光和磷光。光源控制系统连接在光学系统中的激发光光源与运算处理系统之间，用于控制光学系统中的激发光光源(即图1中的UV-LED光源)，使其点亮、熄灭并在各次点亮期间保持光强恒定。运算处理系统分别与信号检测系统和光源控制系统进行连接。该运算处理系统一方面通过信号检测系统所反馈的光强信息控制光学系统中的激发光光源，使其光强保持恒定，另一方面根据具体检测需求对激发光光源做点亮和熄灭的控制，从而获得荧光和磷光特性信息，并通过数据运算处理判断这些荧光和磷光特性信息是否与有价证券所固有的特征相符。

光学系统主要由UV-LED光源、紫外光光敏器件、荧光和磷光光敏器件以及图2中所示的光路构件组成，用于发出紫外光并接收荧光和磷光。如图2所示，在上述的光学系统中包括：UV-LED光源1、凸透镜2、反射滤光片3、凸透镜4、凸透镜6、紫外光滤光片7、紫外光光敏器件8、凸透镜9、荧光和磷光滤光片10以及荧光和磷光光敏器件11，而有价证券5作为该光学系统的检测对象。

UV-LED光源1的点亮、熄灭和发光强度由光源控制系统控制，在其点亮期间发出光强恒定的紫外光。凸透镜2位于UV-LED光源1的光束正交方向上，在凸透镜2的后方是与入射光路呈45°角倾斜放置的反射滤光片3。该反射滤光片3将UV-LED光源1发射的紫外光分为两部分，其中极少部分被反射至凸透镜6进行聚光再经紫外光滤光片7滤除无用的杂散光后，由紫外光光敏器件8进行光电转换得到电信号，该电信号与信号检测系统连接；大部分透射光经反射滤光片3滤除无用的杂散光后，由凸透镜4进行聚光，形成能量较强的小光斑垂直照射到有价证券5上，以激发有价证券5的荧光和磷光反应。

在有价证券5表面印刷的荧光和磷光油墨被UV-LED光源1发出的特定波长的紫外光激发之后，所产生的荧光和磷光经过呈45°角倾斜放置的反射滤光片3进行反射，然后由凸透镜9进行聚光，再经荧光和磷光滤光片10滤除无用的杂散光后，由荧光和磷光光敏器件11进行光电转换，得到电信号。该电信号送入信号检测系统中，由该信号检测系统进行后续的运算处理。

上述光学系统的一个显著特征在于采用呈45°角倾斜放置的反射滤光片。该反射滤光片的功能在于：一方面能透过UV-LED光源1所发出的特定波长的紫外光；另一方面能反射有价证券被紫外光所激发出来的荧光和磷光。因此，该反射滤光片的光谱特性设计需要综合考虑激发光谱和发射光谱两个因素。另外，紫外光滤光片7的功能在于滤除除UV-LED光源1所发出的紫外光以外的其他杂散光，其光谱特性需要依据激发光谱特性进行设计。荧光和磷光滤光片10的功能在于滤除除有价证券5所发出的荧光和磷光以外的其他杂散光，其光谱特性也需要依据发射光谱特性进行设计。

上述光学系统的另一个显著特征在于采用紫外半导体发光二极管(即UV-LED光源1)作为激发光光源，所发出的光线经凸透镜形成平行光束后，透过反射滤光片3再经过凸透镜聚焦成较小的光斑，垂直照射到有价证券上。该UV-LED光源与光源控制系统进行连接，以实现对光源点亮、熄灭和发光强度的控制。激发光光源所发出光束的极少部分从反射滤光片3上反射到与激发光光源光束正交方向的凸透镜上，聚光后经滤光片进行滤光，由紫外光光敏器件8进行光电转换后得到对应的电信号。类似地，有价证券表面被激发出来的荧光和磷光由反射滤光片3反射到与激发光光源光束正交方向的凸透镜上，聚光后经滤光片进行滤光，由荧光和磷光光敏器件11进行光电转换后得到对应的电信号。

紫外光光敏器件8可以采用90型紫外增强光电二极管等现有器件来实现，该种光电二极管对紫外波段的光线具有较强的光电转换能力。紫外光光敏器件8与信号检测系统进行连接，以便获取激发光光源反馈的光强信息。类似地，荧光和磷光光敏器件11可以采用现有的荧光分光光度计来实现。它对荧光和磷光所在波段的光线具有较强的光电转换能力。该荧光和磷光光敏器件11与信号检测系统进行连接，可以获取荧光和磷光特性的检测特征信息。

图3为本检测装置通过检测荧光和磷光特性来辨别有价证券的流程图。首先，将待检测的有价证券放置在本检测装置中UV-LED光源1的光路前方。在有价证券与UV-LED光源1之间依次设置凸透镜2、反射滤光片3和凸透镜4。然后，开启UV-LED光源1。该UV-LED光源1发出的紫外光经这些光学组件后照射到有价证券的表面。如果在有价证券的表面使用了荧光油墨和磷光油墨，就会被激发出相应的荧光和磷光。这些荧光和磷光由反射滤光片3进行反射，然后进行聚光和过滤操作，由荧光和磷光光敏器件11进行光电转换，得到相应的电信号。

由于在现有技术中，激发光光源的发光强度并不稳定，因此所激发出的荧光和磷光强度也不够稳定，这样会造成较大的测量误差。为了解决这一问题，实现光强恒定控制，本发明中的信号检测系统采用闭环控制的方式随时跟踪荧光和磷光光敏器件11所转换的电信号。当该电信号的强度发生突然变化时，通过与之相连接的运算处理系统进行计算，进而通知光源控制系统重新调整激发光光源的发光强度，使之保持基本稳定。这样，信号检测系统始终是在基本稳定的光源发光强度基础上获取荧光和磷光信号，从而可以修正因激发光光源的发光强度所引起的测量偏差，极大地提高荧光和磷光特性的检测精度。

UV-LED光源1在开启预定时间之后会熄灭，此时被紫外光所激发出的荧光会消失，但磷光仍然会存在。根据磷光油墨配方的不同，所激发出的磷光强度和随时间衰减的特性也有所不同。因此，在UV-LED光源1熄灭的这段时间里，荧光和磷光光敏器件11仍然会进行磷光的光电转换，从而得到相应的电信号。

图4为有价证券的荧光和磷光检测结果示意图。其中，位于上方的曲线a为UV-LED光源1的点亮和熄灭状态，且高电平表示UV-LED光源1点亮，低电平表示UV-LED光源1熄灭；位于下方的曲线b为有价证券5所激发出的荧光和磷光经信号检测系统处理后所得到的电信号。从图4可以看出，信号检测系统分别在UV-LED光源1点亮期间和熄灭期间检测有价证券的荧光性发光强度和磷光性发光强度，其中磷光性发光强度为UV-LED光源1熄灭期间的发光强度，荧光性发光强度则是UV-LED光源1点亮期间的发光强度和熄灭期间的发光强度之差。基于这样的计算思路，运算处理系统不仅能直接判断有价证券的荧光特性，而且能利用UV-LED光源1熄灭期间的磷光发光强度的大小以及随时问衰减的特性曲线来判断有价证券的磷光特性。

图5是两种不同的有价证券的荧光和磷光特性检测结果图。其中，位于上方的曲线a为UV-LED光源1的点亮和熄灭状态，且高电平表示UV-LED光源1点亮，低电平表示UV-LED光源1熄灭；位于下方的连续曲线c1和间断曲线c2分别为两种不同的有价证券所发出的荧光和磷光经信号检测系统处理后所得到的电信号。由图5中可以看出：两种被检测的有价证券上被激发出的荧光和磷光的发光强度均呈现明显的不同，而且两种被检测的有价证券在磷光衰减特性上存在明显差异。这种差异为运算处理系统准确识别真伪有价证券奠定了技术上的基础。因此，本检测装置可以利用这些电信号的差异来辨别有价证券的真伪。

以上对本发明所提供的检测有价证券荧光和磷光的装置及其方法进行了详细的说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种检测有价证券荧光和磷光的装置，其特征在于：

所述装置包括光学系统、光源控制系统、信号检测系统和运算处理系统；

其中，所述信号检测系统连接在所述光学系统中的光敏器件与所述运算处理系统之间，采用闭环控制方式跟踪所述光敏器件所转换的电信号；

所述光源控制系统连接在所述光学系统中的激发光光源与所述运算处理系统之间；

所述运算处理系统一方面通过所述信号检测系统所反馈的光强信息控制所述光学系统中的所述激发光光源，使其保持稳定；另一方面对所述激发光光源做点亮和熄灭的控制，从而获得荧光和磷光特性信息，并通过数据运算处理判断所述荧光和磷光特性信息是否与有价证券所固有的特征相符。

2.如权利要求1所述的检测有价证券荧光和磷光的装置，其特征在于：

所述光学系统由激发光光源、光敏器件、光路构件组成，其中所述光路构件至少包括第一凸透镜、反射滤光片、第二凸透镜、第三凸透镜、紫外光滤光片、第四凸透镜及荧光和磷光滤光片。

3.如权利要求1或2所述的检测有价证券荧光和磷光的装置，其特征在于：

所述光敏器件包括紫外光光敏器件、荧光和磷光光敏器件。

4.如权利要求3所述的检测有价证券荧光和磷光的装置，其特征在于：

所述第一凸透镜位于所述激发光光源的光束正交方向上，在所述第一凸透镜的后方是所述反射滤光片，所述反射滤光片将所述激发光光源发射的紫外光分为两部分，其中极少部分被反射至所述第二凸透镜进行聚光再经所述紫外光滤光片后，由所述紫外光光敏器件进行光电转换；大部分透射光经所述反射滤光片后，由所述第三凸透镜进行聚光，垂直照射到有价证券上。

5.如权利要求4所述的检测有价证券荧光和磷光的装置，其特征在于：

所述有价证券表面所产生的荧光和磷光经过所述反射滤光片进行反射，然后由所述第四凸透镜进行聚光，再经所述荧光和磷光滤光片后，由所述荧光和磷光光敏器件进行光电转换。

6.如权利要求4或5所述的检测有价证券荧光和磷光的装置，其特征在于：

所述反射滤光片与入射光路呈45°角倾斜放置。

7.如权利要求1所述的检测有价证券荧光和磷光的装置，其特征在于：

所述激发光光源为UV-LED光源。

8.一种通过检测荧光和磷光特性来辨别有价证券的方法，基于如权利要求1所述的检测有价证券荧光和磷光的装置实现，其特征在于包括如下步骤：

⑴将待检测的有价证券放置在激发光光源的光路前方；

⑵所述激发光光源发出紫外光，有价证券激发出相应的荧光和磷光，经反射后进入荧光和磷光光敏器件；

⑶所述荧光和磷光光敏器件进行光电转换，得到相应的电信号；

⑷采用闭环控制方式跟踪所述荧光和磷光光敏器件所转换的电信号，电信号强度是否突然发生变化？

⑸如果是，则运算处理系统进行计算，通知光源控制系统重新调整所述激发光光源的发光强度，使其保持稳定，转入步骤⑵；如果否，则所述激发光光源在开启预定时间之后熄灭，所述荧光和磷光光敏器件继续进行磷光的光电转换；

⑹所述运算处理系统根据荧光特性和磷光特性辨别有价证券的真伪。

9.如权利要求8所述的通过检测荧光和磷光特性来辨别有价证券的方法，其特征在于：

所述步骤⑶和步骤⑸中，由信号检测系统分别在所述激发光光源点亮期间和熄灭期间检测有价证券的荧光性发光强度和磷光性发光强度，其中所述磷光性发光强度为所述激发光光源熄灭期间的发光强度，所述荧光性发光强度是所述激发光光源点亮期间的发光强度和熄灭期间的发光强度之差。

10.如权利要求8所述的通过检测荧光和磷光特性来辨别有价证券的方法，其特征在于：

所述步骤⑹中，所述运算处理系统利用所述激发光光源熄灭期间的磷光发光强度的大小以及随时间衰减的特性曲线来判断有价证券的磷光特性。

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