RU165992U1

RU165992U1 - AUTHENTICATION DEVICE FOR PROTECTIVE LABEL CONTAINING LUMINOPHOR

Info

Publication number: RU165992U1
Application number: RU2015150461/08U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Поздняков; Владимир Николаевич Черняк
Original assignee: Игорь Владимирович Поздняков; Владимир Николаевич Черняк
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2016-11-10
Also published as: UA103446U

Abstract

1. Устройство аутентификации защитной метки, содержащей люминофор, включающее средства возбуждения люминофора электромагнитным излучением, фотодетектор послесвечения люминофора, схему измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки, включающую средства измерения сигнала фотодетектора перед возбуждением люминофора и вычитания указанного сигнала от сигнала фотодетектора, измеренного в период послесвечения люминофора, связанные с микропроцессором средства управления работой устройства и анализа характеристик послесвечения люминофора,отличающееся тем, что средства возбуждения люминофора выполнены в виде светодиода инфракрасного излучения, а фотодетектор послесвечения люминофора выполнен в виде фотодиода инфракрасного диапазона.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что светодиод инфракрасного излучения имеет мощность в пределах от 100 до 150 мВт и длину волны излучения в пределах от 900 до 1000 нм.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фотодиод инфракрасного диапазона характеризуется чувствительностью в диапазоне от 790 до 1050 нм.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средства измерения сигнала фотодетектора перед возбуждением люминофора и вычитания указанного сигнала от сигнала фотодетектора, измеренного в период послесвечения люминофора, схемы измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки включают два последовательно соединенные инвертирующих усилителя, неинвертирующий усилитель, интегратор с измерительным конденсатором и аналоговый ключ, при этом вход первого инвертирующего усилителя соединен с фотодиодом, выход второго инвертирующего усилителя соединен с входом1. An authentication device for a security tag containing a phosphor, including means for exciting the phosphor with electromagnetic radiation, a phosphor afterglow photodetector, a photodetector signal measuring circuit and background illumination compensation, including means for measuring the photodetector signal before exciting the phosphor and subtracting the specified signal from the photodetector signal measured during the afterglow phosphor associated with the microprocessor means to control the operation of the device and analysis of characteristics after eternal phosphor, wherein the phosphor excitation means is an infrared LED and photodetector afterglow phosphor is formed as a photodiode infrared diapazona.2. The device according to claim 1, characterized in that the infrared radiation LED has a power in the range of 100 to 150 mW and a radiation wavelength in the range of 900 to 1000 nm. The device according to claim 1, characterized in that the infrared photodiode is characterized by a sensitivity in the range from 790 to 1050 nm. The device according to claim 1, characterized in that the means of measuring the photodetector signal before excitation of the phosphor and subtracting the specified signal from the photodetector signal, measured during the afterglow of the phosphor, the measurement circuit of the photodetector signal and the compensation of the background illumination include two series-connected inverting amplifiers, a non-inverting amplifier, an integrator with a measuring capacitor and an analog switch, while the input of the first inverting amplifier is connected to the photodiode, the output of the second inverting amplifier is connected to the input

Description

Полезная модель относится к устройствам контроля достоверности объектов, на которые нанесена защитная метка (защитная маркировка), содержащая люминофор, например, банкнот, ценных бумаг и других объектов, при использовании которых важно убедиться в достоверности их происхождения.The utility model relates to devices for checking the reliability of objects that are marked with a security label (security marking) containing a phosphor, for example, banknotes, securities and other objects, when using which it is important to verify the reliability of their origin.

Решение основано на использовании особых свойств люминофоров, введенных в печатные краски или другие композиции, которые наносятся на объекты, подлежащие аутентификации, в виде защитной метки (защитной маркировки). Особенностью таких люминофоров является характерное эмитированное люминесцентное послесвечения после их возбуждения. В таких люминофорах энергия возбуждения превращается в энергию послесвечения люминофора с другой длиной волны. Указанные люминофоры являются классическими ингредиентами защитных меток или маркировок объектов, при использовании которых важно убедиться в достоверности их происхождения.The solution is based on the use of the special properties of phosphors introduced into printing inks or other compositions that are applied to objects to be authenticated in the form of a security mark (security marking). A feature of such phosphors is the characteristic emitted luminescent afterglow after their excitation. In such phosphors, the excitation energy is converted into the afterglow energy of a phosphor with a different wavelength. These phosphors are the classic ingredients of protective labels or markings of objects, the use of which is important to verify the reliability of their origin.

Если эмитированное излучение (люминесцентное послесвечение) имеет большую длину волны, чем возбуждающе излучение, то говорят о "стоковской" люминесценции. Если люминесцентное послесвечения имеет меньшую длину волны, чем возбуждающе излучения, то говорят об "антистоковской" люминесценции.If the emitted radiation (luminescent afterglow) has a longer wavelength than the exciting radiation, then we speak of the "Stokes" luminescence. If the luminescent afterglow has a shorter wavelength than the exciting radiation, then we speak of “anti-Stokes” luminescence.

Антистоковские люминофоры находят наиболее широкое распространение, так как характеризуются высокой степенью защиты от подделки, что объясняется уникальностью ингредиентов и сложностью технологии их изготовления. Большинство известных антистоковских люминофоров являются редкоземельными кристаллическими веществами сложного состава.Anti-Stock phosphors are most widely used, as they are characterized by a high degree of protection against counterfeiting, which is explained by the uniqueness of the ingredients and the complexity of the technology for their manufacture. Most of the known anti-Stock phosphors are rare-earth crystalline substances of complex composition.

Люминофор может быть возбужден электромагнитным излучением в широком диапазоне частот (γ-излучение, рентгеновское излучение, ультрафиолетовое излучение, излучение светового диапазона, инфракрасное излучение) с использованием любого типа источника излучения (светодиодов, лазеров, источников света, рентгеновских импульсов, импульсных электронных пучков и другое).The phosphor can be excited by electromagnetic radiation in a wide range of frequencies (γ-radiation, X-rays, ultraviolet radiation, light range radiation, infrared radiation) using any type of radiation source (LEDs, lasers, light sources, X-ray pulses, pulsed electron beams, etc. )

Люминесцентное послесвечение люминофора может находиться в ультрафиолетовой области (менее 400 нм), в области видимого света (400-700 нм) или в диапазоне инфракрасного излучения (700-2500 нм) электромагнитного спектра.The luminescent afterglow of the phosphor can be in the ultraviolet region (less than 400 nm), in the region of visible light (400-700 nm) or in the infrared range (700-2500 nm) of the electromagnetic spectrum.

Большинство люминофоров могут эмитировать одновременно на нескольких диапазонах электромагнитного спектра.Most phosphors can emit simultaneously on several ranges of the electromagnetic spectrum.

Люминесцентное послесвечение, характеризуется специфическим угасанием интенсивности люминесценции в зависимости от времени, что являются специфической характеристикой люминофора. Люминесцентное послесвечение люминофора регистрируется визуально или измеряется специальной аппаратурой. Характеристики излучения послесвечения люминофора специфичны для определенного типа люминофора и позволяют подтвердить подлинность метки по совпадению этих характеристик с известными характеристиками излучение настоящей метки.The luminescent afterglow is characterized by a specific extinction of the luminescence intensity depending on time, which is a specific characteristic of the phosphor. The luminescent afterglow of the phosphor is recorded visually or measured by special equipment. The radiation characteristics of the afterglow of the phosphor are specific for a certain type of phosphor and allow you to confirm the authenticity of the label by the coincidence of these characteristics with the known radiation characteristics of this label.

Все, указанное выше, является общеизвестным.All of the above is well known.

Известные устройства для аутентификации защитных меток, содержащих люминофор, как правило, включают средства возбуждения люминофора электромагнитным излучением, фотодетектор послесвечение люминофора, схему измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки, средства управления работой устройства и анализа характеристик послесвечения люминофора.Known devices for authenticating security labels containing a phosphor typically include means for exciting the phosphor with electromagnetic radiation, a photodetector afterglow of the phosphor, a measurement circuit for the photodetector signal and compensation for background illumination, means for controlling the operation of the device and analysis of the characteristics of the afterglow of the phosphor.

Известен прибор для определения подлинности люминесцентной защитной метки документа, в котором аутентификация защитной метки выполняется путем возбуждения люминофора защитной метки излучателем электромагнитной волны с длиной волны, соответствующей длине волны возбуждения люминофора, регистрации излучения послесвечения (отклика) люминофора приемником излучения послесвечения и последующего анализа характеристик послесвечения люминофора для определения достоверности (подлинности) защитной метки (патент США №6784441, МПК G01N 21/64, дата публикации 31.08.2004).A known device for determining the authenticity of a luminescent security label of a document in which authentication of the security label is performed by exciting the phosphor of the security label with an electromagnetic wave emitter with a wavelength corresponding to the phosphor excitation wavelength, registering the afterglow (response) of the phosphor with the afterglow radiation detector and then analyzing the afterglow characteristics of the phosphor to determine the reliability (authenticity) of the security label (US patent No. 6784441, IPC G01N 21/64, date p blikatsii 31.08.2004).

В качестве излучателя электромагнитной волны возбуждения люминофора использован лазерный диод, излучение которого фокусируется специальной оптикой в сканирующий луч, направленный на защитную метку контролируемого объекта для возбуждения люминофора в метке.A laser diode is used as an emitter of an electromagnetic wave of phosphor excitation, the radiation of which is focused by special optics into a scanning beam aimed at the protective mark of the controlled object to excite the phosphor in the mark.

В качестве приемника излучения послесвечения (отклика) люминофора использован фотодиод, на который специальной оптической системой собирается и направляется излучение послесвечения (отклика) люминофора.A photodiode is used as a receiver of radiation of the afterglow (response) of the phosphor, to which radiation of the afterglow (response) of the phosphor is collected and directed by a special optical system.

Сигнал фотодиода передается в блок обработки сигнала для аутентификации защитной метки.The photodiode signal is transmitted to the signal processing unit to authenticate the security tag.

Для определения подлинности документа (аутентификации защитной метки) прибор (его оптическая система) должен непосредственно контактировать с контролируемым документом.To determine the authenticity of a document (authentication of a security label), the device (its optical system) must directly contact the document being monitored.

Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: устройство аутентификации защитной метки, содержащей люминофор, которое включает средства возбуждения люминофора электромагнитным излучением, фотодетектор послесвечения люминофора, средства измерения сигнала фотодетектора и анализа характеристик послесвечения люминофора,Common features of the analogue and the claimed solution are: a security tag authentication device containing a phosphor, which includes means for exciting the phosphor with electromagnetic radiation, a phosphor afterglow photodetector, means for measuring the photodetector signal and analyzing the phosphor afterglow characteristics,

Недостатком указанного прибора является необходимость использования сложной оптической системы и непосредственного контакта прибора с поверхностью тестируемого объекта.The disadvantage of this device is the need to use a complex optical system and direct contact of the device with the surface of the test object.

Известно детекторное устройство (международная заявка WO 02071347, МПК G07D 7/12, дата публикации 12.09.2002), включающее средства возбуждения люминофора электромагнитным излучением, фотодетектор послесвечения люминофора, схему измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки, средства управления работой устройства и анализа характеристик послесвечения люминофора.A detector device is known (international application WO 02071347, IPC G07D 7/12, published on September 12, 2002), including means for exciting a phosphor with electromagnetic radiation, a phosphor afterglow photodetector, a photodetector signal measuring circuit and background illumination compensation, device operation control and afterglow characteristics analysis phosphor.

Во время возбуждения и послесвечения люминофора проводят серию измерений его излучения. Для исключения влияния фоновой засветки вычитают результаты одного измерения в серии от другого и используют полученное значение для аутентификации люминофора.During the excitation and afterglow of the phosphor, a series of measurements of its radiation is carried out. To exclude the influence of background illumination, the results of one measurement in a series are subtracted from another and the obtained value is used to authenticate the phosphor.

Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: устройство аутентификации защитной метки, содержащей люминофор, которое включает средства возбуждения люминофора электромагнитным излучением, фотодетектор послесвечения люминофора, схему измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки, средства управления работой устройства и анализа характеристик послесвечения люминофора.Common features of the analogue and the claimed solution are: a security tag authentication device containing a phosphor, which includes means for exciting the phosphor with electromagnetic radiation, a phosphor afterglow photodetector, a photodetector signal measurement circuit and background light compensation, means for controlling the operation of the device and analyzing the characteristics of the phosphor afterglow.

Устройство позволяет исключить влияние постоянной фоновой засветки, но не может компенсировать влияние периодической и случайной засветки. Кроме того, решение не предусматривает компенсации изменений уровней излучения послесвечения, характерных для разных экземпляров одной и той же метки. Различия в уровне излучения вызываются износом и загрязнением метки, а также технологическим разбросом при их производстве. Отсутствие компенсации этого разброса снижает надежность идентификации.The device allows to exclude the influence of constant background illumination, but cannot compensate for the effect of periodic and random illumination. In addition, the solution does not provide for compensation for changes in the levels of afterglow radiation that are characteristic of different instances of the same label. Differences in the level of radiation are caused by wear and contamination of the label, as well as technological variation in their production. The lack of compensation for this variation reduces the reliability of identification.

В качестве прототипа выбрано устройство для аутентификации защитной метки, содержащей люминофор, известное по патенту Российской Федерации №2460140, МПК G07D 7/06, G06K 9/00, дата подачи заявки 18.08.2011.As a prototype, a device for authentication of a security tag containing a phosphor, known according to the patent of the Russian Federation No. 2460140, IPC G07D 7/06, G06K 9/00, the filing date of the application is 08/18/2011.

Устройство идентификации защитной сетки включает средства возбуждения люминофора электромагнитным излучением, фотодетектор послесвечения люминофора, схему измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки, средства управления работой устройства и анализа характеристик послесвечения люминофора.The protective grid identification device includes means for exciting the phosphor by electromagnetic radiation, a phosphor afterglow photodetector, a photodetector signal measurement circuit and background light compensation, means for controlling the operation of the device and analyzing the phosphor afterglow characteristics.

Средства возбуждения люминофора включают возбуждающий излучатель в виде полупроводникового лазера, излучение которого имеет мощность от 50 до 100 мВт на длине волны около 980 нм. Излучение лазера оптически фокусируется в малое пятно, расположенное в месте, куда помещается защитная метка объекта контроля. Источник питания лазера включается контроллером.The phosphor excitation means include an excitation emitter in the form of a semiconductor laser, the radiation of which has a power of 50 to 100 mW at a wavelength of about 980 nm. The laser radiation is optically focused into a small spot located in the place where the protective mark of the test object is placed. The laser power supply is turned on by the controller.

Фотодетектор выполнен на фототранзисторе, на который с помощью оптической системы собирается люминесцентное послесвечение люминофора, излучаемое защитной меткой с точки фокусировки лазерного источника.The photodetector is made on a phototransistor, to which the luminescent afterglow of the phosphor emitted by the protective mark from the focus point of the laser source is collected using an optical system.

Фототранзистор включен в типовую схему измерения заряда, содержащую измерительный конденсатор, управляемый ключ сброса и аналого-цифровой преобразователь. Измерительный конденсатор включен последовательно с фототранзистором так, что заряд на конденсаторе оказывается пропорционален заряду, индуцированному в фототранзисторе излучением послесвечения люминофора (пропорциональный энергии излучения послесвечения люминофора). Ключ сброса подключен параллельно измерительному конденсатору и позволяет обнулить заряд конденсатора перед началом последующего измерения. Напряжение с измерительного конденсатора подается на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя. Результат преобразования в виде цифрового кода передается с аналого-цифрового преобразователя на вход контроллера.A phototransistor is included in a typical charge measurement circuit comprising a measuring capacitor, a controlled reset key, and an analog-to-digital converter. The measuring capacitor is connected in series with the phototransistor so that the charge on the capacitor is proportional to the charge induced in the phototransistor by the phosphor afterglow radiation (proportional to the phosphor afterglow radiation energy). The reset key is connected in parallel with the measuring capacitor and allows you to reset the capacitor charge before starting the next measurement. The voltage from the measuring capacitor is fed to the analog input of the analog-to-digital converter. The result of the conversion in the form of a digital code is transmitted from the analog-to-digital converter to the controller input.

Контроллер вырабатывает сигнал по линии "Strobe", который управляет замыканием ключа сброса и запуском аналого-цифрового преобразователя, реализует последовательность действий устройства и представление результатов аутентификации по соответствующему каналу связи.The controller generates a signal through the "Strobe" line, which controls the closure of the reset key and the start of the analog-to-digital converter, implements the sequence of actions of the device and the presentation of authentication results via the corresponding communication channel.

Когда измерение энергии послесвечения люминофора не проводится, контроллер постоянно поддерживает на линии "Strobe" высокий логический уровень. Этот логический уровень удерживает ключ сброса в замкнутом состоянии, за счет чего напряжение на измерительном конденсаторе равняется нулю.When the phosphor afterglow energy is not measured, the controller constantly maintains a high logic level on the Strobe line. This logic level keeps the reset key closed, whereby the voltage across the measuring capacitor is zero.

Для измерения энергии послесвечения контроллер переводит линию "Strobe" на низкий уровень и удерживает ее в этом состоянии в течение заданного интервала времени, после чего возвращает линию "Strobe" в высокое состояние. В течение указанного интервала времени ключ сброса остается в разомкнутом состоянии, а напряжение на измерительном конденсаторе растет пропорционально заряду, протекающему через фототранзистор с начала интервала измерения энергии послесвечения. После завершения указанного интервала измерения энергии аналого-цифровой преобразователь фиксирует уровень напряжения на измерительном конденсаторе, выполняет его оцифровку и передает соответствующий цифровой код на вход контроллера для проведения анализа. Напряжение на измерительном конденсаторе пропорционально энергии излучения послесвечения, попавшей на фототранзистор в заданный интервал времени. Таким образом, соответствующий цифровой код на входе контроллера будет пропорционален энергии излучения послесвечения люминофора в заданный интервал времени.To measure afterglow energy, the controller sets the Strobe line to a low level and holds it in this state for a predetermined time interval, after which it returns the Strobe line to a high state. During the specified time interval, the reset key remains in the open state, and the voltage at the measuring capacitor increases in proportion to the charge flowing through the phototransistor from the beginning of the afterglow energy measurement interval. After completion of the indicated energy measurement interval, the analog-to-digital converter fixes the voltage level on the measuring capacitor, digitizes it and transfers the corresponding digital code to the controller input for analysis. The voltage at the measuring capacitor is proportional to the radiation energy of the afterglow, which fell on the phototransistor in a given time interval. Thus, the corresponding digital code at the controller input will be proportional to the radiation energy of the phosphor afterglow in a given time interval.

Для проведения аутентификации защитной метки ее размещают в точке фокусировки излучения лазерного источника. Процесс аутентификации периодически запускается контроллером. В некоторый момент времени Т1 контроллер включает лазерный источник возбуждающего излучения на заданное время. Люминофор, находящийся в метке, возбуждается и по завершении импульса возбуждения начинает испускать излучение послесвечения. Вслед за этим контроллер проводит серию измерений энергии излучения, испускаемого меткой. В момент Т2 процессор переводит линию Strobe на низкий уровень. Ключ сброса закрывается и напряжение на измерительном конденсаторе начинает расти В момент времени Т3 контроллер переводит линию Strobe на высокий уровень. С этого перепада аналого-цифровой преобразователь начинает измерение напряжения, достигнутого на измерительном конденсаторе за интервал времени Т2-Т3. По завершении преобразования двоичный код, пропорциональный энергии излучения, считывается контроллером. Дальнейшие измерения в серии проводятся аналогичным образом в интервалы Т4-Т5, Т6-Т7 и т.д. Продолжительность этих интервалов, а также промежутки между ними задаются заранее В результате измерений получают значения энергии Е1, Е2 … EN.To authenticate the security tag, it is placed at the focal point of the radiation from the laser source. The authentication process is periodically started by the controller. At some point in time T1, the controller turns on a laser source of exciting radiation for a given time. The phosphor in the label is excited and, upon completion of the excitation pulse, begins to emit afterglow radiation. Following this, the controller performs a series of measurements of the energy of radiation emitted by the tag. At T2, the processor lowers the Strobe line. The reset key closes and the voltage across the measuring capacitor begins to rise. At time T3, the controller sets the Strobe line to a high level. From this difference, the analog-to-digital converter starts measuring the voltage reached at the measuring capacitor for the time interval T2-T3. Upon completion of the conversion, a binary code proportional to the radiation energy is read by the controller. Further measurements in the series are carried out in a similar manner at intervals T4-T5, T6-T7, etc. The duration of these intervals, as well as the intervals between them, are set in advance. As a result of the measurements, the energy values E1, E2 ... EN are obtained.

Влияние постоянной фоновой засветки компенсируют путем проведения, по меньшей мере, двух серий измерений энергии. Обе серии идентичны по количеству измерений, моменту их проведения и продолжительности интервалов измерений. Основную серию измерений проводят после подачи импульса возбуждения люминофора, как это было описано выше. Дополнительную серию измерений проводят после первой с задержкой, достаточной для полного спада излучения послесвечения люминофора. Результаты первой серии измерений характеризуют энергию излучения послесвечения и энергию фоновой засветки. Результаты второй серии измерений характеризуют только энергию фоновой засветки. Для компенсации влияния фоновой засветки от результатов измерений основной серии отнимают результаты измерений дополнительной серии. Такой принцип эффективен для компенсации постоянной фоновой засветки, поскольку уровень этой засветки не меняется от первой серии измерений к другой.The effect of constant background illumination is compensated by at least two series of energy measurements. Both series are identical in the number of measurements, the moment they were taken and the duration of the measurement intervals. The main series of measurements is carried out after applying a phosphor excitation pulse, as described above. An additional series of measurements is carried out after the first with a delay sufficient for a complete decay of the radiation of the afterglow of the phosphor. The results of the first series of measurements characterize the radiation energy of the afterglow and the energy of background illumination. The results of the second series of measurements characterize only the energy of the background illumination. To compensate for the influence of background illumination from the measurement results of the main series, the results of measurements of the additional series are taken. This principle is effective for compensating for constant background illumination, since the level of this illumination does not change from the first series of measurements to another.

Для компенсации периодической фоновой засветки моменты начала первой и второй серии измерений задерживают на один или несколько периодов частоты периодической фоновой засветки.To compensate for the periodic background illumination, the moments of the beginning of the first and second series of measurements are delayed by one or more periods of the frequency of the periodic background illumination.

Если же фоновая засветка содержит случайный то для компенсации ее влияния применяют метод накопления. Вместо проведения одной серии измерений последовательно проводят идентичны серии измерений и суммируют их результаты. Например, вместо проведения одной основной серии измерений проводят М серий измерений в тех же самых условиях. В результате получают М наборов результатов измерений. Из них получают суммарные серии с помощью поэлементного суммирования.If the background illumination contains random, then the accumulation method is used to compensate for its influence. Instead of carrying out one series of measurements, the series of measurements are carried out sequentially identical and their results are summarized. For example, instead of carrying out one main series of measurements, M series of measurements are carried out under the same conditions. The result is M sets of measurement results. The total series are obtained from them using element-wise summation.

Случайная компонента в расчетах суммарной серии вырастает в

раз, в то время как уровень измеряемой величины растет в М раз. Таким образом, влияние случайной фоновой засветки на результат измерения уменьшается в

раз.The random component in the calculations of the total series grows in

times, while the level of the measured value grows M times. Thus, the effect of random background illumination on the measurement result decreases in

time.

Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются: устройство аутентификации защитной метки, содержащей люминофор, включающее средства возбуждения люминофора электромагнитным излучением, фотодетектор послесвечения люминофора, схему измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки, включающую средства измерения сигнала фотодетектора перед возбуждением люминофора и вычитания указанного сигнала от сигнала фотодетектора, измеренного в период послесвечения люминофора, связанные с микропроцессором средства управления работой устройства и анализа характеристик послесвечения люминофора.Common features of the prototype and the claimed solution are: an authentication device for a protective label containing a phosphor, including means for exciting the phosphor with electromagnetic radiation, a photodetector of the afterglow of the phosphor, a circuit for measuring the photodetector signal and compensation for background illumination, including means for measuring the photodetector signal before excitation of the phosphor and subtracting the specified signal from the signal photodetector measured during the afterglow of the phosphor associated with microprocessor means pack control the operation of the device and analyze the characteristics of the afterglow of the phosphor.

Описанное устройство, как прототип, характеризуется следующими особенностями.The described device, as a prototype, is characterized by the following features.

Для возбуждения люминофора используют лазерный источник излучения (полупроводниковый лазер, излучение которого имеет мощность от 50 до 100 мВт на длине волны около 980 нм). Указанные средства возбуждения ограничивают универсальность устройства, например, для аутентификации различных банкнот с различными люминофорами в защитных метках, так как спектры возбуждения различных люминофоров могут существенно отличаться от узкого спектра излучения указанного полупроводникового лазера (длина волны около 980 нм).To excite the phosphor, a laser radiation source is used (a semiconductor laser whose radiation has a power of 50 to 100 mW at a wavelength of about 980 nm). These excitation means limit the versatility of the device, for example, for authenticating various banknotes with different phosphors in security labels, since the excitation spectra of various phosphors can differ significantly from the narrow emission spectrum of the indicated semiconductor laser (wavelength of about 980 nm).

Лазерный источник требует системы оптической фокусировки излучения в малое пятно, расположенное в том месте, куда при проверке помещается защитная метка, что усложняет устройство и его использование.The laser source requires an optical focusing system for radiation in a small spot located in the place where the protective mark is placed during the test, which complicates the device and its use.

Выполнение фотодетектора в виде фототранзистора, на который с помощью оптической системы собирается излучение послесвечения люминофора в световом диапазоне, также усложняет устройство и его использование. Кроме того, фототранзистор вместе со световым излучением послесвечения люминофора принимает широкий спектр фоновых засветок, что усложняет задачу их последующей компенсации.The implementation of the photodetector in the form of a phototransistor, on which the afterglow radiation of the phosphor in the light range is collected using an optical system, also complicates the device and its use. In addition, the phototransistor, along with the light radiation of the afterglow of the phosphor, receives a wide range of background flares, which complicates the task of their subsequent compensation.

Компенсация влияния фоновых засветок путем проведения серий измерений (основной серии - после подачи импульса возбуждения и дополнительной серии - после полного спада излучения послесвечения люминофора) существенно увеличивает продолжительность измерений, что ограничивает возможности использования устройства в высокоскоростных машинах счета банкнот.Compensation of the influence of background illumination by means of a series of measurements (the main series — after applying the excitation pulse and the additional series — after the emission of the phosphor afterglow has completely decreased) significantly increases the measurement duration, which limits the possibility of using the device in high-speed banknote counting machines.

Устройство чувствительно к изношенности банкнот (загрязненность и частичное осыпание защитных меток в процессе оборота банкнот), что уменьшает достоверность аутентификации.The device is sensitive to the deterioration of banknotes (contamination and partial shedding of protective marks during the circulation of banknotes), which reduces the reliability of authentication.

В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования устройства аутентификации защитной метки, содержащей люминофор, в котором за счет выбора средств возбуждения и регистрации послесвечения люминофора, а также особенностей схемы измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки, повышается универсальность устройства при упрощении его конструкции.The utility model is based on the task of improving the authentication device of a security label containing a phosphor, in which, by choosing the means of excitation and recording the afterglow of the phosphor, as well as the features of the photodetector signal measuring circuit and compensating for background illumination, the device’s universality increases while simplifying its design.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве идентификации защитной метки, содержащей люминофор, включающем средства возбуждения люминофора электромагнитным излучением, фотодетектор послесвечения люминофора, схему измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки, включающую средства измерения сигнала фотодетектора перед возбуждением люминофора и вычитания указанного сигнала от сигнала фотодетектора, измеренного в период послесвечения люминофора, связанные с микропроцессором средства управления работой устройства и анализа характеристик послесвечения люминофора, согласно полезной модели средства возбуждения люминофора выполнены в виде светодиода инфракрасного излучения, а фотодетектор послесвечения люминофора выполнен в виде фотодиода инфракрасного диапазонаThe problem is solved in that in a device for identifying a protective label containing a phosphor, including means for exciting the phosphor with electromagnetic radiation, a phosphor afterglow detector, a measurement circuit for the photodetector signal and background illumination compensation, including means for measuring the photodetector signal before exciting the phosphor and subtracting the specified signal from the photodetector signal measured during the afterglow of a phosphor associated with a microprocessor means control the operation of devices -keeping and analysis of the afterglow characteristics of the phosphor, according to the utility model the phosphor excitation means are designed as infrared LED and photodetector afterglow phosphor is formed as a photodiode infrared

Указанные признаки являются существенными признаками полезной модели, так как являются необходимыми и достаточными для достижения технического результата -обеспечение универсальности устройства при упрощении его конструкции.These signs are essential features of the utility model, as they are necessary and sufficient to achieve a technical result — ensuring the universality of the device while simplifying its design.

Существенные признаки полезной модели находятся в причинно-следственной связи с техническим результатом, что объясняется следующим.The essential features of the utility model are in a causal relationship with the technical result, which is explained by the following.

Авторами использована способность люминофоров, применяемых в защитных метках, возбуждаться с последующим послесвечением при воздействии на них инфракрасным излучением в диапазоне 950±55 нм. Выполнение средств возбуждения люминофора защитных меток в виде светодиода инфракрасного излучения позволяет контролировать достоверность широкого круга объектов, например различных банкнот, ценных бумаг и прочего с использованием одного и того же устройства. Инфракрасное излучение мощностью в пределах 100…150 мВт не требует для возбуждения люминофора системы оптической фокусировки, что упрощает устройство и его использование. Действию инфракрасного излучения подвергается значительная часть поверхности контролируемого объекта, что упрощает поиск защитной метки и устраняет проблему расположения защитной метки строго в фокусе сфокусированного возбуждающего излучения. Инфракрасное излучение нечувствительно к незначительным преградам. Например, возбуждение люминофора происходит через лист бумаги, расположенный между источником излучения и защитной меткой. Это позволяет возбуждать люминофор путем облучения защитной метки с защитным покрытием или с противоположной (обратной) стороны банкноты. Использование светодиода инфракрасного излучения является безопасным для зрения пользователя. То есть, простыми техническими средствами расширяются возможности использования устройства (его универсальность) при упрощении конструкции устройства.The authors used the ability of the phosphors used in protective labels to be excited with subsequent afterglow when exposed to infrared radiation in the range of 950 ± 55 nm. The implementation of the means of excitation of the phosphor protective labels in the form of an infrared LED allows you to control the reliability of a wide range of objects, such as various banknotes, securities and other things using the same device. Infrared radiation with a power in the range of 100 ... 150 mW does not require an optical focusing system to excite the phosphor, which simplifies the device and its use. A considerable part of the surface of the controlled object is exposed to the action of infrared radiation, which simplifies the search for the protective mark and eliminates the problem of the location of the protective mark strictly in the focus of the focused exciting radiation. Infrared radiation is insensitive to minor obstacles. For example, the excitation of the phosphor occurs through a sheet of paper located between the radiation source and the protective label. This allows you to excite the phosphor by irradiating a protective mark with a protective coating or on the opposite (back) side of the banknote. Using the infrared LED is safe for the user to see. That is, simple technical means expand the possibilities of using the device (its versatility) while simplifying the design of the device.

Авторами также использована особенность волнового спектра послесвечения люминофоров - спектр послесвечения большинства люминофоров, применяемых в защитных метках, характеризуется наличием инфракрасного излучения в диапазоне 950±55 нм. Характеристики инфракрасного излучения в спектрах послесвечения люминофоров могут быть критериями для аутентификации защитной метки. Характеристики указанного излучения мало зависят от загрязненности банкноты и осыпания защитной метки в процессе оборота банкноты, что повышает достоверность аутентификации частично изношенных банкнот. Использование фотодиода инфракрасного диапазона в качестве фотодетектора послесвечения люминофора позволяет выделить и принять для дальнейшего анализа только инфракрасный диапазон излучения послесвечения, отсекая другие диапазоны излучения. При этом отсекаются фоновые засветки светового и ультрафиолетового диапазонов, что уменьшает их влияние на результаты измерений и облегчает задачу компенсации фоновых засветок. Для улавливания излучения послесвечения не нужны оптические системы сбора излучения послесвечения люминофора, что существенно упрощает конструкцию устройства. Важным также является нечувствительность инфракрасного диапазона излучения послесвечения к незначительным преградам, что позволяет принимать излучение с противоположной (обратной) стороны банкноты. Указанное также расширяет возможности использования устройства, обеспечивает универсальность устройства при упрощении конструкции.The authors also used a feature of the wave spectrum of the afterglow of phosphors - the afterglow spectrum of most phosphors used in protective labels is characterized by the presence of infrared radiation in the range of 950 ± 55 nm. The characteristics of infrared radiation in the afterglow spectra of phosphors may be criteria for authenticating a security label. The characteristics of this radiation depend little on the contamination of the banknote and the shedding of the protective mark during the banknote turnover, which increases the reliability of authentication of partially worn banknotes. The use of the infrared photodiode as a photodetector of the phosphor afterglow allows you to select and accept for further analysis only the infrared afterglow radiation range, cutting off other radiation ranges. In this case, background flashes of the light and ultraviolet ranges are cut off, which reduces their influence on the measurement results and facilitates the task of compensating for background flares. To capture afterglow radiation, optical systems for collecting phosphor afterglow radiation are not needed, which greatly simplifies the design of the device. Also important is the insensitivity of the infrared range of the radiation of the afterglow to minor obstacles, which allows you to receive radiation from the opposite (reverse) side of the banknote. The above also expands the possibilities of using the device, provides the versatility of the device while simplifying the design.

Авторами разработана схема измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки, включающая средства измерения сигнала фотодетектора перед возбуждением люминофора и вычитания указанного сигнала от сигнала фотодетектора, измеренного в период послесвечения люминофора. Принцип измерений, на котором основана схема, позволяет существенно уменьшить продолжительность измерений (продолжительность аутентификации). Продолжительность измерений определяется длительностью периода возбуждения люминофора (50…70 микросекунд), длительностью паузы между периодом возбуждения люминофора и началом измерения сигнала послесвечения люминофора (150…200 микросекунд), длительностью периода измерения послесвечения люминофора (200…230 микросекунд) продолжительностью возврата в исходное состояние (80…100 микросекунд). То есть продолжительность измерений не превышает 600 микросекунд, что достаточно для аутентификации быстро движущихся объектов, например, в высокоскоростных машинах счета банкнот. Это также расширяет возможности использования устройства (универсальность устройства) простыми техническими средствами.The authors developed a scheme for measuring the photodetector signal and compensating for background illumination, including means for measuring the photodetector signal before excitation of the phosphor and subtracting the specified signal from the photodetector signal measured during the afterglow of the phosphor. The measurement principle, on which the circuit is based, can significantly reduce the measurement duration (authentication duration). The measurement duration is determined by the duration of the phosphor excitation period (50 ... 70 microseconds), the length of the pause between the phosphor excitation period and the beginning of the measurement of the phosphor afterglow signal (150 ... 200 microseconds), the length of the phosphor afterglow measurement period (200 ... 230 microseconds), the duration of the return to the initial state ( 80 ... 100 microseconds). That is, the measurement duration does not exceed 600 microseconds, which is sufficient to authenticate fast-moving objects, for example, in high-speed banknote counting machines. It also expands the possibilities of using the device (device versatility) with simple technical means.

Не менее важным является уменьшение себестоимости заявляемого устройства в сравнении с прототипом.No less important is the reduction in the cost of the claimed device in comparison with the prototype.

Все вышеизложенное обеспечивает универсальность устройства при упрощении его конструкции. All of the above provides the versatility of the device while simplifying its design.

Целесообразно средства измерения сигнала фотодетектора перед возбуждением люминофора и вычитания указанного сигнала от сигнала фотодетектора, измеренного в период послесвечения люминофора, схемы измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки выполнить в виде двух последовательно соединенных инвертирующих усилителей, неинвертирующего усилителя, интегратора с измерительным конденсатором и аналогового ключа, при этом вход первого инвертирующего усилителя соединить с фотодиодом, выход второго инвертирующего усилителя соединить с входом неинвертирующего усилителя и через аналоговый ключ с входом интегратора, выход которого через линию обратной связи соединить с входом первого инвертирующего усилителя, выход неинвертирующего усилителя соединить с входом аналого-цифрового преобразователя микропроцессора, управляющий вход аналогового ключа соединить с выходом микропроцессораIt is advisable that the means of measuring the photodetector signal before excitation of the phosphor and subtracting the specified signal from the photodetector signal measured during the afterglow of the phosphor, the measurement circuit of the photodetector signal and the compensation of background illumination be performed in the form of two inverted amplifiers in series, a non-inverting amplifier, an integrator with a measuring capacitor and an analog key, the input of the first inverting amplifier is connected to the photodiode, the output of the second inverting amplifier To connect to the noninverting input of the amplifier and the analog key with an input of the integrator, the output of which through a feedback line connected to the input of the first inverting amplifier, the output amplifier is connected to the noninverting input of the analog-to-digital converter of the microprocessor, the analog switch control input coupled to an output of the microprocessor

Ниже приводится описание заявляемого устройства аутентификации защитной метки, содержащей люминофор, со ссылками на чертежи, на которых показано:The following is a description of the claimed authentication device security label containing a phosphor, with reference to the drawings, which show:

Фиг. 1 - Устройство аутентификации защитной метки, содержащей люминофор, принципиальная схема.FIG. 1 - Authentication device security label containing a phosphor, circuit diagram.

Фиг. 2 - устройство аутентификации защитной метки, содержащей люминофор, временная диаграмма сигналов в узловых точках устройства.FIG. 2 - authentication device security label containing a phosphor, a timing diagram of the signals at the nodal points of the device.

Фиг. 3 - устройство аутентификации защитной метки, содержащей люминофор, временная зависимость интенсивности излучения защитной метки.FIG. 3 - authentication device security label containing a phosphor, the time dependence of the radiation intensity of the security label.

Устройство включает средства возбуждения люминофора электромагнитным излучением, фотодетектор послесвечения люминофора, схему измерения сигнала фотодетектора и компенсации фоновой засветки, средства управления работой устройства и анализа характеристик послесвечения люминофора.The device includes means for exciting a phosphor with electromagnetic radiation, a phosphor afterglow photodetector, a photodetector signal measuring circuit and background illumination compensation, device operation control tools and a phosphor afterglow analysis.

Средства возбуждения люминофора в защитной метке выполнены в виде светодиода 1 инфракрасного излучения с управляемым источником питания 2. Светодиод 1 типа SFH409-2, излучение которого имеет мощность 165 мВт на длине волны 950±55 нм и угол излучения 40 градусов.The phosphor excitation means in the protective label are made in the form of an infrared light emitting diode 1 with a controlled power source 2. SFH409-2 type 1 LED, the radiation of which has a power of 165 mW at a wavelength of 950 ± 55 nm and an emission angle of 40 degrees.

В качестве фотодетектора послесвечения люминофора использован фотодиод 3 инфракрасного диапазона, например BPV10NF с углом чувствительности 40 градусов в диапазоне 790…1050 нм.An infrared photodiode 3, for example, BPV10NF with a sensitivity angle of 40 degrees in the range of 790 ... 1050 nm, was used as a photodetector of the phosphor afterglow.

Средства управления работой устройства и анализа характеристик послесвечения люминофора представлены микропроцессором 4.Means of controlling the operation of the device and analyzing the characteristics of the afterglow of the phosphor are represented by microprocessor 4.

Схема измерения сигнала фотодетектора (фотодиода 3) и компенсации фоновой засветки включает инвертирующие усилители 5, 6, неинвертирующий усилитель 7, интегратор 8 с измерительным конденсатором 9 и аналоговый ключ 10.The scheme for measuring the photodetector signal (photodiode 3) and background light compensation includes inverting amplifiers 5, 6, a non-inverting amplifier 7, an integrator 8 with a measuring capacitor 9, and an analog switch 10.

Фотодиод 3 подключен к входу инвертирующего усилителя 5, инвертирующие усилители 5, 6 соединены последовательно. Выход инвертирующего усилителя 6 соединен с входом неинвертирующего усилителя 7 и через аналоговый ключ 10 со входом интегратора 8. Выход интегратора 8 с измерительным конденсатором 9 соединен с входом инвертирующего усилителя 5 через линию обратной связи 11.The photodiode 3 is connected to the input of the inverting amplifier 5, the inverting amplifiers 5, 6 are connected in series. The output of the inverting amplifier 6 is connected to the input of the non-inverting amplifier 7 and through an analog switch 10 to the input of the integrator 8. The output of the integrator 8 with the measuring capacitor 9 is connected to the input of the inverting amplifier 5 through the feedback line 11.

Выход инвертирующего усилителя 7 соединен с входом "А/D" аналого-цифрового преобразователя процессора 4.The output of the inverting amplifier 7 is connected to the input "A / D" of the analog-to-digital converter of the processor 4.

Управляющий вход аналогового ключа 10 соединен с выходом "KEY" микропроцессора 4.The control input of the analog key 10 is connected to the output "KEY" of the microprocessor 4.

Управляемый источник питания 2 подключен к выходу "LED" микропроцессора 4.Managed power supply 2 is connected to the output "LED" of the microprocessor 4.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

В исходном состоянии (момент времени Т1) светодиод 1 инфракрасного излучения выключен (выключен источник питания 2 командой с выхода "LED" микропроцессора 4). Аналоговый ключ 10 замкнут соответствующим сигналом с выхода "KEY" микропроцессора 4. Фотодиод 3 принимает излучения фоновой засветки. Сигнал фотодиода 3 (сигнал фоновой засветки) через инвертирующие усилители 5, 6 и замкнутый аналоговый ключ 10 подается на интегратор 8. Измерительный конденсатор 9 интегратора 8 заряжается.In the initial state (time T1), the infrared LED 1 is turned off (the power supply 2 is turned off by the command from the "LED" output of the microprocessor 4). The analog switch 10 is closed by the corresponding signal from the output "KEY" of the microprocessor 4. The photodiode 3 receives background radiation. The signal of the photodiode 3 (backlight signal) through inverting amplifiers 5, 6 and a closed analog switch 10 is supplied to the integrator 8. The measuring capacitor 9 of the integrator 8 is charged.

Так как напряжение на выходе интегратора 8 вычитается из сигнала фотодиода 3 (сигнала фоновой засветки) на входе инвертирующего усилителя 5 за счет линии обратной связи 11, то процесс заряда измерительного конденсатора 9 будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на входе интегратора 8 (на выходе инвертирующего усилителя 6) не станет равным нулю. Сигнал инвертирующего усилителя 6 через неинвертирующий усилитель 7 подается на вход "А / D" аналого-цифрового преобразователя процессора 4 и в начальном состоянии будет равняться нулю.Since the voltage at the output of the integrator 8 is subtracted from the signal of the photodiode 3 (backlight signal) at the input of the inverting amplifier 5 due to the feedback line 11, the charging process of the measuring capacitor 9 will continue until the voltage at the input of the integrator 8 (at the output inverting amplifier 6) will not be equal to zero. The signal of the inverting amplifier 6 through the non-inverting amplifier 7 is fed to the input "A / D" of the analog-to-digital converter of the processor 4 and will be equal to zero in the initial state.

В момент времени Т1 аналоговый ключ 10 размыкают соответствующей командой, которая поступает от выхода "KEY" микропроцессора 4. При этом сигнал на выходе интегратора 8 будет оставаться неизменным до дальнейшего замыкания аналогового ключа 10 и соответствовать уровню фоновой засветки. Включают источник питания 2 инфракрасного светодиода 1 и выключают его в момент времени Т2. Период Т1-Т2 составляет около 70 микросекунд. Моменты включения Т1 и отключения Т2 светодиода 1 задают соответствующими командами выхода "LED" микропроцессора 4. В этот период происходит облучение защитной метки инфракрасным излучением светодиода 1 и возбуждения люминофора в защитной метке. Далее, в момент времени Т3 (через около 200 микросекунд после выключения светодиода 1) в течение следующих около 200 микросекунд до момента времени Т4 выполняют измерения сигнала послесвечения люминофора. При этом вход интегратора 8 не соединен с выходом инвертирующего усилителя 6. Сигнал фотодиода 3 усиливается инвертирующим усилителем 6 и через неинвертирующий усилитель 7 подается на вход "A/D" аналого-цифрового преобразователя процессора 4. Далее, аналоговый ключ 10 замыкается и устройство возвращается в исходное состояние.At time T1, the analog switch 10 is opened with the appropriate command, which comes from the "KEY" output of the microprocessor 4. In this case, the signal at the output of the integrator 8 will remain unchanged until the analog switch 10 is further closed and correspond to the level of background illumination. Turn on the power source 2 of the infrared LED 1 and turn it off at time T2. The T1-T2 period is about 70 microseconds. The moments of turning on T1 and turning off T2 of LED 1 are set by the corresponding "LED" output commands of microprocessor 4. During this period, the protective mark is irradiated with infrared radiation of LED 1 and the phosphor is excited in the protective mark. Further, at time T3 (about 200 microseconds after the LED 1 is turned off), for the next about 200 microseconds up to time T4, measurements of the phosphor afterglow signal are performed. In this case, the input of the integrator 8 is not connected to the output of the inverting amplifier 6. The signal of the photodiode 3 is amplified by the inverting amplifier 6 and fed through the non-inverting amplifier 7 to the input “A / D” of the analog-to-digital converter of the processor 4. Next, the analog switch 10 closes and the device returns to the initial state.

Указанная схема измерения сигнала фотодетектора (фотодиода 3) и компенсации фоновой засветки позволяет получить однополярный выходной сигнал без постоянной составляющей, который может быть усилен до нужного уровня операционным усилителем 7 для подачи на вход "A/D" аналого-цифрового преобразователя процессора 4.The indicated scheme for measuring the photodetector signal (photodiode 3) and compensating for the background illumination makes it possible to obtain a unipolar output signal without a constant component, which can be amplified to the required level by the operational amplifier 7 for supplying an analog-to-digital converter of the processor 4 to the input “A / D”.

Результаты измерений анализируются по известным методикам микропроцессором 4. Делается заключение по подлинности защитной метки.The measurement results are analyzed by known methods by microprocessor 4. A conclusion is drawn on the authenticity of the security label.

Claims

1. An authentication device for a security tag containing a phosphor, including means for exciting the phosphor with electromagnetic radiation, a phosphor afterglow photodetector, a photodetector signal measuring circuit and background illumination compensation, including means for measuring the photodetector signal before exciting the phosphor and subtracting the specified signal from the photodetector signal measured during the afterglow phosphor associated with the microprocessor means to control the operation of the device and analysis of characteristics after eternal phosphor,

characterized in that the phosphor excitation means are made in the form of an infrared radiation LED, and the phosphor afterglow detector is made in the form of an infrared photodiode.

2. The device according to p. 1, characterized in that the infrared radiation LED has a power in the range from 100 to 150 mW and a radiation wavelength in the range from 900 to 1000 nm.

3. The device according to p. 1, characterized in that the infrared photodiode is characterized by a sensitivity in the range from 790 to 1050 nm.

4. The device according to p. 1, characterized in that the means of measuring the photodetector signal before excitation of the phosphor and subtracting the specified signal from the photodetector signal measured during the afterglow of the phosphor, the measurement circuit of the photodetector signal and the compensation of background illumination include two series-connected inverting amplifiers, a non-inverting amplifier , an integrator with a measuring capacitor and an analog switch, while the input of the first inverting amplifier is connected to the photodiode, I invert the output of the second its amplifier connected to the input noninverting amplifier and the analog key - to the input of the integrator, the output of which through a feedback line connected to the input of the first inverting amplifier output non-inverting amplifier coupled to the input of analog-to-digital microprocessor converter control analog switch input connected to the output of the microprocessor.