DE2308249C3 - Kartenleser für Magnetkarten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kartenleser für Magnetkarten, der beispielsweise zur Identifikation des Inhabers einer Kreditkarte verwendet werden kann. Derartige Kartenleser, die mindestens eine Magnetspur für einen Digitalcode und eine dazu parallele Spur für ein Taktsignal aufweisen und zwei Magnetköpfe zum gleichzeitigen Abtasten der Codespur und der Taktspur sowie getrennte, an die Magnetköpfe angeschlossene Verstärkungskanäle besitzen, sind bekannt.

Die einem Magnetkopf induzierte Spannung ist bekanntlich proportional zur zeitlichen Änderung des Magnetflusses und damit um so höher, je größer die Relativgeschwindigkeit zwischen Magnetkopf und Aufzeichnungsträger ist. Da diese von der Einführungsgeschwindigkeit einer Magnetkarte abhängigen Amplitudenschwankungen in einem normalen Verstärkungskanal voll erhalten bleiben, überlagern sie sich den von der wechselnden Magnetisierung der Codespur herrührenden Amplitudenänderungen. Um letztere eindeutig durch Vergleich mit einem Bezugspegel erfassen zu können, muß also die Vorschubgeschwindigkeit der Magnetkarte möglichst konstant gewählt werden. Dies läßt sich nur durch motorischen Antrieb erreichen; icmgeiiiäß dient bei den bekannten Kartenlesern zum Antrieb der Magnetkarte beispielsweise eine von eine Elektromotor angetriebene Walze, eine Feder od. dj Alle diese Vorrichtungen sind kompliziert und teuer ur erfordern eine regelmäßige Überwachung, wenn keir Fehlablesungen infolge ungleichmäßiger Fördergi schwindigkeit eintreten sollen.

Beim Durchschieben einer Karte durch den Kartenlc ser von Hand sind dagegen starke Schwankungen de Vorschubgeschwindigkeit unvermeidlich. Besonders ge ίο fährlich ist in dieser Hinsicht ein zu rascher Vorschub, d er unweigerlich zur Übersteuerung der Verstärkungska näle führt und so die durch das Codesignal bedingtei Amplitudenschwankungen zudeckt.

Die mit der Erfindung gelöste Aufgabe besteht darin einen Kartenleser bereitzustellen, der unabhängig vor der Einführungsgeschwindigkeit der Magnetkarte^ einen konstanten Ausgangspegel liefert und somit für das Einschieben der Magnetkarten von Hand geeignet ist. Dies läßt sich erfindungsgemäß auf zwei Wegen erreichen.

Der eine Weg besteht darin, daß jeder Verstärkungskana/ einen Verstärker, dessen Verstärkungsgrad umgekehrt proportional zur Frequenz des Eingangssignals ist, und einen daran angegeschlossenen Pcgelabta-StPr enthält und daß die Pegelabtaster mit dem Eingang eines UND-Gliedes verbunden sind. Wenn also die Vorschubgeschwindigkeit im Verlauf der Ablesung einer Magnetkarte oder von Magnetkarte zu Magnetkarte zunimmt, sinkt der Verstärkungsgrad entsprechend, so daß die Ausgangsamplitude der Verstärker gieich bleibt. Die an die Verstärker angeschlossenen Pegelabtaster können deshalb auf einem konstanten Spannungspegel angestellt werden, dessen Überschreiten der Abtastung einer logischen Eins entspricht.

Der zweite Lösungsweg besteht darin, daß jeder Verstärkungskanal einen Verstärker mit etwa konstantem Verstärkungsgrad, einen Integrator und einen Pegelabtaster in dieser Reihenfolge enthält und daß die Ausgänge der beiden Pegelabtaster mit einem UND-Glied verbunden sind. Der Erfolg dieser Maßnahme beruht darauf, daß das zeitliche Integral der durch eine Magnetflußänderung induzierten Spannung konstant ist, d. h. bei größerer Vorschubgeschwindigkeit nimmt zwar die Spannungsamplitude zu, aber die Länge des induzierten Spannungsimpulses verkürzt sich entsprechend. Demgemäß liefert ein Integrator von jedem solchen Spannungsimpuls ein konstantes Ausgangssignal, unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit. Auch hier kann also der auf konstanten Pegel eingestellte Pegelabtaster eindeutige, allein von der Codierung abhängige Signale liefern.

Bei beiden Lösungen kann also auf einen mechanischen Kartenantrieb verzichtet werden; es genügt, die Magnetkarte von Hand in den Kartenleser einzuführen und mit beliebiger Geschwindigkeit bis zu einem Anschlag vorzuschieben.

Die neue Anordnung ist einfach und billig und trotzdem zuverlässiger als die bekannten Kartenleser für Magnetkarten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben; hierin sind:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kartenlesers bekannter Art im Querschnitt, Fig.2A und 2B Diagramme zur Erläuterung des Ablesevorganges in der Anordnung nach Fig. 1, Fig.3 ein entsprechender Querschnitt des neuen Kartenlesers,
F i g. 4A und 4B Erläuterung des Ablesevorganges bei

"J

der Anordnung nach F i g. .3,

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des neuen Karlenlesers,

Fig.6 ein Schaltbild dieser Ausführungsform mit mehr Einzelheiten,

Fig. 7A bis 7E Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 5 und F i g. 6,

Fig.8 ein Blockschaltbild oner weiteren Ausfiihrungsform des neuen Kartenlescrs,

F i g. 9 ein ins einzelne gehendes Schaltbild desselben und

Fig. 10ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen den Codesignalimpulsen und den Taktimpulsen bei der Anordnung nach F i g. 8 und 9.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Kartenleser bekannter Art wird die Magnetkarte 1 von Hand in einen Schlitz eingeführt, bis sie von einer Walze 2 ergriffen wird, die mittels eines Rades 3 und eines Riemens 5 von einem Elektromotor 4 angetrieben wird. Die Karte 1 wird von einer Rolle 6 unter der Wirkung einer Feder IO gegen die umlaufende Walze 2 gedrückt und von dieser ergriffen, so daß sie zu einem Magnetkopf 7 gelangt, der von einer Feder 9 gegen eine innerhalb des Gehäuses Il befestigte Plattform 8 gedrückt wird. Während die Karte 1 mit konstanter Geschwindigkeit an dem Magnetkopf 7 vorbeigeführt wird, kann das auf ihr in einer Magnetspur aufgebrachte Codesignal abgelesen werden.

Ein Beispiel für das aufgezeichnete Codesignal ist in Fig.2A dargestellt. Es zeigt die Verteilung der Magnetisierung längs der auf die Karte aufgedruckten Spur. Wird die Karte mit konstanter Geschwindigkeit an dem Magnetkopf 7 vorbeigeführt, so schwankt der Magnetfluß im Luftspalt zeitlich entsprechend der Fig.2A. Im vorliegenden Beispiel entspricht dies dem Codesignal »1011«. Die Intervalle zwischen den einzelnen Bits sind konstant, weil die mit regelmäßigen Abständen aufgezeichneten Magneüsierungssprünge mit konstanter Geschwindigkeit abgelesen werden.

Demgemäß ergibt sich am Ausgang des Magnetkopfes ein Spannungsverlauf gemäß Fig.2B; dieser ist bekanntlich proportional zur zeitlichen Flußänderung im Luftspalt. In diesem Falle ist wegen der konstanten Fördergeschwindigkeit der Magnetkarte auch die Flußänderung konstant, d. h. die Ausgangsimpulse haben konstante Amplitude. Wenn also die Abwesenheit oder Anwesenheit eines Impulses nach irgendeinem konstanten Spannungspegel beurteilt wird, läßt sich der auf der Magnetkarte aufgezeichnete Code leicht entziffern.

Bei dem in Fig.3 schematisch dargestellten Kartenleser wurde auf die Vorrichtung zum Kettenantrieb mit konstanter Geschwindigkeit ganz verzichtet. Die Magnetkarte 1 wird also mit beliebiger, meistens ungleichmäßiger Geschwindigkeit von Hand in den Kartenschlitz des Gehäuses 11 eingeführt. Dieses enthält zwei nebeneinander angeordnete Magnetköpfe 7, T mit zugehörigen Andruckfedern 9, 9', die zur Abtastung zweier paralleler, auf der Karte 1 angebrachter Magnerspuren dienen. Die eine Magnetspur enthält das Codesignal (z. B. in der Verteilung gemäß F i g. 2A), die andere ein Taktsignal, das aus einer periodisch mit konstanten Intervallen verlaufenden Magnetisierung besteht.

Die bei der Ablesung einer Signalspur mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit auftretenden Verhältnisse werden anhand der F i g. 4 erläutert. F i g. 4A zeigt den zeitlichen Verlauf des Magnetflusses im Luftspalt des Magnetkopfes, wenn eine Magnetkarte mit dem Codi »101!« in den Kartenleser eingeführt wird. Da dii Fördergeschwindigkeit nicht konstant ist, sind nur.meh die Intervalle zwischen den einzelnen Impulsen und du Impulse selbst verschieden lang. Das hierbei an Ausgang des Magnetkopfes auftretende Ausgangssigna ist in Fig.4B dargestellt. Da die Ausgangsspannung I proportional zu αΦΙάι, d. h. zur zeillichen Änderung de: Magnetflusses Φ ist, sind nunmehr Breite, Abstand unc Höhe der einzelnen Impulse verschieden groß.

Aufgrund des Impulsverlaufes der Fig.4B ist e! offensichtlich schwierig zu beurteilen, ob ein Signalim puls bei einem festgelegten Spannungspegel vorhander ist oder nicht. Deshalb empfiehlt es sich, dit Ablesespannung unabhängig von den Schwankunger der Einführungsgeschwindigkeit der Magnetkarte kon slant zu machen. Ferner kann aus den zeitlicher Abständen der einzelnen Impulse nicht ohne weiiere: entnommen werden, ob ein Impuls oder eine Impulslükke vorhanden ist. Deshalb wird ein Vergleich mit der von der gleichzeitig abgetasteten Taktspur gewonnener Codeimpulsen durchgeführt.

F i g. 5 zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ausführung dieses Programmes. Ein Magnetkopf 12 dient zur Abtastung des auf der eingeführten Magnetkarte aufgezeichneten Codesignals. Die Ausgangsspannung des Magnetkopfes 12 wird einem Verstärker 13 zugeführt, dessen Verstärkungsgrad mit zunehmender Frequenz des Eingangssignals abnimmt. Vorzugsweise wird ein Verstärker verwendet, dessen Verstärkungsabnahme etwa — 6 db/oct. beträgt, d.h., wenn die Frequenz sich verdoppelt, sinkt der Verstärkungsgrad auf die Hälfte. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers i3 wird einem Pegelabtaster 14 zugeführt, der eine konstante Ausgangsspannung liefert, wenn die Eingangsspannung einen bestimmten Pegel überschreitet. Dieses Ausgangssignal wird auf ein UND-Glied 15 gegeben.

Ein zweiter, gleichartig aufgebauter Kanal enthält einen Magnetkopf 12' zur Abtastung der Taktspur auf der Magnetkarte, einen Verstärker 13' mit frequenzabhängigem Verstärkungsgrad und einen Pegelabtaster 14'. Dessen Ausgangsspannung wird ebenfalls dem UND-Glied 15 zugeführt.

Fig. 6 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Stufen 13,14und 15 in Fig. 5.

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig.5 und 6 wird anhand der Fig. 7 erläutert. Fig.7A zeigt in vereinfachter Form den zeitlichen Verlauf des Magnetflusses im Luftspalt des Magnetkopfes 12 oder 12' beim Vorbeigang zweier auf der Magnetkarte aufgezeichneter Codesignale mit veränderlicher Geschwindigkeit. Die beiden dargestellten Impulse ergeben das Codesignal 11. Wenn die Fördergeschwindigkeit gering ist, hat der Magnetfluß den Verlauf 18, während bei größerer Geschwindigkeit sich ein kürzerer impuls 19 ergibt. Die Anstiegszeiten 20 und 21 schwanken also entsprechend, während die Amplituden 22 und 23 des Magnetflusses konstant bleiben. Da aber die Ausgangsspannung des Magnetkopfes nicht von der absoluten Höhe des Magnetflusses, sondern nur von dessen zeitlicher Änderung abhängt, ergeben sich gemäß Fig. 7B Ausgangsimpulse, die sowohl hinsichtlich der Amplitude, als auch der Frequenz proportional zur Kartengeschwindigkeit sind.

Diese Amplitudenabhängigkeil wird durch die Verstärker 13 und 13' beseitigt, deren Verstärkungsgrad, wie erwähnt, umgekehrt proportional zur Freauenz ist.

Am Ausgang dieser Verstärker ergibt sich deshalb ein Spannungsverlauf gemäß Fig. 7C mit konstanter, von der Kartengeschwindigkeit unabhängiger Impulsampiitude. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein dieser Impulse kann mittels der Pegelabtaster 14 und 14' ohne weiteres festgestellt werden, d. h. nur die einen bestimmten Spannungspegel überschreitenden Impulse werden dem UND-Glied 15 synchron miteinander zugeführt, 5o daß die Signalimpulse und die Taktimpulse miteinander verglichen werden können. Das UND-Glied gibt nur dann ein Ausgangssignal ab, wenn ein Signalimpuls und ein Taktimpuls gleichzeitig auftreten. Infolgedessen liefert das UND-Glied das gewünschte Codesignal, das anschließend in bekannter Weise ausgewertet werden kann.

Es wird davon ausgegangen, daß die Einführungsgeschwindigkeit einer Magnetkarte von Hand im Verhältnis des Mehrfachen von 10 schwanken kann. Die Ausgangsspannung der Magnetköpfe schwankt also im gleichen Bereich. Durch Anwendung der beschriebenen Maßnahmen ergibt sich trotzdem ein konstanter Impulspegel, so daß die Anwesenheit oder Abwesenheit der Codesignalimpulse mit Sicherheit festgestellt werden kann.

Fig.8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die Ausgangsspannungen der Magnetköpfe 12 und 12' werden hier auf normale Verstärker 16, 16' mit im wesentlichen konstantem Verstärkungsgrad gegeben. Die Ausgangsspannungen dieser Verstärker werden Integratoren 17 und 17' zugeführt, an deren Ausgänge Pcgelablaster 14 und 14' angeschlossen sind. Diese sind wieder mit den Eingängen eines UND-Gliedes 15 verbunden.

Fig.9 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Stufen 14bis ^dieserSchaltungsanordnung.

Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig.8 und Fig.9 wird ebenfalls anhand der Fig. 7 erläutert. Fig. 7A und 7B gehen auch für diesen Fall. In den Verstärkern 16 und 16' wird der Spannungsvcrlauf der Fig. 7B im wesentlichen proportional verstärkt. Diese Spannungen werden den Integratoren 17 und 17' zugeführt, an deren Ausgang ein Spannungsveriauf gemäß Fig. 7D auftritt. Dieser entspricht im:wesentlichen dem ursprünglichen Verlauf des Magnetflusses gemäß Fig. 7A. Durch Speisung des UND-Gliedes 15 mit diesen Ausgangsspannungen unter Zwischenschal-, tung der Spannungsbegrenzer 14 und 14' ergibt sich in gleicher Weise wie im Falle der Fi g. 5 eine zuverlässige Darstellung des Codcsignals unabhängig von der Einführungsgcschwindigkeit der Magnetkarte.;

Praktische Versuche haben ergeben, daß die Einführungsgeschwindigkeit von Hand in einem Bereich zwischen etwal und 300cm/sek. schwankt. Damit der ursprüngliche Verlauf des Magnetflusses gemäß Fig. 7A am Ausgang des Integrators unabhängig von der Einführungsgeschwindigkeit in diesem weiten Bereich korrekt wiedergegeben werden kann, soll die Zeitkonstante CR des Integrators etwa 0,04 bis 4 ms betragen.

Bei Verwendung des Integrators können auch solche unregelmäßigen Spannungsverläufe, wie sie in Fig.7E bei 24 dargestellt sind, und infolge von Staub oder Schmutz zwischen Magnetkopf und Magnetkarte häufig auftreten, ohne weiteres ausgeglichen und geglättet werden.

Das Zusammenwirken der Signalimpulse mit den Taktimpulsen ist in Fig. 10 dargestellt. Fig. 1OA zeigt den Verlauf des Codesignals, das beispielsweise im Falle der Fig.8 den Integrator durchlaufen hat, während Fig. 1OB den Verlauf des Taktsignals an der gleichen Stelle zeigt. Offenbar läßt sich trotz der Schwankungen der Impulslängen und der Impulsintervalle leicht feststellen, daß das Signal der Fig. 1OA die Bedeutung »1011« hat, indem es mit dem Taktsignal der Fig. 1OB verglichen wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kartenleser, der unabhängig von der Einführungsgeschwindigkeit der Magnetkarten einen konstanten Ausgangspegel liefert und bei dem die Magnetkarten mindestens eine Magnetspur für einen Digitalcode und eine dazu parallele Spur für ein Taktsignal aufweisen, mit zwei Magnetköpfen zum gleichzeitigen Abiasten der Codespur und der Taktspur und getrennten, an die Magnetköpfe angeschlossenen Verstärkungskanälen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstärkungskanal einen Verstärker (13, 13'), dessen Verstärkungsgrad umgekehrt proportional zur Frequenz des Eingangssignals ist, und einen daran angeschlossenen Pegelabtaster (14, <4') enthält und daß die Pegelabtaster mit dem Eingang eines UND-Gliedes (15) verbunden sind.

2. Kartenleser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsgrad der Verstärker etwa -6 db/oct. beträgt.

3. Kartenleser, der unabhängig von der Einführungsgeschwindigkeit der Magnetkarlen einen konstanten Ausgangspegel liefert und bei dem die Magnetkarten mindestens eine Magnetspur für einen Digitalcode und eine dazu parallele Spur für ein Taktsignal aufweisen, mit zwei Magnetköpfen zum gleichzeitigen Abtasten der Codespur und der Taktspur und getrennten, an die Magnetköpfe angeschlossenen Verstärkungskanälen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstärkungskanal einen Verstärker (16, 16') mit etwa konstantem Verstärkungsgrad, einen Integrator (17, 17') und einen Pegelabtaster (14, 14') in dieser Reihenfolge enthält und daß die Ausgänge der beiden Pegelabtaster mit einem UND-Glied (15) verbunden sind.

4. Kartenleser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante der Integratoren 0,04 bis 4 ms beträgt.