DE19507653A1 - Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung magnetisierbarer Bereiche auf einem Gegenstand - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung magnetisierbarer Bereiche auf einem Gegenstand

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DE19507653A1
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    • G—PHYSICS
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    • G—PHYSICS
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Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur quantitativen Bestimmung magnetisierbarer Bereiche auf einem Gegenstand, insbesondere zur Prüfung von mit den magnetisierbaren Bereichen ausgestatteten Wertpapieren wie Banknoten.
Solche Verfahren sind vielfältig einsetzbar. Im folgenden wird beispielhaft das Verfahren für Wertpapiere, insbesondere Banknoten, beschrieben.
Die Weiterentwicklung der Technik erlaubt es, von Vorlagen mit zum Teil nur geringem Aufwand verwechselbare Vervielfältigungsstücke anzufertigen. So kann heute beispielsweise mittels eines Farbkopierers sehr schnell das Bild eines Wertpapieres wie einer Banknote naturgetreu abgebildet werden. Entsprechende Fälschungen sind bekannt.
Um ein Unterscheidungskriterium von echten und unechten Banknoten zu erhalten, weisen einige Banknoten einen Sicherheitsstreifen auf. Der Sicherheitsstreifen ist teilweise durchgehend metallisiert, teilweise beschränkt sich, wie bei dem US-Dollar, die Metallisierung auf sehr kleine metallische Flächen mit einer Dicke der Metallschicht von weniger als 40 nm. Als metallisierte Fläche ist lediglich der Wert der Banknote in Positivschrift vorgesehen.
Ferner sind bei einigen Banknoten ferromagnetische Bereiche vorgesehen, beispielsweise durch einen Auftrag magnetisierbarer Druckfarbe oder durch Einbringen eines magnetisierbaren Sicherheitsstreifens.
Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Auswertung dieser Sicherheitskriterien, letztendlich zur Feststellung, ob eine Banknote echt oder unecht ist.
Aus der gattungsbildenden EP 0 057 972 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Resonanzkreis vorgesehen ist. Der Resonanzkreis weist einen Kondensator und zwei Spulen auf und wird durch einen Oszillator angeregt. Zwischen den beiden Spulen bildet sich ein magnetisches Feld. Wird nun eine Banknote; die einen metallischen Sicherheitsstreifen aufweist, durch dieses magnetische Feld geführt, wird der Resonanzkreis dadurch bedämpft. Diese Bedämpfung wird detektiert und digitalisiert. Dieses Verfahren bringt brauchbare Ergebnisse bei einer Streifendicke von größer 20 µm. Bei geringeren Metallisierungen versagt das Verfahren, da das auswertbare Signal im Bereich des Rauschwertes des Schwingkreises liegt. So kann das Verfahren die Echtheit von US-Dollar-Scheinen, deren Dicke der Metallschicht kleiner als 40 nm ist, nicht erkennen.
Das Sicherheitskriterium der magnetisierbaren Bereiche wird von diesem bekannten Verfahren nicht ausgewertet.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem eine zuverlässige Bestimmung magnetisierbarer Bereiche auf einem Gegenstand ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß der Gegenstand durch einen Luftspalt eines magnetischen Feldes eines Resonanzkreises geführt wird, daß eine Pulsfrequenz mit einer Pulsbreite t₁ derart erzeugt wird, daß der Puls zu einem vorgegebenen Zeitpunkt beginnt und zu demjenigen Zeitpunkt endet, an dem ein aus einer Ausgangsspannung Uosz des Resonanzkreises gebildeter Ausgangspuls n/fosz endet, und daß die Pulsbreite t₁ als Maß für eine durch die magnetisierbaren Bereiche hervorgerufene Frequenzänderung ausgewertet wird.
Der Wert von n kann eins betragen oder aber, wie weiter unten erläutert wird, auch höhere Werte annehmen. Im allgemeinen wird n in dem Bereich von n = 1 bis 2¹⁴ gewählt sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Gegenstand durch ein magnetisches Feld geführt. Dieses magnetische Feld ist gebildet durch eine Induktivität des Resonanzkreises. Bei dem Durchgang der magnetisierbaren Bereiche durch den Luftspalt der Induktivität des Resonanzkreises verändert sich die Resonanzfrequenz und damit auch die Frequenz eines dem Resonanzkreis zugeordneten Oszillators. Diese Frequenzänderung wird ausgewertet.
Die Auswertung dieser Frequenzänderung wurde bisher ernstlich deshalb nicht in Betracht gezogen, da die relative Frequenzänderung δf/fosz sehr klein ist. Beispielsweise beträgt die relative Frequenzänderung bei einer US-Dollar Note
δf/fosz ≈ 10-4.
Weiterhin ist die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises, bedingt durch die Bauelemententoleranzen und den mechanischen Aufbau, sehr großen Toleranzen unterworfen. Die Frequenzauswertung kann somit nicht auf eine stabile Bezugsfrequenz bezogen werden.
Es wird daher der zusätzliche Puls mit der Pulsbreite t₁ erzeugt. Der Puls wird derart gesteuert, daß er zu demjenigen Zeitpunkt endet, an dem der Ausgangspuls n/fosz ebenfalls endet. Die Pulsbreite t₁ ist beim Fehlen magnetisierbarer Bereiche konstant. Tritt dagegen eine Frequenzverschiebung aufgrund der magnetisierbaren Bereiche auf, vergrößert sich die Pulsbreite entsprechend. Die vergrößerte Pulsbreite kann nun meßtechnisch erfaßt werden.
Die an dem Resonanzkreis anliegende Ausgangsspannung Uosz kann über eine Anzahl n von Zählperioden integriert werden. Dadurch ergibt sich eine noch breitere Pulsbreite als Maß der Frequenzänderung: die Pulsbreite t₁ wird um die Verschiebung aufgrund der Frequenzänderung des über mehrere Zählperioden integrierten frequenzverschobenen Ausgangspulses verbreitert.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, die Frequenz fvco des Pulses derart zu regeln, daß sich die Pulsbreite ergibt zu
t₁ = n/fosz - 2 m/fvco
mit
t₁: Pulsbreite
n: Anzahl der Perioden, über die die Ausgangsspannung Uosz integriert wird
fosz: Frequenz des Resonanzkreises
fvco: Frequenz der Pulse
m: Anzahl der Pulse pro Zählperiode.
Das Pulsbreitensignal kann in eine Spannung umgesetzt werden. Diese Spannung kann dann zur Frequenzauswertung und Regelung der Frequenz fvco der Pulse herangezogen werden. Die Regelung der Frequenz fvco der Pulse erfolgt mit einer Verzögerung.
Das Verfahren eignet sich allgemein zur quantitativen Auswertung einer Frequenzverschiebung.
Das Verfahren zur Prüfung von Wertpapiere wie Banknoten, die einem metallischen Sicherheitsstreifen und magnetisierbare Bereiche aufweisen, kennzeichnet sich dadurch, daß sowohl eine quantitative Bestimmung auf magnetisierbare Bereiche, wie oben beschrieben, als auch eine quantitative Bestimmung auf Metallteile erfolgt. Die Bestimmung auf Metallteile kann vorzugsweise gemäß der vom selben Anmelder am selben Tag eingereichten Patentanmeldung "Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung auf Metallteile in einem Gegenstand" erfolgen, die hiermit ausdrücklich zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht wird.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist ein aus einer Induktivität und einer Kapazität gebildeter Resonanzkreis vorgesehen. Weiterhin ist ein Pulserzeuger und ein Zähler angeordnet. Der Pulserzeuger wird mittels einer Steuerung getaktet.
Vorteilhafterweise ist ein Frequenzteiler und ein Zeit-/Spannungswandler angeordnet.
Die Steuerung kann als Regelung ausgebildet sein, und die Regelung kann einen Operationsverstärker und ein Verzögerungsglied aufweisen.
Für die Vorrichtung zur Prüfung von Wertpapieren wie Banknoten, die einen metallischen Sicherheitsstreifen und magnetisierbare Bereiche aufweisen, sind neben der oben beschriebenen Vorrichtung Mittel zur quantitativen Bestimmung auf Metallteile vorgesehen. Diese Mittel können vorzugsweise derart ausgebildet sein, wie es von dem selben Anmelder in der am gleichen Tag eingereichten Patentanmeldung "Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung auf Metallteile in einem Gegenstand" beschrieben ist.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Frequenzauswertungsschaltung und
Fig. 2 charakteristische elektrische Größen der Schaltung gemäß Fig. 1 in schematischer Darstellung.
In der Fig. 1 ist ein Resonanzkreis 1 dargestellt, der eine Kapazität 2 und eine Induktivität 3 aufweist. Der Resonanzkreis wird von einem Oszillator 4 angeregt, dem eine weitere Kapazität 5 nachgeschaltet ist. Die Oszillatorspannung Uosz wird in einem Linearverstärker 6 verstärkt und dann einem Frequenzteiler 7 zugeführt. Dem Frequenzteiler 7 ist ein zweiter Oszillator 8 und ein Zähler 9 nachgeschaltet. Ein Ausgang 10 des Zählers 9 ist mit einem Eingang 11 des Oszillators verbunden. Ein an einem zweiten Ausgang 12 anliegendes Pulsbreitensignal 13 (siehe Fig. 2) wird einem Zeit-/Spannungswandler 14 zugeführt. Ein Ausgang 15 des Zeit-/Spannungswandlers i4 steht mit einem ersten Eingang 16 eines Operationsverstärkers 17 in Verbindung. An einem zweiten Eingang 18 des Operationsverstärkers 17 liegt eine Referenzspannung Uref an. Ein Ausgangssignal des Operationsverstärkers 17 wird einem Verzögerungsglied 19 zugeführt, welches mit einem zweiten Eingang 20 des Oszillators 8 verbunden ist.
Die Oszillatorausgangsspannung Uosz und die verstärkte Oszillatorspannung liegt an je einem Eingang eines Phasenvergleichers 20′ an, dessen Ausgang mit dem Oszillator 4 verbunden ist.
In der Fig. 2 sind drei Signale der Vorrichtung gemäß Fig. 1 jeweils über die Zeit dargestellt. Die Fig. 2c zeigt einen Ausgangspuls 21, wie er an einem Ausgang 22 des Frequenzteilers 7 anliegt. Die durchgezogene Linie 23 gibt den Verlauf des Ausgangspulses 21 über die Zeit beim Nichtvorhandensein magnetisierbarer Bereiche wieder, die gestrichelte Linie 24 eine Verschiebung 25 von nδtosz. Die Verschiebung 25 ist auf eine Frequenzänderung durch magnetisierbare Bereiche auf einem nicht dargestellten Gegenstand, der durch den Luftspalt der Induktivität 3 des Resonanzkreises l geführt wird, zurückzuführen.
Entsprechendes gilt für das Pulsbreitensignal 13 gemäß der Fig. 2b und einem Spannungssignal 26 gemäß Fig. 2g; die sich ergebenden Werte bei einer Frequenzverschiebung sind immer gestrichelt dargestellt.
An einem Ende 27 des integrierten Ausgangspulses 21 endet auch das Pulsbreitensignal 13, wie es durch eine Flanke 28 dargestellt ist. An einem Anfang 29 des Ausgangspulses 21 wird der Zähler 9 gestartet.
Das Spannungssignal 26 hat während einer Pulsbreite 30 des Pulsbreitensignals 13, die hier mit t₁ bezeichnet ist, einen etwa linearen Anstieg und fällt dann wieder ab. Bei einer Phasenverschiebung ergibt sich eine Überhöhung 31 mit dem Wert δU.
In folgenden wird die Funktionsweise näher erläutert.
Die am Ausgang des Linearverstärkers 6 anliegende Spannung Uosz wird dem Frequenzteiler 7 zugeführt, um die Messung über eine festgelegte Periodenzahl auszudehnen, die zu einer auswertbaren Zeitdifferenz nδt führt. Durch den Ausgang 22 des Frequenzteilers 7 werden am Ende jeder Zählperiode der Oszillator 8 und der Zähler 9 zurückgesetzt und mit dem Beginn einer neuen Zählperiode freigegeben. Die Frequenz des Oszillators wird so geregelt, daß die Zeitdifferenz bzw. die Pulsbreite 30 t₁ = n/fosz - 2m/fvco einen vorgegebenen Wert annimmt, der in einem günstigen Verhältnis zu der durch den Prüfling verursachten Zeitdifferenz nδtosz steht. Beispielsweise können folgende Werte angenommen werden:
fosz = 2,28 MHz
nδtosz = 50 ns
n/fosz = 450 µs
2 m/fvco = 449 µs
t₁ = 1 µs
n = 1024
m = 8.
Die Zeitdifferenz t₁ ist als Pulsbreitensignal 13 am Zähler 9 verfügbar. Zur Frequenzauswertung und zur Regelung des Oszillators 8 wird dieses Pulsbreitensignal 13 in dem Zeit-/Spannungswandler 14 in eine Spannung umgesetzt.
Der Phasenvergleicher 20′ steuert den Oszillator 4 so, daß die Oszillatorfrequenz in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 1 gehalten wird. Weiterhin kann der Resonanzkreis 1 in Verbindung mit einer Entdämpfungseinrichtung, wie sie in der von demselben Anmelder eingereichten Anmeldung "Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung auf Metallteile" beschrieben ist, selbst als Oszillator arbeiten.
Beim Durchgang eines Prüflings mit magnetisierbaren Bereichen wird die Zeitdifferenz t₁ bzw. die Pulsbreite 30 um nδtosz vergrößert. Durch das Verzögerungsglied 19 wird der Oszillator 8 mit einer so großen Verzögerung nachgeregelt, daß während des Durchganges des Prüflings durch den Luftspalt der Induktivität 3 des Resonanzkreises 1 an dem Ausgang 15 des Zeit-/Spannungswandlers 14 eine Spannungsänderung δU in Form der Überhöhung 31 entsteht. Diese Spannungsänderung δU wird zur Bewertung der Magnetisierbarkeit herangezogen.
Bezugszeichenliste
 1 Resonanzkreis
 2 Kapazität
 3 Induktivität
 4 Oszillator
 5 Kapazität
 6 Linearverstärker
 7 Frequenzteiler
 8 Oszillator
 9 Zähler
10 Ausgang
11 Eingang
12 Ausgang
13 Pulsbreitensignal
14 Zeit-/Spannungswandler
15 Ausgang
16 Eingang
17 Operationsverstärker
18 Eingang
19 Verzögerungsglied
20 Eingang
20′ Phasenvergleicher
21 Ausgangspuls
22 Ausgang
23 Linie
24 Linie
25 Verschiebung
26 Spannungssignal
27 Ende
28 Flanke
29 Anfang
30 Pulsbreite
31 Überhöhung

Claims (12)

1. Verfahren zur quantitativen Bestimmung magrietisierbarer Bereiche auf einem Gegenstand, insbesondere zur Prüfung von mit den magnetisierbaren Bereichen ausgestatteten Wertpapieren wie Banknoten, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand durch einen Luftspalt eines magnetischen Feldes eines Resonanzkreises (1) geführt wird, daß eine Pulsfrequenz mit einer Pulsbreite t₁ (30) derart erzeugt wird, daß der Puls zu einem vorgegebenen Zeitpunkt beginnt und zu demjenigen Zeitpunkt endet, an dem ein aus einer Ausgangsspannung Uosz des Resonanzkreises (1) gebildeter Ausgangspuls n/fosz (21) endet, und daß die Pulsbreite t₁ (30) als Maß für eine durch die magnetisierbaren Bereiche hervorgerufene Frequenzänderung ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Resonanzkreis (1) anliegende Ausgangsspannung Uosz über eine Anzahl n von Zählperioden integriert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz fvco des Pulses derart geregelt wird, daß die Pulsbreite (30) sich ergibt zu t₁ = n/fosz - 2 m/fvcomit
t₁: Pulsbreite
n: Anzahl der Perioden, über die die Ausgangsspannung Uosz integriert wird
fosz: Frequenz des Resonanzkreises
fvco: Frequenz der Pulse
m: Anzahl der Pulse pro Zählperiode.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulsbreitensignal (30) in eine Spannung umgesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Pulsbreitensignales (13) zur Frequenzauswertung und Regelung der Frequenz fvco der Pulse (30) herangezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Frequenz fvco der Pulse mit einer Verzögerung erfolgt.
7. Verfahren zur Prüfung von Wertpapieren wie Banknoten, die einen metallischen Sicherheitsstreifen und magnetisierbare Bereiche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine quantitative Bestimmung auf Metallteile und eine quantitative Bestimmung auf magnetisierbare Bereiche gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 erfolgt.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einer Induktivität (3) und einer Kapazität (2) gebildeter Resonanzkreis (1) vorgesehen ist, daß ein Pulserzeuger (8) und ein Zähler (9) angeordnet ist, und daß eine Steuerung des Pulserzeugers (8) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzteiler (7) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung als Regelung ausgebildet ist, und daß die Regelung einen Operationsverstärker (17) und ein Verzögerungsglied (19) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeit-/Spannungswandler (14) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung zur Prüfung von Wertpapieren wie Banknoten, die einen metallischen Sicherheitsstreifen und magnetisierbare Bereiche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11 ausgebildete Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung magnetisierbarer Bereiche auf einem Gegenstand vorgesehen ist, und daß Mittel zur quantitativen Bestimmung auf Metallteile vorgesehen sind.
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