Патент на изобретение №2292055

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ЗОНД И СОДЕРЖАЩЕЕ ЕГО УСТРОЙСТВО АУТЕНТИФИКАЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к измерительному зонду для получения данных о намагничивании магнитного объекта (7), в частности защищенного документа или изделия, содержащего, по меньшей мере, один материал (М) магнитной защиты. Измерительный зонд содержит намагничивающую катушку (3) без сердечника и два магнитных датчика (4s, 4с, 8s, 8с), расположенных внутри намагничивающей катушки (3) с обоих ее торцов, причем магнитные оси датчиков совмещены с осью намагничивающей катушки (3). Изобретение также касается устройства распознавания подлинности, содержащего указанный измерительный зонд, и способа распознавания подлинности, выполняемого с использованием указанного измерительного зонда и устройства распознавания подлинности. Предложенная компоновка измерительного зонда обеспечивает надежное и быстрое определение свойств намагничивания тонких листовых материалов, расположенных за пределами канала намагничивающей катушки. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к измерительному зонду и к содержащему его устройству аутентификации, предназначенным для аутентификации защищенного документа или изделия путем записи и сравнения магнитных характеристик указанного документа или изделия, посредством которых указанные магнитные характеристики привязывают к магнитному материалу, который либо содержится в указанном документе или изделии, либо нанесен на него с использованием типографской краски, состава покрытия или фольги.

Уровень техники

Магнитные типографские краски известны в области техники печати защищенных документов. “Черный краситель на денежных знаках США”, который больше чем сто лет используется для печати рисунка на долларовых купюрах в качестве черного пигмента, изготовляют на основе порошка магнетита Fe₃O₄. Множество других магнитных материалов были предложены и использовались в качестве пигментов в типографских красках и составах покрытия, такие как порошки железа, кобальта и никеля, коричневая окись железа Fe₂O₃, двуокись хрома CrO₂, ферриты MFe₂О₃ (где М представляет собой двухвалентный ион, такой как Mg²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ и т.д.), например ZnFe₂О₃, гранаты А₃В₅О₁₂ (где А представляет собой трехвалентный редкоземельный ион и В представляет собой Al³⁺, Fe³⁺, Ga³⁺, Bi³⁺и т.д.), например железоиттриевый гранат Y₃Fe₅О₁₂ (ЖИГ (YIG)) и др.

Магнитные материалы, в частности, характеризуются зависимостью степени их намагниченности В от прикладываемого внешнего магнитного поля Н. При слабом магнитном поле Н намагниченность В приблизительно пропорциональна Н, то есть В=·Н; постоянную пропорциональности называют относительной магнитной проницаемостью. Нелинейное поведение функции намагничивания В(Н) вообще наблюдается в условиях сильных магнитных полей Н, при которых , в конечном счете, становится равной единице, то есть наступает магнитное насыщение. Все магнитные материалы проявляют магнитное насыщение.

Многие магнитные материалы, кроме того, проявляют необратимую функцию намагничивания, то есть при уменьшении напряженности магнитного поля Н от величины насыщения до нуля величина В остается на некотором фиксированном значении B_r (остаточная намагниченность). Чтобы снова вернуть В в нулевое значение, к материалу требуется приложить отрицательное магнитное поле -Н_c (магнитная коэрцитивность). Такое необратимое магнитное поведение называют гистерезисом, и кривую В(Н) или характеристику намагничивания такого материала называют петлей гистерезиса.

На фиг.1а показана петля гистерезиса коэрцитивного магнитного материала, на которой показана зависимость силы В намагничивания от напряженности Н магнитного поля. Нелинейная природа функции намагниченности В(Н) является известной, так же как Н_c – коэрцитивность магнитного материала, B_r – остаточная намагниченность после отключения внешнего поля и B_s – намагниченность насыщения (когда =1) материала. Значение Н_c представляет собой зависимую от материала и независимую от его количества (интенсивную) величину, тогда как величины B_r и B_s зависят от количества (экстенсивные).

На практике можно измерять либо намагниченность В как функцию Н, или магнитную индукцию, то есть производную по времени dB(H)/dt, как функцию H(t), с использованием соответствующих датчиков. На фиг.1b показана зависимость магнитной индукции dB/dt, полученная с помощью измерительной катушки, соответствующая перемещению от точки b до точки d по кривой гистерезиса, изображенной на фиг.1а.

Для аутентификации защищенных документов или изделий, на которые нанесены магнитная типографская краска или покрытие, представляет интерес использование характеристики намагниченности материала (например, петли гистерезиса) В(Н)=·H, построенной по магнитным данным. Измерение степени намагниченности или петли гистерезиса обычно требует применения громоздкого лабораторного оборудования. Такое оборудование – гистерезиграф – включает измерительный зонд, предназначенный для получения и измерения магнитных полей, а также необходимое электронное оборудование, предназначенное для обработки данных.

Компоновка магнитного измерительного зонда, известного в данной области техники и используемого в лабораторных гистерезиграфах, схематично показана на фиг.2а. Образец магнитного материала М’ помещен внутри первой части намагничивающей катушки 3. Катушка 3 представляет собой катушку без сердечника, имеющую форму цилиндра, то есть соленоид, возбуждение которого осуществляют периодически изменяющимся электрическим током I(t), в результате чего генерируется периодически изменяющееся намагничивающее поле H(t). Магнитный материал М’ внутри катушки намагничивается полем H(t), в результате чего генерируется дополнительная компонента B(t)=A·(H)·H(t) магнитного поля H(t). Здесь величина А представляет собой постоянную пропорциональности, связанную с количеством присутствующего магнитного материала.

Измерительная катушка 4s установлена поверх указанной первой части указанной намагничивающей катушки, содержащей образец М’. Компенсирующая катушка 4с установлена поверх второй части намагничивающей катушки, не содержащей образец. Изменяющееся магнитное поле H(t) индуцирует напряжения U_s и U_c в измерительной и в компенсирующей катушках, соответственно:

U_sd(H+B)/dtdH/dt(1+A·(H)),

U_cdH/dt.

Измерительная и компенсирующая катушки механически установлены симметрично и электрически сбалансированы относительно друг друга, и обе они подключены к общему заземлению (Gnd), так что U_s-U_c равно нулю при отсутствии магнитного материала внутри измерительной катушки. В случае присутствия магнитного материала внутри измерительной катушки 4s, возникает асимметричная составляющая A·(Н)=dB_M/dt, которая может быть определена как разность U_s-U_c.

Для проведения указанного измерения образец магнитного материала должен быть помещен внутрь указанной намагничивающей катушки для обеспечения условий однородного магнитного поля во всем объеме образца. Такие условия, в частности, присутствуют внутри цилиндрической катушки, где линии магнитного поля параллельны и имеют постоянную плотность. Снаружи катушки линии магнитного поля расходятся, и поле становится неоднородным. Измерение характеристик намагничивания основной части материалов, таким образом, обычно проводят за пределами намагничивающей катушки, потому что не на все части испытуемого образца воздействует одинаковая напряженность поля. Для устранения этого недостатка в некоторых инструментах используют пары аналогичных больших катушек с совмещенными осями. Такие катушки, известные как катушки Гельмгольца, позволяют создавать объем однородного магнитного поля в свободном пространстве, но при их применении требуется, чтобы образец был установлен между обеими частями катушки.

Ввиду указанных геометрических ограничений плоские магнитные объекты с большими размерами, такие как документы с магнитной печатью или изделия с магнитным покрытием, трудно использовать в качестве образца. Они либо должны быть разрезаны на куски для обеспечения возможности их установки в доступное пространство измерения гистерезиграфа (деструктивный способ анализа), либо необходимо построить очень специфический инструмент, в котором одна катушка установлена сверху, а вторая катушка установлена снизу образца, параметры которого измеряют.

Зонды для недеструктивных магнитных измерений М(Н) описаны, например, в патентах US 4,843,316, US 4,901,016, JP 02,248,879, FR-A-2,686980 и DE-A-3138887. Однако ни один из этих зондов не подходит для проведения аутентификации “сверху” листов большого размера, таких как листы бумаги, на которые нанесена магнитная печать или покрытие. Измерительные зонды предшествующего уровня техники, в частности, были предназначены для измерения характеристик носителей записи, имеющих плоские поверхности; причем такие зонды нельзя успешно применять на текстурированных поверхностях, которые, например, получаются при использовании глубокой магнитной печати.

Было бы предпочтительно получить средство, пригодное для недеструктивной оценки магнитных характеристик листового текстурированного материала больших размеров, такого как бумага, на которую нанесена магнитная печать или покрытие. Кроме того, было бы особенно предпочтительно разработать способ и устройство, которые позволили бы проводить аутентификацию “сверху” магнитных характеристик на печатных ценных документах или изделиях, то есть без необходимости использования двух совмещенных намагничивающих катушек с обеих сторон документа.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на измерительный зонд, позволяющий проводить измерения магнитных характеристик листового материала без ограничений в отношении размеров указанного листа материала. Такой измерительный зонд должен, в частности, позволять с высокой скоростью проводить надежное, легко выполнимое и хорошо совмещаемое с другими методами анализа установление подлинности листового материала путем простой установки и/или перемещения измерительного зонда на поверхности и/или над поверхностью указанного документа или изделия.

Такая цель настоящего изобретения достигается с помощью измерений, проводимых с использованием магнитного зонда и содержащего его устройства аутентификации, а также с помощью способа аутентификации, выполняемого с использованием указанного устройства, в соответствии со свойствами формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется со ссылкой на чертежи:

На фиг.1a показана типичная кривая В(Н) намагничивания (кривая гистерезиса) коэрцитивного магнитного материала, на которой указаны значения остаточной намагниченности и намагниченности насыщения B_r и B_s, а также коэрцитивное магнитное поле Н_c.

На фиг.1b показана кривая dB(H)/dt магнитной индукции, соответствующая перемещению от точки b до точки с кривой гистерезиса на фиг.1а.

На фиг.2а показана схема компоновки стандартного магнитного измерительного зонда, используемого для получения данных намагничивания или данных гистерезиса магнитного образца М’, помещенного внутри намагничивающей катушки.

На фиг.2b показана схема компоновки нового магнитного измерительного зонда для получения, с расположением зонда “сверху”, данных намагничивания или данных гистерезиса листового магнитного образца М, расположенного снаружи, перед намагничивающей катушкой.

На фиг.3а показан вид в продольном разрезе первого предпочтительного варианта выполнения магнитного измерительного зонда, предназначенного для измерения показателей магнитной индукции листового материала 7 с использованием измерительной катушки 4s и компенсирующей катушки 4 с, установленных внутри полости намагничивающей катушки 3, на обоих ее торцах.

На фиг.3b показан вид в продольном разрезе второго предпочтительного варианта выполнения магнитного измерительного зонда, предназначенного для измерения показателей магнитной индукции листового материала 7 с использованием компонента 8s измерения поля и компенсирующего компонента 8с, установленных в полости намагничивающей катушки 3, на обоих ее торцах.

На фиг.4 показана электрическая схема части варианта выполнения устройства аутентификации с использованием магнитного измерительного зонда в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.5 схематично показана часть варианта выполнения, содержащая три устройства MD, MD’ и MD аутентификации в соответствии с настоящим изобретением, определяющих магнитные характеристики изделий и передающих полученные данные по линиям L, L’ и L связи на защищенный сервер для опознавания подлинности на расстоянии.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение основано на существенном усовершенствовании магнитного измерительного зонда, который позволяет выполнять измерения “сверху” магнитных характеристик, таких как петля гистерезиса В(Н), или характеристики намагничивания dB(H)/dt листовых материалов. При этом такие материалы могут быть текстурированными или плоскими.

Фактически, неожиданно было определено, что свойства намагничивания тонких листовых материалов, таких как печатные материалы или материалы с покрытием, полученные с использованием составов типографской краски или покрытия, содержащих магнитные пигменты защиты, могут быть надежно и быстро определены за пределами канала намагничивающей катушки, если, в частности, использовать новую компоновку катушки или датчика. Такой новый измерительный зонд показан на примере двух вариантов выполнения, представленных на фиг.3а и 3b.

Катушка 3 соленоида без магнитного сердечника цилиндрической формы, изготовленная с использованием изолированного электропроводного провода, применяется в качестве намагничивающей катушки для генерирования намагничивающего поля H(t). Такое намагничичивающее поле является однородным внутри указанной намагничивающей катушки 3 (область H₁ поля) и неоднородным снаружи указанной намагничивающей катушки 3 (область Н₂ поля). Существуют также две небольших области Н₃ поля с практически однородным магнитным полем снаружи указанной намагничивающей катушки 3 на обоих ее торцах, около магнитных полюсов катушки. Практически однородное поле в данном контексте означает, что напряженность магнитного поля в области Н₃ отклоняется не больше чем на 15%, предпочтительно на 10%, от значения H₁ внутри указанной намагничивающей катушки 3. Такое условие можно принять в качестве определения области Н₃.

Настоящее изобретение основано на использовании этих областей Н₃ в районе полюсов для измерения магнитных характеристик плоского изделия 7 больших размеров, в частности защищенного документа, на который нанесена магнитная защитная метка М. В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения и как схематично показано на фиг.2b, два или больше магнитных датчика расположены внутри намагничивающей катушки 3 на обоих ее торцах, предпочтительно, около областей Н₃ полюсов указанной намагничивающей катушки 3.

В первом варианте выполнения магнитного измерительного зонда по фиг.3а, магнитные датчики выполнены на основе измерительной индукционной катушки 4s и компенсирующей катушки 4с. Эти катушки, предпочтительно, расположены симметрично внутри намагничивающей катушки 3, на обоих ее торцах, и их магнитные оси, по существу, совмещены с осью СС намагничивающей катушки 3. Внешние диаметры указанной измерительной и указанной компенсирующей катушек 4s и 4с, в соответствии с настоящим изобретением, должны быть меньшими, чем внутренний диаметр указанной намагничивающей катушки 3. Кроме того, измерительная и компенсирующая катушки, предпочтительно, выполнены тонкими, то есть значение их внешнего диаметра близко к значению их внутреннего диаметра. Использование индукционных катушек позволяет выполнять динамическое измерение изменения степени намагничивания dB/dt.

В качестве альтернативы, как показано во втором варианте выполнения магнитного измерительного зонда по фиг.3b, магнитные датчики представляют собой измерительный компонент 8s поля и компенсирующий компонент 8с, в связи с этим указанный измерительный компонент 8s поля и указанный компенсирующий компонент 8с должны быть меньшими по размерам, чем внутренний диаметр указанной намагничивающей катушки. Указанные компоненты, предпочтительно, расположены симметрично внутри намагничивающей катушки 3 на обоих ее торцах, и их магнитные оси, по существу, совмещены с осью СС намагничивающей катушки 3. В качестве измерительного компонента 8s поля и компенсирующего компонента 8с можно использовать компоненты любого типа, известные в данной области техники, в частности, они могут представлять собой датчики, работающие на эффекте Холла, или датчики, чувствительные к магнитному полю – магниторезистивные (MR) и большие магниторезистивные (GMR) датчики. Зонды с малыми размерами обоих типов известны в данной области техники и поставляются коммерчески. Использование датчиков магнитного поля позволяет выполнять статические измерения характеристик намагничивания В.

Для правильной работы устройства листовое изделие 7, на которое нанесен магнитный материал М, предпочтительно удерживают в соответствующем положении по отношению к магнитному измерительному зонду с использованием держателя зонда, так что измерительная индукционная катушка или датчик магнитного поля обращены к материалу М магнитной защиты. Силовые линии поля намагничивающей катушки 3 должны проходить через листовое изделие 7, по существу, ортогонально к его поверхности. При этом нет необходимости обеспечивать непосредственный контакт измерительной индукционной катушки или датчика магнитного поля с материалом М магнитной защиты. Материал М магнитной защиты, в случае необходимости, может быть расположен на расстоянии от магнитного датчика, составляющем до половины внутреннего диаметра намагничивающей катушки, при условии, что магнитное поле Н₃ в соответствующей зоне измерения удовлетворяет указанному условию однородности, то есть оно не отклоняется больше чем на 15%, предпочтительно на 10%, от значения H₁ внутри катушки 3.

Фактически основное требование обеспечения правильной работы описанного измерительного зонда состоит в том, что магнитный материал М в пределах области детектирования указанного магнитного датчика находится в области Н₃ магнитного поля указанной намагничивающей катушки 3, в которой напряженность магнитного поля не отклоняется больше чем на 15%, предпочтительно на 10%, от значения H₁, которое оно имеет внутри указанной намагничивающей катушки 3.

Держатель зонда может выполнять дополнительную функцию немагнитного держателя образца достаточной толщины для предотвращения влияния на результаты измерения магнитных возмущений, не имеющих отношения к магнитным характеристикам образца, в частности, для устранения магнитных возмущений от магнитных материалов, расположенных в области дальнего поля намагничивающей катушки. Держатель образца может быть изготовлен из любого немагнитного материала, такого как пластмасса, древесина, стекло и т.д. При этом, однако, следует исключить использование в качестве материала держателя материалы с хорошей электропроводностью, таких как алюминий или другие металлы, поскольку при их использовании могут возникнуть помехи при выполнении динамических магнитных измерений из-за компонента вихревых токов.

Устройство аутентификации, которое используется совместно со способом настоящего изобретения, включает, как показано на фиг.4, измерительный зонд (Р), предназначенный для измерения одного из значений намагниченности В или индукции dB/dt, который подключен к электронной схеме (2, 6) возбуждения, схеме (5) измерения и схеме (1) обработки. Указанное устройство, кроме того, содержит, по меньшей мере, один программный алгоритм, предназначенный для выполнения способа, в соответствии с настоящим изобретением. Измеренные значения намагниченности или сигнал индукции, соответственно, переводят в цифровую форму с помощью аналого-цифрового A/D преобразователя (1b) и записывают в запоминающее устройство (1с, 1d) как цифровое значение V_s. Множество таких значений V_s, полученных для последовательных значений магнитного поля Н, в конце измерений формирует цифровое точечное представление индукции образца или кривой намагничивания, соответственно.

В варианте выполнения устройства аутентификации в соответствии с настоящим изобретением, включающем измерительный зонд, подключенный к электронным схемам возбуждения, измерения и обработки, показанным на фиг.4, электрические сигналы-отклики U_s, U_c, измеренные с помощью измерительного и компенсирующего индукционного или полевого датчиков 4s, 4c; 8s, 8с, соответственно, балансируют (вычитают) с использованием регулятора 5_CS баланса, усиливают с помощью операционного усилителя 5 и, наконец, переводят в цифровую форму с помощью A/D преобразователя 1b для получения цифрового значения V_s индукции или намагниченности образца. После получения множества таких значений V_s для последовательных значений магнитного поля Н, может быть получено цифровое точечное представление индукции образца или кривой намагничивания, соответственно.

Аутентификацию изделия 7 обеспечивают в результате получения заранее определенного множества значений V_s индукции или намагничивания образца, с использованием которых формируют участок C_s кривой индукции или намагниченности образца (например, петли гистерезиса) указанного материала магнитной защиты, и с последующим сравнением значений указанного участка C_s кривой образца с предварительно записанными значениями соответствующего участка C_R эталонной кривой, с использованием заданного алгоритма сравнения и заранее определенного критерия допустимого отклонения. Указанный критерий допустимого отклонения может, таким образом, представлять собой критерий, примененный к одной величине, либо учитывать несколько условий, которые должны быть выполнены одновременно.

В настоящем изобретении описан способ, который основан на использовании либо последовательности значений В(Н) намагничивания, таких которые могут быть получены с использованием датчиков на основе эффекта Холла, или больших магниторезистивных датчиков (БМД), или последовательности соответствующих значений индукции dB(H(t))/dt, которые могут быть получены с помощью датчиков на основе индукционной катушки, магнитного материала, присутствующего в печатном изображении или нанесенного на защищенный документ или изделие, в качестве средства индикации аутентичности для указанного защищенного документа или изделия. Значения dB(H(t))/dt индукции могут быть, в частности, получены и, предпочтительно, их можно использовать для аутентификации, если H(t) представляет собой известную функцию времени. Функцию намагниченности или индукции проверяемого материала окончательно представляют в виде цифровой таблицы, содержащей множество пар значений (Н, В) или (Н, dB/dt), или просто в виде списка значений В или dB/dt в случае, когда Н изменяется известным образом.

Способ опознавания подлинности в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что он основан на использовании устройства и протокола измерений одного типа для получения кривых намагничивания эталонного образца и для измерения характеристик намагничивания проверяемого образца, в котором, таким образом, поддерживаются “режим обучения” и “режим измерения”. Указанные эталонные характеристики и указанные измеряемые характеристики образца, при этом, представляют в виде таблицы цифровых значений, которые сравнивают с использованием заданного алгоритма сравнения, в результате чего принимают решение относительно наличия или отсутствия аутентичности по результатам указанного сравнения, с использованием заранее установленного критерия аутентичности.

Способ опознавания подлинности в соответствии с настоящим изобретением работает полностью без модели, поскольку на него не влияют систематические погрешности измерений, которые могут возникать в устройстве для опознавания подлинности; аппаратные средства указанного устройства можно, таким образом, содержать в значительно более простых условиях, чем условия, требуемые для проведения точных абсолютных измерений. Таким образом, способ в соответствии с настоящим изобретением основан на сравнении “форм кривой” индукции или намагничивания, представленных последовательностями относительных значений, в форме, “полученной” устройством в соответствии с настоящим изобретением, а не на измерении и сравнении отдельных абсолютных физических величин.

Сравнение указанных “форм кривых” намагничивания или индукции образца с эталонными “формами кривых” выполняют на точечной основе, предпочтительно, после нормализации указанных кривых. Такая нормализация означает, что как кривую значений для образца, так и кривую эталонных значений линейно масштабируют для получения одинакового заранее определенного максимального значения интенсивности. Такая нормализация делает сравнение независимым от концентрации материала; и это свойство является особенно предпочтительным при аутентификации банкнот, с учетом того факта, что в результате смятия и использования образца может уменьшиться количество магнитного материала, присутствующего в печатном рисунке. Сравнение нормализованных кривых намагничивания или индукции соответствует простой идентификации самого материала магнитной защиты, независимо от количества материала, который фактически присутствует в печатном рисунке. Нормализация также оказалась полезной для устранения влияния небольших изменений расстояния между образцом и измерительным зондом на этапе получения данных (этапе измерения).

Указанное сравнение может быть выполнено с использованием стандартных математических способов, известных в данной области техники, например, путем вычитания соответствующих значений образца из эталонных значений, а также с использованием полученных разностей или некоторых величин, вычисленных на их основе, в качестве индикатора наличия или отсутствия аутентичности.

Способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением могут применяться ко всем типам магнитных материалов, независимо от того, являются ли они коэрцитивными или нет. В частности, их можно также использовать для определения отличий магнитных материалов, имеющих нулевую коэрцитивность (то есть не имеющих петли гистерезиса), но различные значения поля магнитного насыщения. Таким образом, в соответствии со способом настоящего изобретения, можно обеспечить возможность различения разнообразных магнитных материалов, имеющих различные значения коэрцитивности. Кроме того, можно приготовлять смеси таких магнитных материалов для получения еще более сложных форм кривой dB/dt. Любая форма кривой может, в частности, быть аутентифицирована с использованием этого метода и устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Максимум поля Н_max сканирования может быть легко приспособлен к конкретному варианту применения, например его значение может быть выбрано на таком низком уровне, как 100 Гс для определения различий между материалами EAS, или на таком высоком уровне как 1 Тл для определения различий между различными магнитными ферритами.

Блок памяти устройства аутентификации может предоставлять собой пространство для записи одного или больше наборов эталонных данных, для обеспечения возможности аутентификации (и идентификации) с помощью устройства одного или больше различных магнитных материалов. Кроме того, указанный “режим обучения” и указанный “режим измерения”, при этом, не обязательно требуется выполнять с использованием одного и того же физического устройства; на практике устройство аутентификации может работать для аутентификации образцов только с использованием наборов эталонных данных, полученных с использованием отдельного “устройства определения эталонных данных”. Эти эталонные данные могут быть загружены в блок постоянной памяти устройства опознавания подлинности или, в качестве альтернативы, они могут быть переданы в устройство аутентификации в форме физического блока памяти, содержащего такие данные. Также можно содержать эталонные данные в защищенном месте, таком как защищенный сервер, и загружать в него, по меньшей мере, одно измеренное значение индукции или значение намагничивания образца для безопасного и независимого сравнения на указанном защищенном сервере.

Пример варианта выполнения

В соответствии с вариантом выполнения измерительного зонда, предназначенного для измерения значений индукции dB/dt, как показано на фиг.3а, корпус катушки выполнен из феноловой смолы, армированной волокнами, и имеет общую длину 10 мм и полный диаметр 30 мм. Измерительная и компенсирующая катушки 4s и 4с расположены внутри внутренней окружности намагничивающей катушки 3 на обоих ее торцах и имеют внутренний диаметр и длину 7,5 мм и 1,5 мм, соответственно. Каждая из них содержит по 100 витков изолированного эмалью медного провода диаметром 0,1 мм. Намагничивающая катушка 3 имеет внутренний диаметр 10 мм и содержит 200 витков изолированного эмалью медного провода диаметром 0,6 мм. Эта катушка намотана поверх измерительной и компенсирующей катушек, заполняя остающееся пространство корпуса катушки. Витки всех трех катушек жестко зафиксированы эпоксидной смолой для исключения нестабильности катушки под действием механических или электромеханических деформаций.

В соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения устройство аутентификации, включающее указанный измерительный зонд Р, собирают по схеме, показанной на фиг.4. Указанное устройство аутентификации дополнительно включает устройство 1 обработки, выполненное на основе преобразователя ADuC812 MicroConverter компании Analog Devices. Микросхема ADuC812 содержит микропроцессор CPU 1a типа 8052, 12-битовый аналогово/цифровой (A/D) преобразователь на 1b, а также внутреннее оперативное запоминающее устройство (RAM) и электрически стираемую постоянную память типа EE/Flash 1 с для записи программы и данных. Устройство аутентификации также включает внешнее (RAM) 1d объемом 32 К.

Устройство аутентификации, кроме того, содержит повышающий преобразователь напряжения 6 с накопительным конденсатором, предназначенный для получения необходимого напряжения возбуждения катушки; устройство 2 возбуждения катушки, выполненное по переключающей мостовой схеме и управляемое микропроцессором для возбуждения намагничивающей катушки 3 зонда пилообразным сигналом треугольной формы или с использованием упрощенной последовательностью напряжения {+U(t); -U(2t);+U(t)}, где t представляет основной временной интервал; и вычитающий операционный усилитель 5 сигналов измерительной/компенсирующей катушек, выходной сигнал которого поступает на A/D преобразователь 1b микроконтроллера. Вход операционного усилителя 5, в частности, подключен к регулятору 5_CS баланса, что позволяет устанавливать точную настройку точки компенсации (“нулевой уровень индукции”). Электронное устройство 1 обработки, кроме того, подключено к переключателю S_LT режима, который предназначен для выбора режима L/T обучения/измерения, к кнопке В включения цикла измерения, а также к желтому, зеленому и красному светодиодам 81, 82, 83, предназначенным для индикации состояний включено/выключено устройства и принят/отклонен. Кнопка В предназначена для включения основного источника V_cc питания схемы. Управляемый процессором выключатель 9 источника питания позволяет процессору включать питание устройства для выполнения цикла измерения и выключать его в режиме ожидания.

Требуемый максимальный ток возбуждения указанной намагничивающей катушки 3 обычно составляет порядка 20 А или больше для катушки из 200 витков, благодаря чему генерируется магнитное поле порядка 2000 Гс. Весь цикл измерения продолжается порядка одной миллисекунды или меньше и сопровождается намного более длительным периодом ожидания, так что при этом не требуется обеспечивать охлаждение катушки. Было определено, что электронная схема может быть значительно упрощена при возбуждении катушки с использованием последовательности напряжений прямоугольной формы {0/+U (в течение At)/-U (в течение 2t)/+U (в течение t)/0}, которая может быть получена с помощью простого устройства переключения. Здесь t представляет собой основной временной интервал, значение которого выбирают достаточно коротким. При этих условиях в катушке протекает ток с приблизительно треугольной формой импульса в соответствии с законом индукции d(I(t))=(U/L)dt.

В одном примере производят выборку индукционной кривой, преобразуют ее в цифровую форму и записывают с частотой 200 кГц. Также можно использовать другие, более высокие или более низкие частоты выборки. Обработка данных, предпочтительно, может включать коррекцию фона (нуля) и, если необходимо, фильтрацию шумов. В случае слабых сигналов результаты двух или больше циклов измерения можно накапливать и усреднять для улучшения отношения сигнал-шум.

В соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения в указанном устройстве 1а обработки выполнен способ опознавания подлинности аутентификации защищенного документа или изделия, на которые нанесен тонкий слой магнитного материала, с помощью описанного устройства опознавания подлинности и измерительного зонда. Указанный способ опознавания подлинности включает следующие этапы:

a) получение в цифровом блоке памяти цифрового точечного представления, по меньшей мере, части кривой В(Н) намагничивания или индукционной кривой dB(H(t))/dt магнитного эталонного материала, используемого в качестве эталонных данных (V_R);

b) представление опознаваемого защищенного документа или изделия, содержащего тонкий слой магнитного материала в или на, по меньшей мере, части его поверхности;

c) запись в цифровой блок памяти, с использованием устройства аутентификации и измерительного зонда в соответствии с настоящим изобретением, цифрового точечного представления, по меньшей мере, части кривой В(Н) намагничивания или индукционной кривой dB(H(t))/dt указанного тонкого слоя магнитного материала, находящегося в или на указанном документе или изделии, представленном на этапе b), в качестве данных (V_s) образца;

d) обработку цифровых данных, полученных на этапе с), для коррекции их с учетом обстоятельств, связанных с измерением;

e) сравнение данных, полученных на этапе d), с записанными эталонными данными, представленными на этапе а), с использованием заданного алгоритма сравнения и заранее определенного критерия допуска, в результате чего получают индикатор опознавания подлинности “да/нет”.

В соответствии с настоящим изобретением можно использовать аппаратные средства одного типа, как для определения указанных эталонных данных (V_R), так и указанных данных (V_s) образца: в “режиме обучения” данные, получаемые с использованием эталонного образца, получают и записывают, как указанные эталонные данные. В “режиме измерения” получают данные с использованием распознаваемого на подлинность документа или изделия, обрабатывают и производят их сравнение с указанными эталонными данными для получения индикации наличия/отсутствия подлинности.

В предпочтительном примере при использовании указанных режимов обучения и измерения устройства большое количество различных образцов с магнитной печатью можно отличать друг от друга. Набор из четырех стандартных магнитных пигментов M1-М4, имеющих значения коэрцитивности в пределах от нуля до 700 Эрстед, смешивали в различных соотношениях с используемой для печати типографской краской для получения системы магнитной защиты:

Приготовили 15 образцов S1-S15 типографской краски для глубокой печати, содержащей магнитные пигменты M1-М4 в различных соотношениях, и с использованием общего веса пигмента в типографской краске порядка 40-50 процентов. Пигменты смешали с краской для глубокой печати, известной в данной области техники:

Полученную в результате типографскую краску нанесли с помощью печати на бумагу такого типа, как используется для банкнот, с использованием стандартного пресса глубокой печати и гравированной пластины с глубиной гравировки 100 мкм, в результате получили глубокую магнитную печать с различными магнитными характеристиками. При глубокой печати, полученной с использованием указанных образцов S1-S15 типографской краски, все эти образцы можно было отличить друг от друга с помощью способа и устройства, описанных в настоящем изобретении.

Формула изобретения

1. Магнитный измерительный зонд для получения данных о намагничивании магнитного объекта (7), в частности защищенного документа или изделия, содержащего, по меньшей мере, один материал (М) магнитной защиты в виде магнитного печатного изображения или покрытия, характеризующийся тем, что он содержит намагничивающую катушку (3) и, по меньшей мере, два магнитных датчика (4s, 4c, 8s, 8с), причем магнитные датчики расположены внутри намагничивающей катушки (3) с обоих ее торцов, соответственно, а их магнитные оси, по существу, совмещены с осью намагничивающей катушки (3).

2. Магнитный зонд по п.1, характеризующийся тем, что указанная намагничивающая катушка (3) представляет собой магнитную катушку без сердечника.

3. Магнитный зонд по любому из п.1 или 2, характеризующийся тем, что указанная намагничивающая катушка (3) представляет собой цилиндрическую катушку.

4. Магнитный зонд по п.1, характеризующийся тем, что указанные магнитные датчики представляет собой индукционные датчики, выполненные в форме измерительной катушки (4s) и компенсирующей катушки (4c), соответственно, причем внешние диаметры указанных измерительной и компенсирующей катушек меньше, чем внутренний диаметр намагничивающей катушки (3).

5. Магнитный зонд по п.1, характеризующийся тем, что указанные магнитные датчики представляют собой датчики магнитного поля, выполненные в форме измерительного компонента (8s) и компенсирующего компонента (8с), соответственно, причем внешние диаметры указанных измерительного и компенсирующего компонентов меньше, чем внутренний диаметр намагничивающей катушки (3).

6. Магнитный зонд по п.1, характеризующийся тем, что он дополнительно содержит держатель зонда для поддержания объекта (7) в соответствующем положении и на определенном расстоянии по отношению к намагничивающей катушке 3 и датчикам (4s, 4с; 8s, 8с), так что материал (М) магнитной защиты в пределах области детектирования магнитных датчиков находится в области (Н₃) магнитного поля намагничивающей катушки (3), где напряженность магнитного поля не отклоняется больше чем на 15%, предпочтительно на 10%, от его значения (H₁) внутри указанной намагничивающей катушки 3.

7. Магнитный зонд по п.6, характеризующийся тем, что опорная часть для образца изготовлена из немагнитного материала с низкой электропроводностью.

8. Способ измерения характеристик намагничивания, по меньшей мере, части объекта (7), в частности защищенного документа или изделия, содержащего, по меньшей мере, один материал (М) магнитной защиты, характеризующийся тем, что он включает следующие этапы:

a) установки измерительного зонда (Р) по любому из пп.1-7 на указанном объекте (7), так что указанный материал (М) магнитной защиты находится в пределах области H₃ практически однородного поля намагничивающей катушки (3) зонда,

b) приложения с помощью указанной намагничивающей катушки (3), по меньшей мере, одного значения напряженности магнитного поля к объекту (7), и

с) измерение, по меньшей мере, одного значения магнитной характеристики указанного материала (М) магнитной защиты с использованием магнитных датчиков (4s; 4с; 8s; 8с).

9. Способ по п.8, характеризующийся тем, что измеряют значение намагниченности В указанного материала (М) магнитной защиты путем приложения к нему магнитного поля с, по меньшей мере, одной величиной напряженности Н.

10. Способ по п.8, характеризующийся тем, что измеряют значение индукции dB/dt указанного материала (М) магнитной защиты путем приложения к нему магнитного поля с вариацией dH/dt относительно, по меньшей мере, одной величины напряженности Н.

11. Способ по любому из пп.8-10, характеризующийся тем, что указанный объект (7) устанавливают на держателе зонда.

12. Устройство распознавания подлинности, по меньшей мере, одного объекта (7), в частности защищенного документа, содержащего, по меньшей мере, один материал (М) магнитной защиты, характеризующееся тем, что указанное устройство включает

a) измерительный зонд по любому из пп.1-7 с соответствующими электронными устройствами возбуждения и измерения,

b) средство (1) обработки со встроенным в него алгоритмом для обеспечения возбуждения указанного зонда, измерения сигнала, преобразования в цифровую форму, обработки и сравнения значений магнитных характеристик,

c) по меньшей мере, одно запоминающее устройство (1с; 1d), предназначенное для записи значений магнитных характеристик образца и эталонных значений.

13. Устройство по п.12, характеризующееся тем, что выполнено с возможностью поддержки “режима обучения”, предназначенного для получения и записи эталонных магнитных характеристик эталонного магнитного объекта (7R), и “режима измерения”, предназначенного для получения, записи и сравнения магнитных характеристик объекта (7) для формирования сигнала подлинности.

14. Устройство по любому из п.12 или 13, характеризующееся тем, что оно дополнительно содержит средство передачи данных для осуществления в отдаленном местоположении указанного сравнения измеренных данных намагничивания образца с соответствующими предварительно записанными эталонными значениями и получения указанного сигнала подлинности “да/нет” и для передачи обратно указанного сигнала подлинности в место проведения распознавания.

15. Способ распознавания подлинности защищенного документа или изделия с нанесенным на нем тонким слоем магнитного материала с помощью устройства распознавания подлинности по любому из пп.12-14, характеризующийся тем, что он включает следующие этапы:

a) получение в цифровом блоке памяти значений магнитных характеристик магнитного эталонного объекта в качестве эталонных данных;

b) представление распознаваемого защищенного документа или изделия, содержащего тонкий слой магнитного материала в или на, по меньшей мере, части его поверхности;

c) запись в цифровой блок памяти с использованием указанного устройства распознавания подлинности по любому из пп.12-14 значений магнитных характеристик указанного документа или изделия, представленного на этапе (b);

d) обработку цифровых данных, полученных на этапе (с), для их коррекции с учетом условий измерения;

e) сравнение данных, полученных на этапе (d), с соответствующими записанными эталонными данными, полученными на этапе (а), с использованием заданного алгоритма сравнения и заранее определенного критерия допустимости, в результате чего получают сигнал подлинности “да/нет”.

16. Способ по п.15, характеризующийся тем, что указанные эталонные данные получают с помощью устройства распознавания подлинности по любому из пп.12-14.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 05.03.2007

Извещение опубликовано: 10.07.2008 БИ: 19/2008

NF4A – Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.07.2008

Извещение опубликовано: 20.07.2008 БИ: 20/2008