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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Erfassen eines Sicherheitsfadens, beispielsweise zum Identifizieren
eines Dokuments aus einem Sicherheitscode, der durch den Faden getragen
wird.
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Es
ist gut bekannt, daß Sicherheitsdokumente,
beispielsweise Banknoten, mit einem Sicherheitsfaden versehen sind.
Dies kann ein einfacher metallischer Faden sein oder kann Segmente
aus magnetischem Material und Segmente aus nicht magnetischem Material
aufweisen.
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Es
ist möglich,
die Segmente von 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 mehrere Male entlang des Fadens wiederholt
werden. Beispielsweise können
die Elemente mit fester Länge
eine Länge
von 2 mm haben, wobei die Anwesenheit von magnetischem Material eine
binäre
1 und die Abwesenheit eine binäre
0 angeben.
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Dieser
Code kann unter Verwendung eines Magnetkopfes oder einer Kopfanordnung
gelesen werden. Dies würde
typischerweise gemacht werden, indem man das magnetische Material,
das einen Faden bildet, zeitweilig magnetisiert und dafür sorgt, daß das Dokument
so durch einen Transportmechanismus getragen wird, daß sie an
der Magnetkopf-Anordnung vorbeilaufen, wobei das magnetische Material
der Fäden
in dichter Nachbarschaft zu den Köpfen ist.
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Wenn
der Code gelesen worden ist, ist es möglich, das Dokument zu identifizieren,
das den Faden trägt,
indem man den Code mit einer Datenbank von bekannten Codes vergleicht.
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GB 2 098 768 B offenbart
einen Leser für
codierte Magnetfäden,
in dem eine lineare Anordnung von Magnetköpfen einen Sicherheitsfaden
abtastet, der in einem Dokument eingebettet ist, und Abtastwerte
der Signale, die durch die Magnetköpfe erzeugt werden, in Speichereinrichtungen
speichert, die nacheinander abgetastet und mit einem festen Schwellwert
verglichen werden, um einen binären Bitstrom
zu erzeugen, der der Variation der Magnetisierung entlang des Fadens
entspricht.
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Während
GB 2 098 768 B eine
Vorrichtung offenbart, die es erlaubt, einen Faden, der der Magnetkopf-Anordnung
unter einem spitzen Winkel dargeboten wird, zu lesen, ist das verwendete
Verfahren extrem verschwenderisch bei der Verarbeitungszeit, da
die Signale, die von den Köpfen
erzeugt werden, kontinuierlich sequentiell abgetastet werden, um
das zeitveränderliche
Ausgangssignal zu erzeugen.
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EP 0 439 438 beschreibt
eine Vorrichtung zum Lesen des Codes, der in dem Faden gehalten wird,
wobei das Signal, das durch die Magnetköpfe erzeugt wird, digitalisiert
wird, indem es mit zwei Schwellwerten verglichen wird. Der Pegel
dieser beiden Schwellwerte kann vergrößert werden in Übereinstimmung
mit der Amplitude der Signalabweichung, so daß das Erfassen des Kreuzens
eines Schwellwerts im wesentlichen immun gegenüber Variationen in der Signalamplitude
ist.
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Ein
Nachteil von Techniken des Standes der Technik beinhaltet das Lesen
von Codes, die eine Aufeinanderfolge von binären 1en verkörpern. In
diesem Fall wird die kontinuierliche Länge eines magnetischen Materials
lang genug, so daß die
Flußdichte konstant
wird. Dementsprechend wird jedes Signal, das durch den Magnetkopf
erzeugt wird und jede zugeordnete Hochpaß-Filterung in Richtung Null
abnehmen und dann wiederum ansteigen aufgrund der Flußdichtenänderung,
wenn das Ende des magnetischen Elements sich dem Kopf nähert. Somit
ist es für
ein langes magnetisches Element möglich, daß es fehlerhaft als zwei getrennte
kürzere
magnetische Elemente mit einer Länge
von nicht magnetischem Material zwischen ihnen erfaßt wird.
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US-A-5
889 271 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen eines codierten Fadens,
das mehrere Lesekanäle
verwendet, um jedes Fadensegment zu erfassen, aber es ist komplex
einzurichten.
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In Übereinstimmung
mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Erfassen eines codierten Magnetfadens angegeben, das aufweist
das Erfassen der Antwort eines magnetischen Felddetektors, wenn
ein Faden den Detektor passiert, wobei die Antwort von einer anfänglichen Größe in erste
und zweite Richtungen variiert, um eine erste Spitze zu zeigen,
und dann in die erste Richtung, um eine zweite Spitze zu zeigen;
Vergleichen der Antwort mit ersten und zweiten Schwellwerten, die
um die anfängliche
Größe in der
ersten bzw. zweiten Richtung angeordnet sind; und Anzeigen des Durchlaufs
eines Codeelements des Fadens, wenn die Antwort den zweiten Schwellwert
passiert und dann den ersten Schwellwert in einer vorbestimmten Weise,
dadurch gekennzeichnet, daß der
erste Schwellwert eingestellt wird in Übereinstimmung mit einem ersten
vorbestimmten Algorithmus gestützt auf
die Größe der ersten
Spitze.
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Dementsprechend
ist es möglich
unter Verwendung dieses Verfahrens ein langes magnetisches Element
korrekt zu erfassen, indem die ersten und zweiten Schwellwerte in
geeigneter Weise positioniert werden.
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Wenn
das magnetische Element kurz ist, dann verändert, nachdem die Antwort
die zweite Spitze gezeigt hat und sich dann in die erste Richtung verändert, sie
sich in die zweite Richtung, um zu ihrer anfänglichen Größe zurückzukehren; dadurch zeigt sie
eine dritte Spitze.
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Wenn
jedoch das magnetische Element lang ist, dann verändert, nachdem
die Antwort die zweite Spitze gezeigt hat und sich dann in die erste
Richtung verändert,
sie sich in die zweite Richtung und dann in die erste Richtung,
um eine dritte Spitze zu zeigen und verändert sich dann in die zweite
Richtung, um zu ihrer anfänglichen
Größe zurückzukehren,
wobei sie eine vierte Spitze zeigt.
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Typischerweise
ist die erste Richtung eine negative Richtung und die zweite Richtung
ist eine positive Richtung. In diesem Fall ist die Größe des ersten
Schwellwerts niedriger als die anfängliche Größe der Antwort und die Größe des zweiten Schwellwerts
ist größer als
die anfängliche
Größe der Antwort.
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Das
Gegenteil ist jedoch auch möglich,
wobei die erste Richtung eine positive Richtung und die zweite Richtung
eine negative Richtung ist. Dementsprechend ist die Größe des ersten
Schwellwerts größer als
die anfängliche
Größe der Antwort
und die Größe des zweiten
Schwellwerts ist niedriger als die anfängliche Größe der Antwort.
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Vorzugsweise
ist die anfängliche
Größe der Antwort
Null. Die anfängliche
Größe der Antwort kann
jedoch jeden anderen positiven oder negativen Wert annehmen.
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Der
erste vorbestimmte Algorithmus kann den ersten Schwellwert so einstellen,
daß seine
Größe ein Anteil
der Größe der ersten
Spitze ist. Alternativ kann er den ersten Schwellwert so einstellen,
daß seine
Größe der Durchschnitt
einer vorbestimmten Anzahl von vorangehenden ersten Spitzen ist.
Der erste vorbestimmte Algorithmus kann den ersten Schwellwert auch
so einstellen, daß seine
Größe gestützt ist
auf eine Messung des Hintergrundrauschens.
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Es
ist möglich,
den zweiten vorbestimmten Schwellwert in Übereinstimmung mit einem zweiten vorbestimmten
Algorithmus einzustellen, der auf die Größe der zweiten Spitze gestützt ist.
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In
diesem Fall kann der zweite vorbestimmte Algorithmus den zweiten
Schwellwert so einstellen, daß seine
Größe ein Anteil
der Größe der zweiten Spitze
ist. Alternativ dazu kann er den zweiten Schwellwert so einstellen,
daß seine
Größe der Durchschnitt
einer vorbestimmten Anzahl von vorangehenden zweiten Spitzen ist.
Der zweite vorbestimmte Algorithmus kann auch den zweiten Schwellwert
auch so einstellen, daß seine
Größe gestützt ist auf
eine Messung des Hintergrundrauschens.
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Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
angegeben zum Erfassen eines codierten magnetischen Fadens, die aufweist
einen Magnetfelddetektor, ein Verarbeitungssystem zum Überwachen
der Antwort des Detektors, wenn ein Faden den Detektor passiert,
wobei sich die Antwort von einer anfänglichen Größe in erste und zweite Richtungen
verändert,
um eine erste Spitze zu zeigen, und dann in die erste Richtung,
um eine zweite Spitze zu zeigen, worin das Verarbeitungssystem konfiguriert
ist, um die Antwort des Detektors gegen erste und zweite Schwellwerte
zu vergleichen, die um die anfängliche
Größe in die
erste bzw. zweite Richtung angeordnet sind, die erste Spitze der
Antwort des Detektors zu messen und den ersten Schwellwert in Übereinstimmung
mit einem vorbestimmten Algorithmus einzustellen, der auf die Größe der ersten
Spitze gestützt
ist.
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Vorzugsweise
ist der Magnetfelddetektor eine lineare Anordnung von Magnetköpfen, von
denen jeder mit einem jeweiligen Prozessor verbunden ist. Typischerweise
ist jeder der Magnetkopfprozessoren verbunden mit einem Verarbeitungssystem, das
angepaßt
ist, um ein Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung auszuführen.
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Ein
Beispiel eines Lesers eines codierten Magnetfadens und eines Verfahrens
nach der Erfindung wird nun beschrieben unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Lesers eines codierten Magnetfadens
nach der Erfindung;
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2 zeigt
zwei Banknoten, die codierte Magnetfäden aufweisen, die an einer
linearen Magnetkopf-Anordnung vorbei transportiert werden, wobei eine
der Banknoten schief liegt;
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3 zeigt
ein Blockdiagramm eines Signalprozessors zum Verarbeiten von Signalen
von einer Magnetkopf-Anordnung;
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4 zeigt
die Antwort, die durch einen Magnetkopf erzeugt wird, wenn ein Magnetelement
darunter vorbeiläuft
und die entsprechenden Signale, die durch den Signalprozessor erzeugt
werden;
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5 zeigt
die Antwort, die durch den Magnetkopf erzeugt wird, wenn ein ausgedehntes
Magnetelement darunter durchläuft;
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6 zeigt
ein Beispiel eines möglichen
Codes, der von einem codierten Magnetstreifen gehalten wird, nach
der Rekonstruktion durch einen Signalprozessor;
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7 zeigt
ein Flußdiagramm
der Software, die durch einen Mikroprozessor ausgeführt wird;
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8 zeigt
einen einzelnen Magnetkopf, der einen Permanentmagneten aufweist;
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9 zeigt
eine alternative Magnetkopf-Anordnung;
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10 ist
ein Blockdiagramm eines alternativen Signalprozessors;
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11 zeigt
eine idealisierte Wellenform für unterschiedlich
groß gestaltete
Magneteigenschaften in einem codierten Faden;
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12A und 12B stellen
eine erfolgreiche und eine fehlerhafte Kalibrierungsspur dar;
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13 erläutert den
Effekt des Wechselns einer Kernelgröße;
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14 erläutert unterschiedliche
Typen von Spannungsspitzen;
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15 erläutert unterschiedliche
verbesserte Spitzen; und
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16 erläutert einen
Code, Signale, die dem Code entsprechen, und sich ergebende gespeicherte
Daten.
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Eine
schematische Darstellung eines Lesers für codierte Magnetfäden, der
geeignet ist zum Lesen der Codes, die in einem codierten Magnetstreifen
auf einem Blattdokument sind, ist in 1 gezeigt.
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Der
Leser weist eine lineare Anordnung 1 von zwölf Magnetköpfen 2a bis 21 auf,
von denen jeder verbunden ist mit einem individuellen Signalprozessor 3a bis 31.
Die analogen Signale, die durch die Magnetköpfe erzeugt werden, werden
in eine digitale Form umgewandelt durch die Signalprozessoren 3a bis 31,
die mit einem Mikroprozessorsystem 4 verknüpft sind.
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Software,
die durch das Mikroprozessorsystem 4 ausgeführt wird,
führt eine
weitere Verarbeitung des digitalisierten Signals aus, um den Code
in ein bekanntes Format auszurichten und ihn mit einer Datenbank
mit bekannten Codes zu vergleichen. Die Software erfaßt auch
die positiven und negativen Spitzenabweichungen des Analogsignals
unter Verwendung des Analog/Digital-Wandlers des Mikroprozessorsystems 4 und
berechnet geeignete Schwellwerte daraus. Diese Schwellwerte werden
auf die Signalprozessoren 3a bis 31 gesetzt unter
Verwendung von Digital/Analog-Wandlern des Mikroprozessorsystems 4.
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2 zeigt
die lineare Anordnung 1 von Magnetköpfen 2a–2l und
zwei Blattdokumente 5, 6, die durch ein Dokumententransportsystem
(nicht gezeigt) befördert
werden, so daß sie
die Anordnung 1 der Magnetköpfe 2a–2l passieren
werden. Jedes Blatt 5, 6 hat einen magnetisch
codierten Faden 7a, 7b. Wenn die Blätter 5, 6 sich
der Anordnung 1 der Magnetköpfe 2a–2l nähern, magnetisiert
ein Permanentmagnet, der in die Anordnung aufgenommen ist, zeitweilig
das magnetische Material, das die Fäden 7a, 7b bildet.
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Die
Anordnung von einem der Magnetköpfe ist
in 8 gezeigt. Er weist einen Kern 60 auf,
der aus einem Ferrit gebildet sein kann, um dessen Arme zwei Spulen 61a, 61b gewunden
sind. Ein Permanentmagnet 62 liefert eine magnetische Vorspannung
an dem Luftspalt des Kerns, was bewirkt, daß das magnetische Material
temporär
magnetisiert wird.
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Wenn
die Fäden 7a, 7b die
Magnetköpfe 2a–2l passieren,
wird eine elektromotorische Kraft erzeugt, da sich der Fluß, der durch
das magnetische Material erzeugt wird, mit den Spulen 61a, 61b der Magnetköpfe 2a–2l koppelt.
Somit wird ein Signal erzeugt an den Anschlüssen 63 der Magnetköpfe gemäß den Mustern
des magnetischen Materials, das die Fäden 7a, 7b bildet.
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Blatt 5 wird
durch das Dokumententransportsystem so transportiert, daß der Faden
senkrecht der linearen Anordnung 1 der Magnetköpfe 2a, 21 dargeboten
wird. Man kann erkennen, daß der
Faden 7a direkt unter dem Magnetkopf 2f hindurchläuft und
der Code, der vom Faden 7a gehalten wird, kann rekonstruiert
werden aus dem Signal, das vom Magnetkopf 2f allein erzeugt
wird.
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Blatt 6 wird
jedoch so gefördert,
daß der
Faden 7b schräg
gestellt ist. Dementsprechend wird Faden 7b anfänglich direkt
unter dem Magnetkopf 2h vorbeilaufen, wenn er weiter läuft, wird
er unter dem Magnetkopf 2g, Magnetkopf 2f und
schließlich
Magnetkopf 2e vorbeilaufen. Um den Code zu rekonstruieren,
ist es notwendig, die Signale in geeigneter Weise zu kombinieren,
die durch alle vier Magnetköpfe 2e, 2f, 2g und 2h erzeugt
werden.
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Dies
ist ein Grund, warum eine Anordnung von Magnetköpfen erforderlich ist. Ein
anderer Grund ist, daß der
seitliche Versatz des Fadens unterschiedlich sein kann für unterschiedliche
Dokumente.
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Eine
alternative Gestaltung für
die Anordnung 1 von Magnetköpfen ist in 9 gezeigt.
In dieser Gestaltung weist das Feld 1 dreizehn Magnetköpfe 100a bis 100m auf.
Diese Magnetköpfe 100a bis 100m sind
jedoch nicht in einer linearen Weise konfiguriert. Statt dessen
sind sie in zwei parallelen Achsen konfiguriert mit Magnetköpfen 100a bis 100g auf der
ersten Achse und Magnetköpfen 100h bis 100m auf
der zweiten Achse. Es ist klar, daß es machbar ist, die Magnetköpfe 100a bis 100m so
anzuordnen, daß sie
auf drei oder mehr Achsen liegen.
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Bevor
die Signale, die durch die Magnetköpfe 100a bis 100m entwickelt
werden, verarbeitet werden können,
müssen
sie in geeigneter Weise zeitversetzt werden. Entweder müssen die
Signale, die durch die Magnetköpfe 100a bis 100g,
die auf der ersten Achse liegen, oder die Signale, die durch die Magnetköpfe 100h bis 100m erzeugt
werden, die auf der zweiten Achse liegen, oder beide zeitversetzt werden,
so daß sie
in Ausrichtung sind. Dies kann unter Verwendung von analogen oder
digitalen Verarbeitungstechniken geschehen unter Verwendung der
vorbestimmten Entfernung zwischen den ersten und zweiten Achsen
und der Geschwindigkeit eines Blattdokuments, das unter dem Feld 1 hindurchläuft, um
den Betrag zu bestimmen, um den die durch die Magnetköpfe, die
auf einer Achse liegen, erzeugten Signale zeitversetzt werden müssen, so
daß sie
mit den Signalen ausgerichtet sind, die durch die Magnetköpfe erzeugt
werden, die auf der anderen Achse liegen. Die Geschwindigkeit dieses
Blattdokuments kann entweder direkt gemessen werden oder die Geschwindigkeit
des Dokumententransportsystems kann bestimmt werden.
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Die
Magnetköpfe,
die in diesem Beispiel verwendet werden, sind induktive Köpfe, aber
magnetoresestive Köpfe
können
verwendet.
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Die
Signalprozessoren 3a–3l und
Software weisen Merkmale auf, die die Erfassung des Fadens unabhängig von
seinem seitlichen Versatz ermöglichen
und ermöglichen
die Rekonstruktion des Codes aus dem Signal, das durch verschiedene
Magnetköpfe
im Fall von einem schräg
liegenden Faden erzeugt wird.
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Ein
Kanal der Signalprozessoren 3a bis 31 wird nun
beschrieben werden unter Bezugnahme auf 3. In der
folgenden Beschreibung bezieht sich n auf die relevante Kanalnummer
und nimmt einen ganzzahligen Wert von 0 bis 11 an.
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Das
analoge Signal HEAD[n], das durch den Magnetkopf erzeugt wird, bildet
den Eingang zu einem Paraphasen-Verstärker 10a, 10b.
Die invertierten und nichtinvertierten Ausgänge des Paraphasen-Verstärkers 10a, 10b und
verbunden mit den Eingängen
eines Paares von Vergleichern 11a, 11b und mit
den Eingängen
eines 2:1 Multiplexers 17a, 17b.
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Vergleicher 11a und 11b vergleichen
die Ausgangssignale vom Paraphasen-Verstärker mit getrennten variablen
Schwellwerten. Wenn der invertierte Ausgang des Paraphasen-Verstärkers 10a, 10b den
Schwellwerteingang von Komparator 11a überschreitet, dann wird der
Ausgang des Vergleichers 11a niedrig gemacht, was im folgenden
den Ausgang des UND-Gatters 12 niedrig macht und, da dieser
Ausgang mit dem Löscheingang
des D-Typ-Signalspeichers 14 verbunden ist, wird der Q-Ausgang
des D-Typ-Signalspeichers 14 ebenfalls niedrig gemacht.
In gleicher Weise wird, wenn der Eingang CLR[n] von dem Mikroprozessorsystems 4 niedrig
gemacht wird, dann als Antwort der Q-Ausgang des D-Typ-Signalspeichers 14 niedrig
gemacht.
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Wenn
der nicht-invertierte Ausgang des Paraphasenverstärkers 10a, 10b den
Schwellwert von Vergleicher 11b übersteigt, dann wird der Ausgang des
Vergleichers 11b niedrig gemacht. Dieser Ausgang wird invertiert
durch den Invertierer 13 und dann verbunden mit dem Takteingang
des D-Typ-Signalspeichers 14. Damit wird, da der D-Eingang
des D-Typ-Signalspeichers 14 permanent mit Hoch verbunden
ist, der Q-Ausgang des D-Typ-Signalspeichers 14 ebenfalls
hoch gemacht.
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Der
Wert des Schwellwerts von Vergleicher 11a und 11b wird
bestimmt durch das Mikroprozessorsystem 4 über den
Ausgang DAC[n]. Dieser Ausgang wird einem Einheitsverstärkungspuffer 15 präsentiert,
der mit dem Schwellwerteingang des Vergleichers 11b verbunden
ist. Der Ausgang des Einheitsverstärkerpuffers 15 ist
auch verbunden mit einem Potentialdividierer 16, der den
Schwellwert, der dem Vergleicher 11a präsentiert wird, um einen Faktor 2 vermindert.
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Beide
Vergleicher 11a und 11b haben einen Grad von Hysterese,
um die Rauschbeständigkeit
zu verbessern und fehlerhaftes Umschalten zu verhindern.
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Der
2:1 Multiplexer 17a, 17b verbindet entweder den
invertierten oder den nicht-invertierten Ausgang des Paraphasenverstärkers 10a, 10b mit dem
integrierenden Spitzendetektor 19. Der logische Zustand
des Signals MUX[n] bestimmt, welcher dieser beiden Ausgänge mit
dem integrierenden Spitzendetektor 19 verbunden ist. Inver ter 18 invertiert den
logischen Zustand des Signals MUX[n], so daß entweder der analoge Schalter 17a oder
der analoge Schalter 17b geschlossen ist.
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Der
integrierende Spitzendetektor 19 erfaßt und speichert die positive
Spitze des Signals, das an ihn angelegt wird. Dieses wird dem Mikroprozessorsystems 4 als
Signal PEAK[n] präsentiert.
Der integrierende Spitzendetektor 19 kann zurückgesetzt werden
durch ein erklärendes
Signal RESET[n].
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Ein
typisches Signal, das durch einen einzelnen Magnetkopf ähnlich zu
dem oben beschriebenen auf der Grundlage eines 2 mm Magnetelements
beim Durchlaufen erzeugt wird, ist in 4 dargestellt. Wenn
sich das Magnetelement dem Kopf nähert, wird eine negative Spitze 21 erzeugt.
Wenn das Magnetelement unterhalb des Kopfes ist, reversiert die Richtung
des Magnetflusses und eine positive Spitze 22 wird erzeugt.
Schließlich
reversiert, wenn sich das Magnetelement von dem Kopf weg bewegt,
der Fluß ein
zweites Mal und eine zweite negative Spitze 23 wird erzeugt.
Dies stellt das Signal HEAD[n] dar, das in 4 gezeigt
ist.
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Die
Verarbeitung dieses Signals durch einen der Signalprozessoren 3a bis 31 wird
nun unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Wenn die Leistung
anfänglich
eingeschaltet wird, behauptet das Mikroprozessorsystem 4 Signale
CLR[n] und RESET[n], damit die Signalverarbeitungsstufen 3a bis 31 in
einem bekannten Zustand sinkt. Die Signalprozessoren 3a bis 31 führen dann
eine Hintergrundrauschen-Messung durch unter Verwendung des integrierenden
Spitzendetektors 19. Die Ausgangssignale davon, PEAK[n],
werden den Analog/Digital-Wandlern auf dem Mikroprozessorsystem 4 präsentiert
und ihre Werte werden verwendet, um geeignete Schwellwerte für die Vergleicher 11a und 11b zu
bestimmen. Diese werden gesetzt durch einen Digital/Analog-Wandler,
der ein Signal DAC[n] ausgibt zu den Signalverarbeitungsstufen 3a bis 31.
Dieses Signal wird gepuffert durch einen Einheitsverstärkungs-Inverter 15,
dessen Ausgang einen positiven Schwellwert bestimmt. Dieser Ausgang
wird ebenfalls potentialmäßig dividiert,
beispielsweise um einen Faktor 2, unter Verwendung eines
Potentialdividierers 16, der einen negativen Schwellwert
setzt. Beispielsweise kann der positive Schwellwert gesetzt werden
auf viermal den Spitzenrauschpegel, wobei der negative Schwellwert
entsprechend die Hälfte dieser
Größe ist.
Diese Schwellwerte können
modifiziert werden für
jedes Magnetelement, das durch den Kopf abgetastet wird. Beispielsweise
könnte
der laufende Durchschnitt der positiven Spitze, die durch ein Magnetelement
erzeugt wird, berechnet werden und verwendet werden, um einen geeigneten
positiven Schwellwert zu bestimmen. Der Wert der Schwellwerte kann
in einem nicht flüchtigen
Speicher gespeichert werden, so daß sie nicht verloren gehen,
wenn die Vorrichtung abgeschaltet wird.
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Das
Signal MUX[n] wird nun hoch gemacht und die Signalprozessoren 3a bis 31 warten
auf die Ankunft eines gültigen
Signals, das durch ein Magnetelement erzeugt wird. Wenn das Magnetelement sich
einem Magnetkopf nähert,
wird eine negative Auslenkung in einem Signal HEAD[n] induziert.
Diese negativ gehende Auslenkung wird am invertierenden Ausgang
des Paraphasenverstärkers 10a und 10b invertiert
und der integrierende Spitzendetektor 19 speichert den
Spitzenwert dieser Auslenkung. Wenn das Magnetelement unterhalb
des Kopfes vorbeiläuft,
dreht sich die Richtung des magnetischen Flusses um und eine positiv
verlaufende Signalauslen kung wird induziert. Wenn die positiv gehende Auslenkung
den Wert des positiven Schwellwerts übersteigt, wird ein Taktimpuls
dem D-Typ-Signalspeicher 14 zugeführt, was bewirkt, daß der Q-Ausgang
hoch gemacht wird. Dies erzeugt einen Interrupt für das Mikroprozessor 4,
dessen Zeit aufgezeichnet wird. Als ein Ergebnis dieses Interrupts
wird der Wert der negativen Spitze aufgezeichnet, der integrierende
Spitzendetektor 19 wird zurückgesetzt und das Signal MUX[n]
wird niedrig gemacht, so daß die
positive Spitze erfaßt
werden kann durch den integrierenden Spitzendetektor 19.
Wenn sich das Magnetelement von dem Kopf weg bewegt, dann dreht sich
die Richtung des magnetischen Flusses ein zweites Mal um und eine
zweite negativ verlaufende Auslenkung wird erzeugt. Die Schwellwerte
werden nun so eingestellt, daß der
negative Schwellwert einen Wert hat, der von der unmittelbar vorangehenden
negativen Spitze abgeleitet wird. Wenn das Signal diesen Schwellwert übersteigt,
dann wird das Signal MUX[n] hoch gemacht, so daß der integrierte Spitzendetektor 19 die
Anwesenheit einer negativ gehenden Spitze überwacht und der Löscheingang des
D-Typ-Signalspeichers 14 wird behauptet, so daß der Interrupt
für das
Mikroprozessorsystem 4 gelöscht wird. Die Zeit dieses
Ereignisses wird aufgezeichnet und somit kann die Dauer des Interrupt-Impulses bestimmt
werden. Die Länge
des Magnetelements kann abgeleitet werden aus dieser Dauer unter
Verwendung eines Taktes, der angetrieben wird von dem Transportsystem.
Nachdem die Zeit des Ereignisses aufgezeichnet ist, wird der Wert
der positiven Spitze aufgezeichnet, der integrierende Spitzendetektor 19 wird
zurückgesetzt
und das Signal MUX[n] wird hoch gemacht, so daß die nächste negative Spitze erreicht
werden kann. Der Wert der positiven Spitze wird verwendet, um zu
bestimmen, wenn ein schräggestellter
Faden von einem Ma gnetkopf zu einem benachbarten durchgelaufen ist,
wie nachfolgend beschrieben werden wird.
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Da
die Schwellwerte eingestellt werden können, kann das System eine
große
Variation in Flußdichte
des magnetischen Materials tolerieren. Solche Variationen können verursacht
werden durch sich unterscheidende Zustände der Blattdokumente, die
die Fäden
tragen, Varianzen in dem Versatz zwischen den Magnetköpfen und
den Fäden
oder Veränderung der
Geschwindigkeit des Dokumenttransportsystems.
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Ein
signifikanter Vorteil der positiven und negativen adaptiven Schwellwerte
ist, daß das
System korrekt die Länge
von längeren
Magnetelementen messen kann. 5 zeigt
ein typisches Signal, das erzeugt wird, wenn ein Magnetelement mit
einer Länge
von 6 mm einen Magnetkopf passiert. Die Veränderungsgeschwindigkeit des
Flusses nähert
sich Null an, wenn ein langes Element, so wie dieses, direkt unterhalb
des Kopfes ist. Somit nähert
sich die induzierte elektromotorische Kraft ebenfalls Null an. Dies kann
gesehen werden als die Delle 30 in 5. Man kann
erkennen, daß,
da es positive und negative Schwellwerte gibt, der Interrupt am
Punkt 31 beginnt und am Punkt 32 endet, wie gefordert.
Wenn jedoch nur ein positiver Schwellwert verwendet würde, dann würden zwei
Interrupts erzeugt, wobei der erste am Punkt 31 beginnt
und am Punkt 33 endet und der zweite am Punkt 34 beginnt
und am Punkt 35 endet.
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Auf
diese Weise werden, wenn der magnetisch codierte Faden unterhalb
des Kopfes vorbeiläuft,
die Magnetelemente rekonstruiert in einen digitalen Code. Ein mögliches
Beispiel eines solchen Codes ist in 6 gezeigt.
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Die
Software in dem Mikroprozessorsystem 4 ist verantwortlich,
um die geeigneten Ausgänge
für die
Signalprozessoren 3a bis 31 zur richtigen Zeit
zur Verfügung
zu stellen und auf ihre Eingänge
so zu antworten, daß die
von dem magnetischen Code gelesenen Daten rekonstruiert werden können. Um
dies zu tun, wird die Software gesplittet in zwei größere Abschnitte.
Diese sind sechs synchron ausgeführte
Prozesse und drei Interrupt-Service-Routinen.
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Ein
Softwareflußdiagramm
ist in 7 gezeigt. Die Arbeitsweise der einzelnen Software-Prozesse
und Interrupt-Service-Routinen wird nun unter Bezugnahme auf 7 beschrieben
werden.
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Das
Mikroprozessorsystem 4 beginnt durch Ausführen des
Prozesses IDLE 50. Dieser Prozeß ist verantwortlich für die grundlegenden
Initialisierungsfunktionen einschließlich der Überprüfung, ob irgendwelche Fehler
durch andere Softwareprozesse aufgezeichnet worden sind, Berichten
dieser Fehler, wenn erforderlich, und Überprüfen, ob irgendwelche Nicht-Laufzeit-Kommunikationen
aufgetreten sind. Die Ausführung
schreitet nun weiter zu dem Prozeß RUN-UP 51 auf Anforderung,
solange es keine laufenden Fehler gibt.
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Prozeß RUN-UP 51 führt verschiedene
andere Initialisierungsroutinen durch, damit die Hintergrundrauschen-Messung durchgeführt werden
kann, um die positiven Schwellwerte in geeigneter Weise zu setzen.
Folglich sind alle Interrupts außer Betrieb gesetzt, der Ausgang
MUX[n] ist niedrig gemacht, so daß der integrierende Spitzendetektor 19 die
positiven Spitzenwerte aufzeichnet. Schließlich werden die Speicherbereiche
für die Kopfdaten
initialisiert durch Setzen von Zeigern auf ihren Anfang und, wenn
keine Fehler protokolliert worden sind, schreitet die Ausführung fort
zum Prozeß CALIBRATION 52.
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Dieser
Prozeß ist
verantwortlich für
das Aufzeichnen des Spitzenhintergrundrauschens, das auf allen Köpfen vorhanden
ist. Dies wird erledigt durch Messen des Spitzenrauschens für 32 Blöcke von
jeweils einer Millisekunde und bilden des Durchschnitts der Spitzen,
die für
jeden dieser Blocks ermittelt worden sind. Die digitalen Schwellwerte
werden nun gesetzt mit Bezug auf das gemessene Rauschen und wenn
keine Fehler protokolliert worden sind, schreitet die Ausführung weiter
zum Prozeß SET-CAPTURE 53.
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Die
nächsten
drei Prozesse, SET-CAPTURE 53, RUNNING 54 und
CALCULATE-CODE 55, bilden zusammen die Hauptausführungsschleife,
während der
Daten von den Magnetköpfen 2a–2l erfaßt werden.
Prozeß SET-CAPTURE 53 beginnt
beim Behaupten des Signals MUX[n], so daß der integrierende Spitzendetektor 19 negative
Spitzenwerte aufzeichnet. Der Codespeicherbereich wird initialisiert und
Interrupts werden in Betrieb genommen. Wenn keine Fehler protokolliert
worden sind, dann schreitet die Ausführung fort zum Prozeß RUNNING 54.
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Die
verbleibenden Prozesse RUNNING 54 und CALCULATE-CODE 55 mischen
die Daten, die von den Signalprozessoren 3a bis 31 gelesen
worden sind, richten sie in ein bekanntes Format aus und vergleichen
sie mit einer Datenbank von bekannten Codes. Es ist wichtig zu realisieren,
daß die
Daten von den Signalprozessoren 3a bis 31 tatsächlich durch
die beiden Interrupt-Service-Routinen erfaßt werden, die als Antwort
auf Interrupts ausgeführt werden,
die durch Signalprozessoren 3a bis 31 erzeugt
werden. Ein besonderer Vorteil der Verwendung von Interrupt ist,
daß es
nicht notwendig ist, die gesamte Anordnung von Magnetköpfen 2a bis 21 abzutasten,
bis ein gültiges
Signal erfaßt
wird. Dementsprechend kann das Mikroprozessorsystem 4 andere Aufgaben
durchführen,
wenn kein gültiges
Signal vorhanden ist. Die Interrupt-Service-Routinen werden im folgenden
beschrieben.
-
Prozeß RUNNING 54 ist
verantwortlich für das
Bilden einer Bit-Sequenz aus den Daten, die durch die Interrupt-Service-Routinen
zugeführt
werden und zum Rekonstruieren des Codes, wenn der Faden schräg liegt.
Dieser Prozeß überwacht
auch die Bit-Sequenz auf die Anwesenheit eines Markierungsabschnitts
und, wenn genügend
Bits erfaßt worden
sind und keine Fehler protokolliert worden sind, schreitet er fort
zum dem Prozeß CALCULATE-CODE 55.
Ein Beispiel eines Markierungsabschnitts eines möglichen Codes ist in 6 gezeigt, wobei
der Markierungsabschnitt in diesem Fall ein Umkehrungsmuster 1010 ist.
-
Wenn
der Faden schräg
liegt, wird der Code wie folgt rekonstruiert:
- a)
Bevor der Faden in dichter Nähe
zu der Anordnung 1 von Magnetköpfen 2a bis 21 ist,
werden alle Interrupts in Betrieb genommen.
- b) Wenn der Faden ein Signal in einem der Magnetköpfe 2a bis 21 induziert,
verursacht der entsprechende Signalprozessor einen Interrupt.
- c) Dieser Magnetkopf wird als primärer Kopf bezeichnet und die
beiden unmittelbar benachbarten Köpfe als sekundäre Köpfe. Die
Interrupt-Maske wird modifiziert, so daß nur Interrupts von diesen drei
Köpfen
in Betrieb sind.
- d) Die positiven Spitzenwerte der induzierten Signale werden
verwendet, um zu bestimmen, wann der Faden von dem primären Kopf
zu einem sekundären
Kopf bewegt worden ist. Wenn beispielsweise der Faden die Anordnung 1 der
Magnetköpfe 2a bis 21 durchquert,
wird er beginnen Signale sowohl in dem primären als auch in einem der sekundären Köpfe zu induzieren.
Schließlich wird
das Signal, das im sekundären
Kopf induziert worden ist, das Übersteigen,
das in dem primären Kopf
induziert worden ist.
- e) An diesem Punkt wird der relevante sekundäre Kopf als primärer Kopf
bezeichnet und die beiden unmittelbar benachbarten Magnetköpfe als
sekundäre
Köpfe.
Der Prozeß setzt
sich auf diese Weise fort.
-
Dementsprechend
kann die Software den Code einfach dadurch rekonstruieren, daß sie die Daten,
die durch alle Köpfe,
die primäre
oder sekundäre
waren, wenn der Faden die Anordnung von Magnetköpfen 2a bis 21 durchläuft, verodert.
Ein Vorteil davon ist, daß es
nur notwendig ist, die einschlägige Information
zu speichern; die Signale, die durch Magnetköpfe erzeugt werden, die nicht
primäre
oder sekundäre
waren, können
ignoriert und verworfen werden.
-
Prozeß CALCULATE-CODE 55 beginnt
mit Finden des Starts und des Endes des erfaßten Codes. Er arbeitet von
der Mitte des erfaßten
Codes nach außen,
weil es weniger wahrscheinlich ist, daß er durch andere magnetische
Merkmale korrumpiert wird, die vorhanden sein können, und Risse in der Kante
des Blatts. Wenn der Start und das Ende des Codes geortet worden
sind, sucht der Prozeß nach einer
Wiederholung dieses Codes, was verwendet wird als eine Zuverlässigkeits-Überprüfung, daß der Code
korrekt ist. Der Code wird dann ausgerichtet auf ein bekanntes Format
und verglichen mit einer Datenbank von bekannten Codes, um die beste Übereinstimmung
zu finden. Wenn eine Übereinstimmung
gefunden wird, dann wird ein Zeiger gesetzt, um diese Tatsache dem
betreffenden Softwareprozeß anzuzeigen.
Die Ausführung
kehrt dann zurück zu
dem Prozeß SET-CAPTURE 53,
so daß der nächste Code
erfaßt
werden kann.
-
Dieser
Code wird ausgerichtet, indem er in einem Kreispuffer gespeichert
wird und rotiert wird, bis der Markierabschnitt in einer bekannten
Position ist. Dies hat den Vorteil, daß nur ein Vergleich mit einem
Datenbankeintrag notwendig ist, während eine gleitende Korrelationstechnik
es erfordert, daß ein m-Bit-Code
durch jede seiner m Permutationen rotiert und jede Permutation mit
einem Datenbankeintrag verglichen wird.
-
Der
ausgerichtete Code wird verglichen mit den Datenbankeinträgen durch
logisches exklusives Verodern mit jedem Eintrag. Die Anzahl von
Bits, die in dem ausgerichteten Code gesetzt sind, wird dividiert
durch das Ergebnis dieser Exkluisv-ODER-operation. Der kleinste
Werte zeigt die beste Übereinstimmung
an. Zusätzlich
zu diesem Vergleich können unterschiedliche
Auszähltechniken
verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit zu be stimmen, daß der erfaßte Code
fehlerhaft ist. Dies kann getan werden, in dem man durch bestimmte
Merkmale des Codes sucht, beispielsweise:
- 1.
Bestätigen,
daß das
wichtigste und das am wenigsten wichtige Bit gesetzt sind.
- 2. Bestätigen,
daß die
Anzahl der Bitveränderungen
und Anzahl der gesetzten Bits innerhalb von erlaubten Grenzen sind.
- 3. Bestätigen,
daß der
Markierungsabschnitt vorhanden und in der korrekten Position ist.
- 4. Bestätigen,
daß der
Code asymmetrisch ist.
-
Letztendlich,
wenn der Code korrumpiert worden ist, und es nicht möglich ist,
die obige Ausrichtung und Vergleichstechiken zu verwenden, dann wird
die Software versuchen, die erfaßten Daten unter Verwendung
einer gleitenden Korrelationstechnik passen zu machen. Die Auszählverfahren
werden weiterhin verwendet.
-
Es
gibt zwei Interrupt-Service-Routinen, die verantwortlich sind für das Aufzeichnen
des Codes, der von dem Magnetfaden gehalten wird. Die erste von
diesen, INTERRUPT LEADING EDGE SERVICE ROUTINE 56, antwortet
auf die Vorderflanke des Interrupts, der durch den D-Typ-Signalspeicher 14 der Signalprozessoren 3a bis 31 erzeugt
wird, während die
zweite, INTERRUPT TRAILING EDGE SERVICE ROUTINE 57, auf
die Hinterflanke antwortet.
-
Wenn
die Vorderflanke eines Interrupts erfaßt wird, wird INTERRUPT LEADING
EDGE SERVICE ROUTINE 56 ausge führt. Diese Routine zeichnet
den Wert der negativen Spitze auf und dieser Wert wird verwendet,
um den negativen Schwellwert für
die nachfolgende negative Spitze zu setzen. Dieses Ereignis wird
ebenfalls zeitgestempelt und umgewandelt in einen Versatz des Transportsystems
unter Verwendung eines Takts, der synchron mit dem Transportsystem-Antriebsmechanismus
ist. Der Spitzendetektor 19 wird dann zurückgesetzt
und Signal MUX[n] negiert, so daß der Multiplexer 17a, 17b dem integrierenden
Spitzendetektor 19 positive Signale präsentiert.
-
Wenn
die Hinterflanke eines Interrupts erfaßt wird, wird INTERRUPT TRALING
EDGE SERVICE ROUTINE 57 ausgeführt. Diese Routine zeichnet den
positiven Spitzenwert von dem integrierenden Spitzendetektor 19 auf.
Dieser Wert wird verwendet, um der Spur des Fadens zu folgen, wenn
dieser schräg
steht und sich von einem Magnetkopf zu einem anderen bewegt. Dieses
Ereignis wird zeitgestempelt in einer ähnlichen Weise wie die Vorderflanke,
so daß die
Länge des
Magnetelements bestimmt werden kann. Der Spitzenwert, der in dem
integrierenden Spitzendetektor 19 gespeichert ist, wird
gelöscht
und der Multiplexer 17a, 17b wird gesetzt, um nach
negativen Spitzen zu suchen. Der Zeiger auf das Speicherbereich
wird zum nächsten
Bit fortgeführt.
-
Eine
dritte Interrupt-Service-Routine, ADC AUTOSCAN SERVICE ROUTINE 58,
ist verantwortlich zum Ausführen
von regelmäßigen Umwandlungen
der zwölf
Signale PEAK[n] von den Signalprozessoren 3a–3l unter
Verwendung der Analog/Digital-Konverter des Mikroprozessorsystems 4.
Diese Umwandlungen werden automatisch getriggert durch einen Zeitgeber-Interrupt.
Dies wird getan, um den Prozessor-Systemverwaltungsbedarf zu vermindern. Die
umge wandelten Werte werden nur permanent gespeichert, wenn erforderlich,
beispielsweise bei Erfassung der Vorderflanke oder Hinterflanke
eines Interrupts.
-
Sobald
der erfaßte
Code erfolgreich mit einem Datenbankeintrag verglichen worden ist,
kann es möglich
sein, bestimmte Informationen über
das Blattdokument zu bestimmen. Beispielsweise kann, wenn das Blattdokument
eine Banknote ist, es möglich
sein, seinen Nennwert zu bestimmen. Auf der Basis davon könnte es
möglich
sein, die Note zu einer gewünschten
Bestimmung zu senden, beispielsweise um einen Stapel von Noten in
zwei Nennwerte aufzusplitten. Alternativ dazu könnte es möglich sein, den Dokumententransport
zu stoppen, wenn der Code des Fadens unlesbar ist oder beispielsweise ein
Bösewicht-Nennwert
entdeckt wird in einem Stapel von Noten eines einzelnen Nennwerts.
-
Wenn
der Code asymmetrisch ist, ist es möglich, die Orientierung des
Blattes zu erfassen. Wenn es möglich
ist, die Position eines Merkmals des Blattes zu erfassen, das von
seiner Mitte versetzt ist, dann ist es möglich, zu erfassen, welche
Seite des Blattes oben ist. Beispielsweise ist es unter Verwendung
eines optischen Detektors möglich,
die seitliche Position des Fadens zu erfassen und dies kann verwendet
werden, um zu bestimmen, welche Seite des Blattes oben ist. Alternativ
dazu kann die Position eines bekannten magnetischen Merkmals relativ
zu dem Faden bestimmt werden und dies kann verwendet werden, um
zu bestimmen, welche Seite des Blattes oben ist.
-
10 zeigt
eine modifizierte Vorrichtung. In diesem Fall sind die Köpfe 2a–2l verbunden
mit einem Analog/Digital-Wandler (ADC) 200, der verbunden
ist mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) 205. Der
Zweck dieses DSP 205 ist es, die digitalisierten Daten
zu verarbeiten und eine Abfolge von digitalen Wellenformen zu erzeugen,
die den Code darstellen, der in dem magnetischen Merkmal gespeichert
ist. Diese Wellenformen werden dem Mikroprozessor 4 präsentiert,
worin Muster-Pass-Algorithmen verwendet
werden, um die Echtheit und den Nennwert der Note zu bestimmen.
Die Hauptvorteile dieser Vorgehensweise sind:
- • Design-Flexibilität – DSP und
Mikroprozessoralgorithmen können
modifiziert und verfeinert werden, ohne andere Systemkomponenten
zu beeinflussen.
- • Geteilte
Prozessorbelastung – indem
man die Datenreduktionsaufgaben in den DSP legt, um eine relativ
einfache digitale Wellenform zu erzeugen, bedeutet dies, daß der Mikroprozessor übrige Kapazität für sophistischere
Muster-Übereinstimmungs-Algorithmen
hat, die die Maschinenleistung verbessern.
- • Einrichtungen
sind einfach miteinander zu verbinden – ADC, DSP und Mikroprozessor
unterstützen
relativ einfache Kommunikationsprotokolle, um einen Datenaustausch
zu ermöglichen.
-
Im
Betrieb tastet unter dem Befehl von der DSP 205 für jeden
Kopf der ADC 200 das analoge Signal alle 0,25 mm ab, erzeugt
eine digitale Darstellung und überträgt diese
an den DSP. Während
der ADC 200 arbeitet, um das laufende Muster zu konvertieren,
verarbeitet der DSP 205 das vorherige Muster, das von einem
benachbarten Kanal in einer Pipeline-Struktur erhalten wird. Dieser
Prozeß wiederholt
sich, bis alle die Knotendaten er reicht worden sind, wobei diese
Verarbeitung in Echtzeit ausgeführt wird.
-
Abtasten
für ein
Paar von Kanälen
wird gesteuert durch einen freilaufenden Zeitgeber bei einer festen
Periode von 9,4 μs.
Um sicherzustellen, daß jede
Abtastung einer Schrittweite von 0,25 mm entspricht, fordert das
System eine Messung der linearen Notengeschwindigkeit. Dies wird
zur Verfügung gestellt
durch ein Zeitgeberrad, das aus einem geschlitzten optischen Sensor
(nicht gezeigt) in einer herkömmlichen
Weise besteht. Dieser liefert einen Impuls, der 4,42 mm linearer
Bewegung entspricht. Durch Messung der Anzahl von Zeitgeberimpulsen, die
innerhalb eines Zeitgeber-Rad-Schlitzes aufgetreten sind, kann das
System eine Abtastverzögerung
bestimmen, die eingeführt
wird, um die erforderliche Abtastschrittweite sicherzustellen.
-
Noten
abtasten und verarbeiten wird ermöglicht unter Befehl des Mikroprozessors 4 und
eines Spursensors (nicht gezeigt). Der Spursensor ist ein reflektiver
optischer Sensor, der ein Anzeichen der Anwesenheit einer Note unter
dem Detektor zur Verfügung
stellt. Sobald der Mikroprozessor 4 den DSP 205 angewiesen
hat, Noten zu verarbeiten, wird das System warten, bis der Spursensor
anzeigt, daß eine Note
angekommen ist, und dann wird die Verarbeitung beginnen.
-
Der
DSP 205 führt
drei Hauptverarbeitungsaufgaben durch;
- • Schwellwertbildung
und anfängliche
Spitzenerfassung.
- • Anwendung
eines ursprünglichen
Wissens auf die gewünschten
Signale zu den vorverarbeiteten Daten.
- • Erzeugung
einer digitalen Wellenform für
Mikroprozessor.
-
Schwellwertbildung
und anfängliche
Spitzenerfassung
-
Der
Algorithmus, der verwendet wird, um eine digitale Wellenform für den Mikroprozessor 4 zu erzeugen,
weist eine Spitzenerfassung und eine ursprüngliche Signalkonditionierung
auf. Spitzenerfassung wird verwendet, da die Signale, die von den
induktiven Magnetköpfen
erzeugt werden, gestützt sind
auf eine Änderungsgeschwindigkeit
des Magnetmaterials gegenüber
dem Kopf. Deswegen entstehen Übergänge an Grenzen
zwischen magnetischen und nicht-magnetischen Merkmalen. Ein Beispiel
von idealisierten Wellenformen für
verschiedene große
Magnetmerkmale ist in 11 gezeigt.
-
In 11 kann
man sehen, daß die
Spitzenerfassung verwendet werden könnte, um das Ausmaß der magnetischen
Bereiche entlang einer einzelnen Ebene zu bestimmen. Das Problem
mit der Verwendung eines Spitzendetektors ist, daß, wie bei jedem
Geschwindigkeitsänderungsdetektor,
er empfänglich
ist für
Signalrauschen. In der Praxis wird Rauschen auf den Eingangssignalen
vorhanden sein und deswegen sind Mechanismen erforderlich, um die
Auswirkungen dieser Artefakten zu vermindern. Zwei Schemata können verwendet
werden, um einen Pegel von Rauschwiderstand vorzusehen; kalibrierte Schwellwerte
und ein größeres Spitzenerfassungsfenster.
-
Ralibrierung
-
Kalibrierung
ist so erforderlich, daß das
System einen geeigneten Schwellwert für jeden Kanal erzeugen kann.
Diese Schwellwerte werden verwendet, um die Verarbeitung von Signalen
mit niedriger Amplitude zu stoppen, die, obwohl sie den Spitzendetektor
betätigen
können,
auf Systemrauschen zurückzuführen sind
statt auf gültiges
Magnetmaterial, das am Kopf vorbeiläuft. Das Kalibrierungsschema ist
wie folgt.
-
Beim
Maschinenstart, um ein Bündel
von Noten zu verarbeiten, wird, wenn die Transportmotoren auf Geschwindigkeit
sind, der Mikroprozessor 4 den DSP 205 anweisen,
in die Kalibrierungsbetriebsweise zu gehen. An dieser Stufe nimmt
der DSP 205 32 Proben und erzeugt einen durchschnittlichen
absoluten Pegel. Ein Schwellwert, der ein konstantes Vielfaches
des Durchschnittspegels ist, wird erzeugt und gespeichert. Um zu überprüfen, um
zu sehen, ob irgendeiner der Kanäle
besonders rauschanfällig
ist oder eine relativ weite Spreizung von Nicht-Noten-Signalpegel
hat, untersucht der DSP 205 schließlich die 32 Proben, um zu
sehen, ob eine den berechneten Schwellwert übersteigt. Wenn das so ist,
wird berichtet, daß die
Kalibrierung fehlgeschlagen ist, ansonsten ist die Kalibrierung
ein Erfolg und das Notenverarbeiten kann fortgesetzt werden. Der
Prozeß wird
wiederholt für
die verbleibenden Kanäle.
Wenn die Kalibrierung fehlgeschlagen ist, wird der DSP 205 dem
Mikroprozessor 4 berichten, daß er nicht fertig ist, und
einen Eingriff erfordert.
-
Der
Kalibrierungsprozeß wird
auf jedem Bündel
ausgeführt.
-
Eine
Darstellung von zwei Kalibrierungsbeispielen ist in 12A und 12B gezeigt.
-
Spitzenerfassungskernel
-
Das
zweite Schema, um einen Pegel eines Rauschwiderstands vorzusehen,
ist in der Wahl eines Spitzenerfassungskernels, der auf die Daten
angewendet wird. Statt ein Geschwindigkeitsänderungs-Kernel vorzusehen,
das nach Unterschieden zwischen direkt benachbarten Werten (Größe 3) schaut,
sieht der Ansatz, der in diesem Entwurf genommen wird, nach dem übernächsten Nachbar (Größe 5).
Ein einfaches Beispiel, das den Vorteil eines Größe 5 über einer
Größe 3 erläutert in
Ausdrücken
der Zahl von erfaßten
Spitzen, ist in 13 gezeigt.
-
Ein
Signal, dessen Amplituden in einer ähnlichen Weise wie das obige
Beispiel variieren, z.B. Rauschen, wird eine große Zahl von Spitzen bei einem
Größe 3 Kernel
erzeugen, wobei eine wesentlich verminderte Anzahl erzeugt wird
bei einem Größe 5 Kernel.
Da die Spitzenübergänge aufgrund
von magnetisch/nicht magnetisch-Grenzen über mehr
als drei Proben erfolgen, ist der Größe 5 Kernel ausreichend
klein genug, um diese Übergänge zu verfolgen,
während
er einen Pegel von Rauschunempfindlichkeit zur Verfügung stellt.
-
Um
eine digitale Wellenform zu konstruieren, die geeignet ist für die Verarbeitung
durch den Mikroprozessor 4, verwendet das System den Größe 5 Spitzendetektor
auf Daten in Echtzeit, wie es erforderlich ist, und fügt gültige Spitzen
(d.h. ein lokales Minimum oder Maximum, das größer als das Schwellwertband
ist) hinzu zu einer Liste, die Informationen über Spitzen enthält, die
auf einem gegebenen Kanal gefunden worden sind. Die Daten, die gespeichert
werden, ist die Position entlang der Note parallel zu der kurzen
Kante, wo die Spitze erfaßt worden
ist, der Typ der erfaßten
Spitze (d.h. eine positive oder eine negative Spitze) und die Position
im DSP 205-Speicher, wo die rohen analogen Daten von dem
ADC 200 für
diese Spitze gespeichert sind. Der Vorteil davon ist, daß die Menge
von Daten, die nachfolgend gesucht und verarbeitet werden müssen, erheblich
vermindert wird. Dies erlaubt zusätzliche Flexibilität für sophistischere
Algorithmen, da das Datenvolumen vermindert worden ist.
-
An
dieser Stufe hat der DSP 205 (für alle zwölf Kanäle) einen Satz von Ereignissen
erzeugt, die alle Spitzen enthalten, die das Schwellwertkriterium
erfüllen.
Der nächste
Prozeß ist,
diese Spitzen zu untersuchen und zu bestimmen, welche von ihnen gültig sind
und wahre magnetische Übergangsereignisse,
und welche auf Signalartefakten zurückzuführen sind.
-
Anwendung
von bekanntem Wissen der gewünschten
Signale auf die vorverarbeiteten Daten
-
Jede
dieser Spannungsspitzen wird individuell auf mehrere stringente
Kriterien überprüft. Diese Kriterien
umfassen die Haupteigenschaften von gültigen magnetischen Übergängen, weisen
die Überprüfungen der
absoluten Pegel der induzierten Spannungen auf und Überprüfungen der
Signatur der Spannungsspitze. Jede Spannungsspitze, die die Kriterienprüfung nicht
besteht, wird nicht beachtet. 14 erläutert dies
und zeigt, daß jede
der Spitzen, die den anfänglichen
Anordnungspegelroutinen Überprüfung durchlaufen,
entweder als gültig
oder als ungültig
klassifiziert wird.
-
Die
sich ergebende Untermenge der anfänglichen Spannungsspitzen wird
verarbeitet, um weiter jegliche fehlerhafte Signale zu entfernen.
Dies wird getan teilweise durch Bewerten der relativen Positionen,
Größen und
Formen einer jeden Spitze relativ zu denen von allen anderen Spitzen
in dichter räumlicher
Nähe zu
ihr. Dies stellt sicher, daß Spitzen,
die auftreten wegen einer Vergrößerung im
Magnetfluß in
dem Detektor passend gemacht werden zu den Spitzen, die einer Abnahme
des Magnetflusses in dem Detektor entsprechen. Wegen der komplexen Notendynamiken,
die auftreten, wenn eine Note einen Detektor passiert, können Situationen
auftreten, in denen es eine Zweideutigkeit gibt, wie die Spitzen vereint
werden sollte. Beispielsweise können
zwei Spannungsmaxima auftreten ohne ein Spannungsminimum dazwischen.
In diesem Fall können
in Abhängigkeit
von den Parametern, die mit diesen Spitzen und allen anderen Spitzen,
die in enger räumlicher
Nachbarschaft sind, entweder die erste Spitze, die zweite Spitze
oder beide Spitze nicht beachtet werden oder die wahrscheinliche
Position des unerfaßten
Minimums wird berechnet. Diese Entscheidungen werden gemacht gestützt auf
Kriterien, die von empirischen und theoretischen Studien der erfaßten Signale
von gültigen
Noten, die durch die Maschinen gefüttert werden, sichergestellt
werden. Diese Verarbeitungsstufe erzeugt einen verfeinerten Satz
von Spitzen für
jeden Kanal, wo ein hoher Anteil von fehlerhaften Spitzen wahrscheinlich
ausgefiltert worden ist. Dieser Prozeß wird in 15 erläutert. Die
relativen Positionen, Größen und
Vorzeichen der Spitzen sind schematisch dargestellt durch die "X"-Symbole. Eine Spitze ist zurückgewiesen
worden, weil einer Spitze einer fallenden Flanke eine entsprechende
Spitze einer steigenden Flanke innerhalb einer gegebenen Entfernung
vorangehen sollte (wobei die Entfernung der Länge ein schließlich einer Toleranz
der längsten
zu erwartenden Magnetregion entspricht). Die andere Spitze ist zurückgewiesen worden
gestützt
auf die Spitzeneigenschaften, weil es zwei Spitzen mit steigender
Flanke gibt und nur eine Spitze mit fallender Flanke.
-
Dieser
verfeinerte Satz von Spitzen wird überprüft, um sicherzustellen, daß ein langer
Magnetbereich nicht aufgetreten ist, der aus zwei kürzeren magnetischen Übergängen gemacht
ist. Wiederum wird dies gemacht durch Abschätzen der relativen Eigenschaften
einer gegebenen Gruppe von Spitzen mit denen, die von empirischen
Studien der Noten bestimmt worden sind.
-
Erzeugung
einer digitalen Wellenform
-
Die
Daten, die vom Mikrozprozessor 4 gefordert werden, sind
ein digitaler Bitstrom, der in dem DSP-Speicher für jeden
Kanal gespeichert ist. Dieser Strom wird aufgebrochen in kurze Stücke, die
in einzelnen Speicherstellen gespeichert werden können, wobei
ein Bit einem 0,25 mm Muster entspricht. Deswegen würde für eine 16-Bit-Speicherung jede
Position 4 mm der Note entsprechen. Wenn gültig gemachte Übergangsereignisse
bestätigt
werden, wird der Bitstrom für
jeden Kanal konstruiert. Sobald einer individuellen Position alle
Bits zugeschrieben worden sind, bewegt sich der DSP zu der nächsten Position. Ein
Beispiel ist in 16 gezeigt.