DE2924248A1

DE2924248A1 - Verfahren und vorrichtung zum auslesen von magnetisch codierten informationen

Info

Publication number: DE2924248A1
Application number: DE19792924248
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Lazzari
Original assignee: Bull SA
Current assignee: Bull SA
Priority date: 1978-06-16
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1979-12-20
Also published as: FR2428875B1; FR2428875A1; GB2026753B; US4246474A; IT7923626A0; IT1121425B; GB2026753A; JPS553099A

Description

- 4 Patentanwälte

Dipl.-lng DIpI -Chem. Dipl.-Ing. Δ <3 Z H C. H U

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Er nsbercjerstrasse 19

8 München 60

15. Juni 1979

COMPAGNIE INTEFfNATIONALE POUR L · INFORMATIQUE CII - HONEYWELL BULL
94, Avenue Gambetta
75020 Paris / Frankreich

Unser Zeichen; C 3234

Verfahren und Vorrichtung zum Auslesen von magnetisch codierten Informationen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auslesen von magnetisch codierten Informationen, insbesondere gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. Anspruchs 3,

Die automatische Verarbeitung von Informationen, die in Dokumenten enthalten sind, zwingt zu einer Aufzeichnung dieser Informationen in einer durch die Verarbeitungsmaschine leicht erfaßbaren und erkennbaren Form. Die magnetische Codierung der Informationen durch Aufbringen von magnetischen Elementen auf diesen Dokumenten hat den Vorteil, daß die Informationen mit hoher Dichte in analoger oder digitaler Form konzentriert werden können, daß ihre Aufzeichnung und ihr Auslesen erleichtert wird und daß dafür relativ einfache und kostengünstige Werkstoffe und Geräte verwendbar sind.

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Die magnetische Codierung wird heute auf breiter Ebene eingesetzt, insbesondere bei Finanzierungsinstituten, zur Aufzeichnung der üblichen Angaben wie Codenummer der Bank, der Filiale, des Kontoinhabers und des Dokuments, auf diesen einzelnen Dokumenten, die dem Kunden zur Verfügung stehen, um bestimmte Operationen zu veranlassen (z.B. Schecks).

Von den Finanzierungsinstituten wurden bereits mehrere analoge und digitale Codes angewandt. In Europa, insbesondere in den romanischen Ländern, ist der am häufigsten verwendete Code derjenige, der mit "CMC7" bezeichnet wird ("caractdre magnetique cod6 ä 7 olements", d.h. mit 7 Elementen codiertes magnetisches Zeichen). Es handelt sich um eine alphanumerische Darstellung der Information, die den Vorteil hat, daß sie ebenso von einer Maschine wie von einer nicht eingeweihten Person ausgelesen werden kann. Auf dem Dokument deutet nämlich die Darstellung jeder Gruppe aus sieben senkrecht angeordneten Elementen, die einander parallel sind, die Form des fraglichen Zeichens an. Für die Maschine sind jedoch die sieben Elemente eines Zeichens bzw. Typs voneinander durch einen vorbestimmten kurzen oder langen Zwischenraum getrennt, je nach dem betreffenden Zeichen. Ferner ist jedes Zeichen von dem benachbarten Zeichen durch einen Abstand getrennt, der von den beiden anderen Abständen verschieden ist und als sehr langes Intervall oder auch Zwischentypintervall bezeichnet wird.

Die Zahl "0" ist z.B. definiert durch zwei kurze Intervalle, zwei lange Intervalle und zwei kurze Intervalle, die von links nach rechts aufeinander folgen. Die Zahl ."1" is-t definiert durch ein langes Intervall, drei kurze Intervalle, ein langes Intervall und ein kurzes Intervall; der Buchstabe "A" ist definiert durch ein kurzes Intervall, ein langes Intervall und vier kurze Intervalle; ... ; der Buchstabe "Z" durch zwei kurze Intervalle,zwei lange Intervalle und zwei kurze Intervalle.

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Die Decodiervorrichtungen verarbeiten die Information ausgehend von magnetischen Ausleseeinrichtungen. Hierfür werden die Elemente (die auch als Stäbchen bezeichnet werden) auf den Dokumenten mit einer dauermagnetisierbaren Farbe aufgezeichnet, während den Leseeinrichtungen eine Magnetisierungsvorrichtung vorausgeht, die so ausgelegt ist, daß diese Elemente magnetisch gesättigt werden. Diese sind dann geeignet, um in der Ausleseeinrichtung elektrische Impulse zu erzeugen, die dann von den Decodiervorrichtungen digital verarbeitet werden, um die Information in analoger Form wiederzugeben.

Eine andere Digitalcodierung, die derzeit für Kreditkarten am häufigsten angewandt wird, ist der gewöhnlich als "Doppelfrequenzcode" oder "Aiken-Code" bezeichnete Code. Es handelt sich um einen rein magnetischen und digitalen Code, der durch eine kontinuierliche Aufeinanderfolge von gleichen magnetisierten Zellen gebildet ist. In dieser Aufeinanderfolge sind die das Bit "0" darstellenden Zellen vollständig in Richtung der Zellenaufeinanderfolge magnetisiert; die das Bit "1" darstellenden Zellen sind jeweils zur Hälfte in den beiden entgegengesetzten Richtungen magnetisiert. Außerdem unterscheidet sich jede Zelle von der benachbarten Zelle durch eine Umkehrung der Magnetisierungsrichtung.

Das Auslesen der so codierten Informationen besteht zum einen darin, daß die Magnetisierung jeder Zelle durch Erzeugung von abwechselnden elektrischen Impulsen in einer Ausleseeinrichtung, deren Breite sich in Abhängigkeit von den durch die Zellen definierten Binärinformationen ändert, ermittelt wird, und zum anderen diese Breiten ausgemessen werden, um die entsprechende Information wiederzugeben.

In den angelsächsischen Ländern wurde ein vollständig auf analoger Basis beruhender Code entwickelt, der als "Code

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E 13 B" bezeichnet wird. Dieser Code wird insgesamt am häufigsten angewandt. Nach diesem Code wird jedes Zeichen auf dem Dokument in einer vorbestimmten Form aufgezeichnet, die für eine optische Decodierung gut geeignet ist. Eine optische Ausleseeinrichtung ist jedoch ein relativ kompliziertes und aufwendiges Gerät im Vergleich zu einer magnetischen Ausleseeinrichtung. Wenn jedoch die so codierten Zeichen mit magnetisierbarer Tinte aufgeschrieben werden, die dann vor dem Auslesen magnetisiert wird, so können sie auch in einer magnetischen Ausleseeinrichtung elektrische Signale erzeugen, die jeweils für ein Zeichen spezifisch sind.

Die magnetische Decodierung erfolgt derzeit gemäß zwei unterschiedlichen Prinzipien, die nachstehend erläutert werden.

Das erste Prinzip besteht darin, daß das Dokument vor einer magnetischen Ausleseeinrichtung vorbeigeführt wird, die auf Magnetfeldänderungen reagiert, unrein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen. Das ermittelte Signal ist also proportional der Ableitung der Änderung des magnetischen Induktionsfeldes nach der Zeit, also zur Relativgeschwindigkeit des vorbeilaufenden Dokuments. Auf diese Weise erhält man nur dann von derartigen Ausleseeinrichtungen die richtigen Signale, wenn die Durchlaufgeschwindigkeiten relativ hoch sind.

Das zweite Prinzip hat den Vorteil, daß es von der Durchlaufgeschwindigkeit der Dokumente in der AusIesevorrichtung unabhängig ist. Dabei sind die Ausleseeinrichtungen mit Magnetwiderstandselementen ausgerüstet, die als Detektionselemente arbeiten. Bei Magnetwiderständen handelt es sich um elektrische Widerstände, die auf einem Substrat aus leitendem Material in Form von dünnen Schichten oder Filmen aufgetragen sind, deren

Dicke sehr gering ist (von einigen hundert Angström bis zu einigen Mikron) und deren Widerstand R sich um eine Größe Δ R ändert, die proportional zur Intensität des auf sie einwirkenden Magnetfeldes ist. Wenn diese Magnetwiderstände von einem konstanten Strom I durchflossen werden, so führt die Widerstandsänderung AR zu einer Sρannungsänderung AV = I.AR. Das Verhältnis AR/R wird als Magnetwiderstandskoeffizient bezeichnet.

Die gewöhnlich, verwendeten Magnetwiderstände sind aus einem anisotropen magnetischen Werkstoff gebildet. In einem solchen Werkstoff sind zwei Achsen definiert, eine Achse leichter Magnetisierung und eine Achse erschwerter Magnetisierung. Die magnetische Permeabilität u des magnetischen Materials ist maximal in Richtung der Achse erschwerter Magnetisierung und minimal in Richtung der Achse leichter Magnetisierung.

Jedes Magnetfeld H_, das außerhalb des Magnetwiderstandes erzeugt wird und darauf einwirkt, erzeugt dort ein entmagnetisierendes Feld H^_e, das die Tendenz hat, sich dem Feld H_ zu widersetzen. Der Magnetwiderstand reagiert auf das magnetische Erregerfeld H, dessen Betrag die Summeder entsprechenden Felder H^ und H^ ist (Ih"| = IH^ + H_dg J).

Ein Magnetwiderstandsmaterial ist ferner durch eine spezifische Magnetwiderstandskurve gekennzeichnet. Diese definiert die Änderungen des Widerstands des Materials in Abhängigkeit von den magnetischen Erregerfeldern H, für die das Material empfindlich ist. Diese Kurve hat normalerweise die Form einer in bezug auf das Vorzeichen der Erregerfelder symmetrischen Glocke, symmetrisch also in bezug auf die Achse der Widerstandswerte.

Wegen dieser Symmetrie führen Veränderungen mit abwechselnden Vorzeichen des Erregerfeldes H um den Wert "0" herum zu Ände-

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rungen des Materialwiderstands mit demselben Vorzeichen. Um diesem Mangel abzuhelfen, wird der Magnetwiderstand durch ein externes Polarisationsmagnetfeld H polarisiert, das mit dem entsprechenden entmagnetisierenden Magnetfeld

H, ein magnetisches Erregerfeld bildet, das als Translations^aP * > >
l

feld H^ = H + H_d bezeichnet wird. Dieses Feld hat die Wirkung, die Magnetwiderstandskurve entlang der Achse der magnetischen Erregerfelder H zu verschieben. Die Detektion erfolgt dann um einen mittleren Punkt herum, der auf einer Flanke der Kurve liegt.

Dieser Verschiebung entspricht ein Polarisationswinkel θ zwischen dem Magnetisierungsvektor des Magnetwiderstands und der Achse leichter Magnetisierung desselben. Dieser Winkel ändert sich mit dem Betragswert des Polarisationsfeldes H von 0° bis 90°.

Es erscheint als normal und selbstverständlich, diesem Polarisationswinkel einen Wert von etwa 45° zu geben, und zwar zum einen wegen für die Detektion eines Wechselsignals günstigen Symmetrie und zum anderen wegen der hohen Empfindlichkeit für externe Magnetfelder, die das Magnetwiderstands material bei diesem Wert aufweist. Etwa an dieser Stelle ändert sich nämlich das Vorzeichen der Krümmung jeder Flanke der Magnetwiderstandskurve. Eine Beschreibung der magnetischen Detektion mit Polarisation bei 45° findet sich in der FR-PS 2 165 206.

Bei der Anwendung dieses DetektionsVerfahrens wurden folgende Mängel beobachtet: Wenn das zu erfassende magnetische Erregerfeld (im Gegensatz zu dem magnetischen Polarisationsfeld), das auch als Signalmagnetfeld bezeichnet wird, einen Wert aufweist, dessen Betrag größer als derjenige des Translationsfeldes H^ ist, so wird eine Verzerrung des elektrischen Spannungssignals beobachtet, das an den Anschlüssen

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des Magnetwiderstands abgenommen wird. Ferner wird eine Verminderung der Detektionsauflösung beobachtet, wobei diese Auflösung das Verhältnis der Spitzenwertamplituden der Signale bei hoher Frequenz zu denjenigentei Signalen niedriger Frequenz ist. Die Verzerrung der erfaßten Signale, gemeinsam mit der verminderten Auflösung, verschlechtert die Zuverlässigkeit beim Auslesen der Informationen, weil in demselben Maße der Detektionsschwellenpegel der die von dem Magnetwiderstand abgegebenen Signale verarbeitenden elektrischen Schaltungen herabgesetzt werden muß und auf diese Weise die Decodierschaltungen für magnetische Störfelder empfindlicher werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auslesen von magnetisch codierten Informationen zu schaffen, durch die die beiden vorstehend dargelegten Mangel behoben werden. Insbesondere sollen die bei hohen Pegeln erfaßten Signale vor Veränderungen der Signalform (Verzerrung) und verminderter Auflösung bewahrt werden, wodurch ferner die Unempfindlichkeit der Informationsverarbeitungsvorrichtungen für parasitäre Störungen verbessert werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Verfahren zum Auslesen von Informationen, die durch eine Mehrzahl von magnetischen Elementen definiert werden, welche jeweils vorbestimmte externe Magnetfelder aussenden, wobei eine anisotrope Magnetwiderstandsvorrichtung von einem im wesentlichen konstanten elektrischen Strom durchflossen wird und der Einwirkung der externen Magnetfelder ausgesetzt wird und wobei ferner die Magnetwiderstandsvorrichtung von einem magnetischen Polarisationsfeld derart polarisiert wird, daß die Magnetisierungsrichtung und die Achse leichter Magnetisierung des Magnetwiderstandsmaterials, aus dem die Vorrichtung gebildet ist, einen gegebenen Winkel miteinander bilden; gemäß

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der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der erwünschte Maximalwert der externen Magnetfelder bestimmt wird, denen die Magnetwiderstandsvorrichtung ausgesetzt wird, und daß der Winkel einen Wert erhält, der im wesentlichen dem Betrag der Summe des gewünschten Maximalwerts des externen Magnetfelds und der Größe des entmagnetisierenden Magnetfelds entspricht, das von dem Magnetwiderstandsmilieu ansprechend auf das externe Magnetfeld mit dem gewünschten Maximalwert erzeugt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ferner durch die Erfindung eine Vorrichtung zum Auslesen von Informationen geschaffen, die durch eine Mehrzahl von magnetischen Elementen definiert sind, die von einem Informationsträger getragen sind und jeweils vorbestimmte externe Magnetfelder aussenden, die den Informationen entsprechen, mit einer im wesentlichen konstanten elektrischen Stromquelle, mit wenigstens einer anisotropen Magnetwiderstands-Auslesevorrichtung, die an die Stromquelle angekoppelt ist und auf magnetische Erregungsfelder anspricht, die jeweils bestimmt sind durch die Vektorsumme aus einem der externen Magnetfelder, die von der Magnetwiderstandsvorrichtung empfangen werden, und aus dem entmagnetisierenden Magnetfeld, das von der Vorrichtung ansprechend auf das externe Magnetfeld erzeugt wird, wobei sich ihr Widerstand normalerweise in Abhängigkeit von den Erregerfeldern gemäß einer relativ zum Vorzeichen der magnetischen Erregungsfelder symmetrischen Glockenkurve verändert, und mit einer Polarisationseinrichtung zur Aussendung eines magnetischen Polarisationsfeldes, das auf die Magnetwiderstandsvorrichtung derart einwirkt, daß die Kurve entlang der Achse verschoben wird, welche die Werte der Erregerfelder angibt; erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung eine Verschiebung um einen Wert des Magnetfeldes durchführt, der im wesentlichen einem Maximalwert des Betrags der Erregerfelder entspricht, auf die die Magnetwiderstandsvorrichtuhg ansprechen soll.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilweise im Schnitt gezeigte Übersicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen magnetischen Auslesevorrichtung;

Fig. 2A zwei Zeichen im Code CMC7»

Fig. 2B eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Informationsträgers, der die CMC7-codierten Zeichen trägt;

Fig. 3A ein Ausführungsbeispiel für eine Doppelfrequenzcodierung im sog. Aiken-Code;

Fig. 3B eine digitale Darstellung der Zellen, die den in Fig. 3A gezeigten Code bilden;

Fig. 3C eine schematische Schnittansicht eines Informationsträgers, der die den Aiken-Code nach den Fig. 3A und 3B darstellenden Zellen trägt;

Fig. 3D zwei Beispiele für Signale, die aus dem in Fig. 3C gezeigten Träger mittels einer bekannten Vorrichtung (gestrichelte Kurve) gewonnen werden können, und ein Beispiel eines Signals, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 (ausgezogene Kurve) gewonnen werden kann;

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise einer bekannten magnetischen Auslesevorrichtung mit Magnetwiderstand, ausgehend von einer Magnetwiderstandscharakteristik, die analog zu derjenigen bei Fig. 1 ist;

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Fig. 5 drei Schwingungsformen, die mit einer bekannten AusIesevorrichtung gewonnen werden können;

Fig. 6 eine Vektordarstellung der Polarisation beim Stand der Technik bzw.. gemäß der Erfindung; und

Fig. 7 eine Darstellung der Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie z.B. in Fig. 1 dargestellt ist.

Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Auslesen von Informationen, die von einem Informationsträger 11 getragen werden, z.B. von einem Scheck, einer Kreditkarte usw., enthält einen Tisch 12, auf dem sich der Informationsträger 11 in einer vorbestimmten Richtung 13 bewegt, eine AusIesevorrichtung 14, die insbesondere aus einer Platte gebildet ist, die wenigstens einen Magnetwiderstand 16 und einen Polarisierungsblock 17 trägt, und eine Quelle 18 für einen im wesentlichen konstanten elektrischen Strom, der diesen Strom über den Magnetwiderstand 16 und einen elektrischen Stromkreis führt, der zwei Drähte 18a, 18b enthält.

Die Spannung an den Anschlüssen dieses Magnetwiderstands wird an den zwei Ausgangsanschlüssen 10a, 10b der Auslesevorrichtung 10 abgegriffen, die an die Drähte 18a bzw. 18b angeschlossen sind. Diese beiden Anschlüsse sind mit dem Eingang eines Decodierblocks 19 verbunden, der das von dem Magnetwiderstand 16 abgegebene Signal verarbeitet, um an seinem Ausgangsanschluß 19a die von dem Träger 11 getragenen Informationen wiederzugeben.

Der Aufbau der hier vorgestellten Vorrichtung 10 ist bereits bekannt; er ist z.B. in der FR-OS 77 14 661 im einzelnen beschrieben. Ein Hauptmerkmal der Erfindung liegt in der Ausführungsform und in der Hinzufügung einer Regelvorrichtung

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für die Polarisation, deren Funktion aus der Beschreibung des erfindungsgemäßeη Ausleseverfahrens ersichtlich wird.

Der Informationsträger 11 besteht aus einem nicht-magnetischen Substrat 21 (z.B. aus Papier oder Kunststoff), das auf seiner einen Seite eine magnetische .Informationsschicht 22 trägt, die aus einer Mehrzahl von magnetischen Elementen zusammengesetzt ist, welche in einem gegebenen Code angeordnet sind und jeweils vorbestimmte externe Magnetfelder aussenden, die den gewünschten Informationen entsprechen.

Fig. 2A und 2B stellen den Code CMC7 dar. In Fig. 2A ist zu sehen, daß die in diesem Code aufgeschriebenen Zeichen beide aus sieben Elementen bzw. senkrechten Stäbchen 23 gebildet sind, die zueinander parallel und so zerschnitten sind, daß die Form des entsprechenden Zeichens symbolisiert wird. Man erkennt die Zahl 65. Die Stäbchen 23 jedes Zeichens haben voneinander einen kurzen Abstand a oder großen Abstand b, mit einer für jedes Zeichen spezifischen Konfiguration. Es wird daran erinnert, daß die Abstände bzw. Intervalle zwischen denselben Rändern zweier benachbarter Stäbchen gemessen werden. Die Zeichen haben voneinander einen sehr großen Abstand c.

Ein Träger 11 mit CMC7-codierten Informationen ist in Fig. 2B dargestellt. Die die Magnetschicht 22 des Trägers 11 bildenden Elemente sind die Stäbchen 23, wie sie in Fig. 2A gezeigt sind. Sie werden im allgemeinen auf das Substrat 21 mit einer magnetisierbaren Tinte aufgezeichnet. Ein Verfahren zum Aufschreiben derartiger Informationen ist insbesondere in der bereits genannten FR-OS 77 14 661 beschrieben. Die dort beschriebene Auslesevorrichtung gleicht der Vorrichtung 10 in Fig. 1, ohne den Block 20, wobei der Polarisierungsblock 17 gleichzeitig eine Vorrichtung zur Magnetisierung der Stäbchen 23 bildet. Beim Durchgang unter dem Block 17 werden

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also die Stäbchen 23 magnetisiert und senden folglich externe Magnetfelder 24 in der in Fig. 2B gezeigten Weise aus. In dieser Figur sind die mit durchgehendem Strich gezeichneten Felder diejenigen, die sich auf dem betreffenden Stäbchen schließen und die einen Einfluß auf den Magnetwiderstand

16 haben sollen, während die gestrichelt gezeichneten Feldlinien die Streufelder zwischen den Stäbchen darstellen, die keinerlei Auswirkung auf den Magnetwiderstand 16 haben sollten. Diese Bedingungen werden insbesondere dadurch erfüllt, daß der Abstand e zwischen dem Element 16 und der Magnetschicht 22 des auszulesenden Trägers 11 (Fig. 1) eingestellt wird. Der Abstand d zwischen dem Polarisierungsblock

17 und dem Magnetwiderstand 16 bestimmt im übrigen den Wert des Polarisationsfeldes, wie dies im einzelnen in der bereits erwähnten Druckschrift beschrieben ist.

Eine Beschreibung der Erfindung kann sehr wohl unter Bezugnahme auf den CMC7-Code erfolgen. Um jedoch die Merkmale und Vorteile der Erfindung besser hervorzuheben, erscheint es zweckmäßiger, die Erläuterung anhand des Aiken-Codes vorzunehmen. Die Fig. 3A und 3B lassen die Art dieses Codes erkennen, während Fig. 3C als Schnittansicht zeigt, welche Form der entsprechende Träger 11 annimmt. Aus diesen drei Figuren geht hervor, daß die Informationen durch diesen Code mittels Zellen 25, 26 ganz in binärer Digitalform ausgedrückt werden, wobei die Länge der Zellen gleich ist und diese nebeneinander liegen. Die Zellen 25, welche die Information "0" darstellen, sind vollständig in Richtung der Aufeinanderfolge der Zellen magnetisiert, während die Zellen 26, welche die Information ^tr1". darstellen, zur Hälfte 26a, 26b in zwei entgegengesetzten Richtungen magnetisiert sind, wobei dieselbe allgemeine Richtung zugrunde gelegt ist. Zu beachten ist auch, daß die benachbarten Felder einander entgegengesetzt sind. Fig. 3C zeigt ferner schematisch die Linien gleicher Feldstärke 27, 27' der externen Felder, die von den

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Zellen 25 bzw. 26a und 26b ausgesandt werden. Wegen der ungleichen Magnetisierungslänge der Zellen 25 und 26a, 26b reichen die Linien 27 höher als die Linien 27'.

Zur Erläuterung der Erzeugung von Auslesesignalen, die in Fig. 3D dargestellt sind, ausgehend von einem Informationsträger gemäß Fig. 3C, wird nun zunächst auf die bekannte Polarisationstechnik der Magnetwiderstandsvorrichtung der Auslesevorrichtung 10 (Fig. 4 bis 6) und auf die erfindungsgemäße Polarisationsweise (Fig. 6 und 7) Bezug genommen.

Fig. 4 zeigt mit durchgezogenem Strich eine Kurve 28, welche die Variation des Widerstands R eines gegebenen Magnetwiderstandsmaterials in Abhängigkeit von der Intensität des magnetischen Erregerfeldes H zeigt, das auf dieses Material einwirkt, unter der Einwirkung eines externen Magnetfelds H_e, z.B. die Felder 24, 27 oder 27». Die Kurve 28 ist glockenförmig und in bezug auf das Vorzeichen des Magnetfeldes H symmetrisch. Folglich nimmt der Widerstand ab, wenn die Intensität der empfangenen Felder ansteigt, unabhängig vom Vorzeichen dieser Felder. Der Maximalwiderstand wird im Punkt A erhalten, der auf der Achse der Widerstandswerte liegt.

Es wird angenommen, daß der Magnetwiderstand einem sinusförmigen Wechselfeld der Amplitude H₁ ausgesetzt wird. Wie Fig. 4 zeigt, erfolgen die Änderungen des Widerstandes R um den Punkt A herum zwischen den Punkten B und C, entsprechend einer maximalen Änderung AR. Wenn durch den Magnetwiderstand ein konstanter Strom fließt und die Änderungen der Spannung V an den Anschlüssen 10a, 10b des Magnetwiderstandes aufgezeichnet werden, so ergibt sich die in Fig. 5 gezeigte gestrichelte Kurve 29. Das erhaltene Signal ist also ein variables Gleichspannungssignal der Maximalamplitude V₀ entsprechend der Änderung des Widerstands

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Damit eine alternierende Variation des von dem Magnetwiderstand empfangenen Magnetfeldes von diesem in ein Wechselspannungssignal umgesetzt wird, wird dieser polarisiert, indem ein externes Folarisations-Magnetfeld H angelegt wird, um ein Translationsfeld .H. zu induzieren, das die Kurve 28 in eine Stellung verlagert, die als gestrichelte Kurve 30 dargestellt ist. Als externes Feld wird weiterhin ein Magnetfeld bezeichnet, das verschieden von den Feldern ist, die bei der Polarisation eine Rolle spielen; die Translation bzw. Verschiebung bewirkt also, daß der Widerstand R des Magnetwiderstands bei Abweseenheit eines externen Magnetfelds derjenige ist, der den Punkt D auf der rechten Flanke der Kurve 30 darstellt. Der Translationseffekt ist in Fig. 6 quantitativ dargestellt. In dieser Figur zeigen die Vektoren W^ und M^ die Achse leichter bzw. erschwerter Magnetisierung des anisotropen Magnetwiderstandsmaterials, das bei der Vorrichtung zum Auslesen von magnetischen Informationen verwendet wird. Bei Abwesenheit des Polarisationsfeldes liegt der Magnetisierungsvektor M normalerweise entlang der Achse leichter Magnetisierung M~. Nach Auftreten eines Polarisationsfeldes in Richtung der Achse erschwerter Magnetisierung ergibt sich dann der Magnetisierungsvektor M* durch die Vektorsumme M_f + H_-J.. Die Polarisation wurde bisher so gewählt, daß der zwischen der Achse leichter Magnetisierung und dem Magnetisierungsvektor gebildete Winkel etwa 45° beträgt. Bei diesem Wert liegt der Punkt D etwa in der Mitte eines Segments OA und entspricht im wesentlichen der Krümmungsänderung der entsprechenden Flanke der Kurve 30. Unter diesen Bedingungen führt eine sinusförmige alternierende Variation mit der Amplitude KL zu einer Änderung des Widerstands R um den Punkt D zwischen den Punkten B· und C mit den Werten AR1 und äR2, wodurch an den Anschlüssen 10a, 10b eine Wechselspannung gemäß Kurve 31 in Fig. 5 erscheint. Die Amplituden V₁ und V^ entsprechen jeweils den Änderungen AR2 bzw. AR1. Offensichtlich sind am Punkt D die Empfindlichkeit

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und die Linearität des Magnetwiderstandes am besten. Deshalb wurde die Polarisation bisher so gewählt.

Wenn jedoch die Amplitude der Erregerfelder H hoch ist und den Wert des Translationsfeldes H. übersteigt, wie bei dem Feld H₂ in Fig. 4, so ändert sich der Widerstand R gemäß einem Kurventeil zwischen den Punkten E und F, und die resul tierende Spannung hat die Form der Kurve 32. Da der Punkt F über den Punkt A¹ hinausgeht, steigt während des negativen Teils des Feldes H₂ der Widerstand von D auf A' (um£k.R'2), nimmt von A' auf F ab (um SR), steigt erneut von F auf A¹ und sinkt von A· bis auf D. Der positive Signalteil der Spannung an den Anschlüssen des Magnetwiderstands zeigt also im oberen Bereich eine Einbuchtung (V₂-V*₂), die um so größer ist als die Amplitude des Feldes H₂ hoch ist. Die Widerstandsänderung zwischen D und E erzeugt jedoch einen negativen Spannungsteil, der keine Einbuchtung aufweist.

Alle Konsequenzen der Signalverzerrung, die sich aus der bisherigen Polarisationsweise ergibt, gehen aus den Fig. 1, 3C und 3D hervor.

Es wird davon ausgegangen, daß der in die Vorrichtung 10 eingeführte Träger 11 der in Fig. 3C gezeigte ist und der Abstand e zwischen der Magnetschicht 22 und der äußeren Schicht des Magnetwiderstands 16 den Wert el hat, der in Fig. 3C angegeben ist. Für diesen Abstandswert soll das an den Anschlüssen 10a und 10b der Vorrichtung 10 abgegebene Signal das Signal 33 sein, das in Fig. 3D strichpunktiert gezeigt ist. In dem Verarbeitungsblock 19 erfolgt die Erkennung der von der Vorrichtung 10 erfaßten Informationen im allgemeinen durch einen Schwellwertdetektor 34, auf den eine Meßanordnung 35 zur Messung der Breite der ermittelten Signale folgt. Diese Breite bestimmt nämlich gemäß den Fig. 3A bis 3D den Typ der erfaßten Zelle. In dem Block

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hat der Schwellwertdetektor 34 die Aufgabe, das Nutzsignal von allen möglichen Störsignalen zu unterscheiden, so daß die Selektivität um so besser wird, als der Pegel des Schwellwerts hoch liegt. Es wird nun die Verarbeitung des Signals 33 (Fig. 3D) betrachtet.

Dieses Signal zeigt wie die Kurve 32 (Fig. 5) einen positiven Signalteil mit zwei Zipfeln der Höhe S1 und eine Einbuchtung der Höhe Sq, wenn der Magnetwiderstand 16 eine Zelle 25 ausliest, deren externes Feld 27 negativ ist; darauf folgt eine negativer Signalteil der Amplitude S2 beim Durchgang einer Halbzelle 26a, deren externes Feld 27^! positiv ist; ferner ein positiver Signalteil der Amplitude S3 beim Durchgang einer Halbzelle 26b, deren externes Feld 27' negativ ist; schließlich ein negativer Signalteil der Amplitude S4 beim Durchgang einer Zelle 25, deren externes Feld 27 positiv ist. Wenn der positive Schwellwert des Schwellwertdetektors 34 des Blocks 19 zwischen die Werte S3 und SO gelegt wird, so können alle positiven Signalteile erfaßt werden; wegen der Einbuchtung in den positiven Signalteilen, die den Zellen 25 entsprechen, mißt jedoch die Meßvorrichtung 35 die Breiten der beiden Zipfel und verwechselt sie mit einem positiven Zipfel, der den Zellen 26 entspricht. Die Schwelle muß also niedriger als der Wert SO sein. Eine andere Lösung zur Vermeidung einer solchen Verwechslung besteht darin, daß der Abstand e vergrößert wird und einen Wert e2 erhält, der in Fig. 3C angegeben ist. Diese Vergrößerung des Abstands e verursacht nämlich eine Verminderung der Intensität der externen Felder 27, 27*, die auf den Magnetwiderstand 16 einwirken. Es wird dann das Signal 36 erhalten, das in Fig. 3D gezeigt ist. Es wird angenommen, daß der Abstand e2 im günstigsten Falle so eingestellt wird, daß das maximale Erregerfeld H höchstens gleich dem Wert des Translationsfeldes H^. ist, der in Fig. 4 angegeben ist. Das Signal 36 hat einen positiven Signalteil der Amplitude S¹I= S1 beim Durchgang einer Zelle

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25, deren Feld 27 negativ ist, einen negativen Signalteil der Amplitude S'2 beim Durchgang einer Zelle 26, deren Feld 27' positiv ist, einen positiven Signalteil der Amplitude S'3 beim Durchgang einer Zelle 26 mit negativem Feld 27', einen negativen Signalteil der Amplitude S'4 beim Durchgang einer Zelle 25 mit positivem Feld 27. Zu beachten ist der relativ große Unterschied zwischen den Amplituden S^!1 und S»3 sowie zwischen den Amplituden S'2 und S'4. Dies beruht auf der Tatsache, daß beim Übergang vom Abstand el zum Abstand e2 der Einfluß der Felder 27 auf den Magnetwiderstand 26 sich nur wenig vermindert hat im Vergleich zu dem Einfluß der Felder 27'. Die geringe Amplitude der den Feldern 27' entsprechenden Signalteile zwingt also dazu, den Schwellwert des Schwellwert des Schwellwertdetektors 34 zwischen die Werte S^f3 und S'2 zu legen. Gleichzeitig wird die von dem Block 19 durchgeführte Signalverarbeitung wesentlich empfindlicher gegenüber Störsignalen. Aus Fig. 3C ist ferner ersichtlich, daß beim Abstand e2 die Übergänge zwischen den benachbarten Feldern wesentlich weniger präzis sind als beim Abstand el. Daraus resultiert die Tatsache, daß die Signalteile des Signals 36 in der Nähe der Zeitachse t abgeflacht werden. Die daraus resultierende schlechte Auflösung der Nulldurchgänge hat auch einen Einfluß auf die Messung der Halbperioden, die von der Meßanordnung 35 des Blocks 19 durchgeführt wird.

Die Mängel einer Polarisation bei 45° können also wie folgt zusammengefaßt werden:

Wenn die von dem Magnetwiderstand 16 empfangenen Signale zu stark sind, entsteht eine Verzerrung des Signals durch Auftreten von Einbuchtungen in bestimmten Halbperioden; hingegen ergibt sich eine gute Auflösung der Nulldurchgänge und eine angenäherte Gleichheit der Amplituden der Halbperioden mit gleichem Vorzeichen. Bei dem Signal 33 ist ersichtlich, daß

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die Spitzenwertamplituden, die durch die Segmente 5TS^T und S3S2 definiert werden, ein Verhältnis aufweisen, das deutlich kleiner als 1 ist. Dieses Verhältnis definiert die Auflösung beim Auslesen durch die Vorrichtung 10. Diese Charakteristik kann aber durch die bisherige Polarisationsweise nicht optimal ausgenutzt werden. Wenn nun die Einbuchtungen zum Verschwinden gebracht werden, indem die Polarisation bei 45° gehalten wird, so hat das Signal 36 eine wesentlich geringere Auflösung (die Auflösung ist in diesem Falle das Verhältnis der Segmente S '1S ^f4/S"^r3S *2), und ebenso die Auflösung der Nulldurchgänge. In beiden Fällen unterliegt die Nutzung der von einem Magnetwiderstand mit einer Polarisation bei 45° ausgelesenen Signale Einschränkungen, die zu einer schwierigen und unsicheren Decodierung führen.

Die Erfindung besteht darin, daß die Polarisation geändert wird, wie dies in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, um ein Signal wie das Signal 37 in Fig. 3D zu erhalten.

Fig. 7 ist eine Grafik analog Fig. 4, worin als Beispiel wieder die Kurve 30 gezeigt ist, die die bisherige Polarisation bei 45° zeigt. Es wird ferner davon ausgegangen, daß dasselbe Erregerfeld H₂ auf den Magnetwiderstand einwirkt. Folglich fallen die Punkte E und F der Kurve 30, die in Fig. 7 gezeigt sind, mit denselben Punkten in Fig. 4 zusammen, ebenso wie die Widerstands änderungen &R¹ * , &R ¹^ und SR. Die Kurve 38 in Fig. 7 ergibt sich aus der erfindungsgemäße mit-, teIs eines Translationsfeldes H ¹^. durchgeführten Polarisation.

Wenn wie bei.dem zuvor anhand der Fig. 3A bis 3D angenommenen Beispiel davon ausgegangen wird, daß das magnetische Signal des Betrages H₂ das Ergebnis der Vektorsumme des maximalen externen Magnetsignals, das der Magnetwiderstand 16 empfangen kann, wenn er von dem Träger 11 den Abstand el hat, und des entmagnetisierenden Magnetfeldes ist, das von dem Magnetwiderstand ansprechend auf das maximale, externe Magnetfeld erzeugt

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wird, so wird erfindungsgemäß die Polarisation derart gewählt, daß das Translationsfeld H'. gleich H₀ ist. Der Polarisationspunkt D¹ liegt also tiefer auf der Magnetwiderstandskurve als der bisherige Polarisationspunkt D, was

—* darauf hinausläuft, daß der Magnetisierungsvektor M¹ einen Winkel ot > 45° mit der Achse leichter Magnetisierung M^ des Magnetwiderstandsmaterials bildet, und zwar aufgrund der Wahl eines Translationsfeldes H¹., das größer als das Translationsfeld Η+ ist, welches bei der bisherigen Polarisation angewandt wurde, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Dem Magnetfeld -Hp entspricht also auf der Kurve 38 der Punkt F¹ entsprechend der Spitze A" der Kurve 38. Es entsteht daher keine Verzerrung durch Bildung von Einbuchtungen in dem ausgelesenen Signal, wie aus Kurve 37 in Fig. 3D hervorgeht. Diese Kurve zeigt auch, daß die Amplituden der Halbperioden des Signals 37 größer sind als bei dem Signal 33» das auf demselben externen Signal beruht, jedoch -^₆₁ einer Polarisation bei 45°. Fig. 7 zeigt nämlich, daß die Widerstandsänderungen aR"^ und aR"2 wesentlich größer sind als die entsprechenden Änderungen aufgrund der Kurve 30. Zu beachten ist auch, daß die Amplituden S¹M und S"4 jeweils sehr nahe bei den Amplituden S"3 und S"2 liegen, was darauf hinausläuft, daß die Auflösung der Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung praktisch gleich 1 ist.

Die Kurve 37 offenbart also die Vorzüge des erfindungsgemäßen Ausleseverfahrens. Der Informationsträger kann bei einem sehr geringen Abstand el ausgelesen werden, ohne daß Signalverzerrungen auftreten, die Nulldurchgänge dieses Signals sind sauber, und die Amplitude der Halbperioden erreicht einen hohen Pegel, der im wesentlichen konstant ist, trotz verschiedener Magnetfelder 27 und 27'. Daraus folgt, daß die Detektionsschwellwerte des Schwellwertdetektors 34 (Fig. 1) jeweils auf Werte gelegt werden können, die gerade unterhalb der Pegel S"3 und S"2 liegen. Da diese Pegel sehr hoch liegen, liefert der Schwellwertdetektor 34 sichere Ergebnisse, die

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außerhalb des Einflusses von Störsignalen liegen, während die Meßanordnung 35 im Stande ist, die kurzen und langen Intervalle, die zur Bestimmung der Informationen "0" und "1" der ausgelesenen Nachricht dienen, sicher zu selektionieren^

Zu beachten ist auch, daß je größer das Translations feld H ¹^ ist, um so niedriger der Polarisationspunkt D' auf der Flanke der Magnetwiderstandskurve liegt. Aus Fig. 7 geht aber insbesondere hervor, daß die Steigung der entsprechenden Flanke um so niedriger ist, als dieser Punkt tief liegt. Daraus ergibt sich, daß jedes Störsignal, das um diesen Polarisationspunkt herum schwankt, von dem Magnetwiderstand mit einem Detektionskoeffizienten (den die Steigung in diesem Punkt darstellt) erfaßt wird, der kleiner als der Detektionskoeffizient des Nutzsignals an einer höheren Stelle der Kurve ist. Eine solche Detektionsweise hat also femer den Vorteil, daß das Verhältnis zwischen Störsignal und Nutzsignal weiter verbessert wird, während die Detektionsschwellwerte des Nutzsignals 37 auf einen höheren Pegel gelegt werden können.

Die Ausführung der Erfindung kann in der folgenden Weise geschehen.

Das erfindungsgemäße Ausleseverfahren besteht darin, daß der gewünschte Maximalwert der externen Magnetfelder bestimmt wird, denen der Magnetwiderstand ausgesetzt wird, und daß der Polarisationswinkel einen Wert erhält, der im wesentlichen dem Betrag der Summe aus diesem gewünschten Maximalwert des externen Magnetfelds und aus der Größe des entmagnetisierenden Magnetfeldes entspricht, das von dem Magnetwiderstand ansprechend auf das externe Magnetfeld mit dem gewünschten Maximalwert erzeugt wird.

Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung 10 bei ihrem Aufbau in Abhängigkeit von der Art des auszulesenden Trägers 11 end-

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gültig eingestellt werden. Die Einstellvorrichtung 20 ermöglicht jedoch einen flexibleren Einsatz der Vorrichtung 10 mit einer möglichen Anpassung an verschiedene Arten von Informationsträgern 11.

Wenn die Vorrichtung 10 z.B. eine solche ist, wie sie in der eingangs genannten Druckschrift beschrieben ist, so kann der Polarisationswinkel gemäß der Erfindung eingestellt werden, indem der Abstand'zwischen dem Polarisierungsblock 17 und dem Magnetwiderstand 16 eingestellt wird. Der richtige Abstand d für einen Abstand e und ein gegebenes Substrat kann beim Aufbau festgesetzt werden oder mittels der Vorrichtung 20 einstellbar sein.

Es wurde ferner deutlich, daß der Abstand e den Wert des Betrages der externen Felder bestimmt, die von der Magnetschicht 22 eines Substrats 11 ausgesandt werden. Die Vorrichtung 20 kann so ausgebildet werden, daß dieser Abstand e eingestellt wird.

Für einen gegebenen Abstand d und e kann der Polarisationswinkel bestimmt werden, indem die Intensität des von dem Block 17 ausgesandten magnetischen Polarisationsfeldes H eingestellt wird.

Der Polarisationswinkel kann also erfindungsgemäß eingestellt werden, indem getrennt oder in Kombination die Intensität des Polarisationsfeldes H bei dessen Aussendung, der den Polarisationsblock von dem Magnetwiderstand trennende Abstand d und der Abstand e zwischen diesem Magnetwiderstand undder Magnetschicht 22 eines Trägers 11 variiert wird. Bei der Einstellvorrichtung 20 kann es sich also je nach Ausführungsform um folgende Elemente handeln: ein Einstellpotentiometer für die elektrische Stromstärke, durch welche das Polarisationsfeld H erzeugt wird, wenn dieses elektrisch erzeugt wird; eine

Schraube zur Einstellung der relativen Lage des Blocks 17 und des Magnetwiderstands 16, z.B. durch Gleiten auf Schienen; und/oder eine Schraube zur Einstellung des Abstands e, indem z.B. auf eine nicht-magnetische Platte eingewirkt wird, die zwischen dem Magnetwiderstand 16 und dem Träger angeordnet ist und an der dieser Träger beim Auslesen vorbeiläuft.

Diese Beispiele sind natürlich nicht erschöpfend.

Es wird ferner daran erinnert, daß die Erfindung nicht auf eine Anwendung zum Auslesen von Informationen begrenzt ist, die im Doppelfrequenzcode (Aiken-Code) codiert sind; vielmehr ist eine Anwendung der Erfindung mit Vorteil auch auf magnetische Informationen möglich, die unter einem beliebigen Code codiert sind, z.B. im Code CMC7 oder E 13 B-.

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Claims

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. 2 9 2 A 2 4 8

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

15. Juni 1979

COMPAGNIE INTERNATIONALE. POUR L'INFORMATIQUE CII-HONEYWELLBULL
94, Avenue Gambetta
75020 Paris / Frankreich

Unser Zeichen: C

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Auslesen von Informationen, die durch eine Mehrzahl von magnetischen Elementen definiert werden, welche jeweils vorbestimmte externe Magnetfelder aussenden, wobei eine anisotrope Magnetwiderstandsvorrichtung von einem im wesentlichen konstanten elektrischen Strom durchflossen wird und der Einwirkung der externen Magnetfelder ausgesetzt wird und wobei ferner die Magnetwiderstandsvorrichtung von einem magnetischen Polarisationsfeld derart polarisiert wird, daß die Magnetisierungsrichtung und die Achse leichter Magnetisierung des Magnetwiderstandsmaterials, aus dem die Vorrichtung gebildet ist, einen gegebenen Winkel miteinander bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der-erwünschte Maximalwert der externen Magnetfelder bestimmt wird, denen die Mngnetwiderstandsvorrichtung ausgesetzt wird, und daß der Winkel einen Wert erhält, der im

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wesentlichen dem Betrag der Summe des gewünschten Maximalwerts des externen Magnetfelds und der Größe des entmagnetisierenden Magnetfelds entspricht, das von dem Magnetwiderstandsmilieu ansprechend auf das externe Magnetfeld mit dem gewünschten Maximalwert erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des maximalen empfangenen Magnetfeldes in Abhängigkeit von dem Abstand, der das Magnetwiderstandsmilieu von den magnetischen Elementen trennt, und von der Art der diese Elemente und die Magnetwiderstandsvorrichtung bildenden Werkstoffe erfolgt.
3. Vorrichtung zum Auslesen von Informationen, die durch eine Mehrzahl von magnetischen Elementen definiert sind, die von einem Informationsträger getragen sind und jeweils vorbestimmte externe Magnetfelder aussenden, die den Informationen entsprechen, mit einer im wesentlichen konstanten elektrischen Stromquelle, mit wenigstens einer anisotropen Magnetwiderstands-Auslesevorrichtung, die an die Stromquelle angekoppelt ist und auf magnetische Erregungsfeider anspricht, die jeweils bestimmt sind durch die Vektorsumme aus einem der externen Magnetfelder, die von der Magnetwiderstandsvorrichtung empfangen werden, und aus dem entmagnetisierenden Magnetfeld, das von der Vorrichtung ansprechend auf das externe Magnetfeld erzeugt wird, wobei sich ihr Widerstand normalerweise in Abhängigkeit von den Erregerfeldern gemäß einer relativ zum Vorzeichen der magnetischen Erregungsfeider symmetrischen Glockenkurve verändert, und mit einer Polarisationseinrichtung zur Aussendung eines magnetischen Polarisationsfeldes, das auf die Magnetwiderstandsvorrichtung derart einwirkt, daß die Kurve entlang der Achse verschoben wird, welche die Werte der Erregerfelder angibt,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung eine Verschiebung um einen Wert des Magnetfeldes durchführt, der im wesentlichen einem Maximalwert des Betrags der Erregerfelder entspricht, auf die die Magnetwiderstandsvorrichtung ansprechen soll.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung Mittel zum Einstellen des Betrags des Polarisationsfeldes aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung Mittel zur Einstellung des auf die Magnetwiderstandsvorrichtung einwirkenden Polarisationsfeldes aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung Mittel zum Einstellen des Abstandes aufweist, der die Magnetwiderstandsvorrichtung von den magnetischen Elementen des Informationsträgers trennt.

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