Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ВЕРИФИКАТОР ДЛЯ МАГНИТНОЙ ЗАЩИТНОЙ ПОЛОСЫ - Патент РФ 2142130
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ВЕРИФИКАТОР ДЛЯ МАГНИТНОЙ ЗАЩИТНОЙ ПОЛОСЫ
ВЕРИФИКАТОР ДЛЯ МАГНИТНОЙ ЗАЩИТНОЙ ПОЛОСЫ

ВЕРИФИКАТОР ДЛЯ МАГНИТНОЙ ЗАЩИТНОЙ ПОЛОСЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Устройство включает в себя обмотку, на которую подан переменный ток для создания однородного магнитного поля в пределах заранее определенной пространственной зоны. Когда документ пропускают в непосредственной близости от обмотки возбуждения, приложенное магнитное поле насыщает зоны из магнитного материала на защитной полосе. Магнитные зоны создают ответное магнитное поле, которое представляет собой ответное магнитное поле с нелинейными характеристиками, содержащее составляющую с основной частотой и различные гармонические частотные составляющие. Обмотка считывания обнаруживает ответное магнитное поле. Процессор для обработки сигналов, связанный с обмоткой считывания, использует ответные сигналы с основной частотой и частотами гармоник для определения достоинства документа. Изобретение позволяет осуществить верификацию подлинности и/или достоинства денежного документа. 17 з.п. ф-лы, 9 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2142130
Класс(ы) патента: G01N27/72, G06K7/08, G01R33/12
Номер заявки: 97120970/28
Дата подачи заявки: 15.05.1996
Дата публикации: 27.11.1999
Заявитель(и): Крэйн энд Ко., Инк. (US)
Автор(ы): Эндрю Дэймс (GB)
Патентообладатель(и): Крэйн энд Ко., Инк. (US)
Описание изобретения: Изобретение относится к защитным полосам, предназначенным для денежных документов на бумажной основе, таким как ценные бумаги и банкноты, и, более точно, к устройству для обнаружения защитной полосы и для определения подлинности и достоинства денежного документа.
Существует ряд различных способов по предшествующему техническому уровню, предназначенных для проверки подлинности денежных документов на бумажной основе, таких как ценные бумаги и банкноты, банковские чеки, акционерные сертификаты и т. д. Эти или другие способы также можно использовать для проверки характеристики документа, такой как достоинство бумажных денег. Таким путем могут быть идентифицированы различные признаки одного и того же общего типа документов. Однако верификацию достоинства бумажных денег также можно интерпретировать как верификацию подлинности документа.
Все известные способы верификации базируются на обнаружении и/или измерении конкретных физических характеристик или рисунков (комбинаций символов), соответствующих данным документам. Как правило, признак, подлежащий обнаружению, преднамеренно добавляют к денежному документу при его изготовлении в виде части системы распознавания документа или направленной против подделки системы верификации документа. Устройство, используемое как для определения типа защитного элемента, добавленного к документу, так и для установления различий между разными характеристиками документа (которые могут быть обнаружены с помощью определенных признаков, предусмотренных для данного типа защитного элемента), как правило, спроектировано с учетом физических свойств защитного элемента. Это предназначено для того, чтобы обеспечить оптимальные функциональные возможности при верификации документов.
Обычные подходы предусматривают использование магнитной печатной краски, нанесенной в заранее определенных местах и в виде заранее определенных рисунков (узоров) на поверхность бумаги. Другой подход заключается в том, чтобы частично или полностью заделать в ценную бумагу пластмассовую подложку в виде защитной полосы, покрытую заранее определенными рисунками из проводящих и/или магнитных материалов. После этого разрабатывается устройство обнаружения, которое предназначено для распознавания типа материала и, в ограниченной степени, пространственного распределения материала на подложке полосы.
Более точно, предшествующие случаи использования магнитных материалов в области защиты документов были жестко ограничены использованием сравнительно "жестких" (то есть имеющих высокую магнитную коэрцитивную силу) магнитных материалов. Магнитный материал может быть выполнен в виде части краски, наносимой на поверхность документа путем печати, может быть введен в поверхность документа в каком-либо другом виде или может быть нанесен в виде покрытия на пластмассовую подложку защитной полосы, заделанной в документ.
Обнаружение этих магнитных материалов, имеющих сравнительно высокую магнитную жесткость (и, следовательно, верификацию, подлинности документа и/или некоторых его характеристик), как правило, выполняют путем подвергания материала воздействию магнитного поля и последующего обнаружения остаточной намагниченности. Магнитное поле может быть приложено к магнитному материалу или во время изготовления документа, или самой системой обнаружения непосредственно перед "считыванием" или обнаружением остаточной намагниченности, например, во время коммерческой сделки при продаже или во время сортировки бумажных денег в банке. Примерами магнитных материалов, имеющих сравнительно высокую магнитную жесткость и применяемых в вышеуказанных случаях использования, являются магнитные порошки, такие как ферриты, или тонкие пластины или ленты из кристаллического магнитного материала, такого как никель. (См. патент США 4183989). Рисунки намагниченности могут быть сформированы на материалах, и эти рисунки могут быть считаны считывающими головками. Считывающие головки способны считывать или постоянную (D. C.) намагниченность (например, обнаруживать эффект Холла), или они могут использовать изменяющееся во времени магнитное поле, создаваемое за счет перемещения банкноты мимо считывающей головки. В любом случае измеряется только результирующая остаточная намагниченность. Этот подход требует использования очень сильных магнитных полей для предварительного намагничивания и чувствительных считывающих головок для обнаружения. Ограничение состоит в том, что обнаружение магнитного материала должно происходить при размещении магнитного материала в непосредственной близости (от считывающей головки) (при расстоянии между считывающей головкой и магнитным материалом, составляющем значительно меньше 1 миллиметра). Примеры такого подхода, при котором используются магнитожесткие материалы для верификации документов, приведены в Европейском патенте ЕР 0 295 229, документе WO 92/08226, Европейских патентах EP 0319 524, ЕР 0 204 574. EP 0 428 779, документе WO 91/04549, патенте Великобритании GB 2130414, документе WO 91/10902, Европейском патенте EP 0413534 и патенте США 3 870 629.
В отличие от магнитожестких материалов и их использования для защиты документов в области электронного контроля изделий (например, при направленном против краж обнаружении изделий на предприятиях розничной торговли) известно применение сравнительно "мягких" магнитных материалов (т. е. материалов с низкой коэрцитивностью). По сравнению с магнитожесткими материалами магнитомягкие материалы легче можно подвергнуть намагничиванию на расстоянии при относительно слабом внешнем приложенном магнитном поле. Типовым случаем применения является продаваемое на предприятии розничной торговли изделие, имеющее "ярлык" или "маркер"", состоящий из магнитомягкого (например, ферромагнитного) материала и прикрепленный к изделию. Если изделие куплено законно, сотрудник магазина розничной торговли или удаляет "ярлык", или вызывает изменение в магнитных свойствах маркера. Однако, если предпринята попытка кражи изделия, опрашивающее магнитное поле, действующее на выходе из магазина розничной торговли, попадает на маркер, который затем выдает характерные, распознаваемые сигналы. Эти сигналы можно использовать для формирования звуковых сигналов тревоги, чтобы предупредить персонал магазина о предпринятой попытке кражи.
В этих случаях использования контроля по предшествующему техническому уровню применялось обнаружение предмета с ярлыком при по существу неограниченном местоположении или ориентации в пределах сравнительно большого пространства. Магнитомягкий материал, входящий в состав этикетки (маркера, ярлыка), имеет высокую магнитную проницаемость; таким образом, он легко магнитно насыщается посредством изменяющегося во времени приложенного магнитного поля переменного тока. Магнитно насыщенный магнитный материал создает магнитные поля с нелинейными характеристиками, которые содержат частоты гармоник частоты приложенного поля.
Проблема, возникающая при использовании известных систем электронного контроля, связана с тем, что они требуют опроса большого пространства. Обычные магнитные предметы, такие как ключи, отличаются от магнитных этикеток за счет того, что они имеют меньшую магнитную проницаемость. Таким образом, обычные предметы генерируют сравнительно более слабые гармонические сигналы (при более низких частотах), чем объект, имеющий высокую магнитную проницаемость. Следовательно, чтобы отличить надлежащим образом обладающий высокой магнитной проницаемостью магнитный материал (маркер изделия) от имеющего низкую магнитную проницаемость магнитомягкого материала (ключа от дома), необходимо распознать высшие гармоники и обработать их в электронной системе контроля изделий. Однако, проблема заключается в том, что высшие гармоники могут формировать сигнал значительно меньшей энергии по сравнению с низшими гармониками. Таким образом, система обнаружения непременно должна быть сравнительно сложной.
Кроме того, чтобы добиться четкого распознавания множества по-разному распознаваемых объектов, в ограниченном числе систем электронного контроля изделий используется несколько отдельных магнитных элементов. Каждый элемент выдает немного отличающийся ответный сигнал на сравнительно однородные (в пространстве) поля опроса и считывания системы обнаружения. Таким образом, при приложении квазиоднородного поля опроса к ярлыку или этикетке можно декодировать множество характеристик магнитного поля ответного действия для распознавания идентичности ярлыка. Разделяемая характеристика может быть идентифицирована как частота, или как порог включения напряженности магнитного поля (?). В системах по предшествующему уровню техники не было предпринято известных попыток для получения преобразуемых на расстоянии (spatially- resolved) данных от защищающих от кражи элементов с помощью методов "считывания" с высокой разрешающей способностью. Это обусловлено тем, что применение указанных элементов для защиты от краж требует использования обмотки устройства обнаружения, которая имеет типовые размеры, значительно превышающие размер распознаваемого элемента (то есть ярлыка).
Примеры систем электронного контроля изделий и компонентов таких систем описаны и показаны в Европейском патенте EP 0295028, документе WO 88/09979, Европейских патентах EP 0611164, EP 0352 513, описании патента Франции 763681 и патентах США 3665449, 3747086, 3790945, 3292080, 4074249 и 5005001.
Соответственно, главной цепью настоящего изобретения является верификация подлинности и/или достоинства денежного документа на бумажной основе, такого как ценная бумага или банкнота, который имеет заделанную в него защитную полосу с магнитными элементами.
Общей целью настоящего изобретения является опрос защитной полосы посредством сигнала магнитного поля и определение подлинности и/или достоинства ценной бумаги на основании магнитного ответного сигнала, выдаваемого полосой.
Еще одной целью настоящего изобретения является разработка защитной полосы с одной или более зонами из магнитомягкого материала, причем полоса, как правило, заделана полностью в денежный документ на бумажной основе, и разработка устройства, которое как устанавливает то, что магнитный материал полосы представляет собой материал заранее заданного типа, так и распознает пространственное распределение магнитного материала для установления характеристики, такой как достоинство, денежного документа.
Другой целью настоящего изобретения является разработка бесконтактного верификатора для распознавания типа и распределения магнитного материала на защитной полосе, используя опрашивающее магнитное поле.
Еще одной целью настоящего изобретения является приложение магнитного поля переменного тока от не контактирующего (с защитной полосой) источника к защитной полосе, покрытой магнитомягким материалом в виде заранее заданных рисунков, и обнаружение магнитного поля, создаваемого в ответ защитным элементом, и определение на основе обнаруженного поля одной или более характеристик документа, в который заделана защитная полоса.
Вышеуказанные и другие цели и преимущества данного изобретения станут более очевидными при изучении нижеприведенного описания вместе с сопровождающими чертежами.
Краткое описание изобретения
С цепью преодоления недостатков предшествующего уровня техники и достижения указанных выше целей заявители изобрели устройство для верификации подлинности и достоинства ценной бумаги, имеющей защитную полосу с магнитными материалами, выполненную за одно целое с ценной бумагой. Предпочтительно защитная полоса содержит тонкую прямоугольную пластмассовую подложку, полностью заделанную в бумагу. Одна или обе противоположные поверхности подложки могут иметь магнитомягкий (то есть легко намагничиваемый) материал, нанесенный на подложку в виде рисунков с заранее определенным пространственным распределением, указывающим, например, на достоинство ценной бумаги или банкноты. Различные значения достоинства ценной бумаги могут быть указаны с помощью различных пространственно распределенных рисунков из магнитного материала.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения вид магнитомягкого материала, используемого в защитной полосе, определяется путем пропускания ценной бумаги с защитной полосой, заделанной в ценную бумагу, мимо проволочной обмотки в непосредственной близости от обмотки и без контакта с обмоткой, которая соединена с сигнальным устройством переменного тока с заранее определенной частотой. Обмотка возбуждения создает магнитное поле возбуждения переменного тока, которое благодаря размеру и местоположению обмотки возбуждения отличается высокой однородностью. Напряженность магнитного поля возбуждения достаточна для того, чтобы обеспечить магнитное насыщение магнитного материала на защитной полосе. Магнитное поле, генерируемое в ответ магнитным материалом, является нелинейным, что приводит к включению в него составляющих с частотами гармоник (гармонических частотных составляющих). Обмотка считывания обнаруживает ответное магнитное поле и преобразует различные частотные составляющие в электрические сигналы. Эти сигналы детектируются, и синфазная и квадратурная (то есть при фазовом сдвиге на 90o) амплитудные составляющие как линейного или основного сигнала (то есть составляющей ответного сигнала, имеющей ту же частоту, что и сигнал возбуждения), так и третьей гармоники основного сигнала проверяются (исследуются) для определения типа материала. Например, для некоторых типов магнитомягких материалов при определенных условиях магнитного возбуждения известно, что амплитуда сигнала третьей гармоники должна превышать определенный порог, при этом одновременно амплитуда основного сигнала (сигнала основной гармоники) должна быть ниже определенного, имеющего тем не менее другое значение, порогового уровня. Кроме того, соотношение амплитуд третьей гармоники и основной гармоники должно находиться в определенном диапазоне. Пороговые значения и диапазон известны и являются уникальными для каждого отдельного типа магнитомягкого материала.
В соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, обмотка считывания, используемая в первом варианте осуществления настоящего изобретения, имеет непостоянную пространственную ориентацию (то есть сильно локализованную) по отношению к полосе. Такая высокая степень локализации достигается за счет того, что по меньшей мере один размер обмотки выполнен значительно меньшим по сравнению с общей длиной защитной полосы и, предпочтительно, меньшим по сравнению с длиной наименьшей магнитной зоны полосы. Магнитное поле возбуждения приложено, предпочтительно, под углом 45o по отношению к высоте (ширине) защитной полосы (то есть, если в магнитном материале на защитной полосе выполнены какие-либо знаки, то поле возбуждения действует под углом 45o по отношению к ним). Эта угловая ориентация, предпочтительно, позволяет в каждый момент времени опрашивать только одну зону магнитного материала на защитной полосе. Это обеспечивает надлежащую разрешающую способность для считывания пространственного распределения зон магнитного материала на защитной полосе, тем самым обеспечивая возможность определения достоинства ценной бумаги.
Аналогично первому варианту осуществления настоящего изобретения сигналы, образующегося в результате магнитного поля, выдаваемые защитной полосой, разделяются на основную гармонику и третью гармонику, и как синфазные, так и квадратурные составляющие исследуются процессором для обработки сигналов с целью определения достоинства. Один способ определения достоинства состоит в сравнении результирующего сигнала, характеризующего обнаруженное пространственное распределение магнитного материала на защитной полосе, с множеством сигналов, хранящихся в памяти, которые характеризуют различные рисунки с пространственным распределением, соответствующие действительной стоимости (достоинству денежного документа).
Фиг. 1 представляет собой перспективное изображение защитной полосы, имеющей магнитный материал, используемый в ней, и расположенной в виде защитного элемента внутри денежного документа на бумажной основе;
фиг. 2 представляет собой перспективное изображение альтернативного варианта осуществления защитной полосы по фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой вид сверху еще одного альтернативного варианта осуществления защитной полосы по фиг.1 и 2:
фиг.4 представляет собой перспективное изображение обмоток возбуждения и считывания, расположенных на ферритовом сердечнике, вместе с ценной бумагой (банкнотой), содержащей защитную полосу по фиг. 1-3 и проходящей в непосредственной близости от места расположения обмоток возбуждения и считывания;
фиг. 5 представляет собой вид сверху расположения обмоток возбуждения и считывания по фиг.4;
фиг. 6 представляет собой вид с торца расположения обмоток возбуждения и считывания по фиг.4 - 5;
фиг. 7 представляет собой альтернативный вариант размещения обмотки возбуждения и обмотки считывания;
фиг.8 представляет собой блок-схему электронной схемы, соединенной с обмоткой возбуждения и с обмоткой считывания по фиг.4 - 7; и
фиг. 9 представляет собой более подробную блок-схему одного из элементов блок-схемы по фиг.8.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
На чертежах показано устройство для верификации подлинности и/или характеристики (например, достоинства) денежного документа на бумажной основе, которое обозначено в целом поз. 100. Устройство 100 предназначено для использования с документом 104, таким как ценная бумага или банкнота, который включает в себя защитный элемент в виде защитной полосы 108. Полоса 108 содержит пластмассовую подложку 112, полностью заделанную внутрь бумаги 104. На одной поверхности подложки 112 осажден магнитомягкий материал 116 в виде заранее заданных рисунков. При работе денежный документ 104 с защитной полосой 108 в нем пропускают мимо проволочной обмотки 120 в непосредственной близости от нее, при этом на обмотку подан переменный ток, чтобы тем самым создать магнитное поле в заранее определенной зоне, окружающей обмотку 120 возбуждения. Вблизи обмотки возбуждения расположена обмотка 124 считывания, которая присоединена к электронной схеме 128 обработки сигнала. При пропускании денежного документа 104 с защитной полосой 108 вблизи обмотки 120 возбуждения приложенное магнитное поле магнитно насыщает магнитомягкий материал 116 на подложке 112 защитной полосы. Магнитный материал на подложке защитной полосы в ответ создает поле с нелинейными характеристиками, которое содержит различные частотные составляющие, причем одна частотная составляющая имеет ту же частоту, что и приложенное магнитное поле, а другие частотные составляющие представляют собой кратные гармоники частоты приложенного магнитного поля. Обмотка 124 считывания распознает различные частоты образованного в ответ на воздействие (ответного) магнитного поля и генерирует соответствующие электрические сигналы. Эти электрические сигналы обрабатываются электронной схемой 128 заранее определенным образом, чтобы в конце концов определить как тип магнитного материала 116, так и пространственное распределение магнитного материала 116. Таким образом, устройство 100 может проверить подлинность денежного документа 104, а также установить характеристику денежного документа, такую как его достоинство.
Как показывают фиг.1 - 3, в предпочтительном варианте осуществления защитная полоса 108 содержит пластмассовую подложку 112, имеющую по меньшей мере один защитный элемент, в котором используется магнитомягкий металл, расположенный по меньшей мере на одной поверхности подложки. Однако следует понимать, что данный предпочтительный вариант осуществления защитной полосы приведен исключительно в качестве примера. Вместо этого защитный элемент, используемый в денежном документе, может содержать при желании пластинку или планшет (planchette), или т. п. Независимо от фактического вида выбранного защитного элемента общим признаком каждого защитного элемента является вид и пространственное распределение магнитного материала 116. В случае защитной полосы 108 пластмассовая подложка 112 просто представляет собой "транспортное средство" для переноса магнитного материала 116.
Предпочтительные варианты осуществления защитной полосы 108 содержат пластмассовую подложку 112, имеющую два защитных элемента: первый защитный элемент, содержащий возможно повторяющийся рисунок 132 из магнитомягкого металла, и второй защитный элемент, содержащий знаки 136, выполненные из магнитного и/или немагнитного металла. Возможно повторяющийся рисунок 132 первого защитного элемента содержит по меньшей мере одну зону 140 из магнитомягкого металла и по меньшей мере одну разделяющую зону 144, при этом такие зоны возможно расположены в чередующейся последовательности на рисунке 132, который проходит вдоль длины пластмассовой подложки 112. Разделяющая зона(-ы) 144 позволяет металлическим зонам 140 проявлять магнитное действие квазинезависимо друг от друга, когда защитная полоса 108 подвергается воздействию опрашивающего магнитного поля по некоторой схеме, что будет описано более подробно ниже в связи с устройством 100, согласно настоящему изобретению. То есть распознаваемые признаки разделяющей зоны, если они имеются, не влияют на распознаваемое различие сигналов, генерируемых металлическими зонами 140.
Магнитные металлические материалы 116, которые предполагается использовать в защитной полосе 108, представляют собой магнитомягкие металлы, имеющие низкую коэрцитивность, составляющую менее примерно 5000 А/м при измерении ее магнитометром переменного тока при частотах от примерно 10 кГц до примерно 100 кГц. Предпочтительные магнитомягкие материалы имеют коэрцитивную силу от примерно 50 А/м до примерно 5000 А/м и наиболее предпочтительно от примерно 100 А/м до примерно 2000 А/м. Эти предпочтительные магнитомягкие материалы обладают ударной вязкостью и резильянсом по отношению к механической деформации. Они также имеют высокую присущую им относительную магнитную проницаемость от примерно 200 до примерно 100000. Металлы магнитно насыщаются при слабых магнитных полях с коэрцитивной силой менее примерно 10000 А/м и имеют степень магнитной нелинейности, которая достаточно высока для получения измеряемых сигналов гармоник в процессе исследования магнитных свойств со средней дистанции (то есть от 1 до 2 мм) при приложенном магнитном поле.
Предпочтительные магнитомягкие металлические материалы включают в себя такие аморфные (с неупорядоченной структурой) металлосодержащие стекломатериалы, как аморфные сплавы на основе магнитомягких металлов, включая сплавы на основе кобальта/железа, сплавы на основе железа/никеля и сплавы на основе кобальта/никеля. Подходящие сплавы на основе кобальта/железа поставляются фирмой Vacuumschmelze GmbH, Postfach 2253. D-63412, Hanau, ФРГ, под торговыми обозначениями: Vacuumschmelze 6025 (66% кобальта (Co), 4% железа (Fe), 2% молибдена (Mo), 16% кремния (Si) и 12% бора (B); Vacuumschmelze 6030 (аналогичный Vacuumschmelze 6025, около 70% Co, составляющие с малым процентным содержанием неизвестны); и Vacuumschmelze 6006 (46% Co, 26% Ni, 4% Fe, 16% Si и 8% B). Подходящие сплавы на основе железа/никеля поставляются фирмой Allied-Signal, Inc., Parsipanny, NJ 07054, под торговыми обозначениями: Allied-Metglas 2714 и 2704. Такие материалы имеют аморфную структуру при определенных условиях осаждения.
Перечень магнитных материалов, которые предполагается использовать во втором защитном элементе защитной полосы, не ограничен и включает как магнитомягкие, так и магнитожесткие металлы. Немагнитные металлы, которые предполагается использовать на защитной полосе, включают алюминий, никель и серебро, причем предпочтительным металлом является алюминий.
На фиг.1 рисунок 132 защитной полосы 108 содержит зону 140 из магнитного металла и примыкающую разделяющую зону 144, при этом обе зоны имеют прямоугольную форму. Выполненные из металла знаки 136 расположены как в зоне 140 из магнитного металла в виде знаков из магнитного металла, так и в разделяющей зоне 144 в виде знаков из металла. На фиг. 2 рисунок 132 содержит три зоны 140, выполненные из магнитного металла и имеющие увеличивающуюся толщину с тем, чтобы образовать зоны с различающейся напряженностью магнитного поля, и соответствующие разделяющие зоны 144 между ними, которые имеют конфигурацию знака доллара. Разделяющие зоны 144 расположены в каждой зоне 140 из магнитного металла и между ними. Другими словами, выполненные из металла знаки, которые принимают конфигурацию знака доллара, имеют одинаковую протяженность в пространстве с разделяющими зонами 144 и служат для того, чтобы полностью разделить (на фиг.2) металлические зоны 140. Термин "имеющий одинаковую протяженность в пространстве", используемый в данном случае, служит для обозначения того, что рассматриваемые зоны 140, 144 и знаки имеют одинаковые пространственные границы.
На фиг. 3 зоны 140 из магнитного металла первого защитного элемента и второго защитного элемента имеют одинаковую протяженность в пространстве. Например, выполненные из металла знаки второго защитного элемента представляют собой знаки из магнитного металла? которые образуют зону(ы) из магнитного металла первого защитного элемента.
Пластмассовая подложка 112 может быть изготовлена из любого прозрачного или просвечивающего (полупрозрачного) материала, который предпочтительно является немагнитным и непроводящим. К таким материалам относятся пленки из сложного полиэфира, регенерированной целлюлозы, поливинилхлорида или другого пластика, причем предпочтительным материалом является сложный полиэфир. Такие пленки остаются неповрежденными во время процесса производства бумаги и предпочтительно имеют ширину в диапазоне от примерно 0,5 мм до примерно 3,0 мм.
Как описано выше, возможно повторяющийся рисунок 132 первого защитного элемента содержит по меньшей мере одну зону 140 из магнитомягкого металла и по меньшей мере одну разделяющую зону 144, возможно расположенные в чередующейся последовательности на рисунке 132, который проходит вдоль части или всей длины пластмассовой подложки 112. Другие рассматриваемые последовательности включают в себя блоки из множества зон 140 из магнитного металла, в которых используются различные количества магнитного металла, и которые разделены разделяющимися зонами 144. Каждая металлическая зона 140 содержит различное количество магнитного металлического материала. Там, где разделяющие зоны 144 служат для того, чтобы металлические зоны 140 могли проявлять магнитное действие квазинезависимо друг от друга, эти разделяющие зоны 144 могут принимать форму зоны, свободной от магнитного металла, или могут принимать форму зоны, имеющей уменьшенное содержание магнитного металла или поверхностное покрытие из магнитного металла уменьшенной толщины по сравнению с зонами 140 из магнитного металла. Зона(-ы) 140 из магнитного металла и разделяющая зона(-ы) 144 могут принимать любую форму или конфигурацию.
В тех случаях, когда форма (например, размер и толщина) зон из магнитного металла определяет магнитную характеристику за счет влияния магнитной проницаемости, определяемой формой, и за счет влияния толщины на магнитную коэрцитивную силу, предпочтительно, чтобы каждая зона 140 из магнитного металла имела толщину в диапазоне от около 0,01 до около 10 мкм, и в более предпочтительном варианте имела толщину от около 0,10 до около 0,50 мкм. Также предпочтительно, чтобы каждая зона 140 из магнитного металла имела длину вдоль бокового края пластмассовой подложки 112 в диапазоне от около 0,1 мм до около 5 мм. Зоны 140 из магнитного металла с вышеуказанными размерами будут характеризоваться определяемыми формой значениями относительной магнитной проницаемости в предпочтительном диапазоне от 200 до 10 000. Такая высокая магнитная проницаемость обеспечивает возможность легкого магнитного насыщения магнитного металла в слабых магнитных полях. Более того, насыщенность, которая получается при воздействии определенных полей, создает дополнительную основу для проверки подлинности.
Второй защитный элемент полосы 108 может представлять собой отдельный и/или имеющий такую же протяженность в пространстве защитный элемент, поддающийся проверке населением, и содержит знаки 136, выполненные из магнитного и/или немагнитного металла, такие как металлические знаки или прозрачные знаки, ограниченные металлическими границами. В частности, выполненные из магнитного металла знаки или прозрачные знаки могут образовывать часть каждой зоны 140 из магнитного металла и разделяющей зоны 144 и/или могут образовывать разделяющую зону(-ы) 144. С другой стороны, знаки 136 из магнитного металла или символы из магнитного металла могут образовывать зону (-ы) 140 из магнитного металла и/или часть каждой разделяющей зоны 144. Кроме того, знаки из немагнитного металла или выполненные из немагнитного металла знаки 136 могут образовывать часть разделяющей зоны (зон) 144. В предпочтительном варианте осуществления, в котором защитная полоса 108 заделана в ценную бумагу 104, знаки 136 образуют выражение или фразу, которую невозможно легко различить при отраженном освещении, но которая становится удобочитаемой для смотрящих на нее людей при проходящем свете. Устройство 100, согласно настоящему изобретению, которое подробно описано ниже, проверяет только первый защитный признак (т. е. зоны из магнитного металла), а не второй защитный признак (т.е. знаки).
Первый и второй защитный элементы могут быть выполнены путем осаждения магнитного металлического материала 116 на пластмассовую подложку 112 с помощью любого из ряда способов, включающего следующие способы, но не ограниченного ими: избирательную металлизацию путем электролитического осаждения, горячую штамповку непосредственно на подложку или используя фотошаблон или шаблон в вакуумном металлизаторе, и способы, включающие металлизацию с последующей избирательной деметаллизацией путем химического травления, удаления лишнего металла лазерным излучением и т.п.
Предпочтительно использовать способы, включающие металлизацию с последующей избирательной деметаллизацией. Рассматриваемые методы металлизации или осаждения включают в себя металлизацию напылением, например, напыление с помощью плоского магнетрона (планотрона), электронно-лучевое напыление/сублимацию или термовакуумное напыление/сублимацию, и электролитическое химическое осаждение в дополнение к пиролизу паров метаплоорганических соединений. Предпочтительным способом металлизации или осаждения является металлизация напылением.
Напыление представляет собой процесс конденсации из паровой (газовой) фазы, который протекает в вакуумной камере, в которой ионы газа (например, аргона) разгоняются в направлении разности электрических потенциалов с достаточной силой для того, чтобы вытолкнуть атомы из мишени. Вытолкнутые атомы перемещаются через зону частичного вакуума до тех пор, пока они не столкнутся с поверхностью (например, пластмассовой подложкой 112), на которой они могут конденсироваться с образованием покрытия. Предполагается, что мишень, используемая при способе металлизации напылением (т.е. сплав, способный образовывать аморфное металлосодержащее стекло), была подготовлена путем плазменного напыления из расплава, и что осажденный материал не подвергался отжигу после осаждения.
Рассматриваемые способы избирательной деметаллизации представляют собой способы, при которых осажденный материал выборочно удаляют с поверхности мишени. Как указано выше, к этим способам относятся химическое травление и травление путем удаления лишнего металла лазерным излучением. Также можно использовать способы абразивного истирания и отслаивания. Способ отслаивания (обратной литографии) предусматривает избирательное удаление осажденного материала путем избирательного нанесения клея с последующим удалением клея на носителе. Предпочтительными являются способы химического травления и удаления лишнего металла лазерным лучом.
Химическое травление может быть выполнено путем избирательной печати резиста с последующим химическим травлением, используя соответствующий травитель, такой как хлорид железа или смесь фтористоводородной кислоты и азотной кислоты.
Для получения зон 140 из магнитного металла, имеющих различную толщину, как показано на фиг. 2, можно использовать способ травления, при котором происходит только частичное удаление осажденного металла с участка исходной толщины, в сочетании со способом, который используется для травления на полную глубину слоя(-ев) осажденного металла.
Травление путем удаления лишнего металла лазерным лучом можно выполнять при уменьшенной мощности лазерного излучения в тех случаях, когда магнитомягкий металл, согласно настоящему изобретению, будучи нагретым до температур порядка 350 - 400oC, кристаллизуется из аморфного состояния. Происходящее в результате этого морфологическое разрушение, как правило, заставляет материал отслаиваться чешуйками и крошиться. Соответственно, требования к мощности снижаются по сравнению с требованиями, которые характерны для травления осажденного в вакууме алюминия лазерным излучением.
В дополнение к вышесказанному также можно использовать обычные термоконтактные печатающие головки, температура которых составляет от около 350oC до около 450oC и разрешающая способность - до примерно 300 точек на дюйм для того, чтобы вызвать рекристаллизацию обрабатываемого материала, и тем самым осуществить удаление материала или травление.
Защитная полоса 108 может содержать дополнительные слои или покрытия поверх магнитного металла. К рассматриваемым дополнительным слоям или покрытиям относятся защитные наружные слои из пластика, которые делают полосу менее подверженной химическому разъеданию, и отражающие металлические слои и маскировочные покрытия, которые делают полосу менее видимой при отраженном освещении, когда полоса заделана в ценные бумаги (денежные документы), такие как банкноты. Также имеются слои клеящего вещества, которые облегчают введение полосы внутрь денежных документов или размещение ее на денежных документах.
Когда композиционный лист, содержащий защитные элементы, изготовлен, как подробно указано выше, лист может быть разрезан на защитные полосы, используя обычные способы, или разделен на большое число пластинок с помощью соответствующей операции высечки.
Защитная полоса 108 может быть введена в ценные бумаги 104, такие как банкноты, во время изготовления таких ценных бумаг. Например, если защитная полоса 108 выполнена в виде пластинок, она может быть напрессована (возможно с помощью клея) на поверхность частично затвердевшей бумажной ленты, что приводит к закреплению таких пластин на поверхности. С другой стороны, защитный элемент в виде защитной полосы 108, содержащей подложку 112. покрытую магнитным материалом, может быть введен внутрь мокрых бумажных волокон, пока волокна находятся в незатвердевшем состоянии и могут быть согнуты, как указано в патенте США 4534398. Это приводит к тому, что полоса 108 оказывается полностью заделанной в бумагу. Защитная полоса 108 может также быть подана в круглосеточную заливочную формовочную бумагоделательную машину, круглосеточную бумагоделательную машину или аналогичную машину известного типа, что приводит к частичному заделыванию полосы 108 внутрь тела готовой бумаги (т. е. бумаги с полосой в виде окна). Кроме того, полоса 108 может быть закреплена на поверхности ценных бумаг или во время изготовления или после него.
На фиг. 4 изображена ценная бумага или банкнота 104 с защитной полосой 108, полностью заделанной в ней, причем банкнота 104 проходит вблизи от обмотки 120 возбуждения и обмотки 124 считывания или обнаружения (как правило, на расстоянии не более десяти (10) миллиметров от обмотки 124 считывания и по возможности также от обмотки 120 возбуждения). Направление стрелки 148 на фиг. 4 указывает, что сканирование банкноты 104 производится в направлении "узкого края" по отношению к размеру обмоток 120, 124 по длине (т. е. более короткий край 152 банкноты 104 представляет собой передний (ведущий) край в направлении сканирования). Защитная полоса 108 заделана в денежный документ 104 таким образом, что направление протяженности знаков 136 по высоте коаксиально с направлением подачи ценной бумаги.
Обмотка 120 возбуждения содержит первую обмотку из проволоки, намотанной вокруг магнитомягкого полученного путем спекания ферритового сердечника 156. Обмотка 124 считывания заделана в деталь 160 из изоляционного материала (фиг. 6) и содержит одинарную обмотку (т.е. обмотку из одного витка) из проволоки. На фиг. 4 - 6 показано пространственное положение двух обмоток 120, 124 относительно ферритового сердечника 156.
Применение ферритового сердечника 156 вместе с обмоткой 120 возбуждения обеспечивает возможность "возбуждения" внешнего прикладываемого магнитного поля, создаваемого обмоткой возбуждения, в заранее определенных местах в пространстве, которые позволяют получить надлежащую однородность и напряженность приложенного магнитного поля. Ферритовый сердечник 156 также позволяет получить внешнее магнитное поле, используя сравнительно меньшую величину электрического тока по сравнению с током, который требуется для катушек с воздушным сердечником. Таким образом, для устройств с питанием от аккумуляторной батареи обеспечивается меньшее потребление энергии. Кроме того, использование ферритового сердечника 156 позволяет располагать витки обмотки возбуждения в стороне от зоны опрашивающего или приложенного магнитного поля (более точно, располагать их в стороне от витков обмотки считывания). Это позволяет уменьшить паразитную емкостную связь между электрическими цепями возбуждения и считывания, описанными ниже. Кроме того, емкостная связь уменьшается, если число витков в обмотке 124 считывания сохраняется сравнительно небольшим. В предпочтительном варианте осуществления используется только обмотка с одним витком. Альтернативно, можно использовать более одной обмотки 124 считывания.
На фиг. 4 - 6 показано расположение обмотки 120 возбуждения и обмотки 124 считывания, при котором они находятся только с одной стороны от предъявленной (для проверки) банкноты 104. Следует понимать, что такое их положение приведено исключительно в виде примера. Приложение магнитного поля и считывание с одной стороны могут быть необходимыми, когда эргономические соображения или соображения, связанные с ограничением возможности подачи или пространственными ограничениями, превалируют над потенциальными преимуществами двухстороннего размещения обмоток 120, 124. Вместо этого можно использовать двухстороннее расположение, при котором обмотки возбуждения и считывания могут быть размещены с обеих сторон (т.е. с двух противоположных сторон банкноты). Размещение обмоток с двух сторон, как правило, обеспечивает большую степень разделения между обмотками 120, 124 возбуждения и считывания, тем самым позволяя минимизировать паразитную емкостную связь магнитных полей. Кроме того, двухстороннее размещение обмоток, как правило, позволяет получить такую результирующую напряженность магнитного поля, создаваемого в ответ на воздействие приложенного магнитного поля зонами 140 из магнитного металла защитной полосы 108, которая будет менее чувствительна к пространственному положению денежного документа 104 в зазоре между обмоткой 124 считывания. Альтернативно, обмотка 120 возбуждения может быть расположена с одной стороны банкноты 104, в то время как обмотка 124 считывания может быть расположена с другой стороны банкноты.
Кроме того, на фиг.4 - 6 показано такое расположение обмоток возбуждения/считывания, при котором они находятся под углом, например, составляющим 45o, к направлению длины защитной полосы внутри банкноты. Снова следует подчеркнуть, что такое расположение приведено исключительно в виде примера. Такое угловое положение обеспечивает возможность опрашивания каждой из магнитных зон 140 защитной полосы 108 по одной в каждый момент времени с помощью обмоток возбуждения/считывания. Однако такое расположение под углом 45o позволяет также ориентировать приложенное магнитное поле в частично перпендикулярном направлении относительно полосы.
На фиг.7 показано двухстороннее расположение обмоток 120, 124 возбуждения и считывания с воздушным сердечником. Это расположение позволяет получить магнитное поле, приложенное к защитной полосе 108 предъявленной банкноты 104, которое отличается высокой степенью однородности. В целом, напряженность и направление приложенного магнитного поля оказывают сильное влияние на соответствующие амплитуды любых результирующих сигналов гармоник внутри ответного магнитного поля, создаваемого магнитными зонами 140 защитной полосы 108. Таким образом, в основном требуется, чтобы приложенное магнитное поле было сравнительно однородным в любом месте в пространстве, в котором может быть помещена банкнота 104. Например, приложенное магнитное поле должно быть сравнительно однородным по всей протяженности зазора любой детекторной головки, в котором банкнота может подвергаться некоторой вибрации (испытывать дрожание) из-за механики транспортирующего устройства (непоказанного), используемого для перемещения банкноты относительно обмоток 120, 124 возбуждения и считывания. Кроме того, как можно видеть на фиг.7, основные плоскости обмоток 120, 124 возбуждения и считывания расположены под прямыми углами. Это исключает какую-либо непосредственную связь магнитных полей между обмотками.
Направление стрелки 164 на фиг.7 показывает направление движения банкноты относительно обмоток 120, 124. Хотя это и не показано на фиг.7, в приведенном в качестве примера варианте осуществления банкноту 104 направляют относительно обмоток 120, 124 таким образом, что сторона банкноты, определяющая ее размер по ширине, или край 168 банкноты (фиг.4) представляет собой передний (ведущий) край при перемещении. Кроме того, хотя это также не показано на фиг.7, защитная полоса 108 сориентирована под углом 45o относительно направления длины (размера по длине) обмоток 120, 124 возбуждения и считывания. Это делается по тем же причинам, что были приведены ранее в отношении ферритового сердечника 156 и расположения обмоток. Кроме того, и это является наиболее важным с точки зрения считывания пространственного распределения магнитных зон 140 защитной полосы 108, более узкий размер обмотки 124 считывания по фиг.7 (то есть расстояние между двумя параллельными участками проволоки или верхней, или нижней части одновитковой обмотки считывания) меньше самого короткого участка любой магнитной зоны 140 защитной полосы 108. Это позволяет обмотке считывания обнаруживать сигналы отдельных и дискретных магнитных полей, при этом каждый обнаруженный сигнал содержит информацию о какой-либо магнитной характеристике только одной соответствующей зоны 140 из магнитного металла. Эта полученная в результате информация используется при определении специфического признака денежного документа 104, образуемого пространственным распределением магнитных зон 140 на подложке 112 защитной полосы. Например, когда денежный документ 104 представляет собой банкноту, определяемой характеристикой является достоинство (стоимость, ценность). Определение достоинства более подробно описано ниже.
На фиг. 8 показана блок-схема электронной схемы 128, которая может быть использована при различных рассматриваемых вариантах расположения обмоток возбуждения/считывания, ряд которых был описан ранее со ссылками на фиг.4 - 7. Как обмотка 120 возбуждения, так и обмотка 124 считывания имеют соответствующие согласующие трансформаторы 172, 176 (? 126), которые уменьшают воздействия емкостной связи по отношению к индуктивной связи. Кроме того, согласующий трансформатор 172, используемый вместе с обмоткой 120 возбуждения, может снизить напряжение, поданное на обмотку возбуждения. Кроме того, хотя это и не показано, обмотка 120 возбуждения может иметь конденсатор, соединенный с ней с целью создания резонансного контура. Использование резонансного контура улучшает отношение сигнал-шум и коэффициент подавления настроенной частоты по отношению к ненастроенной частоте при детектировании этой единственной частоты гармоники. Однако, если электронная схема 128 используется для детектирования более одной частоты гармоники, резонансный контур применим в меньшей степени, и конденсатор, как правило, не применяется.
Электронная схема 128 также содержит синтезатор 180 частот, который формирует различные сигналы при определенных частотах. Синтезатор 180 частот создает пару сигналов переменного тока (AC) на шине 184 сигналов (сигнальной шине), ведущей к каскаду 188 коммутации и буферного усиления. Синтезатор 180 частот может содержать отдельные элементы, расположенные хорошо известным образом, для формирования сигналов, подаваемых на усилитель 188. С другой стороны, синтезатор 180 частот может при необходимости содержать цифровую прикладную интегральную схему (ASIC).
Два сигнала возбуждения, формируемые синтезатором 180 частот, подробно описаны ниже. Эти два сигнала усиливаются в усилительном каскаде 188 и подаются на разделительный трансформатор 192 и затем к блоку 196 фильтрации и настройки. Фильтр может содержать LC-полосовой пропускающий фильтр, который позволяет подавать только частоты в пределах определенного диапазона на согласующий трансформатор 172 и затем на обмотку 120 возбуждения, чтобы уменьшить количество гармоник в сигнале, подаваемом на обмотку 120 возбуждения.
Синтезатор частот также формирует множество сигналов на шине 200 сигналов, ведущей к каскаду 204 синхронного детектирования. Каскад 204 синхронного детектирования, более подробно показанный на фиг. 9, содержит множество (например, 4) смесителей 208 сигналов и 4-полюсные активные фильтры 212 нижних частот. Каждый смеситель может представлять собой смеситель модели DG411, который имеется на рынке. В приведенном в качестве примера варианте осуществления синтезатор 180 частот подает первый сигнал на шину 200, который представляет собой сигнал переменного тока с частотой 40 кГц. Второй сигнал на шине 200 также имеет частоту 40 кГц, но он сдвинут по фазе на 90o (то есть он находится в "квадратурном" соотношении по фазе) относительно синфазного "основного" сигнала (сигнала основной гармоники), поданного на первый смеситель 208. Синтезатор 180 частот также формирует сигнал при частоте 120 кГц, который имеет то же фазовое соотношение, что и основной сигнал. Этот третий сигнал имеет частоту, которая в три раза превышает частоту сигнала основной гармоники, и также является "синфазным" по отношению к сигналу основной гармоники с частотой 40 кГц. Наконец, синтезатор 180 частот формирует четвертый сигнал, который также имеет частоту 120 кГц и находится в квадратурном соотношении по фазе (то есть сдвинут по фазе на 90o) по отношению к "синфазному" сигналу с частотой 120 кГц. Эти четыре сигнала, поданные от синтезатора 180 частот на шину 200, подаются к соответствующим ступеням смесителя 208 и фильтра 212 в синхронном детекторе 204.
К каждому смесителю 208 в качестве отдельного входного сигнала также подается соответствующий сигнал на шине 216 сигналов, соединенной с множеством соответствующих усилителей 220 с низким уровнем собственных шумов (малошумящих). Каждый усилитель может представлять собой усилитель модели AD826. который имеется на рынке. В каскад 220 усилителя с низким уровнем собственных шумов также включены соответствующие усилители с низким уровнем собственных шумов и большим полным сопротивлением, каждый из которых может представлять собой усилитель модели AD797. На вход этих усилителей 220 подаются сигналы от обмотки 124 считывания, пропущенные через соответствующий согласующий трансформатор 176.
Каждый смеситель 208 внутри синхронного детектора 204 может быть приведен в действие для выделения информационного сигнала, магнитно считанного обмоткой 124 считывания из частоты сигнала, приложенного к обмотке 120 возбуждения, используя известную схему детектирования. Отдельные выходные сигналы от четырех смесительных каскадов 208 затем подаются на отдельные сигнальные линии, которые образуют шину 224 сигналов, которая присоединена к аналого-цифровому преобразователю 228. Преобразованный в цифровую форму (оцифрованный) выходной сигнал от аналого-цифрового преобразователя подается на процессор 232 для обработки сигналов, который может представлять собой известную микропроцессорную микросхему. Как подробно описано ниже, процессор для обработки сигналов служит для определения подлинности денежного документа, пропущенного вблизи обмотки 120 возбуждения и обмотки 124 считывания, исходя из информации, если таковая имеется, "считанной" из зон 140 из магнитного металла на защитной полосе 108. И в завершение, выходной сигнал от процессора 232 для обработки сигналов может быть подан, например, на дисплей, или сортировщик 236 банкнот, или на другие типы систем с центральными ЭВМ.
При работе синтезатор 180 частот выдает два сигнала на шину 184, ведущую к усилительному каскаду 188. Эти сигналы являются сигналами переменного тока, каждый из которых имеет частоту 40 кГц и представляет собой прямоугольный импульсный сигнал. Первый прямоугольный импульсный сигнал имеет угол сдвига опережающей фазы, который составляет +120o относительно синфазного сигнала с частотой 40 кГц, подаваемого от синтезатора 180 частот к синхронному детектору 204. Второй прямоугольный импульсный сигнал с частотой 40 кГц, подаваемый на усилительный каскад 188, имеет угол запаздывающей фазы, составляющий -120o, относительно синфазного сигнала с частотой 40 кГц, подаваемого от синтезатора 180 к синхронному детектору 204. Хотя это приведено исключительно в качестве примера, тем не менее использование этих двух прямоугольных сигналов, не совпадающих по фазе на 120o, обеспечивает возможность уменьшения затрат на компоненты, применяемые в электронной схеме 128, без ухудшения ее рабочих характеристик. Поскольку прямоугольный обычный импульс содержит множество составляющих с частотой третьей гармоники, вероятность нежелательной паразитной связи таких гармоник между обмоткой 120 возбуждения и обмоткой 124 считывания устраняется путем объединения двух сигналов с цепью получения псевдопрямоугольного импульсного сигнала, приложенного к обмотке 120 возбуждения без какого-либо содержания третьей гармоники.
Прямоугольный сигнал с частотой 40 кГц подается на обмотку 120 возбуждения для создания внешнего магнитного поля переменного тока, которое имеет высокую степень однородности благодаря конструкции обмотки 120 возбуждения, описанной выше применительно к приведенным в качестве примера вариантам осуществления по фиг. 4 - 7. Частота сигналов возбуждения, подаваемых на обмотку 120 возбуждения, имеет значение 40 кГц, приведенное в качестве примера. Однако предпочтительно, чтобы частота находилась в диапазоне от 500 Гц до 500 кГц и наиболее предпочтительно - в диапазоне от 10 кГц до 100 кГц. При более низких частотах амплитуда сигнала небольшая, так что одним ограничением, накладываемым на частоту, является соответствующее требованиям нормальной работы соотношение сигнал - шум для компонентов электронного устройства. Кроме того, частота должна быть достаточно высокой для того, чтобы измерение параметров каждой анализируемой зоны 140 из магнитного металла на защитной полосе 108 происходило по меньшей мере в течение нескольких циклов (воздействия) приложенного магнитного поля. Например, для высокоскоростных сортировщиков банкнот, применяемых в банках, стандартная скорость подачи 10 м/с требует частоты не менее 10 кГц и предпочтительно около 40 - 50 кГц. С другой стороны, по мере увеличения частоты возбуждения коэрцитивная сила магнитного материала явно стремится возрасти для большинства материалов. Проявляемая коэрцитивная сила должна быть достаточно небольшой с тем, чтобы магнитный материал мог магнитно насыщаться путем воздействия приложенного магнитного поля. В противном случае не будет получена желательная высокая степень нелинейности образующегося в результате (ответного) магнитного поля. Коэрцитивная сила должна быть рационально небольшой, а магнитные поля возбуждения должны быть рационально несильными, чтобы обеспечить достаточную степень отличия от обычных магнитных материалов, например, таких, как материалы ключей от дома. В предпочтительном варианте осуществления, описанном здесь, обнаруживаемая (различимая) коэрцитивная сила зон 140 из магнитного материала составляет от 500 до 750 А/м и амплитуда поля возбуждения приблизительно составляет 1000 А/м.
При работе по мере прохождения предъявленной банкноты 104 с защитной полосой 108 вблизи от обмотки 120 возбуждения и обмотки 124 считывания без контакта с ними (предпочтительно на расстоянии менее 10 мм), приложенное магнитное поле переменного тока с частотой 40 кГц магнитно насыщает зоны 140 из магнитного металла на защитной полосе. Эти зоны 140 из магнитного металла затем в ответ на данное воздействие создают магнитное поле, которое содержит различные частотные составляющие, поскольку зоны 140 магнитно были насыщены приложенным магнитным полем. То есть магнитное поле, создаваемое в ответ на воздействие зонами 140 из магнитного металла, содержит основную гармонику с основной (базисной) частотой 40 кГц. Это ответное магнитное поле также содержит различные частотные составляющие с гармониками основной частоты или кратными основной частоте. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления электронная схема 128, согласно настоящему изобретению, предназначена для считывания частоты третьей гармоники (т.е. 120 кГц) при основной частоте 40 кГц. Третья гармоника представляет собой гармонику сравнительно низкого порядка, и это предпочтительно, так как гармоники низшего порядка обычно дают сигнал большей энергии по сравнению с гармониками высшего порядка. Также предпочтительны гармоники нечетного порядка, поскольку они в большей степени образуются по сравнению с гармониками четного порядка при отсутствии какого-либо значительного магнитного поля постоянного тока (DC). Однако следует понимать, что в устройстве 100, аналогичном устройству согласно настоящему изобретению, можно использовать любую гармонику. Тем не менее использование третьей гармоники так, как в описанном здесь предпочтительном варианте осуществления, обеспечивает значительное преимущество с точки зрения соотношения сигнал - шум по сравнению с использованием гармоник сравнительно более высокого порядка.
Различные частотные составляющие магнитного поля, создаваемого в ответ на воздействие зонами 140 из магнитного металла в защитной полосе 108, считываются обмоткой 124 считывания и в конце концов подаются на каскад 204 синхронного детектирования. Амплитуда или величина каждого из четырех ранее описанных сигналов детектируется синхронным детектором и оцифровывается аналого-цифровым преобразователем 228 и подается на процессор 232 для обработки сигналов. Эти четыре сигнала состоят из синфазного и квадратурного сигналов с основной частотой 40 кГц и из синфазного и квадратурного сигналов с частотой третьей гармоники 120 кГц. В соответствии с одним вариантом осуществления устройства 100, согласно настоящему изобретению, процессор для обработки сигналов предназначен для определения типа магнитного материала 116, образующего зоны 140 из магнитного материала на защитной полосе 108. В приведенном в качестве примера варианте осуществления процессор 232 для обработки сигнала определяет тип зон 140 из магнитного материала путем сравнения амплитуды сигнала третьей гармоники основной частоты с определенным пороговым значением, хранящимся в памяти, связанной с процессором 232 для обработки сигналов. Амплитуда синфазной составляющей сигнала третьей гармоники основной частоты указывает на то, что в зонах 140 из магнитного металла использован надлежащий ("законный") магнитный материал 116, когда амплитуда этого сигнала превышает определенное пороговое значение, которое представляет собой известную величину, соответствующую типу магнитного материала 116. Это подтверждает то, что на защитной полосе 108 имеется магнитный материал 116, обладающий характеристиками с высокой степенью нелинейности.
Второй элемент проверки представляет собой сравнение амплитуды синфазной составляющей с основной частотой с заранее заданным пороговым значением. И в данном случае пороговое значение известно и является уникальным (единственным) для используемого типа магнитного материала 116. Подлинность имеет место в том случае, когда амплитуда этой составляющей с основной частотой имеет значение ниже определенной пороговой величины. Эта проверка гарантирует то, что на поверхности защитной полосы нет избыточного количества магнитного материала, которое могло бы иметь место при попытке подделать нелинейную характеристику в фальшивой банкноте 104. Третья проверка, осуществляемая процессором 232 для обработки сигналов, представляет собой сравнение отношения амплитуд синфазной третьей гармонической составляющей и амплитуды синфазной составляющей с основной частотой с диапазоном значений, хранящимся в памяти, связанной с процессором 232 для обработки сигналов. Эта проверка подтверждает, что существует соответствующая степень нелинейности по сравнению с линейными свойствами. Большинство магнитных материалов, обычно используемых фальшивомонетчиками, при этой третьей проверке будут иметь очень низкий уровень данного отношения. С другой стороны, подлинный магнитомягкий материал 116, используемый для зон 140 из магнитного металла на защитной полосе 108, будет при этой проверке давать более высокий уровень данного отношения. Это отношение (коэффициент), как правило, определяют путем проб и ошибок, используя специфическую измерительную аппаратуру, и оно зависит от конкретных используемых магнитных материалов и от их количества и формы размещения.
Затем процессор для обработки сигналов может обеспечить индикацию результатов данных проверок путем передачи соответствующей информации на дисплей или сортировщик 236 банкнот. В качестве дополнительного средства проверки подлинности типа магнитного материала 116, используемого в зонах 140 их магнитного металла на защитной полосе 108, устройство 100, согласно настоящему изобретению, может использовать амплитуду составляющих квадратурного сигнала или составляющей с основной частотой или третьей гармонической составляющей с целью оценки магнитной коэрцитивной силы материала 116. В конкретном случае процессор 232 для обработки сигналов может рассчитать арктангенс отношения амплитуды квадратурной составляющей к амплитуде синфазной составляющей или при основной частоте, или при частоте третьей гармоники. Результат расчета значения арктангенса данного отношения можно сравнить с ожидаемыми значениями для различных типов магнитных материалов 116. Магнитный материал с низкой коэрцитивностью будет давать сравнительно небольшую величину фазового сдвига, характеризуемого квадратурной составляющей. С другой стороны, магнитный материал 116 с высокой коэрцитивностью будет давать сравнительно большой фазовый сдвиг, характеризуемый квадратурной составляющей. Аналогичным образом, результаты этого сравнения могут быть переданы процессором 232 для обработки сигналов на дисплей, или на сортировщик 236 банкнот, или на любой другой тип устройства с целью индикации состояния "подлинная/фальшивая" ("годная/негодная") предъявленной банкноты 104.
Помимо проверки подлинности предъявленной банкноты 104 путем проверки подлинности типа магнитного материала 116, используемого в зонах 140 из магнитного металла на защитной полосе 108, устройство 100, согласно настоящему изобретению, может также определять характеристику денежного документа 104. Например, если документ 104 представляет собой банкноту, достоинство банкноты может быть определено при попытке установить различия между различными видами денежных документов в пределах одного общего класса (категории) денежных документов. Устройство 100, согласно настоящему изобретению, выполнено с возможностью установления различия между данными видами (денежных) документов путем распознавания пространственного распределения магнитного материала 116 защитной полосы 108. Это выполняется частично путем использования обмотки 120 возбуждения и обмотки 124 считывания, которые создают сравнительно сильные и обладающие высокой степенью однородности внешние (приложенные) магнитные поля. Кроме того, обмотка 124 считывания благодаря своим физическим размерам может распознавать магнитное поле, создаваемое зонами 140 из магнитного металла в ответ на воздействие приложенного магнитного поля, в сильно локализованной зоне.
Как подробно описано выше со ссылкой на фиг. 4 - 7, обмотка 124 считывания имеет расстояние между двумя параллельными участками проволоки обмотки, которое меньше длины самой малой зоны 140 из магнитного металла на защитной полосе. Предпочтительно, чтобы магнитное поле возбуждения, предназначенное для воздействия на защитную полосу, в основном, с прямоугольными зонами 140 из магнитного металла (как на фиг. 1), было приложено как можно более точно в перпендикулярном направлении по отношению к направлению высоты знаков 136 на полосе. Таким образом, магнитное поле возбуждения будет приложено к каждой зоне 140 из магнитного металла квазинезависимым образом. Это приводит к получению более легко различаемого и имеющего сильноконтрастную структуру характерного признака ("подписи") в ответных сигналах, обрабатываемых процессором 232 для обработки сигналов. Если вместо этого приложенное магнитное поле проходит параллельно длине защитной полосы, то приложенное магнитное поле покрывает более одной зоны из магнитного металла, создавая связь по магнитному полю (магнитное взаимодействие) между зонами 140. Это вызывает "размывание" картины сигнала до некоторой степени. Таким образом, как описано выше, приложенное магнитное поле проходит под углом 45o, что приводит к опрашиванию только одной зоны 140 в каждый момент времени, но при этом также обеспечивается возможность прохождения приложенного магнитного поля частично перпендикулярно к зонам 140.
Следовательно, в качестве альтернативы установки под углом 45o, показанной на фиг. 4, обмотка 120 возбуждения и обмотка 124 считывания могут быть сориентированы таким образом относительно банкноты 104, что широкий край 168 банкноты будет представлять собой передний край в направлении сканирования банкноты относительно обмоток 120 и 124. В этом положении обе обмотки 120, 124 оказываются сориентированными по своей длине перпендикулярно направлению длины защитной полосы 108.
Независимо от используемой конфигурации обмотки 120 возбуждения и обмотки 124 считывания устройство 100, согласно настоящему изобретению, предназначено для распознавания достоинства банкноты 104 путем распознавания типа магнитного материала 116, используемого в каждой зоне 140 защитной полосы 108. Следовательно, процессор 232 для обработки сигналов может использовать данные, собранные для каждой зоны 140 из магнитного металла, различными способами для определения достоинства банкноты 104. Например, процессор 232 для обработки сигналов может рассчитать среднее во времени значение для некоторых или всех данных, соответствующих каждой зоне из магнитного металла. Эти данные для каждой зоны могут представлять собой те данные, которые описаны выше, то есть данные, определяемые при состоящей из трех частей проверке с целью установления типа магнитного материала 116, имеющегося в зоне 140. В альтернативном варианте процессор 232 для обработки сигналов может проанализировать максимальные значения амплитуд демодулированных сигналов и использовать эти данные при определении достоинства. Третий альтернативный вариант заключается в том, что можно использовать первое появление заранее заданного значения данных, превышающего определенное пороговое значение. Как только достоинство определено любым выбранным способом, это достоинство также может служить в качестве признака подлинности банкноты 104.
В другом предпочтительном варианте осуществления процессор 232 для обработки сигналов использует способ проверки соответствия пространственного рисунка для определения достоинства предъявляемой банкноты 104. Способ, используемый процессором 232 для обработки сигналов, заключается в сравнении получающихся в результате данных (то есть демодулированных синфазных и квадратурных сигналов для основной составляющей и/или для третьей гармонической составляющей) с хранящимися в памяти "эталонами" сигналов. Также можно объединить две составляющие (то есть синфазную и квадратурную составляющие) для получения общей амплитуды при каждой частоте, используемой при сравнении. Эти эталоны представляют собой ожидаемый сигнал, соответствующий определенному участку каждого из различных возможных рисунков, характеризующих достоинство, для некоторой группы банкнот 104. Если рисунок, характеризующий достоинство, повторяется несколько раз в пределах одной предъявляемой банкноты, то эталон может быть выполнен для одного повторяющегося цикла, или даже для любого числа повторяющихся циклов. Чтобы можно было легче отличить эталоны друг от друга, каждый эталон имеет два соответствующих ему числа (то есть пороговое значение для эталона и нормировочный множитель эталона), которые выбираются путем проб и ошибок (методом подбора).
Процессор 232 для обработки сигнала может выполнить процедуру определения достоинства, используя программно-реализуемый процесс. Вначале процессор для обработки сигналов может выделить часть (подмножество - subset) детектированного сигнала для той же физической длины рисунка из магнитного материала на защитной полосе, какая представлена эталоном. То есть длина рисунка определяется исходя из длины проходящего за заданный промежуток времени участка при известной, постоянной скорости банкноты, проходящей вблизи обмоток 120, 124 возбуждения и считывания. Напротив, в том случае, если скорость банкноты непостоянна (например, банкноту перемещают вручную относительно обмоток 120, 124), необходимо измерять скорость и выполнять коррекцию скорости путем линеаризации, например, (это осуществляется за счет того, что) прерывание края банкноты определяется с помощью одного или более оптических датчиков (непоказанных).
Выделенная часть сигнала затем масштабируется процессором 232 для обработки сигналов таким образом, чтобы его средняя амплитуда соответствовала средней амплитуде эталонного сигнала. После этого параметры эталонного сигнала вычитаются из характеристик масштабированной выделенной части сигнала, и квадраты значений результирующей функции суммируются и делятся на число точек, чтобы получить "показатель" ошибки для этой выделенной части относительно эталонного сигнала. Меньшее значение показателя ошибок указывает на более близкое соответствие. После этого процессор 232 для обработки сигналов рассчитывает аналогичный показатель ошибки для каждой возможной части (подмножества) детектированного сигнала относительно каждого из эталонных сигналов и фиксирует только минимальный показатель ошибки, полученный для каждого эталонного сигнала (то есть "показатели ошибки для эталонных сигналов"). Этот процесс проверки каждого возможного множества (части) можно рассматривать в качестве "перемещения" эталона по всей длине измеренного сигнала для поиска соответствия.
После этого процессор для обработки сигналов вычитает каждый из показателей ошибки для эталона из соответствующего порогового значения для эталона и пересчитывает результат с нормировочным множителем эталона. Если ни один из получающихся в результате показателей не превышает нулевого значения, то сообщается об отсутствии соответствия. В противном случае выдается информация о соответствии для эталона, для которого был получен наибольший показатель у сигнала. Чтобы дополнительно повысить степень распознавания или способность процессора 232 для обработки сигналов определять различия между разными значениями достоинства банкнот, для каждого значения достоинства можно использовать несколько эталонов (например, 3). Средний показатель для эталонов используется при выборе окончательно согласованного значения достоинства. Три эталона отличаются, например, тем, что они имеют смещенные в пространстве элементы рисунка. Альтернативно, они могут характеризовать степени физического удлинения элементов рисунка. Выбор комплекта эталонов зависит от ожидаемых типов искажения реального рисунка на защитном элементе при использовании или при изготовлении (банкноты).
Специалисты в данной области должны понимать, что могут быть выполнены очевидные модификации, не отходя от идеи изобретения. Следовательно, для определения объема изобретения следует базироваться в первую очередь на сопровождающих пунктах формулы изобретения, а не на вышеприведенном описании.
Формула изобретения: 1. Устройство для верификации подлинности документа, имеющего защитную полосу, связанную с ним, которая включает в себя одну или более зон из магнитного материала, причем каждая зона магнитного материала имеет одну или более заранее определенных магнитных характеристик, включая коэрцитивную силу, не превышающую 5000 А/м, и относительную магнитную проницаемость в диапазоне 200 - 10000, причем устройство содержит: а) средство возбуждения для создания внешнего (приложенного) магнитного поля в виде магнитного поля переменного тока с заранее определенной основной частотой в пределах заранее определенной пространственной зоны, через которую пропускается документ, причем средство возбуждения содержит средство, предназначенное для создания внешнего магнитного поля с целью магнитного насыщения по меньшей одной или более зон из магнитного материала; b) средство считывания (приема), предназначенное для считывания ответного магнитного поля в пределах заранее определенной пространственной зоны, через которую пропускается документ на расстоянии, не превышающем 10 мм, от участка средства считывания, который считывает магнитное поле, и для формирования одного или более сигналов считывания, характеризующих одну или более характеристик ответного магнитного поля, и с) средство обработки сигналов, быстро реагирующее на сигналы считывания с целью определения по меньшей мере одной из одной или более заранее определенных магнитных характеристик каждой зоны из магнитного материала для верификации подлинности документа.
2. Устройство по п.1, в котором одна или более из заранее определенных магнитных характеристик по меньшей мере одной из одной или более зон магнитного материала представляет собой тип магнитного материала.
3. Устройство по п. 2, в котором ответное магнитное поле представляет собой магнитное поле переменного тока и в котором при наличии защитной полосы внутри заранее определенной пространственной зоны ответное магнитное поле обладает заранее определенной основной частотой приложенного магнитного поля и одной или более частотами гармоник заранее определенной основной частоты.
4. Устройство по п.3, в котором один или более сигналов считывания характеризуют заранее определенную основную частоту и одну или более частот гармоник заранее определенной основной частоты и в котором средство обработки сигналов содержит средство для определения типа магнитного материала на основе одного или более сигналов считывания.
5. Устройство по п. 4, в котором средство обработки сигналов содержит средство для определения типа магнитного материала путем сравнения сигнала считывания, характеризующего частоту третьей гармоники, с первым заранее определенным пороговым значением путем сравнения сигнала считывания, указывающего на основную частоту, с вторым заранее определенным пороговым значением и путем сравнения отношения сигнала считывания, указывающего на частоту третьей гармоники, и сигнала считывания, указывающего на основную частоту, с заранее определенным диапазоном значений для этого отношения.
6. Устройство по п.3, в котором средство считывания содержит средство для формирования по меньшей мере одного из сигналов считывания в виде сигнала с фактической фазой, характеризующего фазу ответного магнитного поля относительно приложенного магнитного поля с заранее определенной основной частотой.
7. Устройство по п. 6, в котором средство обработки сигналов содержит средство для определения типа магнитного материала путем сравнения сигнала с фактической фазой с сигналом с опорной фазой, причем сигнал с фактической фазой характеризует магнитную коэрцитивную силу магнитного материала и причем опорный сигнал характеризует ожидаемое значение магнитной коэрцитивной силы магнитного материала.
8. Устройство по п.1, в котором средство считывания содержит средство для формирования для каждой из одной или более зон из магнитного материала по меньшей мере одного из одного или более сигналов считывания, причем средство обработки сигналов содержит средство, быстро реагирующее на сигналы считывания с целью определения на их основе характеристики документа для установления подлинности документа.
9. Устройство по п.8, в котором характеристика документа представляет собой достоинство (денежного) документа.
10. Устройство по п.9, в котором средство обработки сигналов содержит средство для определения достоинства (денежного) документа путем сравнения сигналов считывания с одним или более хранящихся в памяти сигналов, характеризующих желаемое достоинство (денежного) документа.
11. Устройство по п.2, в котором заранее определенная основная частота находится в диапазоне 500 Гц - 500 кГц.
12. Устройство по п.1, в котором средство возбуждения представляет собой первую обмотку из проволоки и средство считывания представляет собой вторую обмотку из проволоки.
13. Устройство по п.12, в котором вторая обмотка из проволоки имеет ширину, которая меньше длины любой из одной или более зон из магнитного материала на защитной полосе.
14. Устройство по п.12, в котором как первая обмотка из проволоки, так и вторая обмотка из проволоки пространственно расположены с одной стороны документа.
15. Устройство по п.12, в котором как первая обмотка из проволоки, так и вторая обмотка из проволоки пространственно расположены с обеих сторон документа.
16. Устройство по п.12, в котором первая обмотка из проволоки намотана на сердечник.
17. Устройство по п.16, в котором сердечник выполнен из ферритового материала.
18. Устройство по п.12, в котором первая и вторая обмотки из проволоки пространственно расположены с противоположных сторон документа.