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Hintergrund
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Dokumentenprüfer mit
einem induktiven Sensor.
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Dokumente,
wie Banknoten, weisen häufig
magnetische oder andere metallische "Signaturen" auf, um dabei zu helfen, Fälschungen
festzustellen und zu verhindern. Beispielsweise können Farben
oder Farbstoffe mit magnetischen Eigenschaften auf die Banknoten
gedruckt werden. Demgemäß werden
in der Mitte verschiedener US-Banknoten auftretende Portraits vollständig mit
magnetischer Farbe gedruckt. Ähnlich
wird eine Gravur, welche den gedruckten Rand von US-Banknoten bildet,
mit magnetischer Farbe gedruckt. Die magnetischen Eigenschaften
werden gesteuert, um eine definierte magnetische Signatur oder ein
definiertes magnetisches Muster, die oder das echten Banknoten zugeordnet
ist, zu erzeugen.
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Diese
magnetischen Eigenschaften können
beispielsweise durch einen Banknotenprüfer erfasst werden. Manche
Banknotenprüfer
erfassen die magnetische Signatur, die einer in den Prüfer eingeführten Banknote
oder einem anderen darin eingeführten
Dokument zugeordnet ist, durch Drücken des eingeführten Dokuments
gegen einen Magnetkopf oder einen magnetischen Sensor. Wenn der
magnetische Sensor in Kontakt mit dem Dokument gelangt, erfasst
der Sensor ein durch die Farbe erzeugtes Magnetfeld. Das erfasste
Feld kann verwendet werden, um die Gültigkeit des eingeführten Dokuments
zu bestimmen.
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Durch
den fortgesetzten Kontakt mit Banknoten oder anderen Dokumenten
nimmt der Magnetkopf jedoch Schmutz und andere Rückstände auf. Die Rückstände können den
Magnetkopf verunreinigen und die Funktionsweise des Prüfers beeinträchtigen,
falls der Magnetkopf nicht periodisch gereinigt wird. Ferner kann die
Fähigkeit
des Prüfers,
abgenutzte oder beschädigte
Banknoten zu handhaben, verringert werden, wenn Kontakt mit den
Dokumenten erforderlich ist, um die Banknoten zu prüfen. Überdies
können
Banknoten in dem Durchlaufweg des Prüfers eingeklemmt werden, falls
zu viel Druck ausgeübt
wird, wenn die Banknote gegen den Sensor gedrückt wird.
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Wenngleich
die Verwendung berührungsfreier
magnetischer Sensoren wünschenswert
ist, hat die Tatsache, dass die Intensität des Magnetfelds abnimmt,
wenn der Abstand des Sensors von der Banknote zunimmt, die Verwendung
berührungsfreier
magnetischer Sensoren in Banknotenprüfern bisher begrenzt.
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In
US-A-4 536 709 ist
eine Vorrichtung zum Erfassen eines Metallstreifens in einer Banknote
beschrieben, welche zwei auf entgegengesetzten Seiten einer Banknotenbahn
angeordnete induktive Sensoren aufweist. Der Metallstreifen erzeugt
Wirbelstromverluste in dem induzierten Magnetfeld, und es werden
die Änderungen
erfasst, die hierdurch in einem Oszillator hervorgerufen werden.
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In
EP-A-0 814 437 ist
eine Vorrichtung zum Unterscheiden, zur Echtheitsprüfung und
zum Zählen
von Banknoten offenbart. Mittel zum Messen magnetischer Eigenschaften
einer Banknote sind in die Vorrichtung aufgenommen, um Banknoten
verschiedener Nennwerte zu unterscheiden.
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In
US-A-5 639 126 sind
ein Verfahren zum Herstellen von Sicherheitspapier mit einem Sicherheitsfaden,
der elektrisch leitende und isolierende Bereiche aufweist, und eine
Vorrichtung zum Erfassen des Sicherheitsstreifens offenbart.
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In
dem Artikel "Balanced
Meissner Oscillator Circuits" in
RF Design, 16. Dezember 1993, Nr. 13, S. 72–74 sind verschiedene Entwürfe eines
Meissner-Oszillators
erörtert.
In einem Meissner-Oszillator wirkt ein Resonator als ein zwischengeschaltetes
induktives Kopplungselement zwischen einem mit einem Kollektor eines
Transistors verbundenen Induktor und einem mit der Basis eines Transistors
verbundenen Induktor. Bei einer Variation des Meissner-Oszillators
kann der Resonator nicht isoliert sein.
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Zusammenfassung
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Aspekte
der Erfindung sind in den anliegenden Ansprüchen dargelegt.
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Gemäß einem
Aspekt sieht die vorliegende Erfindung vor:
einen Dokumentenprüfer mit:
einer
Dokumentenbahn, längs
der ein Dokument transportiert wird,
einem induktiven Sensor
zum Erfassen von Merkmalen des Dokuments,
wobei der induktive
Sensor ein auf einer ersten Seite einer Ebene der Dokumentenbahn
angeordnetes erstes induktives Element und ein auf einer zweiten
Seite der Ebene der Dokumentenbahn angeordnetes zweites induktives
Element aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste und
das zweite induktive Element Teile eines transformatorgekoppelten
Oszillators bilden, bei dem die elektromagnetische Kopplung zwischen
dem ersten und dem zweiten induktiven Element eine positive Rückkopplung
ergibt, die zu einem Schwingungszustand führt, und
dass der Dokumentenprüfer weiter
eine mit dem Ausgang des induktiven Sensors gekoppelte Schaltung
zum Verarbeiten von Signalen aufweist, die sich auf eine durch Magnetfarbmerkmale
eines in die Dokumentenbahn eingeführten Dokuments induzierte
Magnetfeld-Phasenänderung
beziehen, um das Vorhan densein und/oder die Echtheit und/oder den
Nennwert des eingeführten
Dokuments zu bestimmen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung vor:
ein Verfahren
zum Erfassen von Merkmalen eines Dokuments, wobei:
das Dokument
längs einer
Bahn transportiert wird und
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Merkmale
des Dokuments unter Verwendung eines induktiven Sensors erfasst
werden, der ein auf einer ersten Seite einer Ebene der Bahn angeordnetes
erstes induktives Element und ein auf einer zweiten Seite der Ebene
der Bahn angeordnetes zweites induktives Element aufweist,
dadurch
gekennzeichnet, dass das erste und das zweite induktive Element
Teile eines transformatorgekoppelten Oszillators sind, wobei die
elektromagnetische Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten
induktiven Element eine positive Rückkopplung ergibt, die zu einem
Schwingungszustand führt,
und
dass das Verfahren weiter den Schritt des Verarbeitens
von Signalen von einem Ausgang des induktiven Sensors aufweist,
die sich auf eine durch Magnetfarbmerkmale des Dokuments induzierte
Magnetfeld-Phasenänderung
beziehen, um das Vorhandensein und/oder die Echtheit und/oder den
Nennwert des Dokuments zu bestimmen.
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Das
erste und das zweite induktive Element können um Ferritkerne, wie Topfkerne,
gewickelte Spulen aufweisen. Der Sensor kann magnetische Merkmale
des eingeführten
Dokuments, wie magnetische Farbe, oder leitende Merkmale des Dokuments,
wie einen Sicherheitsfaden, erfassen. Der Oszillator kann eine Resonanzfrequenz
aufweisen, die ausgewählt
werden kann, um die Empfindlichkeit des Sensors für Frequenz-
oder Amplitudenänderungen
zu optimieren.
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Der
induktive Sensor kann positioniert werden, um Merkmale des Dokuments
ohne physikalische Berührung
von diesem zu erfassen. Beispielsweise können die induktiven Elemente
in mindestens einigen Zehntel Millimeter von der Dokumentenbahn
positioniert werden. Zusätzlich
können
die induktiven Elemente im Wesentlichen entgegengesetzt zueinander
auf jeweiligen Seiten der Dokumentenbahn positioniert werden. Der Prüfer kann
ein oberes und ein unteres Gehäuse
aufweisen, wobei ein induktives Element innerhalb des oberen Gehäuses angeordnet
ist und das andere induktive Element innerhalb des unteren Gehäuses angeordnet ist.
Die induktiven Elemente können
positioniert werden, um magnetische oder leitende Merkmale in der
Nähe einer
Seitenkante des Dokuments parallel zu seiner Bewegungsrichtung entlang
der Dokumentenbahn zu erfassen.
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Die
Schaltung kann konfiguriert werden, um eine Frequenz- oder Amplitudenänderung
in einem Signal am Sensorausgang zu erfassen. Zusätzlich kann der
Prüfer
eine automatische Verstärkungssteuerschaltung zum
Steuern einer Vorspannung an dem Sensor aufweisen.
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Ein
Prozessor oder eine andere Steuereinrichtung kann von dem Sensor
erfasste Daten mit mindestens einem statistisch bestimmten Schwellenwert
vergleichen, um die Echtheit des Dokuments zu bestimmen. Der Prozessor
kann auch vom Sensor erfasste Daten mit einem oder mehreren vorbestimmten
Mustern vergleichen, die echten Dokumenten entsprechen, und auf
der Grundlage des Vergleichs feststellen, ob das Dokument echt ist.
Der Vergleich kann auch verwendet werden, um den Nennwert des Dokuments
zu bestimmen. Bei manchen Implementationen kann ein binäres Magnetmuster
an dem Dokument erfasst werden. Das erfasste Muster kann mit gespeicherten
Mustern verglichen werden, um die Echtheit und den Nennwert des
Dokuments zu bestimmen.
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Bei
manchen Implementationen werden Daten von dem Sensor bei Nichtvorhandensein
eines Dokuments in der Dokumentenbahn sowie bei Vorhandensein des
Dokuments in der Dokumentenbahn erfasst. Es wird eine Rechenoperation
ausgeführt,
die die bei Nichtvorhandensein und bei Vorhandensein des Dokuments erfassten
Daten kombiniert. Die Echtheit und/oder der Nennwert des Dokuments
kann auf der Grundlage des Ergebnisses der Rechenoperation festgestellt
werden.
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Es
können
zwei oder mehr induktive Sensoren in einem einzigen Prüfer verwendet
werden. Die Einzelheiten der verschiedenen induktiven Sensoren,
wie ihre Abmessungen, Oszillationsfrequenzen oder andere Merkmale,
können
abhängig
von einer bestimmten Implementation voneinander abweichen.
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Verschiedene
Implementationen liefern eine oder mehrere der folgenden Vorteile.
Eine erhöhte
Empfindlichkeit für
magnetische und leitende Eigenschaften des Dokuments kann erreicht
werden. Der Prüfer
kann abgenutzte oder beschädigte
Dokumente mit verbesserter Genauigkeit feststellen. Magnetische
und leitende Merkmale einer Banknote oder eines anderen Dokuments
können
erfasst werden, ohne die Banknote gegen den Sensor zu drücken, und
ohne dass eine Berührung
zwischen der Banknote und dem Sensor erforderlich wäre. Zusätzlich ist
die Resonanzschaltung verhältnismäßig widerstandsfähig für Streumagnetfelder
in der Art des Erdmagnetfelds. Zwischenräume zwischen dem Sensor und
der Banknotenbahn können
vergrößert werden,
um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass Dokumente in dem Prüfer eingeklemmt
werden, und um die Abnutzung an dem Sensor zu verringern.
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Ein
breiter Bereich von Arbeitsfrequenzen kann verwendet werden, um
den Sensor für
das Erkennen von Dokumenten, wie US-Banknoten, auf denen sich magnetische
Materialien befinden, oder für
das Erkennen von Dokumenten, wie europäische Banknoten, in die leitende
Sicherheitsfäden
eingebettet sind, auszulegen. Ferner kann die Erfassungs- und Verarbeitungsschaltung
Verschiebungen in der Frequenz, der Amplitude oder in beiden erfassen,
um das Vorhandensein solcher Dokumente in der Banknotenbahn des
Prüfers
sowie die Echtheit und den Nennwert der Dokumente zu bestimmen.
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Andere
Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung,
Zeichnung und Ansprüche
verständlich
werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines als Beispiel dienenden
Dokumentenprüfers,
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2 ist
ein Blockdiagramm einer induktiven Sensorschaltung zur Verwendung
in dem Dokumentenprüfer,
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3 ist
ein Blockdiagramm, das zusätzliche
Komponenten des Banknotenprüfers
zeigt, die der induktiven Sensorschaltung zugeordnet sind,
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die 4A und 4B sind
ein Schaltplan, in dem weitere Einzelheiten des Dokumentenprüfers dargestellt
sind, und
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5 ist
ein Teilschnitt eines Dokumentenprüfers mit mehreren induktiven
Sensoren von oben.
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Detaillierte Beschreibung
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Wie
in
1 dargestellt ist, weist ein als Beispiel dienender
Banknotenprüfer
2 einen
Prüfungsabschnitt
4,
einen Transport- und Stapelungsabschnitt
6 und einen Kassettenabschnitt
8 auf.
Die Bahn einer Banknote oder eines anderen Dokuments
10 durch
den Prüfer
2 ist
durch die gepunktete Linie
12 angegeben. Verschiedene Merkmale
und Einzelheiten des Prüfers
2 sind
beispielsweise in dem auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragenen
US-Patent
US-A-5 632 367 beschrieben.
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Auf
einer Seite der Banknotenbahn 12, beispielsweise oberhalb
der Banknotenbahn, weist das Transportsystem verschiedene Paare
angetriebener Rollen 16, 18 auf, die durch jeweilige
Riemen 20, 22 mit Antriebsrollen 14 verbunden
sind. Auf der entgegengesetzten Seite der Bahn 12 drücken Paare
federbelasteter Rollen 24, 26, 28 gegen
die angetriebenen Rollen 18, 20, um die Seitenkanten
der Banknote parallel zur Bewegungsrichtung der Banknote zu klemmen.
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Eine
in der Prüfungsabschnitt 4 des
Prüfers 2 eingeführte Banknote 10 wird
durch die Rollen 18, 24 erfasst, welche die Banknote
an verschiedenen Prüfsensoren
vorbei transportieren. Die Banknote 10 wird zu den Rollen 16, 26 und
dann einem gekrümmten
Abschnitt 30 zu den Rollen 28 hinauf bewegt. Falls
die Banknote 10 akzeptabel ist, wird sie zu den Rollen 14 transportiert,
welche sie zum Ende der Banknotenbahn 12 in ihrer Position
zum Stapeln in der Kassette 8 bewegen. Falls die Banknote 10 nicht
akzeptabel ist, kann ein Motor (nicht dargestellt), der durch eine
Steuer- und Verarbeitungsschaltung in der Art eines Mikroprozessors gesteuert
wird, umgekehrt werden, um die Banknote auszuwerfen.
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Der
Prüfungsabschnitt 4 weist
ein unteres Gehäuse 32 und
ein oberes Gehäuse 34 auf,
welche einen Banknoteneingang 36 definieren. Die Gehäuse 32, 34 weisen
mehrere optische Sensoren (nicht dargestellt) zum Erfassen des Vorhandenseins
einer in den Prüfer 2 eingeführten Banknote
und zum Erfassen verschiedener Merkmale der Banknote, die verwendet
werden können,
um die Echtheit und den Nennwert der Banknote zu bestimmen, auf.
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Der
Prüfungsabschnitt 4 weist
auch einen induktiven Sensor 38 auf. Der Sensor 38 kann
beispielsweise in der Nähe
der optischen Sensoren, mit anderen Worten zwischen den Paaren von
Rollen 18, 24 und 16, 26, positioniert
sein. Wie in 2 dargestellt ist, weist der
induktive Sensor 38 einen transformatorgekoppelten Oszillator
auf, der ein erstes induktives Element 40 auf einer Seite
einer durch die Banknotenbahn 12 gebildeten Ebene und ein
zweites induktives Element 42 auf der entgegengesetzten
Seite der Ebene der Banknotenbahn aufweist. Bei der in 2 dargestellten
Implementation ist ein Ende des ersten induktiven Elements 40 mit
der Basis 46 eines Transistors 44 verbunden, und
das andere Ende ist auf eine Vorspannung (VBIAS)
gelegt. Ein kapazitives Element 52 ist parallel zum ersten
induktiven Element 40 geschaltet. Ein Ende des zweiten
induktiven Elements 42 ist durch ein Widerstandselement 60 und
ein Koaxialkabel 61 mit dem Kollektor 48 des Transistors 44 verbunden,
und das andere Ende ist auf eine Versorgungsspannung (VCC)
gelegt. Der Emitter 50 des Transistors 44 ist
durch ein Widerstandselement 62 an Masse (GND) gelegt.
Das Widerstandselement 62 legt den Vorstrom für den Transistor 44 fest.
Die Ausgabe des Sensors 38 wird von einer Leitung 58 abgegriffen,
die mit dem Emitter 50 des Transistors 44 verbunden
ist.
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Im
Allgemeinen sind die induktiven Elemente 40, 42 entgegengesetzt
zueinander positioniert, um jeweilige Zwischenräume 54, 56 in
der Größenordnung
einiger Zehntel Millimeter (mm) oder mehr zwischen jedem induktiven
Element und der Banknotenbahn zu bilden. Bei einer Implementation
ist das induktive Element 42 innerhalb des unteren Gehäuses 32 angeordnet
(in 1 dargestellt), und das induktive Element 40 ist
innerhalb des oberen Gehäuses 34 angeordnet.
Die induktiven Elemente 40, 42 können in
den jeweiligen Gehäusen
angebracht werden, um zu ermöglichen,
dass der Sensor 38 Magnet- oder Leitungsinformationen in der
Nähe einer
Seitenkante einer Banknote, die parallel zur Bewegungsrichtung der
Banknote verläuft,
während
sie entlang der Bahn 12 transportiert wird, erfasst.
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Eine
andere Sensorelektronik kann auf einer innerhalb des oberen Gehäuses 34 angeordneten
Leiterplatte montiert sein. Die Verwendung des induktiven Sensors 38 ermöglicht es,
dass magnetische und leitende Merkmale einer Banknote oder eines
anderen Dokuments 10 erfasst werden, ohne dass die Banknote
gegen die induktiven Elemente 40, 42 gedrückt wird
und ohne dass eine Berührung
zwischen der Banknote und den induktiven Elementen 40, 42 erforderlich
wäre.
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Während des
Betriebs stellt die elektromagnetische Kopplung zwischen den induktiven
Elementen 40, 42 eine positive Rückkopplung
bereit, welche zu einem Schwingungszustand führt. Wenn sich eine Banknote oder
ein anderes Dokument 10 mit einem leitenden oder magnetischen
Material entlang der Banknotenbahn 12 bewegt und zwischen
den induktiven Elementen 40, 42 durchläuft, wird
eine Phasenänderung
in dem Magnetfeld im transformatorgekoppelten Oszillator induziert.
Ansprechend darauf ändern
sich die Amplitude und die Frequenz der Oszillation, wodurch die
Phasenänderung
kompensiert wird, so dass ein Schwingungszustand aufrechterhalten
wird. Messungen der Frequenzverschiebung, der Amplitudenänderung
oder beider können
einen Hinweis auf die leitenden oder magnetischen Merkmale des Dokuments 10 liefern.
Es kann dann eine Mess- und Verarbeitungsschaltung verwendet werden,
um Signale zu verarbeiten, welche die erfassten Merkmale darstellen,
um das Vorhandensein, die Echtheit und/oder den Nennwert des Dokuments 10 auf
der Grundlage der Frequenz- oder Amplitudenverschiebung zu bestimmen
oder zu bestätigen.
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Die
induktiven Elemente 40, 42 können verschiedene Formen annehmen,
einschließlich
beispielsweise auf Spulenkörper
oder Ferritkerne gewickelter Spulen. Die durch Ferrit-Topfkerne
bereitgestellte Abschirmung kann dabei helfen, Interferenzen zu
verringern. Es können
jedoch auch andere Kerne, wie U-Kerne, C-Kerne und E-Kerne, verwendet
werden. Bei einer Implementation wurden 6,5 Wicklungen Kupferdraht
mit einem Durchmesser von 0,4 mm auf 7 mm messende Ferrit-Topfkerne
gewickelt, um eine Induktanz von 900 nano-Henry (nH) bereitzustellen.
Im Allgemeinen wird die Größe der Kerne
als ein Kompromiss zwischen der Größe der zu erfassenden Dokumentmerkmale
und dem Abstand zwischen den Topfkernen ausgewählt. Falls die Kerne im Fall
einer US-Banknote beispielsweise zu groß sind, erfasst der Sensor 38 eine
Kombination magnetischer und nicht magnetischer Farben. Falls die
Kerne zu klein sind, wird der Leckfluss über die Pole jedes Kerns, verglichen
mit dem Fluss über
den Zwischenraum zwischen den Topfkernen groß, was zu einer schlechten
Erfassung der Merkmale der Banknote führt.
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Generell
haben für
Resonanzfrequenzen von mehr als etwa 1 Megahertz (MHz) Tests darauf
hingewiesen, dass der Betrag der Frequenzverschiebung mit zunehmender
Arbeitsfrequenz zunimmt, während
der Betrag der Amplitudenverschiebung mit zunehmender Frequenz abnimmt.
Demgemäß war bei
einer Implementation die Frequenzverschiebung für magnetische Farbe enthaltende
Dokumente bei Verwendung von Frequenzen von lediglich etwa 14 MHz
gerade feststellbar. Resonanzfrequenzen von etwa 25 MHz führten zu Frequenzverschiebungen
von etwa 12 Kilohertz (kHz) bzw. 4 kHz, wenn einen leitenden Sicherheitsfaden
und magnetische Farbe enthaltende Dokumente unter Verwendung von
7 mm messenden Ferritkernen erfasst wurden. Es können auch Resonanzfrequenzen
von mehr als 25 MHz verwendet werden. Resonanzfrequenzen unterhalb
von 14 MHz neigten dazu, für
Dokumente, die leitende Sicherheitsfäden enthalten, wie jene, die
in einigen europäischen
Banknoten vorgefunden werden, eine stärkere Amplitudenantwort bereitzustellen.
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Wie 3 zeigt,
treibt die Ausgabe des Sensors 38 einen Frequenzpuffer 70,
der das kleine Schwingungssignal am Sensorausgang 58 in
ein Digitalpegelsignal wandelt. Das Digitalsignal kann dann verwendet werden,
um die Frequenz des Signals am Sensorausgang 58 zu bestimmen.
Bei einer Implementation erzeugt beispielsweise ein erster Zähler 72 unter
Verwendung eines 16-MHz-Kristalls
eine Zählergatterperiode.
Eine Zählergatterperiode
von 1,792 Millisekunden (ms) wird alle 2,048 ms erzeugt, was etwa
drei Abtastwerten je Millimeter einer sich entlang der Banknotenbahn 12 bewegenden
Banknote entspricht. Ein zweiter 16-Bit-Zähler 74 empfängt und
zählt die
Anzahl der Nulldurchgänge,
welche während
der Zählergatterperiode
aufgetreten sind. Der sich ergebende Zählwert wird während der
anschließenden
0,256 ms in einen Speicher in der Art eines Direktzugriffsspeichers
(RAM) 76 übertragen.
Bei dieser Implementation beträgt
die maximale Eingangsfrequenz, die dem Überlauf des 16-Bit-Zählers 74 entspricht,
36 MHz bei einer Auflösung
von 0,5 kHz.
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Ein
Leerzählwert
oder ein Luftwert wird durch Schätzen
der durchschnittlichen Anzahl von Nulldurchgängen, die während der Zählergatterperiode auftreten,
wenn sich in der Nähe
des Sensors 38 kein Dokument befindet, bestimmt. Wenn eine
Banknote entlang der Banknotenbahn 12 zwischen den induktiven
Elementen 40, 42 des Sensors 38 transportiert
wird, wird die Anzahl der Nulldurchgänge während jeder Zählergatterperiode
gezählt
und im Speicher 76 gespeichert. Ein Mikroprozessor 78 oder
ein anderer geeigneter Prozessor oder eine andere geeignete Steuereinrichtung
subtrahiert den Leerzählwert
von jedem bei Vorhandensein des Dokuments 10 gemessenen
Zählwert.
Die sich ergebende Differenz kann dann in eine entsprechende Frequenzverschiebung
gewandelt werden.
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Der
Mikroprozessor 78 ist programmiert, um beliebige mehrerer
bekannter Techniken zum Analysieren der erfassten Daten und zum
Vergleichen von ihnen mit den magnetischen oder leitenden Markmalen
akzeptabler Banknoten oder anderer Dokumente zu verwenden. Beispielsweise
können
die von dem Sensor 38 erfassten Daten mit einem oder mehreren
statistisch bestimmten Schwellenwerten verglichen werden, um die Gültigkeit
des Dokuments zu bestimmen. Ähnlich
können
vorbestimmte magnetische und leitende Muster echter Banknoten in
einem elektrisch löschbaren,
programmierbaren Nurlesespeicher (EEPROM) 82 gespeichert werden.
Der Mikroprozessor 78 verwendet die vorbestimmten Muster
und die erfassten Daten, um festzustellen, ob die Banknote echt
ist, und um den Nennwert der Banknote festzustellen, falls dies
der Fall ist. Bei einer Implementation erfasst der Sensor 38 ein
binäres
magnetisches oder leitendes Muster auf der Banknote, und das erfasste
Muster wird mit gespeicherten Mustern verglichen, um die Echtheit
der Banknote, den Nennwert von dieser oder beide zu bestimmen. Das
binäre
Muster kann beispielsweise gebildet werden, indem das Vorhandensein
und Nichtvorhandensein magnetischen Materials entlang der Kante
der Banknote alterniert werden. Die Banknote kann dann auf der Grundlage
des Vergleichsergebnisses akzeptiert oder abgelehnt werden. Andere
magnetische oder leitende Muster können auch verwendet werden.
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Bei
einer anderen Implementation weist die Frequenzmess- und Verarbeitungsschaltung
eine Phasenregelschleife auf. Beispielsweise kann der induktive
Sensor 38 mit einer von einem Phasendetektor angesteuerten
Varaktordiode abgestimmt werden. Ein von einem Kristall abgeleitetes
Referenzsignal dient als eine Eingabe für den Phasendetektor, so dass
die Leerlauffrequenz mit dem Kristall phasenverriegelt ist. Wenn
ein Dokument mit einem magnetischen oder leitenden Material zwischen
den induktiven Elementen 40, 42 durchläuft, wird
eine Störung
in der Ansteuerung der Varaktordiode erzeugt. Demgemäß erscheint
die durch das magnetische oder leitende Material hervorgerufene
Frequenzmodulation als eine Steuerspannungsmodulation. Die Störung wird
beispielsweise unter Verwendung eines Analog/Digital-(A/D)-Wandlers
gemessen.
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Falls
die Kopplung zwischen den induktiven Elementen 40, 42 verhältnismäßig schwach
ist, können kleine
Störungen
in den mechanischen Toleranzen von Schaltungskomponenten oder Änderungen
in der Umgebung, wie Änderungen
in der Umgebungstemperatur, die Arbeitsbedingungen des Oszillators ändern, so dass
er nicht länger
oszilliert. Um dies zu kompensieren, ist, wie in 3 dargestellt
ist, eine automatische Verstärkungssteuerschaltung
zum Steu ern der an das induktive Element 40 angelegten
Vorspannung VBIAS bereitgestellt, um den
Schwingungszustand aufrechtzuerhalten. Insbesondere treibt der Sensorausgang 58 am Emitter 50 eine
Amplitudendetektorschaltung 64. Ein Ausgang der Amplitudendetektorschaltung 64 ist
mit einer automatischen Verstärkungssteuerschaltung 66 verbunden.
Ein Ausgang der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 66 ist
mit einem Tiefpassfilter 68 verbunden, um die Vorspannung
am Transistor 44 zu steuern und eine im Wesentlichen konstante
Spitze-Spitze-Spannung
am Emitter 50 aufrechtzuerhalten.
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Der
Ausgang des Amplitudendetektors 64 kann auch mit einer
Amplitudenverarbeitungsschaltung 80 verbunden werden, welche
die empfangenen Signale in ein geeignetes Format zur Weiterverarbeitung
durch den Mikroprozessor 78 wandelt. Demgemäß können Verschiebungen
der Amplitude der Ausgabe des Sensors 38 erfasst und vom
Mikroprozessor 78 analysiert werden, um die Echtheit und
den Nennwert einer eingeführten
Banknote zu bestimmen. Die Erfassung von Amplitudenverschiebungen
kann beispielsweise verwendet werden, um die Merkmale bestimmter
europäischer
Banknoten zu erfassen, die leitende Sicherheitsfäden enthalten. Es wurde herausgefunden,
dass eine Schwingungsfrequenz des Sensors 38 im Bereich
von etwa 1–2 MHz
eine starke Amplitudenantwort bereitstellt, als einige dieser Banknoten
getestet wurden.
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4 zeigt weitere Einzelheiten verschiedener
Schaltungselemente gemäß einer
Implementation. Der induktive Sensor 38 weist wie dargestellt
eine Sendespule L2 und eine Empfangsspule L1 sowie Widerstände R1,
R4, R5, einen Kondensator C1 und einen NPN-Transistor Q1 auf. Die
Spulen L1, L2 sind um Ferrit-Topfkerne gewickelt, im Wesentlichen
identisch und auf entgegengesetzten Seiten der Ebene der Banknotenbahn 12 angeordnet.
Die Ansteuerseite des Sensors 38 ist mit dem Kollektor
des Transistors Q1 verbunden, und die abgestimmte Seite ist mit
der Basis des Transistors Q1 verbunden. Wie in 4A dargestellt
ist, ist der Ausgang des Sensors 38 mit einem Transformator
T1 verbunden, und eine zugeordnete Schaltung ist mit dem Frequenzpuffer 70 verbunden.
Der Frequenzpuffer 70 weist einen Inverter U3 mit einem
Rückkopplungswiderstand
R17 und einer AC-Eingangskopplung auf. Isolierte Leistungsversorgungen
sind für
die induktive Sensorschaltung und die Frequenzzähl-Logikschaltung bereitgestellt.
Die Ausgabe des Frequenzpuffers 70 wird dann der Frequenzzähl- und
Verarbeitungsschaltung zugeführt,
welche die Zähler 72, 74,
die Speicher 76, 82 und den Mikroprozessor 78 aufweist,
wie in 3 dargestellt ist. Bei alternativen Implementationen kann
die Eingabe für
den Frequenzpuffer 70 direkt vom Emitter des Transistors
Q1 oder vom Emitter des Transistors Q2 entnommen werden.
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Der
Ausgang des Sensors 38 steuert auch den Amplitudendetektor 64 an,
der einen PNP-Emitterfolgertransistor Q2 und eine aktive Diodenpumpe
mit einer Diode D1 und einem Transistor Q3 aufweist. Der Amplitudendetektor 64 weist
auch einen PNP-Emitterfolgertransistor Q4 und eine Diode D2 auf.
Der Ausgang des Amplitudendetektors 64 ist mit einer zusätzlichen
Amplitudenverarbeitungsschaltung verbunden, die einen A/D-Wandler 86 (4B)
aufweist, dessen Ausgang mit dem Mikroprozessor 78 verbunden
ist. Falls demgemäß beispielsweise
die Schwingungsamplitude des Sensors 38 infolge des Vorhandenseins
einer ein leitendes Material enthaltenden Banknote abnimmt, nimmt
die Spannung am Ausgang des Amplitudendetektors 64 ab.
Die Spannung am Ausgang des Amplitudendetektors 64 wird
durch den A/D-Wandler 86 in ein Digitalsignal gewandelt,
das der Mikroprozessor 78 verarbeitet, um die Amplitudenverschiebung
zu bestimmen. Die Amplitudenverschiebungen, die mehreren Punkten
entlang dem Dokument entsprechen, können dann verwendet werden,
um die Echtheit und den Nennwert der Banknote zu beurteilen.
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Die
Ausgabe des Amplitudendetektors 64 wird auch der automatischen
Verstärkungssteuerschaltung 66 zugeführt. Wie
in 4B dargestellt ist, weist die automatische Verstärkungssteuerschaltung 66 einen Operationsverstärker U1
auf, der den Offset zwischen der Ausgabe des Amplitudendetektors 64 und
der durch ein Potentiometer VR1 festgelegten Spannung verstärkt. Die
Normaleinstellung der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 66 stellt
an der Basis des Transistors Q1 im induktiven Sensor 38 eine
2-Volt-Vorspannung bereit. Falls demgemäß beispielsweise die Schwingungsamplitude
im Sensor 38 infolge des Vorhandenseins einer ein leitendes
Material enthaltenden Banknote abnimmt, nimmt die Spannung am Ausgang
des Amplitudendetektors 64 ab, und die Spannung am Ausgang
der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 66 nimmt
zu. Die Vorspannung am Transistor Q1 in der induktiven Sensorschaltung 38 nimmt
dann zu, wodurch die Schwingungsamplitude vergrößert wird, um die ursprüngliche
Verringerung zu kompensieren.
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Wie
in 4B weiter dargestellt ist, wird die Ausgabe der
automatischen Verstärkungssteuerschaltung 66 auch
einem Störungsdetektor 84 zugeführt, um Änderungen
am Ausgang der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 66 zu überwachen.
Der Störungsdetektor 84 ermöglicht es,
dass Änderungen
der Amplitude der Ausgabe des Sensors 38 indirekt erfasst
werden. Der Störungsdetektor 84 kann
zum Erfassen des Vorhandenseins von Banknoten mit leitenden Sicherheitsstreifen
oder magnetischer Farbe verwendet werden. Wenn demgemäß beispielsweise
die Ausgabe der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 66 zunimmt, bleibt
die Momentanspannung am Kondensator C8 konstant, so dass die Ausgabe
des Vergleichers U2 von einem hohen Signal zu einem niedrigen Signal
umschaltet. Der Mikroprozessor 78 erfasst das niedrige
Signal und interpretiert es als ein Hinweis darauf, dass ein Dokument
mit leitenden oder magnetischen Merkmalen in der Banknotenbahn vorhanden
ist.
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Beispielwerte
der Widerstände
R1 bis R21, der Kondensatoren C1 bis C13 und der Induktoren L1,
L2 sind in der nachstehenden Tabelle 1 angeführt. Tabelle 1
(R1
100 kΩ) | R11
47
kΩ | R21
220 Ω | C9
47
nF |
R2
1,2
kΩ | R12
470
kΩ | | C10
4,7 μF |
R3
10kΩ | R13
560 Ω | C1
22
pF | C11
47
nF |
R4
1,5
kΩ | R14
220
kΩ | C2
47
nF | C12
1
nF |
R5
120 Ω | R15
220
kΩ | C3
270 μF | C13
10
nF |
R6
2,2
kΩ | R16
220 Ω | C4
1
nF | |
R7
47
kΩ | R17
1
MΩ | C5
10
nF | L1
900 μH |
R8
5,6
kΩ | R18
33 Ω | C6
47
nF | L2
900 μH |
R9
2,7
kΩ | R19
1
kΩ | C7
47
nF | |
R10
5,6
kΩ | R20
1
kΩ | C8
4,7 μF | |
-
Für Frequenzen,
die größer als
etwa 10 MHz sind, kann der Widerstand R1 aus der Schaltung fortgelassen
werden. Bei Verwendung von Werten von 900 nH für L1 und L2 und eines Werts
von 22 pF für
C1 schwingt die Schaltung demgemäß beispielsweise
bei etwa 36 MHz in Resonanz. Für
Frequenzen unterhalb von etwa 10 MHz kann ein Wert von 33 pF für C1 verwendet
werden, und der Widerstand R1 kann in die Schaltung aufgenommen
werden.
-
Wenngleich
viele verschiedene Vorrichtungen verfügbar sind, um die spezifische
Schaltung aus 4 zu implementieren,
kann eine von National Semiconductor hergestellte LM358-Vorrichtung
für U1,
U2 verwendet werden, und eine Philips-1N4148-Vorrichtung kann für die Dioden
D1, D2 verwendet werden. Ähnlich
kann eine von Motorola hergestellte 74AC04-Vorrichtung für die Inverter
U3, U4 verwendet werden, wobei ein Entkopplungskondensator mit einem
Wert von 47 nF zwischen die Stifte VCC und
GND geschaltet ist. Die Transistoren Q1, Q3 und Q4 können unter
Verwendung einer Motorola-BC847B–Vorrichtung imple mentiert
werden, und der Transistor Q2 kann unter Verwendung einer Motorola-ZN4403–Vorrichtung
implementiert werden.
-
Mehrere
induktive Sensoren, die dem Sensor 38 ähneln, können in einen einzigen Dokumentenprüfer 2 aufgenommen
werden. Beispielsweise können
induktive Sensoren entlang der Dokumentenbahn 12 positioniert
werden, so dass die Sensoren magnetische oder leitende Eigenschaften
entlang zwei Seitenkanten eines Dokuments erfassen, während es
sich entlang der Bahn bewegt. Bei einer Implementation, wie in 5 dargestellt
ist, sind zwei induktive Sensoren 38', 38'',
die jeweils dem Sensor 38 ähneln, in dem Prüfer montiert, um
eine Erfassung von Magnet- oder Leitungsinformationen in der Nähe beider
Seitenkanten der Banknote parallel zur Bewegungsrichtung der Banknote
zu ermöglichen.
Die Erfassung magnetischer oder leitender Merkmale entlang beiden
Seitenkanten ermöglicht
es, dass die vorliegende Technik unabhängig von der Orientierung der
Banknote verwendet wird, wenn sie in den Prüfer eingeführt wird. Die Sensoren 38', 38'' können im Wesentlichen identisch
sein oder auf verschiedene Arten voneinander abweichen. Beispielsweise
können die
physikalischen Abmessungen der Sensoren 38', 38'' in
der Art der Größe der induktiven
Elemente voneinander abweichen, wobei der größere Sensor positioniert ist,
um Merkmale entlang einer Kante der Banknote zu erfassen, und der
kleinere Sensor positioniert ist, um Merkmale entlang der zweiten
Kante der Banknote zu erfassen. Andere Einzelheiten der zwei Sensoren 38', 38'' in der Art der Schwingungsfrequenzen
können
sich auch, abhängig
von der jeweiligen Anwendung, voneinander unterscheiden.
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Ähnlich können Gruppen
induktiver Sensoren, wie sie vorstehend beschrieben wurden, positioniert werden,
um Merkmale entlang einer oder beiden Kanten der Banknote zu erfassen.
Beispielsweise sind bei einer Implementation ein großer Sensor
und ein kleiner Sensor positioniert, um Merkmale der Banknote entlang
einer Kante zu erfassen. Bei einer anderen Implementation können Sensoren
mit verschiedenen Schwingungsfrequenzen positioniert werden, um
Merkmale der Banknote entlang einer ihrer Kanten parallel zur Bewegungsrichtung
der Banknote zu erfassen. Bei anderen Implementationen werden jeweilige
Gruppen von Sensoren positioniert, um Merkmale der Banknote entlang
beiden Kanten von ihr parallel zu ihrer Bewegungsrichtung zu erfassen.
Jeder Satz kann beispielsweise einen kleinen Sensor und einen großen Sensor
oder Sensoren mit verschiedenen Schwingungsfrequenzen aufweisen.
Im Allgemeinen brauchen die verschiedenen entlang der Banknotenbahn
positionierten induktiven Sensoren nicht im Wesentlichen identisch
zu sein, wenngleich es in manchen Situationen vorteilhaft sein kann,
im Wesentlichen ähnliche
induktive Sensoren zu verwenden.