可远距离识别的嵌入式鉴定系统的制作方法

专利名称：可远距离识别的嵌入式鉴定系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于远距离鉴定物体的系统，用于该系统中的鉴定标记、用于远距离鉴定物体的方法、用于产生与本发明一起使用的移动磁场的装置，和检测标记的检测装置。可以将根据本发明的标记装入覆盖层的下面，该顶层允许以有限制机械和射频(RF)方式进入该标记。也可以在高温下安装和处理根据本发明的标记，而不会使其信息内容遭到破坏或修改。根据本发明的标记可与安全临界元件使用。
背景技术：
对用于高值和/或紧要物(诸如置换航空器部件)的证明和鉴定系统有普遍需求。该系统应当提供一标志装置，它最好与这种部件的制造处理相一致，不易复制，修改或转移到其它劣质的部分上，并具有足够大的信息存储能力，使得能够存储确定部件的来源所必要的数据(厂商、制造日期、商品标志和日期等)，并且最好标志装置不影响机械性能，特别是在工作应力条件下的寿命。
机翼和机身可包括例如在EP-A-056289号专利中所述的铝层叠体外壳。这种结构倚赖层叠体所有层的完整无缺的强度。另外，由于空气动力学的原因，不期望层叠体的表面上方有凸出部分。第US4,733,079和第US4,795,906美国专利中研制了一种改变航空器部件的红外线反射特性，以形成码，并使用红外线光源和检测器检测这些差别的方法。这种方法和任何类似的使用任何其它形式光学或近光学检测方法(诸如条形码)的缺点在于，必须在部件表面上做标志。它们容易受到影响，并能够修改，或容易地多次转移到劣质部件上。它们还受到风、沙、除冰和冲刷处理的研磨作用，这些处理都个别或结合起来导致标志随着时间而消失，除非将其蚀刻到外表面深处，这是不期望的。
第5,524,758号美国专利中研制了一种用于部件的封装而非部件的鉴定系统。将代码设置在位于形成封装的外壁的多层材料中的撕条下。只有通过破坏掉封装才能执行鉴定。这种系统的缺点在于，当方法已知时，它是能够复制的。另外，能够打开封装，并变换其内容，然后再小心地将该封装密封起来。熟悉本领域的技术人员将不会试图将此已知方法应用于航空器部件本身，因为鉴定将需要破坏或严重损坏该部件。
转发机是众所周知的，它不需要电池，并从检测器由射频(“RF”信号)接收它们的能量。由于铝层起RF屏障的作用而妨碍信号在标记和检测器之间传送，故将电磁标记设置在机翼或机身部件表面下将使电磁检测非常困难。另外，这种装置被限制在它们能够承受的处理温度。对于这种装置，要在此之后能够有效运行，用于烘焙机翼的铝质层叠体的温度实在太高。还有，如果有高能量，则存储在半导体器件中的任何数据都可能被电磁辐射毁坏。在航空器上的照明冲击中，非常高的电流能流入机身和机翼的外层。这些电流能产生大的本地电磁场，这可能严重影响刚好安装在表面下面的半导体器件。因此，不考虑这样的转发机来提供它们的数据的足够的永久存储，尤其是对于安全紧要应用。Jean-Philippe Parmentier在电子与电器工程师协会的第1998年四月的计算与控制工程杂志的“商用航空器布线电磁耦合首次实际模拟效应”的文章中讨论了照明冲击对航空器元件的影响，以及即使在航空器中也需要屏蔽。
在第US5,523,750号美国专利中描述了一种在RF屏障下设置标记的方法，但是这需要一金属部件，它穿透屏障，用作信号在内部和外部之间的导体。这种穿透机翼或机身部件的外表是不期望的。
在第US5,469,363号美国专利中描述了安装到航空器部件上的电子标签。这种标签包含一在兆频工作的天线，这消除了将该标签隐藏在该部件金属表面下的可能性。取而代之的是，将标签设置在部件的外部表面上，并在使用之前去掉。这样的缺点在于，在去掉标签之后而在安装到最终设备之前，另一个部件可能替代被鉴定的部件。而被鉴定的部件可再次销售。另外，在出现事故的情况下，航空器部件的鉴定是没有永久记录的。
由此可见，需要提供一种克服了现有技术中至少一些缺点的标记和做标记的系统。这种标记最好是坚强的，能够远距离读出，并且不需要电池使其工作。另外，最好这种标记在许多制造处理中能够经受温度，并能在事故中可能产生的高温下幸存。还希望提供一种制造成本低的可远距离读的标记。
发明概述本发明提供了一种包括鉴定标记的制品，其中标记包含存储信息，制品包括第一导电层，所述导电层限定对所述标记的机械和RF进入；所述标记能够视觉上伪装在所述导电层下面，并且通过导电层不受破坏和非侵入地测量。
本发明还提供了一种对验证和跟踪安全紧要元件的可嵌入鉴定标记的使用，所述标记仅仅包含无源元件，并且可视觉上伪装。
本发明还提供了一种对验证和跟踪安全紧要元件的可嵌入鉴定标记的使用，所述标记可在超过120摄氏度温度下处理，而不损失信息内容，并且可视觉上伪装。
本发明还提供了一种对验证和跟踪安全紧要元件的可嵌入验证标记的使用，所述标记包含存储的信息，所述存储的信息能够通过机械和RF阻碍物不受破坏和非侵入地读出；并且所述标记可视觉上伪装。
本发明还提供了一种用于识别包含鉴定标记的系统，包含存储的信息，所述存储的信息能够通过机械和RF阻碍物不受破坏和非入侵地读出；并且所述标记可视觉上伪装。
上述根据本发明的标记可远距离读出。较好的方法使用基本上幅值恒定的旋转磁场。构成标记和根据本发明的标记检测系统较好地显著不同于转发机和转发机系统，虽然本发明不必排除转发机，并且仅仅由权利要求限定。转发机依赖于通信通道，根据通信协议传送消息，例如询问和回答消息。根据本发明的较好的标记可描述为标记的元件是无源的，标记是无协议的，不以通信通道、询问消息为基础的等等。无源意思是标记不包括，例如可在通信通道上回答询问的有源元件。
本发明还包括一种用于在预定询问区中产生磁场的装置，包含用于产生具有基本上恒定幅值的所述磁场的磁场矢量的装置、用于改变所述询问区中所述磁场矢量的幅值的装置，和用于确定所述磁场矢量的大小的装置，其中，询问区位于外面，并且不由产生装置和改变装置包围。
本发明还包括一种包含具有多个基本上直边的软铁磁性元件的标记，所述边缘相互以预先形成的空间关系安排，所述空间关系是预先选择的，以确定代码，直边相互连接，软铁磁性元件具有低磁阻(高磁化率)，并且软铁磁性元件的每一个直边具有至少一种状态，其中当所述标记与具有基本上恒定幅值的磁场的磁场矢量之间的相对定向改变时，磁化方向反向。这种类型的标记可由线材或片材通过冲压或切割而制造，这减少了制造成本。
本发明可提供物体所用可嵌入识别标记的各种好处，该标记所含代码具有与条形码相同的信息内容，但不用定制的集成电路和天线线圈。而且，该标记的鉴别不受高温影响。该标记还可做成光学上中性，从而难以判断该标记或其所带代码的存在。以下对各附图阐述进一步的优点和实施例。
附图概述

图1示出包含根据本发明的实施例的验证标记的元件的一部分；图2示出由根据本发明的实施例的鉴定系统产生的鉴定脉冲；图3示出按本发明的一个实施例使用的元件材料的示意图；图4和图5示出用于负荷循环测试的层叠体样品；图6A到C示出根据本发明的实施例的磁场发生器、接收机线圈和电路；图7A、B概略地示出根据本发明的标记的另一个实施例；图8A和B示出图7所示的标记可配合使用的锁的略图；图9A和9C示出根据本发明的标记的另一个实施例的略图，而图9B示出等效于图9A的标记的细长条的装置；图9D是图9c所示的标记的侧视图；图10A是根据本发明的标记的另一个实施例的略图，10B是示出其使用细长条的等效装置；图11A到11E示出与本发明一起使用的标记元件。
较佳实施例的详细描述下面，将对于信息元件的平面安排详细地描述，但是本发明不限于此。本发明还包括二维线性或三维顺序的单元，即产生磁场装置和检测存储在标记中的代码的装置。
图1是包含根据本发明的验证标记10的元件的一部分的实施例的略图。例如，元件可以是机翼。安全紧要系统和元件涉及各工程领域，具有其本身唯一的规格和标准。常规用途可接受的元件可能不适合于安全紧要应用。可在F.Redmill和T.Anderson,Chapman & Hall 1993年的“安全紧要系统当前的问题、技术和标准”一书中找到安全临界系统的一些方面。
安全临界元件的验证标记具有以下要求1．验证的可能性，即在元件从其制造或存储地转移到其最后的目的地时，鉴定元件是所宣称厂家的真实元件；2．在安装元件之后验证的可能性；
3．在事故发生后以追踪为目的的鉴定标记的可能性，由此承认标记无法在严重毁坏或毁坏之后工作。
对于安全临界元件的验证和追踪，缺少上述任何条件都是不能接受的。最好将标记在视觉上伪装起来，这使复制更加困难。最好再使标记无法从一个元件转移到另一个元件，除非是破坏它。
根据本实施例，元件包括具有一层或多层2、4、6、8的层叠体，其中它们是由可能含有强化纤维的高性能可愈粘合层3、5、7结合。层2、4、6、8通常是铝或铝合金，并可用于机翼或机身的结构中。当是铝的时候，至少外部导电层2的厚度可以在0.1到2毫米的范围内。根据本发明，导电层2、4、6、8不限于铝，并且不需要导电。层叠体1可完全有效地阻挡射频电磁辐射。最低的RF频率，即长波辐射频率常常考虑为148.5kHz或以上。根据部分“RF”可包含低于此的频率。RF屏障或RF阻碍物，或具有有限RF进入表示，层2使大约100KHz处的RF电磁波衰减得比1KHz以下的磁场能量衰减更利害，即前者的衰减大约是后者的10倍或更大。可以通过0.15mm厚度的铝片实现有限RF进入，其中该厚度是通过导电频率实现RF抑制的典型厚度，见例如“建筑电磁屏蔽手册”，Leland H.Hemming,IEEE出版社。对于铝以外的其它材料，外部导电层2的RF阻挡效果可以确定为值V大于300的导电层2，其中V由(导电层厚度(mm))2×(导电层相对磁导率)/(导电层的比抗性(ohm.mm))给出。V大于300，特别是大于1500的导电材料的厚度是有效的RF阻碍物。V的公式来自上述手册的P18页上的公式3到10给出的电磁辐射吸收。
使其适合于用于诸如航空器元件之类的高度应力应用的良好的层叠体1的机械性能依赖于粘合层3、5、7和层2、4、6、8之间良好的粘合。层2、4、6、8中的一层有任何干扰、变形、裂开、破裂或洞都是不理想的。根据本发明的一个实施例，标记10包含在导电材料2的外层下面，例如嵌入粘合层3内。标记10定义了一代码，它可以使用层叠体1以外的检测器读出。不必为了能够读出存储在标记10中的信息而穿透或者破坏外层2，即能够远距离且非侵入地读出。标记10可以是只读存储器，它能够非侵入地读出，而不管标记10是否由严格地限制或防止机械或RF进入标记10的导电层2、4包围在两侧上。标记10可包含EP-A-713195中描述的类型的薄软的铁磁性细长元件9，但是不包括本发明的新特点。这些元件9最好足够薄，从而它们不使导电层2和4有显著变形，并且不严重影响整个层叠体1的机械性能。元件9可以放射状地设置，从而细长元件9之间的角度差表示编码信息或数据，例如每一个元件9可相对于下一个元件以两角距之一设置。第一角距可表示二进制的“0”，第二角距可表示二进制的“1”，但是本发明不限于二进制系统。
如果将细长元件9设置为圆的一部分，如半圆，就足够了。图1所示的细长元件9的5度的角度差可容易地由根据本发明的检测装置辨别，从而标记10可具有36个单独细长元件9，由此二进制数量的存储容量为236。这足以能够由一个或多个参数，即厂商、制造日期和/或地区编码项目。由细长元件9的尺寸和材料、检测线圈的设置以及外部磁场辐射频率确定能够检测的标记10的细长元件9之间的角度或线性差的最小尺寸。
如果将元件9设置为整个圆，最好一个半圆内的细长元件9与相对的半圆内的细长元件9具有相同的定向。这可通过不同角距能够不同编码的技术实现。例如，如果选择5.5和8.5度这两个不同交间隔表示二进制码，则两个不同半圆中任何两个细长元件9的轴将分开0.5度，且与代码表示的值无关。可使用其它方法和元件9的安排，来形成可读代码，并包含于本发明的范围内。例如，代码可以是有/无如EP-A-0472842中描述的信号宽度条形码。
软铁磁性元件9最好具有低磁阻，即，它们具有高的相对磁导率或高的磁化率Xm。软铁磁性元件9可由高磁阻(低相对磁导率或者低磁化率)导电层，即诸如塑料、铝或铜，或它们的合金之类的不磁化材料，或者由大于300的参数V的值确定的可磁化材料的导电层2、4围绕，其中V是由(导电层2的厚度(mm))2×(导电层2的相对磁导率)/(导电层2的比抗性(ohm.mm))确定的。V的值最好是12×104或更小。对于本发明，最好(但不是必须)细长元件9的长度与其截面积的平方根的比是150或更大。细长软铁磁性元件9具有在低磁场强度下达到饱和的性能。合适的软磁性材料具有低的矫顽力和高的磁化率，如坡莫合金。
当将如图1所示的标记10设置在基本上均匀的强度足够的磁场(其磁力矢量具有特定的第一方向)中时，细长元件9将沿它自己纵轴在该第一方向磁场矢量分量方向磁化。如果磁场矢量的定向改变为第二方向，使其扫过垂直于细长软铁磁性元件9的纵向轴的方向，则该细长元件9的磁化方向将反向。现在细长元件9具有沿软磁性材料元件9的纵轴的磁场矢量分量，但方向相反。由于材料是软铁磁性材料9，在在通过垂直于每一个有关的细长元件9的纵轴移动磁场矢量之后立即或与其同时发生反向。通过选择具有类似于那些下面所述的磁性的适当材料，可以在非常短的时间内发生细长软铁磁性元件9在磁方向的反向，从而设置在标记10区域内的检测线圈将检测由具体的细长元件9的磁方向中的变化产生的感生电压的窄脉冲。各个脉冲一般具有宽频谱，包括许多高频成份。当将一组细长元件9呈放射状设置，并使具有基本上恒定大小的施加的磁场在标记10的平面内旋转时，得到如图2概略地示出的一组脉冲。脉冲从一个到另一个的时间上的分隔是元件9的角距的结果，并与其成比例。通过分析脉冲之间的时间，可以鉴定由标记10确定的代码。
但是，元件9的磁化方向变化的检测则由于外部导电层2而困难或不可能。由元件9的磁化方向的变化产生的信号频谱中所有的高频都由层2吸收。因此，即使有施加的磁场旋转低频(例如400Hz)，从每一个细长元件9接收的信号也高度衰减，并常常无法测量。表1示出使用铝制覆盖层2，和100mm长×0.75mm宽细长元件9(其材料为Vitrovac 6060Z，来自德国Hanau,VAC)测量的结果。
表1
可见，在空气中，即，没有导电覆盖(覆盖=0mm)时，信号是2.2个单位，而在有0.5mm铝制覆盖层2时，信号减小到大约这个值的1/10，而对于1mm或更厚的覆盖层2，没有可以测量的信号。由于用于航空器部件中的铝层2的厚度，标记10实际上被RF屏蔽，与任何用于检测带9的磁化方向变化的装置隔开。
令人惊讶的是，根据本发明，可通过在标记10下面设置第二导电层4(即标记10夹在两个导电层2、4之间)，以形成如图1所示的层叠体1而得到强信号。表2示出在这种情况下对于各种厚度的铝制覆盖层2和下层4，使用与上述表1相同的细长元件9时的结果。
表2
增加下层4的厚度的效果是增加接收到的信号，从而对于0.5mm厚的覆盖层，1mm或更厚的下层能够增加信号强度，几乎使其返回空气中测量到的值。对于1.5mm厚的覆盖层2，类似的下层4接收到的信号强度得以使用，该信号强度是空气中的强度的大约25％，而且是当0.5mm的覆盖层没有下层时得到的信号强度的两倍。记住，来自通过导电金属层的信号的信号强度应当与RF阻碍物成比例，这意味着对厚度为1.5mm的覆盖层2和没有下层的情况，接收到的信号强度估计是空气中信号的千分之一。出乎意料的是标记10夹在这两个1.5mm铝制层2、4之间使接收到的信号强度增加250倍。因此，根据本发明当使用可电磁检测和可读标记时，从标记接收到的信号最好至少是施加的测量磁场的强度的1％，最好是施加的磁场强度的5％或更高的是接近于10％或更大。
本发明的较佳实施例独立包括提供一具有带标记10的物体(诸如航空器部件)的鉴定系统，所述标记10包括至少一个细长软铁磁性元件9(有或无控制或保持元件)，将标记10嵌入导电层下面的物体中，该层限制RF和机械进入。导电层2可具有大于300的V值，其中V是由(导电层的厚度(mm))2×(导电层的相对磁导率)/(导电层的比抗性(ohm.mm))给出的。可将物件设置得通过询问区，该区中产生具有基本上恒定大小的磁场矢量的磁场，并根据磁场矢量改变鉴定标记1的定向。通过询问区相邻的检测系统可检测到软铁磁性元件9的磁化方向上的任何变化。标记10存储有用的信息量，例如大约16bit，并能够通过非侵入方法读出，而不论它是否嵌入覆盖层2的下面，这基本上防止了机械和RF进入。
细长元件9的材料可以从任何适当软磁性材料中选择。细长元件9可由诸如无定形的磁性材料合金之类的软铁磁性材料制成，这种材料具有设置在含与第一方向平行的分量的磁场中时，转容易沿细长元件9的纵向(即第一方向)磁化，且当磁场分量与第一方向反向时使磁化方向反向的性能。最好软铁磁性材料选得可以容易和快速地改变细长元件9的磁化方向。在表3中列出一些适当的材料。其它适当的材料是由Allied Signal Corp.,USA制造的合金2705M和2714Z。
表3
“铁磁性材料”包括导电和不导电铁磁性材料，例如，铁氧体、无定形金属合金。这种材料的磁性最好是0.5到1.0特斯拉的磁感应B(=μ0(H+M))的饱和通量密度(Bs)，矫顽力(Hc)为大约0.025到1A/cm，以及相对磁导率(μrcl=ΔB/ΔH|H=0)大于10,000。适当材料可具有250,000或甚至400,000的磁导率。如果材料具有剩磁，特别是在磁饱和的50到95％范围内，也是有利的。
对于使用表3的材料得到的信号强度和接收到的脉冲持续时间的结果示于表4中。在这个表中，将空气中的信号强度和脉冲持续时间与然后夹在两个0.5厚的铝层之间的情况比较。值得注意的，各种材料的幅值和脉冲持续时间有差异。理想的是由夹在两个铝制层2、4之间的标记10产生的信号的幅值应当高，而脉冲持续时间应当短。返回信号的高绝对幅值有助于正确判断存储在标记10中的信息，并和噪声信号比较辨别真信号。脉冲的缩短确定了标记10中的细长元件9之间最小的可检测的角距，因此确定了可由标记10存储的最大数据量。最好是幅值对脉冲持续时间的比率应当尽可能高。最好的材料是6018，它给出最高的绝对幅值，和第二高幅值/脉冲持续时间比。另一种较好的材料6030Z和6006。使用这些材料，标记10可夹在图1层叠体中铝制的外层2和下层4之间，并使用外部电磁检测设备读出具有有用的数据量的标记10，而不论层2、4是否RF阻碍物。
表4
根据本发明的标记10的另一个优点在于，它能够经受住用于形成如图1所示的层叠体1的温度，而不损失或破坏存储信息。表4的磁性材料在制造层叠体1时通常可经受住超过120摄氏度的温度而没有变化。可在制备层叠体1时使用超过150摄氏度或甚至是250摄氏度的温度，而不影响存储在标记10中的数据。可选择适当的软铁磁性材料，使它们的居里温度超过200摄氏度。如果磁性不是不可逆地受到影响，则在制造过程中，标记10可短时间经受相当高的温度。可以选择适当的可经受大约350摄氏度的温度，而不丢失数据的有剩磁软铁磁性材料。由此，还可以将标记10包含在注塑模制、吹风模制、高压锅模制或其它制造机器或处理中，从而标记能够包含于、模制于或形成于任何由这种机器制造的物件中。另外，由于细长元件9可由软铁磁性材料制成，故强的电磁场能够改变元件9，但是无法破坏存储的信息，除非层叠体1完全毁坏或严重变形或破裂。另外，由于可以将标记10埋入诸如铝或似于金属层制成的相对厚而稳定的层2的下面，故标记10可视觉上得到隐藏，并难以检测。另外，由于标记10被埋藏，无法通过沙、风或除冰处理之类的机械磨损而改变。因此，根据本发明，覆盖层2还可以为埋藏的标记提供严格的机械进入，特别是只有通过破坏或严重损坏覆盖层2的至少一部分才能够试图接触到标记。而另一个优点在于，层叠体1的机械性能不会由标记10严重影响。
如今，复合铝合金2024-T3是使用得最多的机身表面材料，还是GLARETM纤维金属层叠体常常使用的材料。对于铝制层叠体，复合和裸材料都能够以0.3，0.4和0.5mm厚度使用。“复合”意味着在合金上提供额外的几乎纯的薄膜铝层，用于保护铝合金不受周围环境影响。“裸”意思是没有保护复合层。GLARETM是与玻璃纤维层3、5(图3)结合的铝制薄层2、4、6基础上的材料。在GLARETM3中，将相同量的玻璃纤维沿与铝层的旋转方向成0度和90度定向。报告说虽然它具有稍微较低的硬度，但是对于疲劳强度和残余强度，GLARE材料胜于铝。因此不但对维修，而且对新结构，这种材料都是理想的。将两种类型的GLARETM用于测试中GLARE-3-3/2-0.2,GLARE3-2/1-0.3。差别在于铝/预浸料坯层数(3/2或2/1)，和铝层的厚度(0.2mm或0.3mm)。使用的所有GLARE材料是标准可买到的由荷兰德尔夫特的结构层叠体公司提供。
金属层叠体12(样品5到7，表5)中使用的粘着剂是AF-163-2-OST，由3M公司制造。片13(样品1到4，表5)与也是由3M公司制造的AF163-2K结合。两种粘剂都通过载体制造，差别在于2K-型的具有编制载体，而OST-型的具有随意方向的纤维。
对于标记10，使用170毫米×100毫米的面积。为了测试，发现标记10相邻的不受干扰的材料在标签每一侧上至少要25毫米，这导致铝制层叠体样品和片13至少150毫米宽。样品的设计如下(见表5)铝制层叠体样品(图4)160毫米宽，420毫米高，标记安装到外部铝层，片表面样品(图5)片150毫米宽，220毫米高，表面生片400毫米宽，900毫米高，标记安装到片13。
由于片13应当象修补，在基础铝中使用珠锯制成50毫米切口。通过在破裂端部钻孔(3毫米直径)和在破裂区域上粘贴片而修补切口。片13的刀角圆弧半径是25毫米(图5)。沿铝层的LT方向测试GLARE3-2/1-0.3片，而沿铝层的L方向测试GLARE3-3/2-0.2片。材料的L方向是材料的旋转方向，而LT垂直于L方向的平面中的L方向。
表5
铝层叠体的样品制备如下-用丙酮脱脂和清除-在含有诸如来自Henkel,DE的碱性脱脂液的70度浴器中脱脂30分钟-在60度的铬酸/硫酸浴器中腌制20分钟，通过氰基丙烯酸盐粘合剂(诸如来自Hottinger Baldwin MeBtechnik,DE)使软铁磁性带(100毫米)以图4所示的图案粘结。
-用AF-163-2-OST层叠材料-在高压锅中的压力和温度下老化材料修补铝制表面的样品制备是如下进行的-用珠锯在表面生片中锯50毫米的切口-在每一个切口端部钻3毫米直径孔-用丙酮脱脂和清除小片，用NOGO C20氰基丙烯酸盐粘合剂以图5所示的图案在三点上粘合软铁磁性带(100毫米)-由沙纸600磨光表面的小片区域
-由沙纸2000磨光表面的小片区域-由丙酮脱脂和清除表面-由来自3M公司的AF-163-2K将小片粘合到表面生片，由带子固定小片的位置-在高压锅中在压力和温度下老化材料。
高压锅中的老化循环为施加30分钟真空释放真空压力和温度在30分钟内升高，直到3Bar和120摄氏度在30分钟内冷却到40摄氏度，释放压力至1bar然后使样品经受受拉的机械负载循环。所有层叠的样品(5到7)达到预先设定的在120mPa时200,000次的寿命。对于小片样品1到4，测试时间由破裂的传播限制，但是，所有的样品都超过170,000次。在软铁磁性元件9和层2之间没有发现分层。确定没有由元件9引起的影响。负载循环前后的电磁测试显示，从标记10接收到的信号强度没有变化。
根据本发明的标记10的另一个优点在于，它只需包括无源元件9，而不需诸如晶体管之类的有源元件。这可使根据本发明的标记10容易和便宜地制造，可靠，不受电磁辐射或高温(超过125摄氏度，例如超过150摄氏度)影响，并且也不依赖于能量从外加磁场的转移，以给有源装置供电。标记10还不需要包含硬磁性材料(但是这不被本发明排除在外)，而硬磁性材料会在强磁场中半永久地改变它们的磁化强度方向。
图6A和B是适合于在二维询问区29中产生平面旋转磁场的线圈安排略图，其中询问区面积等于磁场发生器检测器20，并且平行于其外表面。磁场的一有用部分位于发生器检测器20外面，从而旋转磁场可能由如图1所示的标记10施加在层叠体1上。磁场发生器检测器20包括两个平坦的发送线圈21、22，和两个平坦的接收线圈23、24。磁场发生器检测器20的询问区29位于磁场发生器检测器20的外面。将发送线圈21和22以相互90度地绕在可由变压器钢板制成的层叠体金属芯25上。芯256与芯25的磁导率与空气的比值成比例地增加发生器检测器20周围的磁场。与发送线圈21、22相关的是两个垂直安排的接收线圈23和24。询问区29中的磁场矢量26的方向由线圈21和22中正弦电流之间的相对相位确定。当两个线圈中电流之间的相位差是90度时，在询问区29任何区域中得到均匀的旋转场。由于磁场在询问区29中任何位置均匀旋转，故将标记10设置在询问区29中的哪一个位置上来从标记10得到满意的信号接收是不重要的。根据本发明的磁场发生器检测器20将设计得产生一磁场，该磁场可具有5到400高斯的大小。可驱动磁场发生器检测器20的线圈21、22，从而它们产生一磁场，该磁场具有基本上恒定的大小，并且按照不同定向移动通过二维询问区29，或平滑地旋转。可将接收线圈23、24的输出馈送到控制器和电信号处理装置，以使检测到的脉冲与杂音隔离。脉冲波整形电路可改善脉冲质量以输出信号序列。磁场矢量的定向可以随意选择，或可跟从任何具体正则序列。磁场矢量还可通过以每一个定向的小角度振荡。控制器和电信号处理装置可包括用于记录磁场矢量(产生脉冲)的每一个具体定向的装置。通过这一信息，可识别产生接收线圈中的脉冲的磁场矢量方向，并由其再构成存储的数据。如果磁场旋转均匀，可以遵循时间模式的检测脉冲序列，该模式与标记10上的细长元件9的空间间隔有一对一的关系。如果磁场矢量有规则地移动通过询问区29，则仅仅需要记录脉冲的时间序列，以推断磁场矢量对应的方向。可将脉冲序列馈送到逻辑电路中，以将脉冲的时间序列转换为二进制数或其它代码。
下面将参照图6c描述根据本发明的检测器电路的实施例。控制器11产生通过放大器36、38馈送到线圈21、22的电流。通过地址电路30到31从EPROMS35、33读出所需电流值。由线圈21、22产生的磁场在一个平面内连续旋转，以形成2-D询问区29。如图6C所示，两个直交的检测线圈23、24的输出端用于检测，并且当标记10处于询问区29内时以失真的正弦波出现。将由具体细长软铁磁性元件9产生的各个脉冲与随机噪声和由放电横向小间隙产生的脉冲一起叠加在基本正弦波上。从电路45到47产生的线圈23、24输出的平方计算磁场矢量的大小。在加法器8中对电路45、47的输出求和，以产生组合信号。然后将组合信号馈送到超外差接收电路49到54。第一振荡器53产生具有中频(通常为455KHz)信号。在混频器49中产生中频与组合信号的乘积。将混频器49的输出馈送到陶瓷滤波器50。通过在混频器51中使陶瓷滤波器50的输出与来自振荡器54的中频相乘，并将乘积后的信号提供给低通滤波器50，在解调电路51、52、54中对陶瓷滤波器50的输出进行解调。对于熟悉AM-接收机技术(见例如Addison-Wesley出版公司的FerrelG.Stremler著的“通信系统导论”1990年第三版)的人，上述处理是已知的。将来自低通滤波器52的脉冲串馈送到控制器11，脉冲串将从该控制器11送到外部计算机(图中未示)以进一步分析和译码。
可从检测线圈23、24的相位(图中未示)确定磁场矢量26的任何一个具体方向。用于确定磁场矢量26的定向的装置可以是用于比较线圈23、24的相对相位的电路，并可包含在控制器11中，或独立的微处理器或计算机中(图中未示)。
本发明的另一个实施例概略地示于图7A和B中。它由类似于上面描述的一组铁磁性细长元件9构成，细长元件9夹在两个铝板27和28之间。铝板27、28可使用老化粘剂粘合。铝板27、28分别是0.1到2mm厚，或由导电材料制成，其中导电材料V值大于300,V是由V=(导电层厚度(毫米))2×(导电层相对磁导率)/(导电层的比抗性(ohm.mm))给出。元件9以角度差设置在它们之间，以当由适当的检测装置读出时，提供代码，例如，已参照图6描述的。鉴定装置25可用作旅馆房间或私人房门的电子密钥。由于电子密钥铝板27、28的层叠体制成的这一事实，故装置25非常耐用，并且可替代传统用于锁的金属钥匙。图8中示出适当的锁40。锁包括用于容纳电子密钥25的装置的空间41。空间41形成检测器42的询问区，该询问区类似于参照图6描述的检测器。锁40还包含适当的电子设备43和输电线32和34，用于控制检测器42并为其供电。电子设备43还能够检测任何装置25代码，并将该代码与存储在其本身存储器中的比较。如果装置25的代码与存储在电子设备43中的代码匹配，则螺线管39和37首先在弹簧56的力下从门闩55中的凹口46收回锁销44，然后在弹簧57的力下将门闩55从其在锁中的位置收回。
如图1所示的鉴定标记10是放射型的，但是根据本发明，细长软铁磁性元件9可以任何空间设置安排，只要该安排适合于产生鉴定代码。具体地说，不必放射形地安排细长元件9。本发明的另一个实施例包含细长元件9的线性安排，这在外观上类似于传统的线性光学条形码。在本实施例中，细长元件9之间的线性距离可以确定代码。
根据本发明的标记10可包含各种形状的软铁磁性材料，并且本发明不限于分开的细长元件9来形成标记10的代码。令人惊讶的是，已经发现弯曲成各种角度的单个软铁磁性材料带(如图9A所示)产生一组类似于由图9B中所示的铁磁性带状元件的安排产生的信号。因此，铁磁性材料元件不必相互电磁分开。具体地说，通过将软铁磁性材料的电线59放置在如图9C所示的一侧上覆盖有粘剂58的铝带60上，其截面如图9D所示，可产生如图9A所示的安排。
另外，已经确定如图10A所示的软铁磁性材料多侧片产生类似于如图10B所示的带状安排的信号。从这些例子可以假定，要产生位于旋转外磁一周期的信号的软铁磁性材料的形状或图案的每一个直边缘部分由其角决定。信号的大小确定边缘部分的长度。因此，本发明包含一种标记10，它包含既有片状也有带状产品的多面形状的铁磁性材料。
本发明的上述内容涉及相对于标记10移动磁场矢量。但是，本发明还包含相对于磁场移动标记10。例如，可以将图1、7、8A、9A或10A所示的类型的标记放置在处于静止磁场中的旋转转台上。标记10与磁场矢量之间任何形式相对移动，只要这种移动导致磁场矢量的定向相对于标记10变化，从而以一序列产生多个这样的定向，则包含于本发明中。
根据本发明，最好标记10包含作为只读存储器记录某信息的元件9。但是本发明还包含读/写存储器。图11A到11E所示的软铁磁性元件可由导电层2层叠，以形成根据本发明的可伪装的、可非侵入测量的、可嵌入标记。通过对软铁磁性元件9进行适配，使标记10可编程，从而它们失去使它们的磁化方向反向的能力，而不引起永久的破坏。这可通过提供与一个或更多形成磁性元件9相关的保持元件而实现。通过改变保持元件的状态，可以激励或去激励有关细长元件9。这些元件是已知如此的，因此这里不详细描述了。保持元件最好由具有剩磁特性的材料制成。保持元件最好包含具有比细长元件9更高的矫顽力和更高饱和磁通密度的材料。保持元件可包含Gamma Fe2O3、维卡合金、remendur、ArnochromeⅢ(由Arnold Engineering，美国制造)或任何类似的材料。只要保持元件磁化，它将防止相关的细长元件9的磁方向的变化，或至少严格地改变其变化，从而检测到的脉冲能够相互鉴别。如果将保持元件放置在强大(在保持元件的矫顽力以上)但振荡渐减的磁场上，则它及被去磁，并且相关的细长元件9可对外部磁场有反映。保持元件还可以是较宽层叠体软铁磁性剩磁材料。保持元件可层叠在或位于细长软铁磁性元件9的下面，并且最好包括剩磁材料。
如图11A所示的标记10是从US-A-3665449知道其原理的。与细长软铁磁性元件9相邻的是保持或控制元件15，这种元件具有剩磁特性，并且由于其相邻而磁耦合到细长软磁性元件9。保持元件15的磁性材料最好具有比软磁性材料更高的矫顽力和饱和磁通密度。保持元件最好在检测标记10所需的磁场中不饱和。只要保持元件磁化，它会影响细长元件9，从而细长元件9的磁方向不会发生变化。如果检测线圈中产生的脉冲充分改变，以相互辨别，则不必完全抑制磁反向。每一个元件9还都可以由如US-A-4746908所示和图11B所示的软铁磁性材料19和剩磁材料15的层叠体构成。如果将标记10放置在强大的渐减振荡磁场中，则保持元件15去磁，并且现在每一个细长元件9都能够产生脉冲。例如，当安装在商店里的制品内以防止盗窃时，保持元件15首先去磁。在购买了它以后磁化，从而标记10不会激励检测系统。当将标记10埋藏在导电覆盖层2的下面时，它是看不见的，由此伪装起来。
图11C所示的标记10由US-A-4746908而知道。它由较大片的软铁磁性细长元件9、19和保持元件15、25构成。标记10以这种原理工作大面积软磁材料产生小脉冲或不产生脉冲。相应地，当保持元件15、25去磁时，软铁磁性细长元件9、19不产生脉冲。当保持元件15、25磁化时，它们抵消了位于它们下面的软铁磁性材料的区域，留下激励的细长软铁磁性细长元件9。
图11D所示的标记10是由US-A-3983552的原理知道的。不将保持元件15放在软磁细长元件9旁，而代之以将它两个叠置。保持元件15和细长元件9的面积可以是相同的，并且可以层叠在一起。根据保持元件15和细长元件9的相对尺寸和磁强度，能够抑制或扭曲可用于检测目的的脉冲。
图11E所示的标记是从US-A-3747086知道的，并且由软铁磁性细长元件9和两个保持元件15、25(具有不同剩磁特性)构成。根据保持元件15和/或25的磁状态，可以将由细长元件9产生的脉冲的性质用于检测目的。
如上所述的标记10用于根据本发明的检测系统中，本发明包含用于产生基本上大小恒定的磁场的装置，并且通过改变标记10具有基本上恒定大小的磁场矢量的相对定向，而检测标记10。除了根据本发明的检测系统以外，检测系统还包括如US-A-4746908、3983552、3747086或3665449号传统检测系统。传统系统能够用于将标记10定位在大致的位置，而根据本发明的检测系统能够用于将代码读出。
下面将通过改善根据本发明的另一个实施例的标记10的安全性，描述根据图11的保持元件15的使用。本实施例的标记10可包括如图1所示的放射状序列的软铁磁性细长元件9。第一个三条带可确定开始区域，从而可以确定序列的开始，例如第一带是0度，第二带为7度，而第三带是10度。剩下的带确定二进制数，并间隔5度。因此开始区域的序列7度和3度是可唯一识别的。剩余的到185度的元件9位于从15度到85度的任何5度空间内。
提供9表示二进制数中的“1”。能够表示的最大数量是235。对于每一个生产部件，由一个授权机构分派号码，并在可公共得到的数据库中登记，例如，在因特网上，如果必要，由密码保护。由此，一旦分派了号码，则任何新的具有表示与分派号码相同的号码的标记10的部件是假货。另外，每一个元件由两种材料层叠而成，看起来是一样的。从分派的号码，由安全运算法则产生较小的号码，例如单向函数，从这种函数方便地由大号码得到小号码，但是由这种函数，知道几个较大和较小号码就能提供为所有其它大号码计算小号码的可能性。一旦得到例如可能是散列数字的小号码，即在标记10中有的第一元件开始计数。让我们假设在标记10中有15个元件，并且杂散数字是6。然后，从开始区域相邻的第一带开始计数，并且第六个元件9特殊带(它是如图11B所示的层叠体)，这个元件9具有由软磁性材料层叠的保持元件15。现在标记10根据标记10的磁性处理，表现不同。在使标记10经受了大的渐减振荡磁场之后，当被放置在具有基本上恒定大小的磁场矢量的旋转磁场中时，标记10由正确号码读出。如果然后使标记10经受强恒定磁场，由于第六个元件9的回应被抑制，故读出不同。对最终比较的正确性的确认有助于检测有效的标记10。
已经参照一些实施例和附图描述了本发明，但是熟悉本领域的技术人员理解，在由所附权利要求限定的本发明的范围内，可以对本发明进行修改和补充。例如，本发明包含通过超声波测试设备可非侵入地读出且不毁坏标记10的植入。标记10可由与周围材料相比具有超声波对照的材料制成。例如，已经发现通过上述测试样品(图4和5)，使用具有产生宽带10MHz信号的变换器(它产生超声波脉冲，该超声波脉冲从标记10反射)探针的超声波测试设备，可检测植入的标记10和元件9。这种检测形式不必由软铁磁性材料制造元件9。另外，元件9可以是任何形状的，例如，它们可以是字母数字字符。超声波测试能够用作读出标记10的另外的方法，标记10还可以使用上述旋转磁场而读出。例如，标记10可以由软铁磁性元件9和其它类似的但是无磁性元件构成。因此，由磁方法读出的数字将不同于由超声波看到的数字，这种差别可用作另加的安全检测。
还可以使用对于γ射线比周围材料更不透明的材料制成可嵌入非侵入且不破坏的可读标记。通过将γ射线源射过有感光材料的元件，在γ射线照片另外一侧上得到标记10。
读出标记10的γ射线和超声波方法和磁方法以及前面的实施例相比不够好，因为γ射线需要特别安全处理条件，并且超声波探针通过探针和要检测的物体之间的凝胶薄膜才工作得最好，这与使用如图6所示的检测器线圈的简单的手持式测试设备(从而允许远距离读出标记10)相比，笨拙得多。
权利要求
1．一种包括鉴定标记的制品，其中所述标记包含存储信息，所述制品的特征在于包括第一导电层，所述导电层限定对所述标记的机械和RF进入；并且所述标记能够视觉上伪装在所述导电层下面，并且通过导电层不受破坏和非入侵地测量。
2．如权利要求1所述的制品，其特征在于所述标记是不以通信通道为基础的。
3．如权利要求1所述的制品，其特征在于所述标记包含软铁磁性元件，该元件具有多个基本上直的边缘，所述边缘相互以预先形成的空间关系安排，所述空间关系预先选择，以确定存储的信息，所述软铁磁性元件具有低磁阻(高磁化率)；并且所述软铁磁性元件的每一个边缘具有至少一种状态，其中当所述标记与具有基本上恒定的幅值的磁场矢量之间的相对定向改变时，磁化方向是可反向的。
4．如权利要求3所述的制品，其特征在于边缘相互间有角度关系，边缘之间的角距确定了所述信息。
5．如权利要求1所述的制品，其特征在于将所述标记夹在第一导电层和第二导电层之间。
6．如权利要求1所述的制品，其特征在于存储在所述标记中的信息不是电磁可擦的。
7．一种用于验证和跟踪元件的可嵌入鉴定标记，所述标记的特征在于本质上由无源元件构成，并且可视觉上伪装。
8．一种用于验证和跟踪元件的可嵌入鉴定标记，所述标记的特征在于可在超过120摄氏度温度下处理，而不损失信息内容，并且可视觉上伪装。
9．一种用于验证和跟踪元件的可嵌入验证标记，所述标记特征在于包含存储的信息，所述存储的信息能够通过机械和RF阻碍物不受破坏和非入侵地读出；并且所述标记可视觉上伪装。
10．一种用于识别包含鉴定标记的系统，其特征在于所述标记包含存储的信息，所述存储的信息能够通过机械和RF阻碍物不受破坏和非侵入地读出；并且所述标记可视觉上伪装。
11．如权利要求10所述的系统，其特征在于所述标记不是以通信能道为基础的。
12．如权利要求10所述的系统，其特征在于所述标记包含具有多个基本上直的边缘的软铁磁性元件，所述边缘以预先形成的相互的空间关系安排，所述空间关系是预先选择的，以确定存储的信息；软铁磁性元件具有低的磁阻(高磁化率)；并且软铁磁性元件的每一个边缘具有至少一种状态，其中当所述标记与具有基本上恒定幅值的磁场的磁场矢量之间的相对定向改变时，磁化方向反向。
13．如权利要求12所述的系统，其特征在于边缘相互间有角度关系，所述边缘之间的角距确定了信息。
14．如权利要求10所述的系统，其特征在于所述标记夹在RF阻碍物与另一个RF阻碍物之间。
15．如权利要求10所述的系统，其特征在于存储在所述标记中的信息不是电磁可擦的。
16．如权利要求12所述的系统，其特征在于磁场是具有基本上恒定幅值的旋转磁场。
17．一种用于在预定询问区中产生磁场的装置，其特征在于包含用于产生具有基本上恒定幅值的所述磁场的磁场矢量的装置；用于改变所述询问区中所述磁场矢量的定向的装置；用于确定所述磁场矢量的幅值的装置，其中，询问区位于外面，并且不由产生装置和改变装置包围。
18．如权利要求17所述的产生装置，其特征在于所述产生装置包括两对二次相互直交的绕组，每一个所述绕组具有矩形截面。
19．一种包含具有多个基本上直边的软铁磁性元件的标记，其特征在于所述边缘相互以预先形成的空间关系安排，所述空间关系是预先选择的，以确定代码，直边相互连接，软铁磁性元件具有低磁阻(高磁化率)，并且软铁磁性元件的每一个直边具有至少一种状态，其中当所述标记与具有基本上恒定幅度的磁场的磁场矢量之间的相对定向改变时，磁化方向反向。
全文摘要
本发明描述了一种植入的、可非侵入且非破坏读出的鉴定标记(10)，它大大减小了射频和机械进入。标记(10)能够存储超过16bit的数据。标记(10)较好地可远距离读出，不可由电磁辐射擦除，可视觉上伪装，并且其存储的信息免于暴露在高温下受损，这将使它适合于用于安全紧要应用中。还描述了一种鉴定标记(10)的检测系统。
文档编号B64D47/00GK1318175SQ99811040
公开日2001年10月17日 申请日期1999年2月4日 优先权日1998年9月18日
发明者D·拉卡福, 开优·申克, G·A·范德斯梯格 申请人:美国3M公司