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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und ein Gerät
zum Detektieren eines Sicherheitsfadens, z. B. zum Identifizieren
eines Dokuments anhand eines Sicherheitscodes, der durch den Faden dargestellt
wird.
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Es ist bekannt, daß Sicherheitsdokumente, z.
B. Banknoten, mit einem Sicherheitsfaden versehen werden. Dabei
kann es sich um einen einfachen Metallfaden oder um Segmente aus
magnetischem Material und Segmente aus nicht-magnetischem Material
handeln.
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Es ist möglich, die Segmente aus magnetischem
und nicht-magnetischem Material so anzuordnen, daß sie einen
Code darstellen. Typischerweise sind die Segmente in Elementen mit
fester Länge
angeordnet, so daß sie
ein binäres
Wort darstellen, und dieses Wort kann mehrmals längs des Fadens wiederholt werden.
Beispielsweise können
die Elemente mit fester Länge
2 mm lang sein und die Anwesenheit eines magnetischen Materials
eine binäre
1 und die Abwesenheit eine binäre
0 darstellen.
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Dieser Code kann mittels eines Magnetkopfes
oder einer Reihe aus Magnetköpfen
gelesen werden. Dies geschieht in der Regel durch temporäre Magnetisierung
des magnetischen Materials, das einen Faden bildet, und eine derartige
Anordnung der durch eine Transporteinrichtung zu tragenden Dokumente,
daß sie
an der Reihe aus Magnetköpfen
vorbeilaufen, wobei das magnetische Material des Fadens sich in
unmittelbarer Nähe
der Köpfe
befindet.
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Wenn der Code gelesen worden ist,
ist es möglich,
das den Faden aufweisende Dokument durch Vergleichen des Codes mit
einer Datenbasis bekannter Codes zu identifizieren.
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Die GB 2 098 768 B offenbart einen
Leser für codierte
Magnetfäden,
bei dem eine geradlinige Anordnung aus Magnetköpfen einen in einem Dokument
eingebetteten Sicherheitsfaden abtastet und Abtastwerte der durch
die Magnetköpfe
erzeugten Signale in Speichervorrichtungen speichert, die der Reihe
nach abgetastet und mit einem festen Schwellwert verglichen werden,
um einen binären
Bitstrom zu erzeugen, der der Änderung
der Magnetisierung längs
des Fadens entspricht.
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Die GB 2 098 768 B offenbart zwar
ein Gerät, das
es ermöglicht,
einen der Reihe von Magnetköpfen
unter einem spitzen Winkel präsentierten
Faden zu lesen, doch ist das Verfahren äußerst zeitaufwendig, da die
von den Magnetköpfen
erzeugten Signale kontinuierlich nacheinander abgetastet werden,
um das sich zeitlich ändernde
Ausgangssignal zu erzeugen.
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Die
EP
0 493 438 beschreibt ein Gerät zum Lesen des Codes des Fadens,
wobei das durch den Magnetkopf erzeugte Signal durch Vergleichen
mit zwei Schwellwerten digitalisiert wird. Der Pegel dieser beiden
Schwellwerte kann in Abhängigkeit
von der Amplitude des Signalverlaufs erhöht werden, so daß das Feststellen
der Überquerung
eines Schwellwerts weitgehend unabhängig von Änderungen der Signalamplitude
ist.
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Die US-A-5 889 271 beschreibt eine
Sicherheitsfadendetektoranordnung zum Lesen eines Sicherheitsfadens
auf einem Sicherheitsdokument, der so codiert ist, daß jedes
einer Folge von Segmenten längs
des Fadens einen digitalen Wert darstellt. Der spezielle digitale
Wert, der durch die spezielle Eigenschaft des jeweiligen Segments
dargestellt wird, umfaßt
einen Kopf mit einer Vielzahl paralleler Lesekanäle mit einer Spurteilung, die
wesentlich kleiner als die Länge
eines Segments ist, und der so angeordnet ist, daß er das
Dokument so liest, daß der
Faden sich im wesentlichen breitseits der Kanäle befindet, so daß alle Segmente
im wesentlichen gleichzeitig abgetastet und jedes Segment durch
eine Vielzahl von Abtastwerten dargestellt wird.
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Die US-A-5 255 729 beschreibt einen
Leser für
codierte diskontinuierliche Fäden
in einem Sicherheitsdokument, der eine Vielzahl von Lesekanälen und
Verarbeitungsschaltungen zur Bildung eines Kanalsignals aufweist,
das in Abhängigkeit
vom Durchgang der Enden jedes Abschnitts des magnetischen Materials
Signalauslenkungen aufweist.
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Gemäß einem ersten Aspekt besteht
die Erfindung in einem Verfahren zum Detektieren eines magnetischen
Fadens, wobei eine Relativbewegung zwischen dem Faden und einer
Reihe von Magnetköpfen
bewirkt wird, von denen jeder ein Signal bei Detektierung eines
Teils des Fadens erzeugt; das Eintreffen eines Fadens bei einem
der Magnetköpfe detektiert
und dieser als primärer
Magnetkopf und der Magnetkopf auf jeder Seite als sekundärer Magnetkopf
gekennzeichnet wird; danach Ausgangssignale des primären und
der sekundären
Magnetköpfe überwacht
werden, um eine Darstellung des Fadens zu erzeugen, und die Größe der Ausgangssignale des
primären
und der sekundären
Magnetköpfe
verglichen wird, so daß,
wenn die Größe des Ausgangssignals
eines sekundären
Magnetkopfes die des Ausgangssignals des primären Magnetkopfes überschreitet,
der betreffende sekundäre
Magnetkopf als primärer
Magnetkopf und die beiden unmittelbar benachbarten Magnetköpfe als
sekundäre
Magnetköpfe
gekennzeichnet werden.
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Durch die Erfindung ergibt sich mithin
ein Verfahren, das es ermöglicht,
einen Faden, der der linearen (geradlinigen) Reihe von Magnetköpfen unter einem
spitzen Winkel dargeboten wird, richtig zu lesen. Durch Überwachung
der Ausgangssignale nur derjenigen Magnetköpfe der Reihe, die in unmittelbarer
Nähe des
Fadens liegen, erfordert das Verfahren eine minimale Verarbeitungszeit.
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Vorzugsweise ist der magnetische
Faden ein codierter magnetischer Faden. Es ist jedoch auch möglich, daß der Faden
keinen Code darstellt, sondern ein magnetisches Material mit einer
kontinuierlichen Länge.
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Normalerweise wird der durch den
codierten magnetischen Faden dargestellte Code durch Kombination
der Ausgangssignale aller Magnetköpfe rekonstruiert, bei denen
es sich entweder um einen primären
oder einen sekundären
handelte, und zwar unter Anwendung einer logischen ODER-Verknüpfung.
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In der Regel werden die Spitzenwerte
der Ausgangssignale der primären
und sekundären
Magnetköpfe
benutzt, um festzustellen, ob das Ausgangssignal eines sekundären Magnetkopfes
das eines primären
Magnetkopfes überschreitet.
Ein anderes Verfahren besteht jedoch darin, die Anstiegsgeschwindigkeit
der Ausgangssignale der primären
und sekundären
Magnetköpfe
heranzuziehen, um zu bestimmen, welches größer ist.
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Der magnetische Faden kann sich in
oder auf einem blattförmigen
Dokument befinden, und in diesem Falle ist das blattförmige Dokument
in der Regel eine Banknote. Alternativ kann das Verfahren auf einen
magnetischen Faden angewandt werden, bevor er in einem blattförmigen Dokument
inkorporiert ist. Wenn die Reihe aus Magnetköpfen nicht geradlinig ist,
dann können
die von einigen der Magnetköpfe
erzeugten Signale zeitlich verschoben werden, um sie mit den von
den übrigen
Magnetköpfen
erzeugten Signalen geradlinig auszurichten.
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Wenn das blattförmige Dokument eine Banknote
ist, kann das Verfahren ferner die Durchführung einer Analyse der Darstellung
des Fadens umfassen, um den Nennwert der Banknote festzustellen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt besteht
die Erfindung in einem Gerät
zum Detektieren eines magnetischen Fadens, mit einer Reihe aus Magnetköpfen, von
denen jeder mit jeweils einem Prozessor verbunden ist, der Signale
verarbeitet, die von dem zugehörigen
Magnetkopf erzeugt werden; und einem Verarbeitungssystem, das mit
den Prozessoren verbunden und so ausgebildet ist, daß es das
Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung ausführt.
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Normalerweise enthält das Gerät ferner
ein Dokumententransportsystem zum Bewegen eines Dokuments relativ
zu der Reihe aus Magnetköpfen, wobei
das Dokumententrans portsystem angehalten wird, wenn es das Dokument
nicht anhand der Darstellung des Fadens identifizieren kann. Alternativ kann
das Dokument, wenn das Verarbeitungssystem das Dokument nicht identifizieren
kann, an einen anderen Ort für
die gefälschten
umgeleitet werden.
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Ferner kann das Gerät so ausgebildet
sein, daß es
eine Wertermittlung durchführt,
bei der ein Stapel aus Banknoten mit unterschiedlichen Nennwerten
ausgewertet und optional in verschiedene Ausgabestapel entsprechend
ihrem Nennwert sortiert wird.
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Vorzugsweise enthält die Reihe aus Magnetköpfen wenigstens
einen Dauermagneten. Es ist aber auch möglich, einen separaten Dauermagneten zum
Magnetisieren des magnetischen Materials, aus dem der Faden hergestellt
ist, zu benutzen.
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Das Eintreffen eines Teils des magnetischen Fadens
kann durch kontinuierliches Abfragen der Signale festgestellt werden,
die durch den Prozessor erzeugt werden, der mit dem primären Magnetkopf und
den sekundären
Magnetköpfen
verbunden ist. Vorzugsweise erzeugt der Prozessor ein Unterbrechungssignal,
wenn der zugehörige
Detektor das Eintreffen eines Teils des magnetischen Fadens feststellt,
wobei das Verarbeitungssystem eine Unterbrechungsmaske in Übereinstimmung
mit dem primären Magnetkopf
und den sekundären
Magnetköpfen
aufrecht erhält.
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Die Magnetkopf reihe kann geradlinig
sein. Alternativ können
die Magnetköpfe
so angeordnet sein, daß sie
auf irgendeiner einer Vielzahl paralleler Achsen liegen, die relativ
zueinander versetzt sind. Bei einer typischen Anordnung liegen einige
der Magnetköpfe
auf einer ersten Achse und die übrigen
auf einer zweiten Achse, die parallel zur ersten Achse ist.
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Die Reihe aus Magnetköpfen kann
entweder induktive oder magnetoresistive Magnetköpfe oder eine Kombination dieser
Magnetköpfe
aufweisen.
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Nachstehend werden ein erfindungsgemäßes Beispiel
für einen
Leser für
codierte magnetische Fäden
und erfindungsgemäße Verfahren
anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Darin stellen dar:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lesers für codierte
magnetische Fäden,
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2 zwei
Banknoten, die codierte magnetische Fäden aufweisen und an einer
geradlinigen Reihe aus Magnetköpfen
vorbeibefördert
werden, wobei die eine Banknote schräg liegt,
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3 ein
Blockschaltbild eines Signalprozessors zum Verarbeiten von Ausgangssignalen
einer Reihe von Magnetköpfen,
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4 die
von einem Magnetkopf erzeugte Antwort, wenn ein magnetisches Element
unter ihm vorbeiläuft,
und die entsprechenden Signale, die der Signalprozessor erzeugt,
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5 die
von dem Magnetkopf erzeugte Antwort, wenn ein längeres magnetisches Element unter
ihm hindurchläuft,
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6 ein
Beispiel eines möglichen
Codes, der durch einen codierten magnetischen Faden dargestellt
wird, nachdem er durch einen Signalprozessor rekonstruiert wurde,
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7 ein
Flußdiagramm
der von einem Mikroprozessor ausgeführten Software,
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8 einen
einzelnen Magnetkopf, in dem ein Dauermagnet inkorporiert ist,
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9 eine
alternative Reihe aus Magnetköpfen,
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10 ein
Blockschaltbild eines alternativen Signalprozessors,
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11 eine
idealisierte Wellenform für
unterschiedlich bemessene magnetische Merkmale eines codierten Fadens,
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12A und 12B eine erfolgreiche und eine nicht erfolg
reiche Eichkurve,
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13 die
Wirkung einer Änderung
des Zeichenabstands,
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14 verschiedene
Arten von Spannungsspitzen,
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15 verschiedene
verfeinerte Spitzen und
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16 einen
Code, dem Code entsprechende Signale und resultierende gespeicherte
Daten.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Lesers für codierte magnetische Fäden, der
Codes lesen kann, die in einem codierten magnetischen Faden auf
einem blattförmigen
Dokument gespeichert sind.
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Der Leser weist eine geradlinige
Reihe 1 aus zwölf
Magnetköpfen 2a bis 21 auf,
von denen jeder mit jeweils einem eigenen Signalprozessor 3a bis 31 verbunden
ist. Die von den Magnetköpfen
erzeugten analogen Signale werden durch die Signalprozessoren 3a bis 31,
die über
eine Schnittstelle mit einem Mikroprozessorsystem 4 verbunden
sind, in digitale Form umgesetzt.
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Das von dem Mikroprozessorsystem 4 ausgeführte Programm
bewirkt eine weitere Verarbeitung des digitalen Signals, um den
Code in ein bekanntes Format auszurichten und mit einer Datenbasis
aus bekannten Codes zu vergleichen. Das Programm erfaßt auch
die Spitzenwerte positiver und negativer Auslenkungen des analogen
Signals mittels der Analog/Digital-Umsetzer des Mikroprozessorsystems 4 und
berechnet daraus geeignete Schwellwerte. Diese Schwellwerte werden
in den Signalprozessoren 3a bis 31 mittels Digital/Analog-Umsetzern
des Mikroprozessorsystems 4 eingestellt.
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2 stellt
die geradlinige Reihe 1 der Magnetköpfe 2a-21 und zwei
blattförmige
Dokumente 5, 6 dar, die durch das Dokumententransportsystem (das
nicht dargestellt ist) befördert
werden, so daß sie
an der Reihe 1 der Magnetköpfe 2a-21 vorbeilaufen.
Jedes Dokument 5, 6 weist einen magnetisch codierten
Faden 7a, 7b auf. Während die Dokumente 5, 6 sich
der Reihe 1 aus Magnetköpfen 2a-21 nähern, magnetisiert
ein Dauermagnet, der in der Reihe 1 inkorporiert ist, vorübergehend
das magnetische Material, das die Fäden 7a, 7b bildet.
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Der Aufbau eines der Magnetköpfe ist
in 8 dargestellt. Er
enthält
einen Kern 60, der aus Ferrit hergestellt sein kann, um
dessen Schenkel zwei Spulen 61a, 61b herumgewickelt
sind. In dem Luftspalt des Kerns erzeugt ein Dauermagnet 62 ein magnetisches
Feld, durch das das magnetische Material temporär magnetisiert wird.
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Während
die Fäden 7a, 7b an
den Magnetköpfen 2a-21 vorbeilaufen,
wird eine elektromotorische Kraft erzeugt, da der durch das magnetische Material
erzeugte Fluß sich
mit den Spulen 61a, 61b der Magnetköpfe 2a-21 verkettet.
An den Anschlüssen 63 der
Magnetköpfe
wird daher ein Signal erzeugt, das dem Muster des die Fäden 7a, 7b bildenden
magnetischen Materials entspricht.
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Das Dokument wird so durch das Dokumentenfördersystem
befördert,
daß der
Faden 7a senkrecht zur geradlinigen Reihe 1 der
Magnetköpfe 2a-21 steht.
Wie man sieht, läuft
der Faden 7a unmittelbar unter dem Magnetkopf 2f vorbei,
und der durch den Faden 7a dargestellte Code kann allein
aus dem Signal rekonstruiert werden, das vom Magnetkopf 2f erzeugt
wird.
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Das Dokument 6 wird jedoch
so befördert, daß der Faden 7b schräg steht.
Obwohl der Faden 7b mithin anfänglich unmittelbar unter dem
Magnetkopf 2h vorbeiläuft,
läuft er,
während
er weiterbefördert
wird, unter dem Magnetkopf 2g, dem Magnetkopf 2f und
eventuell auch unter dem Magnetkopf 2e vorbei. Um den Code
zu rekonstruieren, müssen
die von allen vier Magnetköpfen 2e, 2f, 2g und 2h erzeugten
Signale in geeigneter Weise kombiniert werden.
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Dies ist der eine Grund, warum eine
Reihe aus Magnetköpfen
erforderlich ist. Ein weiterer Grund besteht darin, daß die seitliche
Verschiebung des Fadens bei verschiedenen Dokumenten verschieden
sein kann.
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Eine alternative Anordnung der Reihe 1 aus Magnetköpfen ist
in 9 dargestellt. Bei
dieser Anordnung weist die Reihe 1 dreizehn Magnetköpfe 100a bis 100m auf.
Diese Magnetköpfe 100a bis 100m sind
jedoch nicht geradlinig konfiguriert. Vielmehr sind sie auf zwei
parallelen Achsen konfiguriert, wobei die Magnetköpfe 100a bis 100g auf
der ersten Achse und die Magnetköpfe 100h bis 100m auf
der zweiten Achse liegen. Natürlich
können
die Magnetköpfe 100a bis 100m auch
so angeordnet werden, daß sie
auf drei oder mehr Achsen liegen.
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Bevor die von den Magnetköpfen 100a bis 100m erzeugten
Signale verarbeitet werden können, müssen sie
entsprechend zeitlich verschoben werden. So müssen entweder die von den auf
der ersten Achse liegenden Magnetköpfen 100a bis 100g erzeugten
Signale oder die von den auf der zweiten Achse liegenden Magnetköpfen 100h bis 100m erzeugten
Signale oder beide zeitlich so verschoben werden, daß sie zeitlich
zusammenfallen. Dies kann durch analoge oder digitale Verarbeitungsverfahren geschehen,
bei denen der vorbestimmte Abstand zwischen der ersten und der zweiten
Achse und die Geschwindigkeit eines blattförmigen Dokuments, das unter
der Reihe 1 hinwegläuft,
zur Bestimmung des Betrags herangezogen werden, um den die von den auf
der einen Achse liegenden Magnetköpfen erzeugten Signale zeitlich
verschoben werden müssen, so
daß sie
mit den von den auf der anderen Achse liegenden Magnetköpfen erzeugten
Signalen zusammenfallen. Die Geschwindigkeit des blattförmigen Dokuments
kann entweder direkt ermittelt werden, oder es kann die Geschwindigkeit
des Dokumententransportsystems ermittelt werden.
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Die bei diesen Beispielen verwendeten
Magnetköpfe
sind induktive Magnetköpfe,
doch könnten auch
magnetoresistive Magnetköpfe
verwendet werden.
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Die Signalprozessoren 3a-31 und
die Software weisen Merkmale auf, die eine Detektion des Fadens
unabhängig
von der seitlichen Verschiebung und eine Rekonstruktion des Codes
aus dem von mehreren Magnetköpfen
in einer Schräglage
des Fadens erzeugten Signal ermöglichen.
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Nachstehend wird ein Kanal der Signalprozessoren 3a bis 31 anhand
von 3 beschrieben. Dabei
bezieht sich n auf die betreffende Kanalnummer, und sie hat einen
ganzzahligen Wert von 0 bis 11.
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Das analoge Signal KOPF, das von
dem Magnetkopf erzeugt wird, bildet das Eingangssignal eines Gegentaktverstärkers 10a, 10b.
Der invertierte und der nicht invertierte Ausgang des Gegentaktverstärkers 10a, 10b sind
mit Eingängen
zweier Komparatoren 11a, 11b und den Eingängen eines
2 : 1-Multiplexers 17a, 17b verbunden.
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Die Vergleicher 11a und 11b vergleichen
die Ausgangssignale des Gegentaktverstärkers mit getrennten variablen
Schwellwerten. Wenn das invertierte Ausgangssignal des Gegentaktverstärkers 10a, 10b den
Schwellwert am Eingang des Komparators 11a überschreitet,
dann wird das Ausgangssignal des Vergleichers 11a niedrig
und danach auch das Ausgangssignal des UND-Gliedes 12,
und da dieses Ausgangssignal dem Löscheingang des D-Flipflop 14 zugeführt wird,
wird auch das Ausgangssignal am Ausgang Q des D-Flipflop 14 niedrig.
In ähnlicher Weise wird
bei niedrigem Eingangssignal LÖ[n]
vom Mikroprozessorsystem 4 das Ausgangssignal am Ausgang
Q des D-Flipflop 14 daraufhin
niedrig.
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Wenn das nicht umgekehrte Ausgangssignal des
Gegentaktverstärkers 10a, 10b den
Schwellwert des Komparators 11b überschreitet, dann wird das Ausgangssignal
des Komparators 11b niedrig. Dieses Ausgangssignal wird
von dem Inverter 13 umgekehrt und dann dem Takteingang
des D-Flipflop 14 zugeführt.
Da mithin am D-Eingang des D-Flipflop 14 ständig ein
hohes Signal anliegt, wird auch das Ausgangssignal am Ausgang Q
des D-Flipflop 14 hoch.
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Die Schwellwerte der Komparatoren 11a und 11b werden
durch das Mikroprozessorsystem 4 über das Ausgangssignal DAU[n]
bestimmt. Dieses Ausgangssignal wird einem Trennverstärker 15 mit
dem Verstärkungsfaktor 1 zugeführt, bevor
es dem Schwellwerteingang des Komparators 11b zugeführt wird.
Das Ausgangssignal des Trennverstärkers 15 wird auch
einem Spannungsteiler 16 zugeführt, der den dem Komparator 11a zugeführten Schwellwert um
den Faktor 2 verringert.
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Beide Komparatoren 11a und 11b haben eine
gewisse Hysterese, um sie rauschunabhängig zu machen und ein fälschliches
Umschalten zu verhindern.
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Der 2 : 1-Multiplexer 17a, 17b führt entweder das
invertierte oder das nicht invertierte Ausgangssignal des Gegentaktverstärkers 10a, 10b einem
integrierenden Spitzendetektor 19 zu. Der Logikzustand des
Signals MUX[n] bestimmt, welches dieser beiden Ausgangssignale dem
integrierenden Spitzendetektor 19 zugeführt wird. Der Inverter 18 invertiert
den Logikzustand des Signals MUX[n], so daß entweder der analoge Schalter 17a oder
der analoge Schalter 17b geschlossen wird.
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Der integrierende Spitzendetektor 19 detektiert
und speichert den positiven Spitzenwert des ihm zugeführten Signals.
Dieser wird dem Mikroprozessorsystem 4 als Signal SPITZE[n]
dargestellt. Der integrierende Spitzendetektor 19 kann
durch ein Kontrollsignal RESET[n] zurückgesetzt werden.
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Ein typisches Signal, das durch einen
speziellen Magnetkopf, ähnlich
den vorstehend beschriebenen, durch den Vorbeilauf eines magnetischen Elements
mit einer Länge
von 2 mm erzeugt wird, ist in 4 dargestellt.
Während
sich das magnetische Element dem Kopf nähert, wird eine negative Spitze 21 erzeugt.
Wenn sich das magnetische Element unter dem Kopf befindet, kehrt
sich die Richtung des magnetischen Flusses um, so daß eine positive
Spitze 22 erzeugt wird. Wenn sich das magnetische Element
schließlich
von dem Kopf entfernt, kehrt sich der Fluß erneut um, so daß eine zweite
negative Spitze 23 erzeugt wird. Dies entspricht dem in 3 dargestellten Signal KOPF[n].
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Die Verarbeitung dieses Signals durch
einen der Signalprozessoren 3a bis 31 wird nachstehend anhand
von 4 beschrieben. Wenn
die Betriebsspannung anfänglich
eingeschaltet wird, erzeugt das Mikroprozessorsystem 4 die
Normalisierungssignale LÖ[n]
und RESET[n], um die Signalverarbeitungsstufen 3a bis 31 in
einen bekannten Zustand zu bringen. Die Signalprozessoren 3a bis 31 messen
dann das Hintergrundrauschen mittels des integrierenden Spitzendetektors 19.
Dessen Ausgangssignale SPITZE[n] werden den Analog/Digital-Umsetzern
im Mikroprozessorsystem 4 zugeführt, und ihre Werte werden
zur Bestimmung geeigneter Schwellwerte der Komparatoren 11a und 11b verwendet.
Diese werden durch einen Digital/Analog-Umsetzer gesetzt, der den
Verarbeitungsstufen 3a bis 31 ein Ausgangssignal
DAU[n] zuführt.
Diese werden durch den Trennverstärker 15 mit dem Verstärkungsfaktor 1 gepuffert,
dessen Ausgangssignal einen positiven Schwellwert bestimmt. Dieses
Ausgangssignal wird durch den Spannungsteiler 16 beispielsweise
um einen Faktor 2 heruntergeteilt und stellt einen negativen
Schwellwert ein. Beispielsweise kann der positive Schwellwert auf
das Vierfache des Rauschspitzenwertes eingestellt werden, so daß der negative Schwellwert
halb so groß ist.
Diese Schwellwerte können
dann angepaßt
und für
jedes magnetische Element, das durch den Kopf abgetastet wird, modifiziert
werden. Beispielsweise kann der laufende Mittelwert der positiven
Spitze, die durch ein magnetisches Element erzeugt wird, berechnet
und zur Bestimmung eines geeigneten positiven Schwellwerts verwendet
werden. Die Schwellwerte können
in einem nicht flüchtigen
Speicher gespeichert werden, so daß sie nicht verlorengehen,
wenn das Gerät
ausgeschaltet wird.
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Das Signal MUX[n] wird jetzt hoch,
und die Signalprozessoren 3a bis 31 erwarten das
Auftreten eines gültigen
Signals, das von einem magnetischen Element erzeugt wird. Wenn sich
das magnetische Element einem Magnetkopf nähert, wird im SIGNALKOPF[n]
eine negative Auslenkung induziert. Diese negative Auslenkung wird
am umkehrenden Ausgang des Gegentaktverstärkers 10a, 10b invertiert, und
der integrierende Spitzendetektor 19 speichert den Spitzenwert
dieser Auslenkung. Wenn das magnetische Element unter dem Kopf hindurchläuft, kehrt sich
die Richtung des magnetischen Flusses um, so daß eine ins Positive gehende
Signalauslenkung induziert wird. Wenn die ins Positive gehende Signalauslenkung
den positiven Schwellwert überschreitet, wird
dem D-Flipflop 14 ein Taktimpuls zugeführt, der bewirkt, daß das Signal
am Ausgang Q hoch wird. Dadurch wird eine Unterbrechung des Mikroprozessorsystems 4 bewirkt,
deren Zeit aufgezeichnet wird. Infolge dieser Unterbrechung wird
der negative Spitzenwert aufgezeichnet, der integrierende Spitzendetektor 19 zurückgesetzt
und das Signal MUX[n] abgesenkt, so daß die positive Spitze durch
den integrierenden Spitzendetektor 19 detektiert werden
kann. Wenn sich das magnetische Element vom Kopf entfernt, kehrt
sich die Richtung des magnetischen Flusses erneut um, so daß eine zweite
ins Negative gehende Auslenkung erzeugt wird. Die Schwellwerte werden
jetzt so eingestellt, daß der
negative Schwellwert dem entspricht, der aus dem unmittelbar vorhergehenden
negativen Spitzenwert abgeleitet wurde. Wenn das Signal diesen Schwellwert überschreitet, wird
das Signal MUX[n) hoch, so daß der
integrierende Spitzendetektor 19 prüft, ob eine ins Negative gehende
Spitze vorhanden ist, und das Löscheingangssignal
des D-Flipflop 14 wird so befolgt, daß die Unterbrechung des Mikroprozessors 4 gelöscht wird. Die
Zeit dieses Ereignisses wird aufgezeichnet, so daß die Dauer
des Unterbrechungsimpulses ermittelt werden kann. Die Länge des
magnetischen Elements kann aus dieser Dauer mittels eines Taktgebers
abgeleitet werden, der durch das Transportsystem angetrieben wird.
Nachdem die Zeit des Ereignisses registriert worden ist, wird der
Wert der positiven Spitze registriert, der integrierende Spitzendetektor 19 zurückgesetzt
und das Signal MUX[n] hochgetrieben, so daß die nächste negative Spitze akquiriert
werden kann. Der Wert der positiven Spitze wird verwendet, um zu
ermitteln, wann ein schrägstehender
Faden von einem magneti schen Kopf zu einem benachbarten vorbeigelaufen
ist, wie nachstehend noch beschrieben wird.
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Da die Schwellwerte eingestellt werden, kann
das System starke Änderungen
der Flußdichte und
des magnetischen Materials tolerieren. Eine solche Änderung
kann durch unterschiedliche Zustände der
die Fäden
aufweisenden blattförmigen
Dokumente, eine Varianz der relativen Verschiebung der Magnetköpfe und
der Fäden
oder eine Änderung
der Geschwindigkeit des Dokumententransportsystems verursacht werden.
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Ein signifikanter Vorteil der Verwendung
separater positiver und negativer adaptiver Schwellwerte besteht
darin, daß das
System die Länge
längerer magnetischer
Elemente richtig messen kann. 5 zeigt
ein typisches Signal, das erzeugt wird, wenn ein 6 mm langes magnetisches
Element an einem Magnetkopf vorbeiläuft. Die Änderungsgeschwindigkeit des
Flusses nähert
sich Null, wenn ein langes Element wie dieses sich unmittelbar unter
dem Kopf befindet. Mithin nähert
sich auch die induzierte elektromotorische Kraft dem Wert Null.
Dies ist an der Vertiefung 30 in 4 zu erkennen. Da positive und negative
Schwellwerte vorhanden sind, beginnt die Unterbrechung im Punkt 31 und
endet im Punkt 32, wie erforderlich. Wenn jedoch nur ein
positiver Schwellwert benutzt würde,
dann würden
zwei Unterbrechungen erzeugt, wobei die erste im Punkt 31 beginnt
und im Punkt 33 endet und die zweite im Punkt 34 beginnt
und im Punkt 35 endet.
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Auf diese Weise werden, während der
magnetisch codierte Faden unter dem Kopf vorbeiläuft, die magnetischen Elemente
zu einem digitalen Code rekonstruiert. Ein mögli ches Beispiel eines solchen Codes
ist in 6 dargestellt.
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Die Software im Mikroprozessorsystem 4 ist für die rechtzeitige
Zuführung
der geeigneten Ausgangssignale an die Signalprozessoren 3a bis 31 und die
Reaktion auf ihre seinen Eingängen
zugeführten Signale
zuständig,
so daß die
aus dem magnetischen Code gelesenen Daten rekonstruiert werden können. Um
dies zu ermöglichen,
ist die Software in zwei größere Abschnitte
aufgeteilt. Dies sind sechs synchron ausgeführte Prozesse und drei Unterbrechungsserviceroutinen.
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In 7 ist
ein Software-Flußdiagramm
dargestellt. Nachstehend wird der Ablauf der einzelnen Softwareprozesse
und Unterbrechungsserviceroutinen anhand von 7 beschrieben.
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Das Mikroprozessorsystem 4 beginnt
mit der Ausführung
des Prozesses LEERLAUF 50. Dieser Prozeß ist für grundsätzliche Initialisierungsfunktionen
zuständig,
einschließlich
der Prüfung,
ob durch andere Softwareprozesse Fehler aufgezeichnet wurden, der Übermittlung
dieser Fehler, wenn es angemessen ist, und der Prüfung, ob
irgendwelche Nicht-Laufzeit-Kommunikationen aufgetreten sind. Dann
wird der Prozeß mit
HOCHLAUF 51 auf Anforderung fortgesetzt, solange wie keine
augenblicklichen Fehler vorliegen.
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In dem Prozeß HOCHLAUF 51 werden
verschiedene andere Initialisierungsroutinen ausgeführt, so
daß Hintergrundrauschmessungen
ausgeführt werden
können,
um die positiven Schwellwerte entsprechend einzustellen. Mithin
werden alle Unterbrechungen gesperrt, das Ausgangssignal MUX[n]
wird niedrig, so daß der
integrierende Spitzendetektor 19 positive Spitzenwerte
registriert. Schließlich
werden die Speicheranordnungen für
die Magnetkopfdaten initialisiert, und zwar durch Einstellung von
Zeigern auf ihren Anfang, und wenn keine Fehler festgestellt worden
sind, wird der Prozeß EICHUNG 52 ausgeführt.
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Dieser Prozeß ist für die Aufzeichnung der Spitzenwerte
des Hintergrundrauschens bei allen Magnetköpfen zuständig. Dies geschieht durch
Messung der Rauschspitzenwerte bei 32 Blöcken von jeweils 1 Millisekunde
und Bildung des Mittelwerts aus den bei allen Blöcken gemessenen Spitzenwerten. Die
digitalen Schwellwerte werden dann entsprechend dem gemessenen Rauschen
eingestellt, und wenn keine Fehler registriert worden sind, wird
die Ausführung
mit dem Prozeß EINSTELLEN-FESTHALTEN 53 fortgesetzt.
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Die nächsten drei Prozesse EINSTELLEN-FESTHALTEN 53,
LAUFEN 54 und CODE-BERECHNUNG 55 bilden gemeinsam
die Hauptausführungsschleife,
während
der von den Magnetköpfen 2a-21 ausgegebene
Daten festgehalten werden. Der Prozeß EINSTELLEN-FESTHALTEN 53 beginnt durch
Einstellung des Signals MUX[n] derart, daß der integrierende Spitzendetektor 19 negative
Spitzenwerte registriert. Die Codespeicheranordnung wird initialisiert,
und Unterbrechungen werden freigegeben. Wenn keine Fehler registriert
worden sind, dann geht die Ausführung
mit dem Prozeß LAUFEN 54 weiter.
-
Bei den übrigen beiden Prozessen LAUFEN 54 und
CODE-BERECHNUNG 55 werden
die von den Signalprozessoren 3a bis 31 gelesenen
Daten in ein bekanntes Format gebracht und mit einer Datenbasis
bekannter Codes verglichen. Wichtig ist, daß die Daten der Signalprozessoren 3a bis
31 aktuell durch
zwei Unterbrechungsserviceroutinen festgehalten werden, die in Abhängigkeit
von Unterbrechungen ausgeführt
werden, die durch die Signalprozessoren 3a bis 31 ausgelöst werden.
Ein besonderer Vorteil der Anwendung von Unterbrechungen besteht
darin, daß die
gesamte Reihe 1 der Magnetköpfe 2a bis 21 solange
nicht abgetastet zu werden braucht, bis ein gültiges Signal detektiert wird.
Das Mikroprozessorsystem 4 kann mithin andere Aufgaben
ausführen,
wenn kein gültiges
Signal vorhanden ist. Nachstehend wird die Unterbrechungsserviceroutine
beschrieben.
-
Der Prozeß LAUFEN 54 ist für den Aufbau einer
Bitfolge aus den Daten zuständig,
die durch die Unterbrechungsserviceroutinen geliefert werden, und
für die
Rekonstruktion des Codes, wenn der Faden schräg liegt. Bei diesem Prozeß wird die
Bitfolge auch auf das Vorhandensein eines Markierungsabschnitts überprüft, und
wenn hinreichend Bits festgehalten und keine Fehler registriert
wurden, geht die Ausführung
mit dem Prozeß CODE-BERECHNUNG 55 weiter.
Ein Beispiel eines Markierungsabschnitts eines möglichen Codes ist in 6, dargestellt, wobei der
Markierungsabschnitt in diesem Fall ein Wechselmuster 1010 ist.
-
Wenn der Faden schräg liegt,
wird der Code wie folgt rekonstruiert:
- a) Bevor
sich der Faden in unmittelbarer Nähe der Reihe 1 aus
Magnetköpfen 2a bis 21 befindet, sind
alle Unterbrechungen freigegeben.
- b) Wenn der Faden in einem der Magnetköpfe 2a bis 21 ein
Signal induziert, bewirkt der entsprechende Signalprozessor eine
Unterbrechung.
- c) Dieser Magnetkopf wird als primärer Magnetkopf gekennzeichnet,
und die beiden unmittelbar benachbarten Magnetköpfe als sekundäre Magnetköpfe. Die
Unterbrechungsmaske wird modifiziert, so daß nur Unterbrechungen freigegeben werden,
die von diesen drei Magnetköpfen
veranlaßt
werden.
- d) Die positiven Spitzenwerte der induzierten Signale werden
verwendet, um festzustellen, wann der Faden sich vom primären Magnetkopf
zu einem sekundären
Magnetkopf bewegt hat. Wenn der Faden beispielsweise beginnt, die
Reihe 1 aus Magnetköpfen 2a bis 21 zu
traversieren, beginnt er, sowohl in dem primären Magnetkopf als auch in
einem der sekundären
Magnetköpfe,
Signale zu induzieren. Eventuell überschreitet das in dem sekundären Magnetkopf
induzierte Signal das in dem primären Magnetkopf induzierte.
- e) In diesem Moment wird der relevante sekundäre Magnetkopf
zum primären
Magnetkopf bestimmt, und die beiden unmittelbar benachbarten Magnetköpfe zu sekundären Magnetköpfen. Der Prozeß wird in
dieser Weise fortgesetzt.
-
Die Software kann mithin den Code
einfach durch logische ODER-Verknüpfung der Daten rekonstruieren,
die durch alle Magnetköpfe
festgehalten werden, die primäre
oder sekundäre
Magnetköpfe waren,
während
der Faden die Reihe aus Magnetköpfen 2a bis 21 passierte.
Dies hat den Vorteil, daß nur
relevante Informationen gespeichert zu werden brauchen; die von
denjenigen Magnetköpfen
erzeugten Signale, die keine primären oder sekundären Köpfe waren,
können
ignoriert und gelöscht
werden.
-
Der Prozeß CODE-BERECHNUNG 55 beginnt
mit dem Aufsuchen von Anfang und Ende des festgehaltenen Codes.
Er arbeitet von der Mitte des festgehaltenen Codes nach außen, weil
dabei die Wahrscheinlichkeit geringer ist, daß die Berechnung durch andere
magnetische Eigenschaften, die vorhanden sein können, und Risse im Rand des
Dokuments verfälscht
wird. Wenn Anfang und Ende des Codes lokalisiert worden sind, wird
nach einer Wiederholung des Codes gesucht, die als Sicherheitsprüfung dient,
daß der
Code richtig ist. Der Code wird dann in ein bekanntes Format ausgerichtet
und mit einer Datenbasis aus bekannten Codes verglichen, um die
beste Übereinstimmung
zu ermitteln. Wenn eine Übereinstimmung
gefunden wird, wird ein Kennzeichen (Flag) gesetzt, um diese Tatsache
dem relevanten Softwareprozeß anzuzeigen.
Die Ausführung geht
dann zu dem Prozeß EINSTELLEN-FESTHALTEN 53 zurück, so daß der nächste Code
festgehalten werden kann.
-
Der Code wird dadurch ausgerichtet,
daß er in
einem Umlaufzwischenspeicher gespeichert wird und der Umlauf solange
fortgesetzt wird, bis der Markierungsabschnitt sich in einer bekannten
Position befindet. Dies hat den Vorteil, daß nur ein Vergleich mit jedem
Datenbasiseintrag erforderlich ist, während ein gleitendes Korrelationsverfahren
erfordert, daß ein
m-Bit-Code durch alle seine m Permutationen umläuft und jede Permutation mit
jedem Datenbasiseintrag verglichen wird.
-
Der ausgerichtete Code wird mit den
Datenbasiseinträgen
durch logische Exklusiv-ODER-Verküpfung mit jedem Eintrag verglichen.
Die Anzahl der in dem ausgerichteten Code gesetzten Bits wird durch
das Ergebnis dieser Exklusiv-ODER-Verknüpfung dividiert. Der kleinste
Wert zeigt die beste Übereinstimmung
an.
-
Neben diesem Vergleich können weitere Auswerteverfahren
angewandt werden, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, daß der festgehaltene
Code falsch ist. Dies kann durch Suchen nach bestimmten Merkmalen
des Codes geschehen, z. B.:
- 1. Prüfung, ob
das höchststellige
und niedrigststellige Bit gesetzt sind.
- 2. Prüfung,
ob die Anzahl der Bitwechsel und die Anzahl der gesetzten Bits innerhalb
zulässiger Grenzen
liegen.
- 3. Prüfung,
ob der Markierungsabschnitt vorhanden ist und sich an der richtigen
Stelle befindet.
- 4. Prüfung,
ob der Code asymmetrisch ist.
-
Wenn der Code verfälscht und
es nicht möglich
ist, die Ausrichtung und Vergleichsverfahren anzuwenden, dann versucht
die Software, die festgehaltenen Daten unter Anwendung eines gleitenden Korrelationsverfahrens
zu vergleichen. Die Auswerteverfahren werden weiterhin angewandt.
-
Für
die Aufzeichnung bzw. Registrierung des durch den magnetischen Faden
dargestellten Codes sind zwei Unterbrechungsserviceroutinen zuständig. Die
eine, die VORDERFLANKEN-UNTERBRECHUNGSSERVICEROUTINE 56,
reagiert auf die Vorderflanke der durch das D-Flipflop 14 der
Signalprozessoren 3a bis 31 erzeugten Unterbrechung, während die
andere, die RÜCKFLANKEN-UNTERBRECHUNGSSERVICEROUTINE 57,
auf die Rückflanke
reagiert.
-
Wenn die Vorderflanke einer Unterbrechung festgestellt
wird, wird die VORDERFLANKEN-UNTERBRECHUNGSSERVICEROUTINE 56 ausgeführt. Bei
dieser Routine wird der Wert der negativen Spitze registriert und
zur Einstellung des negativen Schwellwerts für die nachfolgende negative
Spitze verwendet. Das Ereignis wird auch zeitprotokolliert und in
eine Verschiebung des Transportsystems mittels eines Taktgebers
umgesetzt, der mit der Antriebseinrichtung des Transportsystems
synchron ist. Dann wird der Spitzendetektor 19 zurückgesetzt
und das Signal MUX[n] negiert, so daß der Multiplexer 17a, 17b dem
integrierenden Spitzendetektor 19 positive Signale zuführt.
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Wenn die Rückflanke einer Unterbrechung detektiert
wird, wird die RÜCKFLANKEN-UNTERBRECHUNGSSERVICEROUTINE 57 ausgeführt. Bei
dieser Routine wird der vom integrierenden Spitzendetektor 19 detektierte
positive Spitzenwert registriert. Dieser Wert wird zur Nachführung des
Fadens benutzt, wenn er schräg
liegt und sich von einem Magnetkopf zum nächsten bewegt. Dieser Vorgang
wird in ähnlicher
Weise wie bei der Rückflanke
zeitprotokolliert, so daß die
Länge des
magnetischen Elements bestimmt werden kann. Der im integrierenden Spitzendetektor 19 gespeicherte
Wert wird gelöscht und
der Multiplexer 17a, 17b auf das Suchen nach negativen
Spitzen eingestellt. Der auf die Speicheranordnung weisende Zeiger
wird auf das nächste
Bit vorgestellt.
-
Eine dritte Unterbrechungsserviceroutine, die
ADU AUTOABTASTUNGS-SERVICEROUTINE 58, ist für die Durchführung regulärer Umsetzungen der
zwölf Ausgangssignale
SPITZE[n] der Signalprozessoren 3a-31 unter Hinzuziehung
der Analog/Digital-Umsetzer des Mikroprozessorsystems 4 zuständig. Diese
Umsetzungen werden automatisch durch eine Zeitgeberunterbrechung
getriggert. Dies geschieht, um den Prozessor-Zusatz zu verringern.
Die umgesetzten Werte werden nur dann permanent gespeichert, wenn
dies erforderlich ist, z. B. bei Feststellung der Vorder- oder Rückflanke
einer Unterbrechung.
-
Sobald ein festgehaltener Code erfolgreich mit
einem Datenbasiseintrag verglichen worden ist, kann es möglich sein,
bestimmte Informationen über das
blattförmige
Dokument zu ermitteln. Wenn das blattförmige Dokument beispielsweise
eine Banknote ist, kann es möglich
sein, ihren Nennwert zu ermitteln. Auf dieser Basis wäre es möglich, die
Banknote zu einem gewünschten
Bestimmungsort zu senden, beispielsweise an eine Stelle, wo ein
Banknotenstapel in zwei Nennwerte aufgeteilt wird. Alternativ wäre es möglich, den
Dokumententransport anzuhalten, wenn der Fadencode unlesbar oder
eine Banknote mit einem gefälschten
Nennwert in einem Stapel von Banknoten mit einem einzigen Nennwert
entdeckt wird.
-
wenn der Code asymmetrisch ist, ist
es möglich,
die Orientierung des Dokuments festzustellen. Wenn es möglich ist,
eine Stelle eines Merkmals des Dokuments festzustellen, die aus
der Mitte versetzt ist, dann ist es möglich, festzustellen, welche
Fläche des
Dokuments die oberste ist. Beispielsweise ist es mittels eines optischen
Detektors möglich,
die seitliche Lage des Fadens zu ermitteln, und dies kann benutzt
werden, um festzustellen, welche Fläche des Dokuments die oberste
ist. Alternativ kann die Lage eines bekannten magnetischen Merkmals
relativ zum Faden ermittelt werden, und diese kann benutzt werden,
um festzustellen, welche Fläche
des Dokuments die oberste ist.
-
10 veranschaulicht
ein abgewandeltes Gerät.
In diesem Fall sind die Köpfe 2a-21 mit
einem Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 200 verbunden, der mit
einem digitalen Signalprozessor (DSP) 205 verbunden ist.
Der DSP 205 dient zur Verarbeitung der digitalisierten
Daten und zur Erzeugung einer Folge digitaler Wellenformen, die
durch den in dem magnetischen Faden gespeicherten Code dargestellt
ist. Diese Wellenformen werden dem Mikroprozessor 4 zugeführt, in
dem Musterabgleichalgorithmen zur Bestimmung der Authentizität und des
Nennwerts der Banknote angewandt werden. Die Hauptvorteile dieser
Lösung
sind:
- – Auslegungsflexibilität – DSP- und
Mikroprozessoralgorithmen können
modifiziert und verfeinert werden, ohne andere Systembauteile zu
beeinflussen.
- – Aufgeteilte
Prozessorbelastung – durch
Zuteilung der Datenverringerungsaufgaben an den DSP zur Erzeugung
einer relativ einfachen digitalen Wellenform bedeutet, daß der Mikroprozessor freie
Kapazität
für kompliziertere
Musterabgleichalgorithmen hat, die das Leistungsvermögen des Automaten
verbessern.
- – Vorrichtungen
einfach mit Schnittstelle zu versehen – ADU, DSP und Mikroprozessor
unterstützen
verhältnismäßig einfache
Kommunikationsprotokolle, um den Datenaustausch zu ermöglichen.
-
Im Betrieb tastet der ADU 200 bei
jedem Magnetkopf alle 0,25 mm das analoge Signal auf Anweisung des
DSP 205 ab, erzeugt eine digitale Darstellung und überträgt diese
zum DSP. Während
der ADU 200 mit der Umsetzung des augenblicklichen Abtastwertes
beschäftigt
ist, ver arbeitet der DSP 205 den vorhergehenden Abtastwert
aus einem benachbarten Kanal in einer Fließband-Struktur. Dieses Verfahren
wiederholt sich, bis alle Banknotendaten ermittelt wurden, so daß die Verarbeitung
in Echtzeit erfolgt.
-
Die Abtastung eines Kanalpaares wird
durch einen freilaufenden Zeitgeber mit einer konstanten Periode
von 9,4 μs
gesteuert. Um sicherzustellen, daß jede Abtastung einer Teilung
von 0,25 mm entspricht, muß das
System die lineare Banknotengeschwindigkeit messen. Dies geschieht
mittels eines Taktrades, das in herkömmlicher Weise aus einem (nicht
dargestellten) geschlitzten Opto-Sensor besteht. Dieser erzeugt
einen Impuls, der einem geradlinigen Weg von 4,42 mm Länge entspricht.
Durch Messung der Anzahl der Taktimpulse, die in einem Taktradschlitz
aufgetreten sind, kann das System eine Abtastverzögerung bestimmen,
die eingeführt wird,
um die erforderliche Abtastteilung sicherzustellen.
-
Die Banknotenabtastung und -verarbeitung wird
durch den Mikroprozessor 4 und einen (nicht dargestellten)
Spursensor gesteuert. Der Spursensor ist ein optischer Reflektionssensor,
der die Anwesenheit einer Banknote unter dem Detektor anzeigt. Sobald
der Mikroprozessor 4 den DSP 205 zur Verarbeitung
von Banknoten angewiesen hat, wartet das System solange, bis der
Spursensor die Ankunft einer Banknote anzeigt, und dann beginnt
die Verarbeitung.
-
Der DSP 205 hat drei Hauptverarbeitungsaufgaben:
- – Schwellwerteinstellung
und anfängliche
Spitzendetektion.
- – Anwendung
eines "Vorauskennens" (a priori knowledge)
der gewünschten
Signale auf die vorverarbeiteten Daten.
- – Erzeugung
einer digitalen Wellenform für
den Mikroprozessor.
-
Schwellwerteinstellung
und anfängliche
Spitzendetektion
-
Der zur Erzeugung einer digitalen
Wellenform für
den Mikroprozessor 4 angewandte Algorithmus umfaßt die Spitzendetektion
und eine Voraus-Signalvorbereitung. Die Spitzendetektion wird angewandt,
da die von den induktiven Magnetköpfen erzeugten Signale auf
der Änderungsgeschwindigkeit des
magnetischen Feldes des magnetischen Materials beim Vorbeilauf am
Magnetkopf beruhen. Daher treten an den Grenzen zwischen den magnetischen und
den nicht-magnetischen Eigenschaften Übergänge auf. Beispiele idealisierter
Wellenformen für die
unterschiedlich großen
magnetischen Eigenschaften sind in 11 dargestellt.
-
Aus 11 ist
ersichtlich, daß die
Spitzendetektion zur Ermittlung der Länge der magnetischen Bereiche
längs einer
einzigen Ebene angewandt werden kann. Das Problem bei der Anwendung
eines Spitzendetektors ist jedoch, daß er – wie jeder Geschwindigkeitsänderungsdetektor – auf Signalrauschen
störanfällig ist.
In der Praxis ist den Eingangssignalen ein Rauschen überlagert,
so daß Einrichtungen
erforderlich sind, um durch solche Störsignale bedingte Fehler zu
verringern. Um einen Rauschwiderstandspegel auszubilden, können zwei
Verfahren angewandt werden: die Schwellwerteichung und ein größeres Spitzendetektionsfenster.
-
Eichung
-
Die Eichung ist erforderlich, damit
das System für
jeden Kanal einen geeigneten Schwellwert erzeugen kann. Diese Schwellwerte
können
zum Anhalten der Verarbeitung von Signalen mit geringer Amplitude
angewandt werden, die, obwohl sie den Spitzendetektor ansprechen
lassen können,
eine Folge des Systemrauschens und nicht des Vorbeilaufens von gültigem magnetischen
Material am Magnetkopf sind. Das Eichungsverfahren besteht in folgendem.
-
Sobald die Transportmotoren beim
Hochlauf des Geräts
zur Verarbeitung eines Banknotenbündels die erforderliche Betriebsgeschwindigkeit
erreicht haben, gibt der Mikroprozessor 4 an den DSP 205 die
Anweisung, in den Eichbetrieb überzugehen. In
dieser Phase führt
der DSP 205 32 Abtastungen aus und erzeugt einen absoluten
Mittelwert. Dann wird ein konstantes Vielfaches des Mittelwerts
als Schwellwert erzeugt und gespeichert. Um schließlich festzustellen,
ob in irgendeinem der Kanäle
ein besonders starkes Rauschen vorhanden ist oder in einem relativ
großen
Bereich liegende Nicht-Banknoten-Signalpegel
auftreten, prüft
der DSP 205 die 32 Abtastwerte daraufhin, ob irgendeiner
den berechneten Schwellwert überschritten
hat. Wenn dies der Fall ist, wird festgestellt, daß die Eichung
falsch war. Andernfalls ist sie richtig, so daß die Banknotenverarbeitung
fortgesetzt werden kann. Dieses Verfahren wird bei den übrigen Kanälen wiederholt.
Wenn die Eichung falsch war, signalisiert der DSP 205 dem
Mikroprozessor 4, daß er
nicht bereit sei und eine Intervention erforderlich sei.
-
Das Eichverfahren wird bei jedem
Bündel durchgeführt.
-
In den 12A und 12B ist jeweils ein Beispiel einer Eichung
dargestellt.
-
Spitzendetektions-Kernel
-
Das zweite Verfahren zur Bildung
eines Rauschwiderstandspegels besteht in der Wahl des auf die Daten
angewandten Spitzendetektions-Kernels. Statt eines Änderungsgeschwindigkeits-Kernels,
der die Unterschiede zwischen direkt benachbarten Werten (Größe 3)
betrachtet, ist die vorliegend angewandte Lösung die Betrachtung des nächsten am
nächsten
liegenden Nachbars (Größe 5).
Ein einfaches Beispiel, das den Vorteil der Größe 5 gegenüber der
Größe 3 hinsichtlich
der Anzahl der detektierten Spitzen veranschaulicht, ist in 13 dargestellt.
-
Ein Signal, dessen Amplitude sich
in ähnlicher
Weise wie bei obigem Beispiel ändert,
z. B. Rauschen, erzeugt eine große Anzahl von Spitzen mit einem
Kernel der Größe 3,
während
eine erheblich geringere Anzahl durch den Kernel der Größe 5 erzeugt wird.
Da die Spitzenübergänge infolge
der Grenzen zwischen magnetischen und nichtmagnetischen Bereichen über mehr
als drei Abtastungen stattfinden, ist der Kernel der Größe 5 hinreichend
klein, diesen Übergängen zu
folgen und einen rauschunabhängigen
Pegel zu bilden.
-
Um eine digitale Wellenform aufzubauen,
die von dem Mikroprozessor 4 verarbeitet werden kann, wendet
das System den Größe-5-Spitzendetektor auf
Daten in Echtzeit während
sie anfallen an und fügt
die gültigen
Spitzen (d. h. ein örtliches
Minimum oder Maximum, das größer als
der Schwellwertbereich ist) einer Liste hinzu, die Informationen über die Spitzen
enthält,
die bei einem bestimmten Kanal ermittelt wurden. Die gespeicherten
Daten sind die Lage längs
der Banknote parallel zur kurzen Kante, wo die Spitze detektiert
wurde, die Art der detektierten Spitze (d. h. eine positive oder
negative Spitze) und der Speicherplatz im Speicher des DSP 205,
wo die analogen Rohdaten aus dem ADU 200 von dieser Spitze
gespeichert sind. Dies hat den Vorteil, daß die Menge der Daten, die
nachfolgend aufgesucht und verarbeitet werden muß, erheblich verringert worden ist.
Dies ergibt eine zusätzliche
Flexibilität
für kompliziertere
Algorithmen, da die Datenmenge verringert worden ist.
-
In dieser Phase hat der DSP 205 (für alle zwölf Kanäle) eine
Gruppe von Ereignissen erzeugt, die alle Spitzen enthalten, die
das Schwellwertkriterium erfüllen.
Der nächste
Prozeß ist
die Prüfung
dieser Spitzen und Ermittlung, welche von diesen gültig sind
und echte magnetische Übergangsereignisse anzeigen
und welche durch Signalfehler erzeugt wurden.
-
Anwendung des
Vorauskennens der gewünschten Signale
auf vorverarbeitete Daten
-
Alle diese Spannungsspitzen werden
individuell daraufhin geprüft,
ob sie strengere Kriterien erfüllen.
Diese Kriterien schließen
die Haupteigenschaften gültiger
magnetischer Übergänge ein,
einschließlich
der Prüfungen
der Absolutwerte der induzierten Spannungen und der Signatur der
Spannungsspitze. Alle Spannungsspitzen, die die Kriteriumprüfung nicht
bestehen, werden nicht berücksichtigt.
In 14 ist dies dadurch
veranschaulicht, daß alle
Spitzen, die die anfängliche
Zusammen baupegelroutineprüfung
durchlaufen, entweder als gültig oder
ungültig
klassifiziert werden.
-
Diese resultierende Untergruppe der
anfänglichen
Spannungsspitzen wird verarbeitet, um ferner alle falschen Signale
zu entfernen. Dies geschieht teilweise durch Abschätzung der
relativen Orte, Größen und
Formen aller Spitzen mit denjenigen aller anderen Spitzen, die räumlich dicht
neben diesen liegen. Dies stellt sicher, daß Spitzen, die aufgrund einer
Zunahme des magnetischen Flusses im Detektor mit denjenigen Spitzen
abgeglichen werden, die einer Abnahme des magnetischen Flusses im
Detektor entsprechen. Wegen der komplizierten Banknotendynamik beim
Vorbeilauf einer Banknote an einem Detektor können Situationen auftreten,
in denen nicht eindeutig ist, wie die Spitzen miteinander verknüpft werden
sollten. Beispielsweise können
zwei Spannungsmaxima ohne Spannungsminima zwischen ihnen auftreten.
In diesem Fall können,
in Abhängigkeit von
zu diesen Spitzen gehörigen
Parametern und anderen Spitzen, die in unmittelbarer Nähe liegen,
entweder die erste Spitze, die zweite Spitze oder beide Spitzen
unberücksichtigt
bleiben, oder es wird die wahrscheinliche Lage der nicht detektierten
Minima berechnet. Diese Entscheidungen werden auf der Basis von
Kriterien getroffen, die sich durch empirische oder theoretische
Untersuchungen der detektierten Signale gültiger Banknoten ergaben, die
durch die Geräte
befördert
wurden. In dieser Verarbeitungsstufe wird eine verfeinerte Gruppe
von Spitzen für
jeden Kanal erzeugt, bei dem es wahrscheinlich ist, daß ein hoher
Anteil falscher Spitzen herausgefiltert worden ist. Dieses Verfahren
ist in 15 veranschaulicht.
Die relativen Orte, Größen und
Vorzeichen der Spitzen sind schematisch durch Kreuz-Symbole dargestellt.
Die eine Spitze ist zurückgewiesen
worden, weil einer Abfallflankenspitze (Rückflankenspitze) eine entsprechende
Anstiegsflankenspitze in einem bestimmten Abstand vorangegangen
sein sollte (wobei der Abstand der Länge, einschließlich einer
Toleranz, des längsten
erwarteten magnetischen Bereichs entspricht). Die andere Spitze
ist auf der Basis der Spitzeneigenschaften zurückgewiesen worden, weil zwei
Anstiegsflankenspitzen bei nur einer Abfallflankenspitze vorhanden
sind.
-
Diese verfeinerte Gruppe von Spitzen
wird geprüft,
um sicherzustellen, daß kein
langer magnetischer Bereich aus zwei kürzeren magnetischen Übergängen aufgetreten
ist. Auch dies geschieht durch Auswertung der relativen Eigenschaften
einer bestimmen Gruppe von Spitzen mit denjenigen, die durch empirische
Untersuchungen der Banknoten ermittelt wurden.
-
Erzeugung einer
digitalen Wellenform
-
Die vom Mikroprozessor 4 benötigten Daten bestehen
aus einem digitalen Bitstrom, der für jeden Kanal im DSP-Speicher gespeichert
ist. Dieser Strom wird in Blöcke
aufgeteilt, die in einzelnen Speicherplätzen gespeichert werden können, wobei
ein Bit einer Abtastung von 0,25 mm entspricht. Bei einem 16-Bit-Speicher
würde daher
jeder Speicherplatz 4 mm der Banknote entsprechen. Wenn validierte Übergangsereignisse
bestätigt
worden sind, wird der Bitstrom für
jeden Kanal ausgebildet. Sobald in einem individuellen Speicherplatz
alle Bits eingeschrieben wurden, geht der DSP zum nächsten Speicherplatz
weiter. Ein Beispiel ist in 16 dargestellt.