CN1135504C - 证券单据用的磁检测器 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测磁性细长颗粒存在于一种基体材料中的检测装置，所述基体材料具有与细长颗粒相应磁性特性实质上不相同的磁性特性。细长颗粒具有长而薄的形状以使其退磁因数N小于1/250，它们具有小于30微米的颗粒直径并且饱和磁场大于100安培/米。所述装置包括：(a)用于发射一个或多个特定基频的电磁信号源信号给所述基体材料，使任何存在的磁性细长颗粒进入它们的B-H曲线的非线性部分持续至少信号源信号的一个周期的一部分的部件；(b)用于检测从所述的基体材料和颗粒发出的电磁检测信号的部件；(c)用于测试在所述基频的或所述基频的任何线性组合的或所述谐波的任何特定谐波出现期间的检测信号的部件，所述特定谐波表示所述磁性细长颗粒的存在。

Description

证券单据用的磁检测器
发明领域
本发明涉及一种用于检测颗粒存在于一基底中的装置，该基底的基体材料具有与该颗粒的相应电磁特性实质上不相同的电磁特性。
本发明主要用于识别或鉴别所有各种类型的具有纸或合成基体材料的证券单据(security document)，例如，包括上述颗粒的钞票、支票、护照、信用卡、票券、彩票和票据，不过还能适用于其它需要识别物品的场合。
发明背景
已有技术已经广泛地涉及证券单据的识别。
某些已有技术的方案用来识别印制在某些证券单据表面上潜在的字符图形。
为了防止高清晰度彩色照相复制装置伪造复制真证券单据，已有技术已经提出将能够识别和/或使单据难以制作的一个或多个防伪元件(security element)加入到基体材料的纤维结构或单据的表面上。
US-A-4114032(优先权日期1973年)和US-A-4218674(申请日期1975年)公开了一种类似的系统，其中该证券单据具有纤维，给纤维涂敷嵌入其中的磁性材料或能磁化的材料。检验证券单据内磁性纤维的存在，或作为一个改进的特征，测量证券单据中磁性纤维的分布，从而给每个票据一独特的标记。可以获得多达5亿个不同的可能组合。
EP-A-0625766、EP-A-0632398和EP-A-0656607(所有的申请日都在1993年)公开一种系统，其中的纤维由作为聚合物外壳层的磁芯的磁粉构成。通过激励线圈的D C电流进行磁检测。然而，由于磁化前历史(magnetic prehistory)或对磁场的干扰或票据的变形，不能保证这种磁扫描系统的重复性，并且不能总是保证正确地识别真的证券单据与伪造单据。因而检测并不总是具有鉴别性。
此外，如果已通过可由分类装置检测的磁性墨水将字符印制在证券单据上，则在磁性纤维和字符的磁性墨水之间有可能存在相互干扰。
已有技术中公开的另一个实施例是基于检测证券元件的特殊的电磁特性。FR2425937公开了一种在纸的纤维结构内部分散金属纤维尤其是不锈钢金属纤维以便通过微波进行识别的方法。
US-A-4820912(优先权日期1985年)公开了另一种系统，其中该证券单据包括随机分布的导电纤维。利用微波扫描单据可获得证券单据内纤维的特殊分布。能获得高达64320种不同的表征这种分布标记的可能组合。为了防止证券单据被复制，将此微波技术应用到例如照相复制装置之类的复制装置中，例如WO-A-95/24000(优先权日1994年)中公开的方案，不能将证券单据与印刷电路板(PCB′s)或与在其表面具有装饰金属箔片的贺卡区分开。另外，对于安装在现有设计的彩色影印机上的系统来说，测量通过覆以金属膜区域和单据的微波传输是不切合实际的，因为这会需要安装在影印机盖上的面积传感器，并且这通常与它们的设计不相容。在测量反射微波信号中，已经发现不能将来自于人手中的信号与来自包含金属纤维的单据的信号区分开。另一方面，该系统在金属板放在真证券单据上的条件下不能发现纤维的存在。照相复制装置的特殊盖或在照相复制装置附近的金属部分会干扰系统。因而，这些系统并不完全可靠。
已有技术还提出了大量的光学鉴别系统。其中有一些已经在US-A-3313941(申请日期1963年)和US-A-3449585(申请日1996)中公开。然而，所有的光学系统的主要缺点在于真的证券单据的表面磨损或损坏或脏物使证券单据不再被真实地鉴别。
发明概述
本发明的一个目的是克服已有技术的缺点。
本以发明的另一个目的是提供一种耐用的识别系统，能将真证券单据与其它物品或票据区分开。
本发明的又一目的是提供一种能防止真证券单据被复制的系统。
本发明的另一目的是提供一种不干扰常规磁性字符读取机工作的系统。
本发明的更进一步的目的是提供一种在防照相复制系统中能容易地检测的如包括防伪部件的证券单据之类的基底，更具体地，证券单据为钞票。
根据本发明的第一方面，提供一种用于检测磁性细长颗粒存在于一种基体材料中的方法，该基体材料具有与细长颗粒的相应电磁特性实质上不相同的电磁特性。基体材料最好由非磁性材料制成。细长颗粒具有长而薄的形式以使它们的退磁因数N小于1/250，最好小于1/1000。它们的横截面颗粒直径小于30微米并且它们的饱和磁场Hs大于100A/m，优选大于200A/m，最好大于300A/m。饱和磁场Hs优选小于1000A/m。在此将术语“饱和磁场Hs″定义为在饱和磁通密度Bs的开始处的磁场。术语“横截面直径″在此表示最大横截面大小。
该方法包括如下步骤：
(a)发射一个或多个特殊基频的电磁信号源的信号给单据，使任何存在的磁性细长颗粒进入它们的B-H曲线的非线性部分持续一个信号源周期的至少一部分；
(b)检测从单据发出的电磁检测信号；
(c)检验出现基频的特有谐波或基频与谐波的任何线性组合的谐波的检测信号，其中特有的谐波表示磁性细长颗粒的存在。
使用标签材料的磁化特性的非线性，即，磁通密度B随所加磁场H的变化作为检测的一个有效参数，在电子物品监视(EAS)或防盗系统中是已知的技术。由这种方法，获得的信号非常具有鉴别性并且电子仪器和信号处理简单。在专利文献中已经广泛地公开了EAS系统。一些实例为FR 763 681(申请日期1933年)、US-A-3 631 442(申请日期1967年)、US 3 990 065(申请日是1975年)和EP-A-0 153 286(优先权日是1984年)。
然而，很明显，在EAS系统和本发明之间存在着许多基本不同的差别。
在EAS系统中，如果没有将产品放在付款台上，则在商店的出口区使用防盗标签触发报警器。一个商店的出口区域远大于检测证券单据中磁性细长颗粒所需要的量。一个通常的出口门具有大约1m宽度，而在本发明中，在磁场和磁性细长颗粒之间距离仅仅几cm，例如，0.5至5cm，就足以进行检测。这种基本的区别导致本发明申请许多不同的特性：
1)EAS标签的磁性材料具有相当大的体积，因为它必须以足够大的体积出现以在相当大的出口区触发报警器；典型的横截面大小约为1mm并且长度为几cm。与此相反，本发明的磁性细长颗粒具有小很多的体积。它们的退磁因数N小于1/250，优选小于1/1000，它们的横截面直径小于30微米，优选小于15微米，最好在1至10微米的范围内。选择退磁因数N的最大值，从而能通过具有可接收的线圈外形尺寸和功耗以便能安装在例如影印机或点钞机上的装置来检测磁性细长颗粒。
2)EAS标签的磁性材料可分成为高软磁性材料类，即具有非常小的矫顽磁力HC和相当高的动磁导率μd(参见下面的定义)的材料，因为覆盖商店的出口区的小磁场H必须能使EAS标签饱和。与此相反，本发明的磁性细长颗粒，尽管仍然被分成为软磁材料，但是它们具有这样的形状和/或组分和/或结构以使它们有效地硬磁化足以保持在商店系统所用的场中B-H环的饱和点之下，以便它们不产生足够高的信号来驱动商店报警器。与EAS标签相比，本发明的磁性细长颗粒优选具有低动磁导率μd，因而要达到饱和需要相当高的磁场。本发明磁性细长颗粒的饱和磁场Hs大于100A/m，优选大于200A/m，最好大于300A/m。选择这样的低值不触发EAS报警器。饱和磁场Hs优选小于1000A/m以便能通过检测器装置来实现，该检测器装置具有可接收的线圈外形尺寸和功耗以便能安装在影印机或点钞机或自动售货机中。迄今发明人已经得出经验：高于1000A/m的任何饱和磁场Hs都难以用空心线圈实现。然而，当使用铁氧体磁心线圈时或当在磁心中使用铁磁粉末时能获得高于1000A/m的饱和磁场。磁饱和磁通密度优选大于0.1忒斯拉，通常的范围为0.1忒斯拉至1.0忒斯拉，动磁导率μd的范围是为10至10000，例如，为100至10000。在本发明的内容中，通过使用频率为10kHz至100kHz的交流磁强计已经确定了所有的这些磁特性。
3)由于EAS标签材料具有相当大的体积，所以限制所使用的频率以减少涡流损耗。与此截然不同，在本发明中可使用高很多的频率(高于1kHz)，因为磁性细长颗粒具有小得多的横截面积。相应的谐波也具有高得多的频率(高于10kHz)，典型的谐波频率数量级为10倍或更多倍的基波驱动频率。
4)在EAS系统中，覆盖商店大范围出口区域的问题和取向灵敏的EAS标签的问题已经导致了使用两个或多个基波频率的大量实施例或导致使用附加的旋转磁场以产生对EAS取向不敏感的整个空间磁场。由于本发明检测方法所需要的体积更有限的尺寸，所以本发明没有必要这样复杂。已证实一个基波频率的信号源信号就足够了。
在本发明的一个实施例中，方法包括如下的附加步骤：(d)产生一种在所述特定谐波出现的情况下防止真实复制的信号。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于检测磁性细长颗粒存在于一种基体材料中的检测装置，该基体材料具有与细长颗粒的相应磁特性实质上不相同的磁特性。基体材料最好由非磁性材料制成。细长颗粒具有长而薄的形式以使它们的退磁因数N小于1/250。它们的横截面直径小于30微米并且它们的饱和磁场Hs大于100A/m(优选大于200A/m，最好大于300A/m)。
该装置包括：
(a)用于发射一个或多个基频的信号源的信号给单据的部件；
(b)一个用于检测从基体材料和颗粒发出的检测信号的部件；
(c)一个信号处理器，用于检查在所述基频的或所述基频的任何线性组合的或所述谐波的任何特定谐波出现期间的检测信号，其中特定的谐波表示磁性细长颗粒的存在。
根据该装置的特定实施例，信号源信号和检测信号都是电信号，并且该装置进一步包括一个将信号源信号转变成磁驱动场的驱动线圈和一个将检测磁场转变为检测信号的检测线圈。将这些线圈设置成使磁驱动场在检测线圈中为零，从而避免放大器饱和并使随导电材料出现的任何交叉耦合减至最小。
根据该装置的优选实施例，将驱动线圈绕在铁氧体磁心上。
铁氧体磁心为U形并且驱动线圈绕在U形铁氧体磁心的每一臂上。检测线圈也绕在U形铁氧体磁心的每一臂上。优选将每一检测线圈分为两部分，一部分在驱动线圈的两侧。以相反的相位绕制检测线圈的两部分，使驱动信号输出为零。
在驱动线圈和检测线圈的附近，可将第三线圈绕在铁氧体磁心上以检测任何铁类金属的存在。
可以将根据本发明第二方面的装置用在自动售货机、点钞机和复制装置中。
针对复制装置中的应用，为了在整个扫描区域检测任何证券单据的存在，可以使用如下的实施例：
1)使用不止一个驱动线圈和不止一个检测线圈；
2)驱动线圈和检测线圈形成交替设置的驱动线圈和检测线圈的菊花链，如此设置使相邻线圈间的互感最小；
3)仅使用一个驱动线圈和一个检测线圈，并且两者都为细长形状；
4)使用一个驱动线圈和不止一个检测线圈。
根据本发明的第三方面，提供一种引入基体材料中的细长磁性颗粒，其中基体材料具有与颗粒的相应磁特性实质上不相同的磁特性。基体材料优选由非磁性材料制成。颗粒具有长而薄的形式以使它们的退磁因数N小于1/250，优选小于1/1000。颗粒的直径(即，其最大横截面大小)小于30微米，优选小于15微米，优选1至10微米的范围，并且其饱和磁场Hs大于100A/m，优选大于200A/m，最好大于300A/m。
在材料内的磁场强度由下式给出：
Hin＝Happ-N×M
其中M是材料的磁化强度，Happ是所加的磁场，N是退磁因数。
对于均匀磁化，能将内部场强的减小当作μr真值中表观磁导率的减少，μr相对于材料的表观磁导率或有效磁导率μr’称为总体磁导率或磁导率，其中
1/μr＝1/μr’-N或
μr’＝μr/(1+Nμr)
磁导率减少的作用使B-H环变成具有较高饱和场和较低剩磁的形状。在球形的情况下，退磁因数N＝1/3。而对于长、薄的椭球体(近似为由如纤维之类的细长颗粒所表现的圆柱体)，N由下式给出：
N＝[ln(2p)-1]/p2
其中p为长度与直径的比。
对于8微米直径和3mm长的纤维，N等于1/25000。
根据这些等式，作为例子，如果我们采用总体磁导率μr为100000的材料，那么同一材料的球体会呈现有比上面所示大小的纤维约小7000倍的表观磁导率μr’。这将直接影响使每一种情况下的材料饱和所需的磁场强度。因而，球体或近似球体形的粉末不适合在此所述的应用。
磁性细长颗粒的饱和磁通密度Bs优选大于0.1忒斯拉，典型的范围为0.1忒斯拉至1.0忒斯拉，例如0.1忒斯拉至0.6忒斯拉。
以直流(d.c.)测量表观或有效磁导率μr’。在考虑到EAS门中通常用的和在我们建议的新发明系统中会切实可行的总体磁导率、形状因素、驱动场的交流频率和场范围的实际情况下，动磁导率μd.参数指示出颗粒的灵敏度。因此在此将动磁导率μd定义为用交流频率所测量的饱和磁通密度Bs与μo′乘饱和磁场Hs的比(Bs/μo′Hs)。如果材料并不能在用于本发明描述的实验测量的磁强计的所用场中饱和，那么将动磁导率μd定义为在实验中使用的最大磁场(例如，大约1000A/m)时磁通密度B与μoH的比。很明显，动磁导率μd与表观磁导率μr’有关并且两个参数在低损耗材料中的直流情况下会有相同值或接近相同值，在所述低损耗材料中由退磁引起的转向控制所测得的B-H环的形状。磁性细长颗粒的动磁导率μd的范围最好在10至10000，例如，100至10000。
术语“磁性细长颗粒″指其本身由磁性材料和可能由磁性材料与非磁性材料组成的一种细长颗粒。特别是磁性材料可以涂有或封装有非磁性材料，或者细长颗粒能由涂有磁性材料或引入磁性材料的非磁性材料构成。涂层的厚度可以在1至5微米的范围内。
磁性材料最初由包括从Fe、Cr、Co、Cu、Ni、Mo、Mn、Nb、B、V、C、Si和P中选择的组分的合金制成，尤其是从Ni、Fe、Mo、Mn、Cu中选择的组分制成。例如，已在EP-A-0295028和US-A-4 298862中公开了软磁性材料。合适的合金组分符合通式：
NiaFebCrCCodCueMoFMngPhNbiBjVkSilCm，
其中，a至m代表整数。
更具体的合金成分具有52％至85％的镍(Ni)和可变量的其它组分。
一个工作良好的合金组分的例子为：
80.00％Ni，4.20％Mo，0.50％Mn，0.35％Si，0.02％C，余量为Fe。
其它典型的组分为：
Ni82Fe14Mo3Mn1
Ni79Fe16Mo4Mn1
Ni70Fe11Cu12Mo2Mn5
Ni71Fe11Cu13Mo2Mn3
Ni71Fe11Cu12Mo2Mn4。
这些组分的某些已变为名为
μ-金属，Permafi、Permalloy、Supermalloy、Vitrovac和Metglas的商品。
作为非磁性和非金属材料，可以提到玻璃、碳或者例如特别是聚丙烯和聚乙烯的聚合物之类的合成材料。
根据本发明第三方面的优选实施例，细长颗粒为一种纤维，该纤维可以是金属化纤维或涂有磁性物质的非金属化纤维。
可将纤维均匀地散布和分布在整个单据上，因而不容易被检测系统漏掉。优选将纤维均匀并一个一个单独地散布在整个基底上以防止纤维形成凝结。另外，由于将纤维散布在基底内部，所以不容易由想在复制之前将它们移走并在复制之后使它们在单据中恢复原位的仿造者们将它们除去。
纤维最好是硬拉或加工硬化纤维，例如按照众所周知的束拉技术(bundled-drawing)制成的纤维。这种制造技术具有生产率比热熔生产技术高得多的优点。从磁性着眼点硬拉使得磁性纤维也变硬，即，有不太软的磁性，从而需要较高的饱和磁场Hs。这在本发明中特别有用，因为这有利于从EAS标记中区分磁性纤维和防止磁性纤维在EAS门中触发报警。发明者还发现，通过退火，硬拉纤维的动磁导率增加一倍。这仍然使饱和场相当高，而使纤维更灵敏。
磁性细长颗粒也可以是非晶性金属纤维。
根据本发明第四方面，提供了一种基体材料，在该基体材料内具有细长颗粒。细长颗粒的磁特性与基体材料的相应磁特性不同。基体材料优选由非磁性材料构成。细长颗粒具有长而薄的形状以使它们的退磁因数N小于1/250，它们的直径小于30微米，它们的饱和磁场Hs在100至1000A/m的范围内，优选200至1000A/m，最好300至1000A/m。基体材料优选为例如塑料或象纸一样的纤维结构之类的非磁性材料。
细长颗粒的磁饱和磁通密度优选大于0.1忒斯拉，通常的范围为0.1忒斯拉至1.0忒斯拉，例如，在0.1至0.6忒斯拉之间，动磁导率μd的范围是为10至10000，例如，为100至10000。
总之，磁性细长颗粒的形状、组分和结构是这样：
-在颗粒中实现磁通密度饱和所需要的磁场远大于在EAS系统中产生的磁场并远小于使例如铁、钢或金属板之类硬铁磁材料饱和所需的磁场，以及
-剩余磁通密度远小于在磁性墨水字符识别国际标准ISOO1004中定义的磁代码系统中使用的磁性墨水的剩余磁通密度，从而不干扰磁性字符读取机。
当磁性细长颗粒的形状、组分或结构的组合使得细长颗粒具有如下特征时能实现这些特性：
I)饱和磁场在100至1000A/m；
II)磁饱和磁通密度大于0.1忒斯拉，通常的范围为0.1忒斯拉至1.0忒斯拉；
III)动磁导率μd的范围是为10至10000，例如，为100至10000。
磁性细长颗粒，尤其是纤维，具有1至30微米(μm)的平均横截面直径，优选为5至15微米，长度范围为1至20mm，优选为2至10mm。
细长颗粒最好是硬拉或加工硬化金属纤维，但也可以是非晶性金属纤维。
磁性细长颗粒可由包括从Ni、Fe、Cr、Co、Cu、Mo、Mn、P、Nb、B、V、C、Si中选择的组分的合金制成，尤其是从Fe、Ni、Mo、Mn、Si和C中选择的组分的合金制成。
单据的基体材料可由纸或合成材料制成，尤其是由例如聚丙烯和聚乙烯之类的塑料制成。
磁性细长颗粒也可由磁性和非磁性材料制成。
根据本发明第四方面的单据优选含有与基底的重量比为0.1％至5％磁性细长颗粒，尤其是纤维，优选0.2％至2％，最好为0.5％至1.5％。如果单据是纸张，其厚度通常从20微米变到300微米。钞票的厚度通常在80微米至120微米之间变化。
可将细长颗粒均匀地或随机地散布在整个基底中，和/或细长颗粒仅出现在基底的所选择部分。可以按照已有技术公知的和尤其是在WO96/14469(PCT/FR95/01405)中公开的方法将纤维分布在其所选择的单据部分内。优选仅仅在与印刷区域对应的钞票部分中包括纤维，从而难以看到纤维。更具体地，纤维包含在任何水印区域的外边。最好是纤维在印有磁性墨水的区域的外边以避免任何可能的电磁干扰。
在一个优选实施例中，纤维出现在至少20mm宽的带状形状的单据区域内。
细长颗粒，尤其是纤维，优选具有接近基体材料颜色的颜色。这可通过沉积提供给纤维所需颜色的覆盖层或涂层来实现。沉积这种涂层的方法已在法国专利申请FR 95 02868和国际申请PCT/FR/96 00390中公开。
附图简介
下面将参照附图详细描述本发明，其中
图1将根据本发明的磁性细长颗粒的B-H曲线与其它物品的B-H曲线比较；
图2示意地描述了根据本发明的检测装置的结构；
图3表示怎样设置一个发明装置的驱动线圈和检测线圈；
图4、图5、图6和图7都描述用在复制装置中的驱动线圈和检测线圈的实施例；
图8描述在铁氧体磁心上缠绕的驱动线圈和检测线圈的优选实施例。
实施例的详细描述
在图1中参考标记10表示能定义为“高软磁″的一个EAS标签的B-H曲线。其特征是非常低的饱和磁场Hs和相当高的动磁导率。参考标记12表示根据本发明的要嵌入基体材料中的磁细长颗粒的B-H曲线。尽管为软磁材料，但是它不是EAS标签的那种“高软磁″材料。饱和磁场H′s大于EAS标签的相应值。参考标记14表示软钢板的B-H曲线，它清楚地示出了远大于Hs和H′s的饱和磁场。
从图1清楚地看到，加在EAS系统中的使EAS标签饱和的弱磁场并不能使本发明的磁性细长颗粒饱和并且不能触发商店中的报警系统。从图1还清楚地看到，在本发明中所施加的使磁性细长颗粒饱和的磁场仍然在软钢板的B-H曲线的相对线性部分并且将不会产生相同系列的谐波。可以使用这种差别来区别两种类型的材料并且甚至能检测在大铁磁目标出现时的信号标记。
下表列出了用频率在200kHz至11kHz之间的磁强计测量实际标记和普通磁目标的实验对比数据。
表
  材料类型+几何尺寸     饱和磁通密度Bs(忒斯拉)     饱和磁场Hs(A/m)     动磁导率μd[Bs/μoHs)]
  EAS标签32mm×0.8mm×25μm     0.34     30(200Hz)80(11kHz)     10000
  纸夹     ＞1000(200Hz)     90
  软钢板12mm×9mm×1mm     ＞＞1000     14
  硬拉磁性金属纤维3mm长度×8μm直径     0.55     500-600(10kHz)     730
μo＝4π×10-7Vs/Am
表中EAS标签的体积和质量是表中金属纤维的大约3000倍
上述数字表示材料之间的相对差别。然而，应该意识到，在EAS标记和发明系统的实际情况下，在场中材料的取向、材料的体积和所用的频率方面需要考虑扫描场或询问场的实际磁化强度。
磁性金属纤维在测量中已具有0.3忒斯拉的交流剩余磁通密度。实际上，直流剩余磁通密度会比此值低，从而没有产生干扰其它磁代码系统的有效电磁噪声信号。尤其是，纤维不干扰标准磁性字符读取机，所述的标准磁性字符读取机读出磁性墨水产生的字符。换句话说，若采用磁性墨水字符识别国际标准ISO 1004中所定义的最大驻留信号电平的测量方法与分辨力，则剩余磁通密度的作用是可以接受的。
实验结果表明，能从上面表格提到的纤维中检测高次谐波的较好信号幅度，而且在高频处对来自驱动电子仪器谐波的干扰非常小。用较小横截面积的纤维，一直到相当高的频率，涡流损耗都较小，并且由于检测电压与磁通密度的变化率成正比使输出信号增加。用笨重的铁磁材料，高频下涡流损耗要大得多，并因此不能产生非常高的高次谐波。用基频扫描在20Hz的B-H环周围的纤维(上表中所描述的纤维)和大于600A/m的峰值场，发现在100kHz至1MHz之间的频率处有来自该纤维的一连串的谐波和来自其它常用电导电目标的小很多的信号。实际上能选择基波频率和检测频率或多个检测频率使来自特定纤维记号的信号最大和使来自其它常用目标的信号以及由安装有该系统的装置产生的信号最小。
由发明者进行的测试表明，本发明系统能较好地将具有磁性细长颗粒的证券单据与纸、书、手迹、印刷电路板、金属箔贺卡、票据的非金属连接、票据的螺旋金属连接、纸夹、金属板和影印机盖材料区分开。可以容易地识别位于非金属板下的证券单据(这与其中金属板隐藏有微波用磁性纤维的微波系统形成鲜明对照)。
图2中示出了相适应的驱动和检测电路。用谐振驱动功率振荡器16使谐波产生减为最小并由所选择谐波分频的一个频率驱动振荡器16。作为例子，发明者已经发现，在其它谐波中，在380kHz，20kHz的第19次谐波，或第21次谐波或更高次谐波是较好的选择，因为它给出了来自纤维的较好信号，这些信号具有非常小的来自例如软钢之类的常用铁磁材料的信号。振荡器16产生馈送到驱动线圈18的电源信号，驱动线圈18将电源信号转变为磁驱动信号。相对于驱动线圈18相适应地设置的检测线圈20检测由磁性细长颗粒发出的任何场并将所检测的场转变为电检测信号。用高通滤波器22减少基频，因为基频能通过导电金属在线圈之间耦合并使放大器过载。用相敏检测器24提供良好的信-噪比。振荡器26工作在所选谐波的频率，分频器28分频以获得基频。其它高次谐波也是适用的并且具有将多个高次谐波组合而得到最终检测信号的优点。
图3描述了可以如何相对于检测线圈20有利地设置驱动线圈18。用影线示出了由驱动线圈产生的磁场的方向，用箭头30和32表示方向的通过检测线圈20的那部分磁场除外。驱动线圈18和检测线圈20部分重叠，这样设置使得在一个方向(箭头30)上通过检测线圈20的磁通量与在另一方向(箭头32)通过线圈20的磁通量几乎相等以便在检测线圈中的驱动磁场为零，与此同时，在重叠线圈之上设置一区域，其中磁场能有效耦合到磁性细长颗粒中。也可通过负反馈基频的电方式提供等效的零效果。
图4、图5、图6和图7都表示在例如高清晰度彩色照相复制装置之类的复制装置中使用的驱动线圈和检测线圈的方案的实施例。该方案使在21cm×29.7cm的扫描区上能检测仅有7cm宽的钞票(如果它具有磁性细长颗粒的话)。其它的方案能覆盖例如与DINA3(大约30cm×42cm)尺寸相应的区域之类的较大区域或更大的区域。
按照图4，在合适的载体34上沿扫描区域的宽度方向以有规则的距离设置4对带有检测线圈20的驱动线圈18，将检测到任何真钞票的存在而与其在扫描区域的位置无关。
在图5的实施例中，多个驱动线圈18和多个检测线圈20形成一个菊花链，其中驱动线圈18与检测线圈20交替设置。
在图6的实施例中，驱动线圈18采用细长的8字形，8字的高度等于扫描区域的宽度。检测线圈采用细长的椭圆形，其长轴的长度等于扫描区域的宽度。将驱动线圈18和检测线圈20设置成一个位于另一个的上面，从而使得在一个方向上通过检测线圈20的磁通量与在另一方向上通过线圈20的磁通量几乎相等以便在检测线圈中的驱动磁场为零。为了描述的原因，图6示出了驱动线圈18和检测线圈20彼此相隔一段距离，但也可以将它们设置成彼此紧挨着。
图7示意地表示了仅一个驱动线圈18和4个检测线圈20的一个实施例，这样设置使得在检测线圈20中驱动磁通量抵消。
优选实施例的描述
参见图8，驱动线圈18和检测线圈20′、20″绕在铁氧体磁心36上。为了用在复制装置中，铁氧体磁心36位于与玻璃台板38相隔几mm处。包含细长磁性颗粒41的证券单据40位于玻璃台板上。使用铁氧体磁心36能保证对于给定的驱动电流在证券单据40的位置有较高的磁场。
决不能使铁氧体磁心36饱和以避免产生附加非线性和谐波。
铁氧体磁心36最好为U形。这意味着它有通过“桥″43连接的两个臂42。桥43确保磁通量流量远离复制装置的任何邻近金属。
驱动线圈18绕在每一臂42的中间的某处。检测器线圈分为两部分20′和20″。一部分20′绕在玻璃台板38旁边的臂42上，另一部分20″绕在下侧的臂42上。最好以相反的相位绕制两部分2O′和20″，正如由参数44所表示的，使接收到的驱动信号和其它干扰信号源(例如灯的存在)在复制装置中为零。然而，以相反的相位绕制检测线圈并不使由任何细长磁性颗粒41接收到的信号为零，因为检测线圈的一部分20′(上线圈部分)比另一部分20″(下线圈部分)位于更靠近磁性颗粒处。
在驱动线圈和检测线圈附近，可以将第三线圈绕在铁氧体磁心上，用于检测在玻璃台板38上出现的任何铁类金属。正如在已有技术中所众所周知的，任何铁类金属的存在都会干扰磁通分布，从而能使用铁类金属遮掩具有细长磁性颗粒的任何证券单据的存在。为了简化，在图8中没有示出第三线圈。放大、检波第三线圈中的信号并将其与阈电平进行比较。该阈电平与驱动电流成正比以避免例如由于电感变化引起驱动电流变化而影响灵敏度。铁类金属的存在使放大和检波信号增加，非铁类金属的存在使放大和检波信号减小。
为了用在如彩色复印机之类的复制装置中，用如图8所示的6个或更多实施例并且相互连接，以覆盖复制装置的整个扫描区域。

Claims (16)

1.一种用于检测磁性细长颗粒存在于一种基体材料中的检测装置，所述基体材料具有与细长颗粒的相应磁性特性实质上不相同的磁性特性，所述的细长颗粒具有长而薄的形状以使它的退磁因数N小于1/250、颗粒直径小于30微米并且饱和磁场大于100安培/米，所述装置包括：
(a)用于发射一个或多个基频的信号源的信号给所述基体材料的部件；
(b)用于检测从所述的基体材料和颗粒发出的检测信号的部件；
(c)一个信号处理器，用于检查在所述基频的或所述基频的任何线性组合的任何特定谐波，或所述特定谐波的任何线性组合的任何特定谐波出现期间的检测信号，所述特定谐波表示所述磁性细长颗粒的存在。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述信号源信号和检测信号都是电信号，并且所述装置进一步包括一个将信号源信号转变成磁驱动场的驱动线圈和一个将检测磁场转变为检测信号的检测线圈，将两个线圈设置成使磁驱动场在检测线圈中为零。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于驱动线圈和检测线圈部分重叠。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于将驱动线圈绕在铁氧体磁心上。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述的铁氧体磁心为U形。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于驱动线圈绕在U形铁氧体磁心的每一臂上。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于检测线圈也绕在U形铁氧体磁心的每一臂上。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于每一检测线圈分成两部分，一个部分在所述驱动线圈的两侧。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于以相反的相位绕制所述的两部分。
10.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述装置包括位于驱动线圈和检测线圈附近的用于检测任何铁类金属存在的第三线圈。
11.一种复制装置，其特征在于，它包括如权利要求1所述检测装置以发现在复制装置的扫描区中出现的任何证券单据。
12.如权利要求11所述的复制装置，其特征在于所述检测装置包括一个或多个驱动线圈和不止一个检测线圈以覆盖扫描区域的整个长度。
13.如权利要求12所述的复制装置，其特征在于所述驱动线圈和所述检测线圈形成驱动线圈和检测线圈交替放置的菊花链，如此设置使相邻线圈之间的互感最小。
14.如权利要求12所述的复制装置，其特征在于所述驱动线圈为长椭圆形，其长轴基本上等于扫描区域的长度。
15.一种自动售货机，其特征在于，它包括如权利要求1所述的装置。
16.一种点钞机，其特征在于，它包括如权利要求1所述的装置。
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