устройство для маркировки

Формула изобретения

Устройство для маркировки предметов, содержащее находящийся у контролера блок сигнализации, включающий в себя приемопередающую антенну, усилитель, вход которого подключен к приемопередающей антенне, генератор периодических колебаний и генератор прямоугольных импульсов, парафазные выходы которого подключены к стробирующему входу усилителя и пусковому входу генератора периодических колебаний, выход которого соединен с приемопередающей антенной, помещенной в электростатический экран, и закрепленную на маркируемом предмете электроэтикетку, отличающееся тем, что оно снабжено фазовым детектором, коррелятором, предназначенным для сравнения модулирующих кодов, соответствующих различным электроэтикеткам, поступающими из n блоков памяти и выдачи напряжения на соответствующий индикатор, n блоками памяти, хранящих модулирующие коды, соответствующие различным электроэтикеткам и n индикаторами, причем к выходу усилителя последовательно подключены фазовый детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора периодических колебаний, коррелятор, другие (n+1)-е входы которого соединены с соответствующими выходами n блоков памяти, и n индикаторов, электроэтикетка выполнена в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн и набором отражателей, при этом встречно-штыревой преобразователь состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, которые в свою очередь соединены с микрополосковой антенной, которая также изготовлена на поверхности пьезокристалла.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое устройство относится к устройствам маркировки товаров, предметов и их упаковки с целью скрытой маркировки принадлежности товаров и предотвращения их подделки, а также для предотвращения выноса неоплаченных товаров из торгового зала и т.д.

Известны устройства для маркировки предметов (авт. свид. СССР № 893275; патент РФ № 2126993; заявка Японии № 04-257986; патент ЕР № 0242906 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Устройство для маркировки" (патент РФ № 2126993, G 08 B 13/24, 1996), которое и выбрано в качестве прототипа.

Устройство содержит находящийся у контролера блок сигнализации, включающий в себя приемопередающую антенну, усилитель, детектор колебаний, сигнализатор и генератор периодических колебаний, и закрепленную на маркируемом предмете электроэтикетку, выполненную в виде резонансного контура, настроенного на частоту генератора периодических колебаний блока сигнализации.

При этом в блок сигнализации введен генератор прямоугольных импульсов, парафазные выходы которого подключены к стробирующему входу усилителя и пусковому входу генератора периодических колебаний, выход которого соединен с антенной, помещенной в электростатический экран.

Указанное устройство обеспечивает подачу звукового сигнала при обнаружении изделий, снабженных электроэтикетками, но не позволяет идентифицировать данные изделия.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем идентификации изделий, снабженных электроэтикетками.

Поставленная задача решается тем, что устройство для маркировки предметов, содержащее находящийся у контролера блок сигнализации, включающий в себя приемопередающую антенну, усилитель, вход которого подключен к приемопередающей антенне, генератор периодических колебаний и генератор прямоугольных импульсов, парафазные выходы которого подключены к стробирующему входу усилителя и пусковому входу генератора периодических колебаний, выход которого соединен с приемопередающей антенной, помещенной в электростатический экран, и закрепленную на маркируемом предмете электроэтикетку, снабжено фазовым детектором, коррелятором, n блоками памяти и n индикаторами, причем к выходу усилителя последовательно подключены фазовый детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора периодических колебаний, коррелятор, другие (n+1)-е входы которого соединены с соответствующими выходами n блоков памяти, и n индикаторов, электроэтикетка выполнена в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн и набором отражателей, при этом встречно-штыревой преобразователь состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, которые в свою очередь соединены с микрополосковой антенной, которая также изготовлена на поверхности пьезокристалла.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства, изображены на фиг.2.

Устройство для маркировки содержит электроэтикетку, размещенную в изделии, и блок сигнализации, находящийся у контролера.

Блок сигнализации включает в себя периемопередающую антенну А, усилитель 1, вход которого подключен к приемопередающей антенне А, генератор 2 периодических колебаний и генератор 3 прямоугольных импульсов, парафазные выходы которого подключены к стробирующему входу усилителя 1 и пусковому входу генератора 2 периодических колебаний, выход которого соединен с приемопередающей антенной А. К выходу усилителя 1 последовательно подключены фазовый детектор 4, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 2 периодических колебаний, коррелятор 5, другие (n+1)-й выходы которого соединены с n выходами блоков памяти 6.i (i=1, 2,...n), и n индикаторов 7.i (i=1, 2,...n).

Антенна А приемоизлучателя состоит из катушки с ферромагнитным сердечником и конденсатором, усилителя 1 с высокоомным входом, зашунтированным от перенапряжения встречно-включенными диодами. Для защиты от помех антенна А заключена в электростатический экран.

Электроэтикетка представляет собой пьезокристалл 8 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн (ПАВ) и набором отражателей 13. Встречно-штыревой преобразователь ПАВ состоит из двух гребенчатых систем электродов 10, нанесенных на поверхность пьезокристалла 8. Электроды 10 каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 11 и 12. Шины 11 и 12 в свою очередь связаны с микрополосковой антенной 9, которая также изготовлена на поверхности пьезокристалла 8.

Электроэтикетка наклеивается на изделие, встраивается в его конструкцию или изготавливается в виде отдельной фирменной пластиковой карточки.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 3 прямоугольных импульсов поочередно открывает генератор 2 периодических колебаний и усилитель 1, обеспечивая поочередное излучение и прием колебаний приемопередающей антенной А.

При этом генератор 2 периодических колебаний формирует высокочастотное колебание (фиг.2, а)

U_c(t)=V_c·Cos(W _с·t+ _c), 0 t Т_c,

где V_c, W_c, _с, Т_c, - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания, которое приемопередающей антенной А излучается в эфир и улавливается микрополосковой антенной 9 электроэтикетки, которая закрепляется на изделии или встраивается в его конструкцию в зависимости от формы исполнения.

Принцип работы электроэтикетки основан на том, что переменные в пространстве и времени электрические поля, создаваемые в пьезоэлектрическом кристалле 8 системой электродов 10, вызывают из-за пьезоэффекта упругие деформации, которые распространяются в кристалле в виде ПАВ.

Поверхностные акустические волны - это волны, распространяющиеся вдоль поверхности твердых тел в относительно тонком поверхностном слое. Скорость распространения ПАВ в кристаллах примерно на пять порядков меньше скорости распространения электромагнитных колебаний. Это значит, что на сантиметре кристалла можно разместить информацию, которая заполнит кабель длиной в километр. Высокая информационная емкость приборов на поверхностных акустических волнах впервые была использована в линиях задержки, которые позволяют хранить, преобразовывать, канализировать, отводить и отражать распространяющиеся в них сигналы.

В основе работы приборов на ПАВ лежат три физических процесса:

- преобразование входного электрического сигнала в акустическую волну;

- распространение акустической волны вдоль поверхности звукопровода;

- отражение и обратное преобразование ПАВ в электрический сигнал.

Для прямого и обратного преобразования ПАВ используются различные преобразователи поверхностных акустических волн, наибольшее распространение среди которых получили встречно-штыревые преобразователи.

Принимаемый гармонический сигнал U_c(t) (фиг.2, а) преобразуется встречно-штыревым преобразователем в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 8, отражается набором отражателей 13 и опять преобразуется встречно-штыревой системой в сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.2, в)

U₁(t)=V₁·Cos[W_c ·t+ _к(t)+ _c], 0 t T_c,

_к(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M ₁(t) (фиг.2, б), причем _к(t)=const при К _э<t<(К+1) _э и может изменяться скачком при t=К _э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=0, 1, 2,..., N-1),

_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с (Т_с=N _э),

При этом внутренняя структура сформированного сложного ФМн-сигнала определяется топологией встречно-штыревого преобразователя, имеет индивидуальный характер и содержит всю необходимую уникальную информацию об изделии, например вид изделия, материал, из которого оно изготовлено, год выпуска, предприятие-изготовитель и т.п.

В качестве примера на фиг.1 показана структура модулирующего кода M(t):10110100.

Сформированный сложный ФМн-сигнал U ₁(t) (фиг.2, в) излучается микрополосковой антенной 9 в эфир, принимается приемопередающей антенной А блока сигнализации и через открытый усилитель 1 поступает на информационный вход фазового детектора 4, на опорный вход которого подается в качестве опорного напряжения высокочастотное колебание U_c(t) (фиг.2, а) с второго выхода генератора 2 периодических колебаний. На выходе фазового детектора 4 образуется низкочастотное напряжение (фиг.2, г):

U_н(t)=V_н·Cos _k(t), 0 t Т_с,

где V_н=¹/ ₂К·V₁V_c;

К - коэффициент передачи фазового детектора; пропорциональное модулирующему коду M₁(t) (фиг.2, б).

Это напряжение поступает на вход коррелятора 5, на другие входы которого подаются модулирующие коды M₁(t)-M_n(t) с выходов блоков памяти 6.1-6.n соответственно.

Модулирующие коды M₁ (t)÷М_n(t) соответствуют различным электроэтикеткам, которые вмонтированы в различные изделия и предметы и отображают определенный ассортимент изделий и предметов.

Если один из кодов M₁(t)-M_n(t) соответствует коду M(t), то на соответствующем выходе коррелятора 5 появляется напряжение, которое фиксируется соответствующим индикатором 7.i (i=1, 2,...n). Причем на индикаторе высвечиваются все данные об изделии.

К основным характеристикам электроэтикетки можно отнести следующие:

- мощность генератора периодических колебаний средняя - не более 10 МВт;

- частотный диапазон - 400-420 МГц;

- дальность - не менее 20 м;

- тип излучаемого сигнала - гармоническое колебание;

- тип отраженного (переизлученного) сигнала - сложный сигнал с фазовой манипуляцией (база сигнала В= f_c·Т_c=200-1000, f_c - ширина спектра);

- габариты электроэтикетки - 8×15×5 мм;

- срок службы электроэтикетки - не менее 20 лет;

- потребляемая электроэтикеткой мощность - 0 Вт.

Таким образом, предлагаемое устройство для маркировки по сравнению с прототипом обеспечивает идентификацию изделий и предметов, снабженных электроэтикетками на базе встречно-штыревого преобразователя ПАВ.

Основное преимущество применения встречно-штыревого преобразователя на ПАВ состоит в возможности изготовить пассивную, т.е. не требующую источников питания, электроэтикетку с малыми габаритами.

Положительным свойством электроэтикетки на ПАВ являются также малые затраты в течение длительной эксплуатации (отсутствие батареи и большое время наработки на отказ).

Большим преимуществом предлагаемого устройства является использование сложных сигналов с фазовой манипуляцией, которые обладают энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность данных сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Сложные ФМн-сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность выделять эти сигналы среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.

Тем самым функциональные возможности устройства расширены.