DE3016698A1

DE3016698A1 - Fuer identifizierungszwecke markierte blattfoermige gegenstaende aus nichtleitendem material sowie verfahren und vorrichtung zur identifizierung solcher gegenstaende

Info

Publication number: DE3016698A1
Application number: DE19803016698
Authority: DE
Inventors: Pierre Veys
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1979-05-01
Filing date: 1980-04-30
Publication date: 1980-11-13
Also published as: CA1159565A; JPH0318232B2; FR2455773A1; US4408156A; BE882946A; FR2455773B1; JPS55163443A; GB2050664B; BR8002686A; IT8048539A0; GB2050664A; IT1128152B; CH644464A5; NL8002536A

Description

Exemplar

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. "We te-cm λνν, Dip.,.-?«ys. Diu K.^F*!«;*^

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber' Dr. Ing. H. Liska

THrt 8000 MÜNCHEN 86, DEN ' , . ;

POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

N.V. BEKAERT S.A.

Leo Bekaertstraat 1

855 0 Zwevegem / Belgien

Für Identifizierungszwecke markierte blattförmige Gegenstände aus nichtleitendem Material sowie Verfahren und Vorrichtung zur Identifizierung solcher Gegenstände

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Die Erfindung betrifft das Markieren-von aus einem nicht leitfähigen Material bestehenden blattförmigen Gegenständen für Identifizierungszwecke, insbesondere aus Papierbogen bestehender Gegenstände wie Banknoten, Pässe, Garantiescheine, Schuldscheine und dergleichen.

Ein Verfahren zur Markierung von aus Papierbogen bestehenden Gegenständen in der Weise, daß die Gegenstände identifiziert werden können und ihre Echtheit dadurch überprüft werden kann, besteht darin, daß ein nachweisbares Material in den Gegenstand eingebaut wird, wobei dieses Material das Aussehen und die Eigenschaften des Gegenstandes jedoch nicht zu sehr ändern darf. Der Anteil des in den Gegenständen eingebauten nachweisbaren Materials muß daher im allgemeinen gering sein. Ferner ist es im allgemeinen wünschenswert, daß das Detektorsystem zum Nachweis des Materials sehr empfindlich ist, eine hohe Ansprechgeschwindigkeit besitzt, um eine rasche Identifizierung des Gegenstandes zu ermöglichen, und eine zuverlässige Vorrichtung zur wiederholten Identifizierung derselben Gegenstände aufweisen sollte. Schließlich ist es auch wünschenswert, daß das nachweisbare Material ein spezifisches Antwortsignal auslösen kann, das durch andere Materialien schwierig zu imitieren ist, um eine Fälschung der Markierungen zuverlässig zu verhindern. .

Die Erfindung betrifft somit ein neues Verfahren zur Identifizierung und Überprüfung der Echtheit von aus einem nichtleitenden blattförmigen Material bestehenden Gegenständen (vorzugsweise aus Papierbogen bestehenden Gegenständen wie Banknoten, Pässen, Garantiescheinen und dgl.) bei dem eine auf die Gegenstände auftreffende Mikrowellen-, strahlung durch diese Gegenstände hindurchtreten kann,

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wobei die Gegenstände zu Identifizierungszwecken durch den Einbau einer geringen Menge sehr dünner leitfähiger Fasern markiert sind, welche einen bestimmten merklichen Anteil der auf die Gegenstände auftreffenden Mikrowellenstrahlung absorbieren und reflektieren können. Diese Gegenstände werden im folgenden als im Sinne der vorliegenden Erfindung "markierte Gegenstände" bezeichnet.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Identifizierungssignals für markierte Gegenstände und zur Prüfung ihrer Echtheit vorgeschlagen, bei dem der markierte Gegenstand, der sehr dünne leitfähige Fasern enthält, in den Weg eines nicht geführten Mikrowellenstrahles gebracht wird, worauf der Überschuß der abgefangenen Mikrowellen-Strahlungsenergie gegenüber der reflektierten Energie gemessen und ein Ausgangssignal erzeugt wird, das representativ für das Vorhandensein eines solchen Überschusses ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens angegeben, die einen Sender für einen nicht geführten Mikrowellenstrahl aufweist. Die Vorrichtung umfaßt ferner Mittel, um den zu identifizierenden Gegenstand mit seinem die sehr dünnen leitfähigen Fasern enthaltenden Teil in den Weg des nichtgeführten MikrowellenStrahles zu bringen, der von dem Sender ausgesandt wird. Ein erster Empfänger ist so angeordnet, daß er im Betrieb Energie von dem Teil des Mikrowellenstrahles aufnimmt, der durch den Gegenstand hindurchtritt und weder absorbiert noch reflektiert wird. Ein zweiter Empfänger ist derart angeordnet, daß er im Betrieb Energie von dem Teil des Mikrowellen-"" Strahles aufnimmt, der durch die dünnen leitfähigen Fasern in dem Gegenstand reflektiert wird. Schließlich ist ein

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Komparator vorgesehen, der mit dem jeweiligen Ausgang der beiden Empfänger verbunden ist und ein Ausgangssignal in Abhängigkeit eines merklichen Überschusses der abgefangenen Energie, die mittels des ersten Empfängers ermittelt wird, gegenüber der reflektierten Energie, wie sie mittels des zweiten Empfängers gemessen wird, erzeugt. Als "abgefangene Energie"¹V.wird die Energie bezeichnet, die entweder absorbiert oder reflektiert wird. Sie wird dadurch gemessen, daß die von dem ersten Empfänger empfangene Energie mit der Energie verglichen wird,- die in Abwesenheit des blattförmigen Gegenstandes gemessen wird.

Die hier" beschriebenen markierten Gegenstände, die beispielsweise als Papierblätter oder Papierbogen ausgebildet sein können, sind neu und bilden einen Teil der vorliegenden Erfindung. Somit werden gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung blattförmige Gegenstände aus Papier oder papierartigem Material vorgeschlagen, das auftreffende Mikrowellenstrahlung hindurchtreten läßt. Die Gegenstände sind zu Identifizierungszwecken dadurch markiert, daß sie eine geringe Menge sehr dünner leitfähiger Fasern enthalten, die bestimmte merkliche Anteile der Energie der auftreffenden Mikrowellenstrahluhg absorbieren und reflektieren . "■-■"_

Wenn ein Mikrowellenstrahl zur Feststellung metallischen Materials verwendet wird, ist es üblich, einfach den Anteil der Energie des Strahles zu messen, der von dem metallischen Material reflektiert wird. Dies wäre jedoch als zuverlässiges Mittel zur Identifizierung für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verahren unbrauchbar, da die Reflexionseigenschaften eines speziellen Gegenstandes

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zu leicht nachgeahmt werden könnten, beispielsweise durch die Verwendung von Metallpulver oder reflektierenden Streifen. Die Eigenschaft, einen merklichen Anteil der Energie des Mikrowellenstrahles zu absorbieren, ist jedoch ein Merkmal, das charakteristisch für sehr dünne leitfähige Fasern ist. Aus diesem Grunde ist es in dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich, den absorbierten Anteil der Mikrowellenenergie zu messen. Dieser absorbierte Anteil ist ein charakteristisches Merkmal für die sehr dünnen leitfähigen Fasern in den Gegenständen, wobei dieses charakteristische Merkmal nicht leicht nachgeahmt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der absorbierte Energieanteil des Mikrowellenstrahles auf indirektem Wege gemessen, indem man den durch den Gegenstand oder einen ausgewählten Teil desselben hindurchtretenden Anteil der Mikrowellenenergie mißt und dadurch den Anteil der von dem Gegenstand oder dem ausgewählten Teil desselben abgefangenen Anteil der Mikrowellenenergie ermittelt. Getrennt davon wird der von dem Gegenstand reflektierte Anteil der Mikrowellenenergie gemessen. Der Anteil der abgefangenen Energie, der nicht reflektiert wird, wurde dann absorbiert. Die von den leitfähigen Fasern in dem Gegenstand abgefangene Energie kann in der Weise berechnet werden, daß man die Abnahme der Energie des Mikrowellenstrahles nach dem Durchtritt durch den Gegenstand mißt und mit der Abnahme der Energie bei Verwendung eines gleichen Referenzgegenstandes vergleicht, der keine leitfähigen Fasern enthält. Die von dem Referenzgegenstand abgefangene Energie kann dann als der Nullpunkt gewählt werden, um direkt den durch die leitfähigen Fasern abgefangenen Energieanteil zu ermitteln. In der gleichen Weise kann die von den leitfähigen Fasern in dem Gegenstand reflektierte Energie dadurch berechnet werden, daß man

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die von dem Gegenstand reflektierte Energie mit der von dem Referenzgegenstand reflektierten Energie vergleicht. Die absorbierte Energie ist dann die Differenz zwischen diesen beiden Werten der abgefangenen Energie und der reflektierten Energie.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Echtheitsprüfung von Gegenständen muß zweierlei beachtet werden. Zunächst sind die Werte der abgefangenen , Energie und der reflektierten Energie im allgemeinen groß verglichen mit ihrer Differenz. Wenn diese Werte nicht genau, d.h. mit einer nur kleinen Fehlerwahrscheinlichkeit gemessen werden, zeigt ihre Differenz entsprechend zu große Variationen, um als signifikantes Maß für die absorbierte Energie dienen zu können. Wenn die Mikrowellen in einem Wellenleiter geführt werden, der von dem zwischen zwei Wellenleiterabschnitten eingeklemmten Gegenstand durchquert wird, und die durch den Gegenstand hindurchtretende Energie und die von dem Gegenstand reflektierte Energie gemessen werden, sind die Meßfehler im allgemeinen zu groß. Wenn die Mikrowellen von einer Sendeantenne ausgesandt werden, so daß sie einen nicht geführten Strahl bilden (d.h. ohne einen umgebenden Wellenleiter), der durch den Gegenstand in Richtung auf eine erste Empfangsantenne hindurchtritt und der von dem Gegenstand in Richtung auf eine zweite Empfangsantenne reflektiert wird, wurde dagegen gefunden, daß der durch den Gegenstand hindurchtretende Energieanteil und der von dem Gegenstand reflektierte Energieanteil (und somit also auch die von dem Gegenstand absorbierte Energie) -mit genügender Genauigkeit für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens gemessen werden können.

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Der zweite Punkt, der bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Sorgfalt erfordert, betrifft die Auswahl der sehr dünnen Fasern, welche einen geeigneten spezifischen Widerstand haben, um in der "gewünschten Weise wesentliche Anteile der auftreffenden Mikrowellenenergie absorbieren und reflektieren zu können. Die Fasern wirken beim Auftreffen eines Mikrowellenstrahles als Dipolantennen. Die Absorption wird umso stärker, je länger und dünner die Fasern sind. Jedoch sind hier in der Praxis Grenzen gesetzt. So ist es beispielsweise beim Einbringen von sehr dünnen metallischen Fasern in einen Papierbogen wünschenswert, daß die Faserneine Länge von nicht mehr als 40 mm "haben, um das Vermischen der Fasern mit den Bestandteilen des blattfor-· migen Materials zu erleichtern. Außerdem sollte die Dicke der Fasern nicht weniger als 2 μπι betragen, um übermäßige Herstellungskosten zu vermeiden. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, Fasern mit einer Dicke von weniger als 50 μπι, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 25 μπι zu verwenden. Ihre Länge sollte nicht größer als 40 mm, vorzugsweise nicht größer als 10 mm sein. Der spezifische Widerstand dieser Fasern muß so gewählt sein, daß man bei einer Verwendung der Fasern als Dipolantennen eine Verbraucherimpedanz erhält, die an die Eingangsimpedanz so angepaßt ist, daß man eine ausreichende Absorption erhält. Für in der Praxis verwendete Mikrowellenfrequenzen von 1 bis 50 GHz und Fasern mit den oben genannten Abmessungen wurde gefunden, daß es wichtig ist, für die Fasern ein Metall zu verwenden, das eine Leitfähigkeit von weniger als 10% der Leitfähigkeit des Kupferstandards hat (der spezifische Widerstand von Kupfer beträgt 1,7 μ Hem). Solche Metalle sind beispielsweise Chromnickel, Titan, Siliciumstahl und rostfreier Stahl (73 y,ilcm).

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit der beigefügten Figur die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Gemäß der Darstellung umfaßt die Vorrichtung einen Sendeoszillator 1, ein variables Dämpfungsglied 2, einen Richtungskoppler 3/ eine Sende-Empfangsantenne 4, eine Empfangs-, antenne 5, ein variables Dämpfungsglied-6, einen Fühler 7 zum Abtasten der durch einen in dem Spalt zwischen den Antennen 4 und 5 befindlichen blattförmigen Gegenstand 10 hindurchtretenden Wellen und einen Fühler 8 zum Abtasten der Wellen, die von dem blattförmigen Gegenstand reflektiert " werden, in die Sende-Empfangsantenne 4 wieder eintreten und durch den Richtungskoppler 3 dem Fühler 8 zugeführt werden. Die Vorrichtung umfaßt ferner einen Komparator 9, der den mit dem Fühler 7 ermittelten Wert der abgefangenen Energie P_ mit dem von dem Fühler 8 gemessenen Wert der reflektierten Energie P vergleicht und ein Signal S in Abhängigkeit eines signifikanten Überschusses von P über P abgibt.

Bei dieser Ausführungsform besteht der Sendeoszillator 1 aus einem Klystron, das Mikrowellen mit einer Frequenz von 9500 MHz, d.h. mit einer Wellenlänge von ca. 3 cm erzeugt. Alternativ hierzu kann jedoch der Sendeoszillator auch von einem Gunn-Effekt-Oszillator mit einer in einem Resonanzhohlraum angeordneten Gunn-Diode bestehen, um Mikrowellen einer gleichen Wellenlänge zu erzeugen. Oszillatoren wie beispielsweise der mit MA-86651C bezeichnete Oszillator der Firma Microwave Associates, Inc., sind im Handel für Einbruchssicherungen, Verkehrsieiteinrichtüngen und andere Anwendungszwecke erhältlich. Der Ausgang des Resonanzhohlraumes ist mit einem variablen Dämpfungsglied 2 versehen.

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das in diesem Fall aus einem schmalen Schlitz in einer senkrecht zur Ausbreitungerichtung der Wellen am Ausgang des Resonanzhohlraumes angeordneten schmalen Schlitz besteht, wobei die Platte in ihrer Ebene drehbar ist, um den Schlitz annähernd parallel zu dem E-FeId dieser Wellen auszurichten.

Der Ausgang des mit diesem Dämpfungsglied versehenen Oszillators ist mit einem Richtungskoppler des Typs verbunden, der zwei aneinandergrenzende Wellenleiterabschnitte mit einer gemeinsamen Wand aufweist, in welcher Kopplungslöcher angeordnet sind. Ein solcher Richtungskoppler wird beispielsweise von der Firma Hewlett Packard unter der Bezeichnung HPX 752A angeboten. Einer dieser Wellenleiter bildet die übertragungsleitung von dem Ausgang des Sendeoszillators 1 und seines Dämpfungsgliedes 2 zur Hornantenne 4, d.h. von der öffnung 11 zur öffnung 12 des Richtungskoppler 3. Der andere Wellenleiter schließt an seinem auf der Seite der öffnung 12 liegenden Ende mit einer angepaßten Last ab, während sein anderes Ende eine öffnung 13 bildet, wie dies für diese Art von Richtungskoppler bekannt ist. Das Richtverhältnis dieses Richtungskoppler beträgt mehr als 40 dB, wobei das Richtverhältnis ausgedrückt wird durch die Größe des an der öffnung 13 empfangenen Signales bei einem Eingangssignal an der öffnung 12 verglichen mit der Größe des Signales an der öffnung 13 bei demselben Eingangssignal an der öffnung 11. Der Kopplungsfaktor beträgt etwa 3 dB, wobei dies der Energieverlust eines an der öffnung 12 eintretenden Signales auf seinem Weg zur öffnung 13 ist. Es können auch andere Riehtungsschaltungen verwendet werden, wie beispielsweise ein Ferrit-Zirkulator, wie er üblicherweise in Mikrowellen-Sende-Empfangsgeräten für Mikrowellenref lexions-Steuer sy steinen verwendet wird.

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Der Ausgang des Richtungskoppler 3 ist mit der als Hornantenne ausgebildeten Sende-Empfangsantenne 4 verbunden, die zur Anpassung der Impedanz des übertragungssysteins an die Impedanz des freien Raumes dient, in den die Sende-Empfangsantenne 4 einen nahezu parallelen ungeführten Mikrowellenstrahl durch den blattförmigen Gegenstand 10 hindurch abgibt. Die von diesem blattförmigen Gegenstand 10 reflektierten Mikrowellen treten in der entgegengesetzten Richtung wieder in die Sende-Empfangsantenne 4 ein. Die Hornantenne wirkt somit als Antenne zum Empfang der reflektierten Wellen. Diese Hellen, werden danach über den Eingang 12 dem Ausgang des Richtungskopplers zugeführt und von dort zum Fühler 8 für die reflektierten Wellen geleitet.

Der Fühler 8 besteht aus einer Spitzenkontaktdiode, die in Richtung des elektrischen Feldes an dem Ende eines Kurzwellenleiterabschnittes angeordnet und mit einem geeigneten Lastwiderstand verbunden ist. Als Diode kann beispielsweise die von der Firma Microwave Associates, Inc. unter der Bezeichnung MA-41205 angebotene Diode mit einem Lastwiderstand von 600Λ verwendet werden. Die in den Fühler 8 eintretenden Wellen erzeugen eine Gleichspannung an dem Lastwiderstand, die ein Maß für die reflektierte Energie darstellt. Die von der Spitzenkontaktdiode abgegebene Spannung variiert annähernd mit dem Quadrat der Amplitude der eintretenden Wellen und da die Energie dieser Wellen ebenfalls proportional dem Quadrat derselben Amplitude ist, kann gefolgert werden, daß in diesem Falle die an dem Lastwiderstand gemessene Spannung praktisch proportional der Energie der eintretenden Wellen ist. Diese Eigenschaft ist jedoch für einen Fühler zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht notwendig, da am Ausgang des Fühlers ein Signal abgegeben wird, das unabhängig davon, ob es analog oder digital, proportional oder nicht proportional ist, ein Maß für den Wert der

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reflektierten Energie darstellt, d.h. ein Mittel zur Bestimmung der Größe P der reflektierten Energie darstellt. Für diesen Zweck können auch Schottky-Dioden als Fühler verwendet werden.

Auf der der Hornantenne 4 abgewandten Seite des blattförmigen Gegenstandes 10 ist eine weitere Hornantenne 5 angeordnet, die als Empfangsantenne für die durch den Gegenstand 10 hindurchtretenden Wellen dient. Die Empfangsantenne 5 ist über das variable Dämpfungsglied 6 mit dem Mikrowellenfühler 7 verbunden. Das Dämpfungsglied 6 und der Mikrowellenfühler 7 sind von der gleichen Art wie das Dämpfungsglied und der Mikrowellenfühler 8. Das Dämpfungsglied 7 gibt an seinem Ausgang ein Signal ab, das ein Maß für die durch den blattförmigen Gegenstand 10 hindurchtretende Energie darstellt.

Um feststellen zu können, ob ein Teil der auf den blattförmigen Gegenstand 10 auftreffenden Mikrowellen absorbiert wird oder nicht, genügt die Ablesung der Ausgangssignale an den Fühlern 7 und 8 selbst ohne das Dämpfungsglied 6. Zu diesem Zweck wird ein Referenzgegenstand zwischen den Hornantennen 4 und 5 angeordnet, der dem zu identifizierenden Gegenstand vollständig entspricht mit der Ausnahme, daß er keine leitfähigen Fasern enthält. Das Dämpfungsglied wird so eingestellt, daß der Fühler 7 seine maximale Spannung abgibt. Im vorliegenden Fall sind dies 200 mV. Danach wird anstelle des Referenzgegenstandes ein leitfähiges Metallblech zwischen den Hornantennen 4 und 5 angeordnet, das sämtliche auffallende Mikrowellenenergie reflektiert. Der vom Fühler 8 abgegebene Spannungswert (im vorliegenden Fall 119 mV) wird als die Maximalspannung für den Fall angenommen, daß die gesamte Energie des einfallenden Mikrowellenstrahles reflektiert wird.

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Schließlich wird anstelle des Metallbleches der zu identifizierende Gegenstand zwischen den Hornantennen 4 und 5 angeordnet. Die Ausgangsspannung am Fühler 7 nimmt einen Wert an, dessen prozentualer Abfall (bezogen auf die gesamte Skalenbreite von 200 mV) ein Maß für den Prozentsatz an Energie ist, der von den leitfähigen Fasern das zu identifizierenden blattförmigen Gegenstandes zurückgehalten wird. Der Spannungsanstxeg über Null am Fühler 8 (100% der reflektierten Energie entsprechen der Skalenbreite von 119 mV) ist ein Maß für den Prozentsatz an reflektierter Energie. Die Differenz zwischen dem zurückgehaltenen Prozentsatz und dem reflektierten Prozentsatz ist dann gleich dem Prozentsatz an absorbierter Energie.

Um jedoch die Absorption automatisch feststellen zu können, sind das zusätzliche Dämpfungsglied 6 und der Komparator 9 vorgesehen, der mit dem jeweiligen Ausgang beider Fühler 7 und 8 der beiden Empfangsstrecken verbunden ist. Die Vorrichtung arbeitet in diesem Fall folgendermaßen: Zunächst wird das Metallblech zwischen den Hornantennen 4 und 5 angeordnet und das Dämpfungsglied 2 so eingestellt, daß der Fühler einen maximalen Skalenausschlag liefert. Dann wird der Referenzgegenstand zwischen den Hornantennen 4 und 5 angeordnet und das Dämpfungsglied 6 so eingestellt, daß man denselben vollen Skalenausschlag erhält. Auf diese Weise entspricht bei beiden Fühlern eine Spannungszunähme oder Spannungsabnahme derselben Zunahme oder Abnahme von empfangener Ener- ■ gie. Die Spannungsabnähme am Fühler 7 ist proportional der zurückgehaltenen, d.h. nicht durchgelassenen Energie P_& und die Spannungszunahme am Fühler 8 ist dann proportional der reflektierten Energie P mit demselben Proportionalitätsfaktor. Wenn keine Absorption vorliegt, müssen P und P ~

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einander gleich sein. Diesen Vergleich nimmt der Komparator vor. Die Anzeigen an den Fühlern 7 und 8 sind vorzugsweise

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von Digitalvoltmetern gebildet. In diesem Falle ist dann der Komparator ebenfalls als digitale Anordnung-ausgebildet, wie sie im Stand der Technik bekannt ist.

Der Komparator kann so ausgebildet werden, daß er ein Signal S abgibt, wenn der Wert von P merklich größer als

der Wert P ist. Das bedeutet, daß der zu überprüfende blattförmige Gegenstand als echt nachgewiesen wurde. Unter "merklich größer" wird ein Überschuß verstanden, der größer als die Schwankungen ist, die infolge der Fehlerwahrscheinlichkeiten bei der Durchführung der Messungen zu erwarten ist.

Bei automatischer Messung kann das Dämpfungsglied 6 weggelassen werden, wenn die Voltmeter oder der Komparator so ausgebildet sind, daß sie die Differenz der Skalenfaktoren bei den von den beiden Fühlern erzeugten Spannungen berücksichtigen. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Skalenverstärkern an den Ausgängen der Spannungsmeßvorrichtungen oder auf digitalem Wege in dem Komparator erfolgen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann gewünschtenfalls auch einen Komparator 9 umfassen, dessen Ausgangssignal nicht nur ein "Ja" oder "Nein" liefert, sondern den Wert der Differenz zwischen P und P angibt. Auf diese Weise können

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nicht nur Mikrowellen absorbierende blattförmige Gegenstände von nicht absorbierenden blattförmigen Gegenständen unterschieden werden, sondern es ist auch möglich, Mikrowellen absorbierende Gegenstände voneinander zu unterscheiden. So kann beispielsweise eine Kategorie von Gegenständen mit leitfähigen Fasern versehen werden, die einen bestimmten" Wert von Absorptionsverlusten aufweisen, während eine zweite Kategorie von Gegenständen mit leitfähigen Fasern

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versehen wird/ die einen merklich unterschiedlichen Wert der Absorptionsverluste besitzen. Auch können unterschiedliche Gr.uppen von Gegenständen hergestellt werden, die zwar denselben Absorptionsverlust, aber unterschiedliche Reflexionsverluste aufweisen. Auf diese Weise können identifizierbare Unterscheidungen zwischen verschiedenen Kategorien von blattförmigen Gegenständen getroffen werden, wobei die Identifizierung dadurch möglich ist, daß nicht nur der Wert der absorbierten Energie sondern auch der Wert der reflektierten Energie gemessen werden und beide Werte in Kombination ein Mittel zur Unterscheidung unterschiedlicher Gruppen von blattförmigen Artikeln g'eben. Vorrichtungen dieser Art können dann als Maschinen zum Sortieren unterschiedlicher Kategorien von blattförmigen Gegenständen dienen.

Da Mikrowellensignale eine sehr hohe Ansprechgeschwindigkeit haben, sind Geschwindigkeiten von mehr als 10 m/s für den Durchlauf von blattförmigen Gegenständen zwischen den Hornantennen 4 und 5 möglich, ohne daß die Gefahr besteht, daß sich die von aufeinander folgenden Papierblättern herrührenden Signale beim Durchlauf der Blätter durch das Gerät beeinflussen oder stören.

Der Abstand zwischen den Hornantennen 4 und 5 beträgt vorzugsweise einen Bruchteil einer Wellenlänge und der blattförmige Gegenstand durchläuft das Gerät vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Strahlrichtung. Im allgemeinen ist es nicht notwendig (wenn auch erwünscht), daß die Empfangsantenne des Erstempfängers so ausgerichtet ist, daß sie im wesentlichen den gesamten durchgelassenen Strahl aufnimmt. Ebenso ist es nicht notwendig (wenn auch erwünscht), daß die u.U. von der Sendeantenne getrennte Empfangsantenne des Empfängers für die reflektierten Mikrowellen so ausgerichtet ist, daß sie im wesentlichen den gesamten

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reflektierten Strahl aufnimmt. Schließlich ist es auch nicht erforderlich (auch wenn diese Lösung bevorzugt wird), daß im wesentlichen der gesamte Mikrowellenstrahl auf den blattförmigen Gegenstand auftrifft, wenn dieser sich in seiner Prüfstellung befindet. Das einzige Erfordernis, besteht darin, daß die Werte von P und P , die miteinander

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verglichen werden, sich auf denselben Teil des Papierbogens beziehen und daß dieser Teil leitfähige Fasern enthält. Für eine gute Ansprechempfindlichkeit jedoch werden die vorstehend als nicht erforderlich aber wünschenswert bezeichneten Merkmale bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise verwendet.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wirken die leitfähigen Fasern in den blattförmigen Gegenständen als kleine Dipolantennen bezüglich der einfallen Mikrowellen. Wenn die leitfähigen Fasern gemäß einer Zufallsverteilung in der Ebene des blattförmigen Gegenstands ausgerichtet sind, so ist stets ein bestimmter Anteil der Fasern oder Faserteile in Richtung des E-Feldes■des einfallenden Strahles ausgerichtet. Wenn die Fasern nicht gemäß einer Zufallsverteilung ausgerichtet sind, gibt das Verfahren unterschiedliche Ergebnisse für unterschiedliche Anordnungen des blattförmigen Gegenstandes. Dieses Ergebnis muß bei der überprüfung der Gegenstände berücksichtigt werden.

Wie bereits oben erklärt wurde, ist die Absorption umso größer, je langer und dünner die leitfähigen Fasern sind. Aus diesem Gr-unde ist die Faserdicke stets kleiner als 50 um. Wenn der Ausdruck "sehr dünn" im Zusammenhang mit den Fasern verwendet wird, soll diese Bemessung zugrundegelegt werden. Im allgemeinen wird eine Faserdicke von weniger als 25 μπι vorgezogen. Die Absorption ist dann ausreichend hoch, so daß die erfindungsgemäßen Gegenstände

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einen Faseranteil von weniger als 5 Gew.% aufweisen. Es ist dieses Maß, das mit dem Ausdruck "kleine Menge" bezeichnet wird, der in der vorliegenden Anmeldung in Verbindung mit der in den erfindungsgemäßen Gegenständen enthaltenen Fasermenge verwendet wird. Eine Fasermenge von weniger als 0,5 Gew.% wird bevorzugt.

Sehr dünne leitfähige Fasern, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können beispielsweise durch ein Bündel-Zieh-Verfahren hergestellt werden-, wie es beispielsweise in den US-Patentschriften 2 050 298, 2 215 477, 3 029 496, 3 277 564, 3 698 863 und 3 394 213 beschrieben ist. Gemäß diesen Patentschriften wird eine Anzahl feiner Drähte, die in herkömmlicher Weise auf einen Durchmesser von beispielsweise 0,2 mm gezogen wurden, zu einem Bündel zusammengefaßt, wobei sich zwischen den einzelnen Drähten ein Trennmaterial befindet und ein Metallgehäuse das Bündel umgibt. Das gesamte Bündel wird dann in einer Anzahl von Durchläufen durch Ziehösen . mit nach und nach kleiner werdendem Durchmesser hindurchgeführt, wobei die gesamte Reduktion des Durchmessers gleichförmig über die Drähte des Bündels verteilt wird. Nach dem Ziehen wird dann das Bündel einem selektiven Ätzprozeß ausgesetzt, indem das Gehäuse und das Trennmaterial zwischen den Drähten weggeätzt werden und feine Filamente übrigbleiben, die anschließend in Fasern geschnitten werden. Das Trennmaterial dient dazu, ein Kaltschweißen zwischen den Drähten während des Ziehens zu verhindern.

Bei den erfindungsgemäßen blattförmigen Gegenständen handelt es sich vorzugsweise um solche aus Papier. Diese können durch herkömmliche Verfahren hergestellt werden ausgehend von einer wäßrigen Suspension von Cellulösefasern zusammen mit anderen Papierbestandteilen und Zusätzen einschließlich beispielsweise

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von Polyvinylacetat und anderen synthetischen Fasern. Die leitfähigen Fasern werden gleichförmig in dieser wäßrigen Suspension verteilt. Wenn Schwierigkeiten beim Erreichen einer gleichförmigen Verteilung auftreten, können die Fasern zunächst in Form von Konglomeraten von miteinander kombinierten unterschiedlichen Fasern zugeführt werden, vorzugsweise in der Form von Bündeln, in denen sie mit Hilfe eines wasserlöslichen Bindemittels zusammengefaßt sind. Während des Mischens löst sich dann das Bindemittel allmählich auf und die Fasern verteilen sich leichter, um eine gleichförmige Verteilung zu erhalten.

Für unterschiedliche Faseranteile (ausgedrückt in Gew.%) und unterschiedliche Faserabmessungen wurden die folgenden Werte gemessen (Mittelwert aus 5 Messungen: Mittelwert ^± Streufehler)

Länge Durchmesser Gew. mm um

Abgefangene Energie in % der Gesamtenergie

Reflektierte Energie in % der Gesamtenergie

5	12	4	85,4	± 0,75	71,4	- 3,	2
5	12	1	32,5	± 3,25	29,2	1 3
5	22	4	19,0	± 1,7	15,0	t 1,	34
3	22	4	9,0	I 0,7	7,9	i o,	7

Diese Tabelle zeigt, wie wichtig es ist, über ein Meßverfahren zu verfügen, das eine geringe Fehlerwahrscheinlichkeit für die gemessenen Werte besitzt. Wenn die Absorption klein wird (beispielsweise aufgrund kürzerer oder dickerer

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leitfähiger Pasern oder eines geringeren Faseranteils), wird es immer schwieriger, festzustellen, ob eine signifikanter Überschuß der abgefangenen Energie gegenüber der reflektierten Energie besteht, d.h. ob die Differenz zwischen der abgefangenen Energie und der reflektierten Energie größer als als die Meßungenauigkeit ist. Je geringer die Fehlerwahrscheinlichkeit des Meßverfahrens ist, um^o geringer kann die Anzahl, die Länge und die Dicke der Ieitfähigen Fasern sein. Eine geringere Faseranzahl ist im allgemeinen wünschenswert, um das Erscheinungsbild und die Eigenschaften des Papiers nicht zu ändern. Kürzere Fasern sind wünschenswert, um eine bessere Mischbarkeit der Fasern z.B. in einer wäßrigen Suspension zur Herstellung für blattförmige Papxergegenstände zu erreichen. Dickere Fasern erfordern weniger Zieh-Vorgänge zu ihrer Herstellung und sind daher allgemein preiswerter herzustellen.

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Claims

Patentansprüche

ί Λ} Verfahren zur Erzeugung eines Identifizierungssignals für einen blattförmigen Gegenstand aus nichtleitendem Material, der zu Identifizierungszwecken durch eine kleine Menge von in dem Gegenstand angeordneten sehr dünnen leitfähigen Fasern markiert ist, die bestimmte merkliche Anteile einer auf den Gegenstand auffallenden Mikrowellenstrahlung absorbieren und reflektieren können, dadurch gekennzeichnet, daß der die sehr dünnen leitfähigen Fasern enthaltende Teil des Gegenstandes in den Weg einesungeleiteten Mikrowellenstrahles gebracht wird, daß der Überschuß der von dem Gegenstand abgefangenen Mikrowellenenergie gegenüber der reflektierten Energie gemessen wird und daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, das representativ für das Vorhandensein eines solchen Überschusses ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal ein Maß für den Wert des Überschusses darstellt und daß zusätzlich die reflektierte Energie gemessen und in ein zweites Ausgangssignal transformiert wird, das ein Maß für den Wert der. reflektierten Energie darstellt..
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten blattförmigen Gegenstände aus Papierblättern oder -folien bestehen, in denen die dünnen leitfähigen Fasern eine Länge von nicht mehr als 40 mm, vorzugsweise nicht mehr als 10 mm und eine Dicke von weniger als 50 μΐη, vorzugsweise weniger als 25 um besitzen, sowie eine Leitfähigkeit von weniger als 10% des KupferStandardwertes aufweisen, und daß der Faseranteil

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in dem Papier weniger als 5 Gew.%, vorzugsweise weniger als 0,5 Gew.% beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern gleichförmig verteilt und gemäß einer Zufallsverteilung in der Ebene des blattförmigen Gegenstandes orientiert sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus rostfreiem Stahl bestehen.
6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Sender (1) zur Erzeugung eines ungeleiteten Mikrowellenstrahles, Mittel zur Positionierung des zu identifizierenden Gegenstandes (10) mit seinem die sehr dünnen leitfähigen Fasern enthaltenden Teil in dem Weg des von dem Sender (1) ausgesandten Mikrowellenstrahles, einen ersten Empfänder (5), der so angeordnet ist, daß er den weder absorbierten noch reflektierten und durch den Gegenstand hindurchtretenden Anteil des Mikrowellenstrahles aufnimmt, einen zweiten Empfänger (4), der so angeordnet ist, daß er im Betrieb den von den dünnen leitfähigen Fasern in dem Gegenstand (10) reflektierten Anteil des Mikrowellenstrahles aufnimmt, und einen mit dem jeweiligen Ausgang der beiden Empfänger (4, 5) verbundenen Komparator (9), der bei Auftreten eines signifikanten Überschusses der mittels des ersten Empfängers (5) gemessenen, von dem Gegenstand (10) abgefangenen Energie über die von dem zweiten Empfänger (4) gemessenen reflektierten Energie ein Ausgangs- · signal erzeugt.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) und der erste Empfänger (5) jeweils eine Hornantenne umfassen, die in einem maximal einer Wellenlänge entsprechenden Abstand voneinander angeordnet sind, und daß die Antenne (4) des Senders (1) über einen Richtungskoppler (3) mit einem Fühler (8) zur Messung der in diese Antenne (4) eintretenden Mikrowellen verbunden ist, wobei diese Antenne des Senders (1) gleichzeitig die Antenne des zweiten Empfängers (4) bildet.
8. Papierartiger blattförmiger Gegenstand zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand durchlässig für auf ihn auftreffende Mikrowellenstrahlung ist und daß er für Identifizierungszwecke mit einer geringen Menge sehr dünner leitfähiger Fasern markiert ist, die in ihm angeordnet sind und bestimmte Anteile der Energie der auf den Gegenstand auftreffenden Mikrowellenstrahlung absorbieren und reflektieren können.
9. Papierartiger blattförmiger Gegenstand nach Anspruch 8-, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Faseranteil von weniger als 5 Gew.%, vorzugsweise 0,5 Gew.% aufweist, daß die Fasern eine Länge von nicht mehr als 40 mm, vorzugsweise nicht mehr als 10 mm und eine Dicke von weniger als 50 μπι, vorzugsweise weniger als 25 μπι aufweisen und daß die Fasern eine Leitfähigkeit von weniger als 10% des Kupferstandardwertes besitzen.
10. Papierartiger blattförmiger Gegenstand nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern gleichförmig verteilt und gemäß einer Zufallsverteilung in der Ebene des blattförmigen Gegenstandes ausgerichtet sind.

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11. Papierartiger blattförmiger Gegenstand nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus rostfreiem Stahl bestehen.

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