EP4519659A1 - Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung eines datenträgers mit spinresonanz-merkmal - Google Patents

Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung eines datenträgers mit spinresonanz-merkmal

Info

Publication number
EP4519659A1
EP4519659A1 EP23722824.2A EP23722824A EP4519659A1 EP 4519659 A1 EP4519659 A1 EP 4519659A1 EP 23722824 A EP23722824 A EP 23722824A EP 4519659 A1 EP4519659 A1 EP 4519659A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resonator
sensor element
stripline
testing
air gap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23722824.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH filed Critical Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Publication of EP4519659A1 publication Critical patent/EP4519659A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/34—Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR
    • G01R33/345—Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR of waveguide type
    • G01R33/3453—Transverse electromagnetic [TEM] coils
    • G01R33/3456—Stripline resonators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/10—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using electron paramagnetic resonance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/36—Electrical details, e.g. matching or coupling of the coil to the receiver
    • G01R33/3678—Electrical details, e.g. matching or coupling of the coil to the receiver involving quadrature drive or detection, e.g. a circularly polarized RF magnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2225—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in active tags, i.e. provided with its own power source or in passive tags, i.e. deriving power from RF signal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H01Q9/0435—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave using two feed points

Definitions

  • the invention relates to a sensor element for checking the authenticity of a flat data carrier, in particular a banknote, with a spin resonance feature.
  • the invention also relates to a testing device with such a sensor element and a method for authenticity testing with such a sensor element or such a testing device.
  • Data carriers such as valuables or identification documents, but also other valuables, such as branded items, are often provided with security elements for security purposes, which allow the authenticity of the data carrier to be checked and which at the same time serve as protection against unauthorized reproduction.
  • security elements with spin resonance features to secure documents and other data carriers during automatic authenticity testing.
  • the security elements are provided with substances that have a spin resonance signature.
  • the spin resonance signatures that can be used for authenticity testing include, in particular, nuclear spin resonance effects (Nuclear Magnetic Resonance, NMR), electron spin resonance effects (ESR) and ferromagnetic resonance effects (FMR).
  • a quasi-static polarization field Bo which runs parallel to the axial direction (z-direction) of the air gap of a magnetic circuit.
  • a second magnetic field is formed by a modulation field Bmod, which also runs parallel to the z-axis and typically has a frequency f mod in the kHz range.
  • an excitation field Bi is provided, which is polarized perpendicular to the Bo direction.
  • the excitation field oscillates at the resonance frequency of the material, which is also referred to as the Larmor frequency and which is proportional to the polarization field Bo.
  • a magnetic circuit is often used, which directs the magnetic flux from permanent magnets and/or coils to an air gap in which the flat data carriers are tested.
  • a high-frequency resonator for example a stripline resonator, is used to generate the excitation field Bi.
  • This is a conductive structure with a characteristic length 1, which is arranged on a support. If, during the authenticity test, the wavelength Since the extent of a stripline resonator in the plane of the carrier is significantly larger than perpendicular to it, it is also referred to as the plane of the stripline resonator, which corresponds to the plane of the carrier.
  • Conventional stripline resonators generate a linearly polarized high-frequency field, of which only a fraction of the energy can be used to excite a spin resonance.
  • the object of the invention is to provide an improved device for testing data carriers with spin resonance characteristics, and in particular to provide a sensor element that allows effective excitation of the spin resonance of the data carriers to be tested.
  • the invention provides a sensor element for testing, in particular authenticity testing, of a flat data carrier with a spin resonance feature.
  • the flat data carrier can be, for example, a banknote.
  • the sensor element contains a magnetic core with an air gap into which the flat data carrier can be inserted for testing, a polarization device to generate a static magnetic flux in the air gap, and a resonator device for exciting the spin resonance feature of the data carrier to be tested in the air gap.
  • the spin resonance feature is preferably an ESR feature.
  • the resonator device comprises a stripline resonator and a feedline structure for the stripline resonator, and is designed by the geometry of the stripline resonator and/or the geometry of the feedline structure to generate a high-frequency field with circular polarization, in particular in the near field.
  • stripline resonators used are fundamentally characterized in particular by the fact that their sensitive area is very easily accessible and they have a very high fill factor for flat samples, such as those represented by the banknotes to be tested.
  • the stripline resonators are sometimes simply referred to as resonators below.
  • the present invention is based on the observation that conventional stripline resonators in banknote processing machines generate a linearly polarized field with an amplitude Bi.
  • a linearly polarized field can always be decomposed into two counter-rotating circularly polarized fields, although only one of the two components is active in the excitation and detection of the spin resonance feature. Therefore, only half of the high-frequency power can be used for spin excitation; the unused portion leads to increased waste heat and is therefore disruptive.
  • the senor element according to the invention with a resonator device that generates a circularly polarized field allows more efficient excitation and detection of the spin resonance.
  • the sensitivity can be increased by up to a factor of 2, or the necessary excitation power can be reduced by a factor of 2.
  • the resonator device is a passive, circularly polarized resonator device, in particular a resonator device without active electronic phase shifters.
  • Active electronic phase shifters require a lot of energy and space and are therefore not advantageous for use in a testing device for testing flat data carriers, especially in banknote processing machines.
  • the supply line structure of the resonator device preferably contains at most two supply lines for the stripline resonator, since a larger number of supply lines leads to increased signal distortion.
  • the resonator device as a stripline resonator, comprises a conductive structure with a characteristic length 1.
  • the supply line structure contains exactly two supply lines to the stripline resonator and a delay line for generating a phase shift between signals in the two supply lines.
  • the resonator device comprises, as a stripline resonator, a conductive structure with a characteristic length 1, and the supply line structure contains exactly one supply line to the stripline resonator, which is connected to the stripline resonator at a contact point connected is.
  • the contact point is in particular in the middle of the boundary line between the supply line and the stripline resonator.
  • the stripline resonator is preferably designed symmetrically to at least two axes of symmetry.
  • a contact axis is defined by the connection between the contact point and the intersection of the symmetry axes.
  • the stripline resonator has edges which are preferably at an angle between 40° and 50°, in particular essentially at a 45° angle, to the contact axis.
  • the stripline resonator is advantageously designed to be flat with a main extension plane which is perpendicular to the direction of the static magnetic flux generated by the polarization device.
  • the main extension plane or main plane of the stripline resonator extends accordingly in the xy plane perpendicular to the z direction.
  • the resonator device is advantageously arranged in the air gap in such a way that a flat data carrier introduced for testing is located in the near field of the excitation field generated by the stripline resonator.
  • the resonator device is advantageously designed for the excitation of spin resonance signals with a frequency above 1 GHz, in particular between 1 GHz and 10 GHz. Compared to lower frequencies, this enables higher spectral resolution and a stronger measurement signal.
  • the resonator device is in particular also designed to detect spin resonance signals of the spin resonance feature.
  • the resonator device can in particular record a response signal of the spin resonance feature and output it to a detector.
  • the spin resonances can be generated, for example, with a continuous wave (GW) Method, a pulsed method or a rapid scan method can be determined.
  • GW continuous wave
  • the stripline resonator can be operated in both reflection and transmission when testing the data carrier.
  • the latter has the advantage that no element such as a circulator is required in the signal branch, which separates the signals traveling to and from the resonator.
  • the air gap advantageously has a height, i.e. a dimension in the z direction, of less than 10 mm, preferably less than 5 mm. This allows a particularly strong polarization field, i.e. a strong static magnetic flux, to be generated in the air gap.
  • the resonator device advantageously comprises a flat support on which the stripline resonator and the supply line structure are applied.
  • the carrier is expediently formed by a circuit board, which allows reproducible and cost-effective production.
  • it is also advantageous, particularly to reduce dielectric losses in the carrier material, to use carriers based on ceramics, Teflon or hydrocarbons.
  • the invention also contains a testing device for testing a flat data carrier, in particular a banknote, with a spin resonance feature with a sensor element of the type described above and exactly one signal source from which the resonator device is fed with a predetermined excitation frequency.
  • the resonator device as a stripline resonator, comprises a conductive structure with a characteristic length 1, and the supply line structure contains exactly two supply lines to the stripline resonator and a delay line for generating a phase shift between signals in the two supply lines.
  • the two of them will Supply lines are fed from the same signal source and the delay path of the delay line corresponds to a phase shift of 90 ° at the predetermined excitation frequency.
  • the testing device advantageously further contains a transport device which brings the flat data carriers to be tested along a transport path into a testing position in the air gap or passes them through a testing position in the air gap of the magnetic core, the resonator device being arranged in the air gap in such a way that the testing position is in the near field of the excitation field generated by the stripline resonator.
  • the transport device is designed and set up in particular for high-speed transport, for example between 1 m/s and 12 m/s, of the flat data carriers to be tested along the transport path.
  • the invention also contains a method for testing a flat data carrier, in particular a banknote, with a spin resonance feature by means of a sensor element of the type described or a testing device of the type described, wherein in the method a flat data carrier to be tested is inserted into the air gap of the magnetic core of the said Sensor element is introduced, with the polarization device a static magnetic flux and preferably with a modulation device a time-varying magnetic modulation field is generated in the air gap, and with the resonator device the spin resonance feature of the data carrier to be tested is excited.
  • a response signal of the spin resonance feature generated by the excitation is also recorded with the resonator device and output to a detector.
  • the excitation of the spin resonance feature and/or the recording of the response signal of the spin resonance feature can take place in a continuous wave (CW) process, in a pulsed process or in a rapid scan process.
  • CW continuous wave
  • FIG. 1 shows schematically a testing device of a banknote processing system for measuring spin resonances of a banknote test specimen
  • Fig. 2 shows schematically in (a) a cross section and in (b) a top view of a resonator device of the test device of Fig. 1, and
  • FIG. 1 shows schematically a testing device 20 of a banknote processing system for measuring spin resonances of a banknote test specimen 10.
  • the banknote test specimen 10 has a spin resonance feature 12 to be tested, the characteristic properties of which serve to prove the authenticity of the banknote.
  • the banknote test item 10 is guided along a transport path 14 through a sensor element 30 according to the invention of the testing device 20.
  • the sensor element 30 To Detecting spin resonance signatures of the spin resonance feature 12, the sensor element 30 generates three different magnetic fields in the measuring area.
  • a polarization device 34 generates a static magnetic flux parallel to the z-axis in the measuring area.
  • the height of the air gap in the z direction is advantageously less than 10 mm, in particular even less than 5 mm.
  • a modulation device 36 generates a time-varying magnetic modulation field in the air gap, which also runs parallel to the z-axis and has a modulation frequency fMod in the range between 1 kHz to 1 MHz.
  • a resonator device 40 generates an excitation field in the air gap that induces the energy transitions between the spin energy levels in the spin resonance feature 12.
  • the excitation field typically has frequencies above 1 GHz and is polarized perpendicular to the z-direction.
  • the frequency of the excitation field is matched to the Larmor frequency of the spin resonance feature 12 to be detected in order to be able to measure its spin resonance signature and use it for authenticity testing.
  • the testing device 20 contains a signal source 22, the excitation frequency of which corresponds to the expected Larmor frequency of the spin resonance feature 12.
  • the excitation signal from the signal source 22 is fed to a resonator device 40 via a duplexer 24 and generates an alternating magnetic field of frequency fiaw there.
  • the testing device 20 contains a detector diode 26 for measuring the high-frequency power reflected by the resonator device 40 and an evaluation unit 28 for evaluating and, if necessary, displaying the measurement result. If the spin resonance feature 12 resonates at a coupled frequency fww, the resonator quality changes and thus the power reflected by the stripline resonator. Due to the modulation of the static Polarization field through the modulation device 36 oscillates the exact value of the Larmor frequency of the sample, so that the measurement signal obtained is amplitude modulated with the modulation frequency.
  • the resonator device 40 includes a stripline resonator 46 and a lead structure 44 for the stripline resonator 46, the resonator device 40 being controlled by the geometry of the stripline resonator 46 and/or the geometry of the feedline structure 44 to generate a high-frequency field with circular Polarization is formed.
  • Figure 2 shows schematically a cross section in (a) and a top view of such a resonator device 40 in (b). Top and a bottom facing away from the test specimen.
  • a conductive structure with a characteristic length 1 is arranged on the top of the circuit board 42 as a stripline resonator 46 and a ground surface 48 is arranged on the underside.
  • the lead structure and the coupling of the conductive structure 46 are not shown in the schematic cross section of FIG. 2(a) for the sake of clarity.
  • the resonator device 40 of the embodiment includes a stripline resonator 46 as a conductive structure of characteristic length 1 and a lead structure 44 with two leads and a passive phase shift.
  • X is the wavelength of the excitation signal generated by the signal source 22.
  • Figure 3 shows further advantageous embodiments of passive circularly polarized resonator devices in which the supply line structure only has a single supply line and in which the circular polarization of the excitation field generated is created by the stripline resonator having edges which are oblique to the supply line.
  • the supply line is connected to the stripline resonator at a contact point 100, the stripline resonator being designed symmetrically to at least two axes of symmetry 56, a contact axis 101 being defined by the connection between the contact point 100 and the intersection of the axes of symmetry 56, and wherein the stripline resonator has edges that are essentially at a 45° angle to the contact axis 101, for example at an angle between 40° and 50°.
  • the stripline resonator is based on a square microstrip resonator 50 with a side length of 1.
  • Figure 3(a) first shows a resonator device 70, in which a stripline resonator 46 with a single supply line 52 is arranged on a circuit board 42.
  • the stripline resonator 46 is formed by a square microstrip resonator 50 with a diagonal, central recess 54, which is at a 45 ° angle to the supply line 52.
  • the axes of symmetry 56 cross each other in the middle of the recess 54.
  • the contact axis 101 corresponds to the axis of the supply line 52 and is at a 45 ° angle to the edges of the recess 54.
  • the stripline resonator 46 is formed by a microstrip resonator 50 in which two diagonally opposite corners 58 of a complete square are cut off.
  • the axes of symmetry 56 of the stripline resonator 46 intersect at the center of the structure.
  • the contact axis 101 corresponds to the axis of the supply line 52 and is at a 45 ° angle to the beveled edges 58.
  • the square stripline resonator 50 contains a via 60 on the square diagonal for signal coupling through the back of the circuit board 42.
  • This plated-through hole does not form a symmetry-breaking element, but rather defines the contact point 100.
  • the stripline resonator 50 has four axes of symmetry 56 that intersect at the center of the square.
  • the contact axis 101 corresponds to a diagonal of the square and is therefore at a 45° angle to its edges.
  • the single lead 52 is coupled to a corner 62 of a square stripline resonator 50.
  • the stripline resonator 50 has four axes of symmetry 56 that intersect at the center of the square.
  • the contact axis 101 corresponds to a diagonal of the square and is therefore at a 45° angle to its edges.
  • FIG. 3 which only have a single supply line, have the advantage over a design with two supply lines according to FIG. 2 that there are fewer signal conductors on the top of the structure and possible distortions in the phase behavior of the signal supply are thereby suppressed.
  • the behavior of a sensor element with a square X/2 stripline resonator according to FIG. 2 was simulated.
  • the stripline resonator is built on a 1.5 mm thick circuit board with a dielectric constant of 3.66.
  • the edge length of the resonator is 7.1 mm, corresponding to a resonance frequency of 9.8 GHz.
  • the resonator is coupled via the feed structure shown in FIG. 2.
  • the resonator impedance on two mutually perpendicular edges was transformed to 100 Q using X/4 impedance transformers.
  • the signal in one of the two lines is delayed by a phase of 90° using an additional conductor track.
  • the subsequent parallel connection of the two supply lines results in an input impedance of 50 Q.
  • the resulting stripline resonator generates an excitation field with circular polarization via the coupling from two sides and the 90° delay line.
  • comparison stripline resonator As a comparative example, the behavior of a comparison stripline resonator was simulated, which has the same geometry as the resonator according to the invention, but is coupled to the signal line on only one edge without a delay path and thus generates a linearly polarized excitation field in a conventional manner.
  • the resonator device according to the invention according to FIG. 2 has a quality Q that is approximately 15% lower than that of the comparison resonator. According to current understanding, this lower quality is due to losses and imperfections in the coupling network.
  • a spin resonance measurement was then simulated with both resonator devices.
  • the resonator devices were each placed in the air gap of a permanent magnetic circuit brought in.
  • this air gap there was also a paper sample loaded with a spin resonance feature and a planar modulation coil for generating the modulation field.
  • the spin resonance feature was designed in such a way that the spin transitions are excited with an excitation field Bi that is circularly polarized on the right hand with respect to the Bo flow direction.
  • the resonator device of FIG. 2 was introduced into the air gap in two different orientations during the simulation, namely once in a manner in which it generates a left-handed polarized field with respect to the Bo flow direction, and once in a manner in which it generates a right-handed polarized field. Because of the aforementioned interpretation of the spin resonance feature, significant excitation of spin transitions is only expected in the latter orientation.
  • the spin resonance signal of the paper sample was recorded with the three sensor elements constructed in this way.
  • a signal that was a factor of 1.27 higher was obtained with the sensor element equipped with the resonator device according to the invention set up for right-handed polarization than with the sensor element with the linearly polarized comparison resonator.
  • the fact that the intensity falls short of the maximum possible increase in intensity by a factor of 2 « 1.41 is due to the slightly lower quality Q of the circularly polarized resonator.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inspection Of Paper Currency And Valuable Securities (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement (30) für die Prüfung eines flächigen Datenträgers (10), insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal (12). Das Sensorelement umfasst einen Magnetkern mit einem Luftspalt, in den der flächige Datenträger (10) zur Prüfung einbringbar ist, eine Polarisationseinrichtung (34) zur Erzeugung eines statischen magnetischen Flusses in dem Luftspalt, und eine Resonatoreinrichtung (40) zur Anregung des Spinresonanz-Merkmals des zu prüfenden Datenträgers in dem Luftspalt. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Resonatoreinrichtung (40) einen Streifenleitungs-Resonator (46) und eine Zuleitungsstruktur (44) für den Streifenleitungs-Resonator (46) umfasst, und durch die Geometrie des Streifenleitungs-Resonators (46) und/ oder die Geometrie der Zuleitungsstruktur (44) zur Erzeugung eines Hochfrequenzfelds mit zirkularer Polarisation ausgebildet ist.

Description

Sensorelement, Prüfvorrichtung und Verfahren für die Prüfung eines Datenträgers mit Spinresonanz-Merkmal
Die Erfindung betrifft ein Sensorelement für die Echtheitsprüfung eines flächigen Datenträgers, insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal. Die Erfindung betrifft auch eine Prüfvorrichtung mit einem solchen Sensorelement und ein Verfahren zur Echtheitsprüfung mit einem solchen Sensorelement oder einer solchen Prüfvorrichtung.
Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit der Datenträger gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Es ist bekannt, bei der maschinellen Echtheitsprüfung Sicherheitselemente mit Spinresonanz-Merkmalen zur Absicherung von Dokumenten und anderen Datenträgern einzusetzen. Die Sicherheitselemente sind dazu mit Substanzen versehen, die eine Spinresonanz-Signatur aufweisen. Zu den für die Echtheitsprüfung einsetzbaren Spinresonanz-Signaturen gehören insbesondere Kernspin-Resonanz-Effekte (Nuclear Magnetic Resonance, NMR), Elektronspin-Resonanz-Effekte (ESR) und ferromagnetische Resonanz-Effekte (FMR).
Bei der Prüfung von Banknoten werden zur Detektion der Spinresonanz-Signaturen meist drei verschiedene Magnetfelder im Messbereich beispielsweise einer Banknotenbearbeitungsmaschine erzeugt. Dabei handelt es sich konkret um ein quasistatisches Polarisationsfeld Bo, das parallel zur Axialrichtung (z-Richtung) des Luftspalts eines magnetischen Kreises verläuft. Ein zweites Magnetfeld ist durch ein Modulationsfeld Bmod gebildet, welches ebenfalls parallel zur z- Achse verläuft und typischerweise eine Frequenz fmod im kHz-Bereich hat. Zur Anregung von Übergängen zwischen den aufgespaltenen Spin-Energieniveaus der Spinresonanz-Signatur-Substanzen ist ein Anregefeld Bi vorgesehen, das senkrecht zur Bo-Richtung polarisiert ist. Das Anregefeld schwingt dabei mit der Resonanzfrequenz des Materials, die auch als Larmorfrequenz bezeichnet wird, und die proportional zum Polarisationsfeld Bo ist. Zur Erzeugung des Polarisationsfeldes Bo kommt häufig ein magnetischer Kreis zum Einsatz, der den magnetischen Fluss von Permanentmagneten und/ oder Spulen zu einem Luftspalt leitet, in dem die Prüfung der flächigen Datenträger stattfindet.
Für die Erzeugung des Anregefelds Bi wird ein Hochfrequenz-Resonator, beispielsweise ein Streifenleitungs-Resonator, verwendet. Dabei handelt es sich um eine leitende Struktur mit einer charakteristischen Länge 1, die auf einem Träger angeordnet ist. Passt bei der Echtheitsprüfung die Wellenlänge X des eingekoppelten Hochfrequenzsignals zu der Abmessung 1 der leitenden Struktur, so kann sich im Resonator eine stehende Welle ausbilden, und der Streifenleitungs-Resonator ist zu der zur Wellenlänge X gehörenden Anregefrequenz in Resonanz. Da die Ausdehnung eines Streifenleitungs-Resonators in der Ebene des Trägers deutlich größer ist als senkrecht dazu, spricht man auch von der Ebene des Streifenleitungs-Resonators, die der Ebene des Trägers entspricht. Herkömmliche Streifenleitungs-Resonatoren erzeugen dabei ein linear polarisiertes Hochfrequenzfeld, von dessen Energie jedoch nur ein Bruchteil für die Anregung einer Spinresonanz genutzt werden kann.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung für die Prüfung von Datenträgern mit Spinresonanz-Merkmalen anzugeben, und insbesondere ein Sensorelement bereitzustellen, das eine effektive Anregung der Spinresonanz der zu prüfenden Datenträger erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung stellt ein Sensorelement für die Prüfung, insbesondere Echtheitsprüfung, eines flächigen Datenträgers mit einem Spinresonanz-Merkmal bereit. Bei dem flächigen Datenträger kann es sich beispielsweise um eine Banknote handeln. Das Sensorelement enthält einen Magnetkern mit einem Luftspalt, in den der flächige Datenträger zur Prüfung einbringbar ist, eine Polarisationseinrichtung zu Erzeugung eines statischen magnetischen Flusses in dem Luftspalt, sowie eine Resonatoreinrichtung zur Anregung des Spinresonanz-Merkmals des zu prüfenden Datenträgers in dem Luftspalt. Bei dem Spinresonanz-Merkmal handelt es sich bevorzugt um ein ESR-Merkmal.
Die Resonatoreinrichtung umfasst dabei einen Streifenleitungs-Resonator und eine Zuleitungsstruktur für den Streifenleitungs-Resonator, und ist durch die Geometrie des Streifenleitungs-Resonators und/ oder die Geometrie der Zuleitungsstruktur zur Erzeugung eines Hochfrequenzfelds mit zirkularer Polarisation, insbesondere im Nahfeld, ausgebildet.
Die eingesetzten Streifenleitungs-Resonatoren zeichnen sich grundsätzlich insbesondere dadurch aus, dass ihr sensitiver Bereich sehr gut zugänglich ist, und sie für flächige Proben, wie sie die zu prüfenden Banknoten darstellen, einen sehr hohen Füllfaktor aufweisen. Die Streifenleitungs-Resonatoren werden nachfolgend teilweise auch nur kurz als Resonatoren bezeichnet.
Darüber hinaus beruht die vorliegende Erfindung auf der Beobachtung, dass herkömmliche Streifenleitungs-Resonatoren in Banknotenbearbeitungsmaschinen ein linear polarisiertes Feld mit einer Amplitude Bi erzeugen. Ein solches linear polarisiertes Feld kann immer in zwei gegenläufig rotierende zirkular polarisierte Felder zerlegt werden, wobei allerdings nur eine der beiden Komponenten bei der Anregung und Detektion des Spinresonanz-Merkmals aktiv ist. Es ist daher nur die Hälfte der Hochfrequenzleistung für die Spinanregung nutzbar, der ungenutzte Anteil führt zu erhöhter Abwärme und ist daher störend.
In einem herkömmlichen Sensor erfährt daher nur der passend zirkular polarisierte Anteil des Bi-Feldes eine Absorption in dem zu prüfenden Spinresonanz-Merkmal, der gegenläufig polarisierte Anteil jedoch nicht. Dadurch wird bei Verwendung eines, insbesondere des für die Anregung verwendeten, linear polarisierten Resonators zur Detektion der Absorption im Merkmal ein geringes Signal-zu-Rausch Verhältnis erreicht, da der von dem Spinresonanz-Merkmal nicht veränderte, da "falsch" zirkular polarisierte Anteil stets mitgemessen wird.
Das erfindungsgemäße Sensorelement mit einer Resonatoreinrichtung, die ein zirkular polarisiertes Feld erzeugt, erlaubt demgegenüber eine effizientere Anregung und Detektion der Spinresonanz. Konkret kann die Sensitivität um bis zu einen Faktor 2 erhöht werden, bzw. die notwendige Anregungsleistung um einen Faktor 2 gesenkt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Resonatoreinrichtung eine passive, zirkular polarisierte Resonatoreinrichtung, insbesondere eine Resonatoreinrichtung ohne aktive elektronische Phasenschieber. Aktive elektronische Phasenschieber haben einen großen Energie- und Platzbedarf und sind daher für einen Einsatz in einer Prüfvorrichtung für die Prüfung flächiger Datenträger, insbesondere in Banknotenbearbeitungsmaschinen, nicht vorteilhaft.
Bevorzugt enthält die Zuleitungsstruktur der Resonatoreinrichtung höchstens zwei Zuleitungen für den Streifenleitungs-Resonator, da eine größere Anzahl von Zuleitungen zu erhöhter Signalverzerrung führt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Resonatoreinrichtung als Streifenleitungs-Resonator eine leitende Struktur mit einer charakteristischen Länge 1. Die Zuleitungsstruktur enthält dabei genau zwei Zuleitungen zu dem Streifenleitungs-Resonator und eine Verzögerungsleitung für die Erzeugung einer Phasenverschiebung zwischen Signalen in den beiden Zuleitungen.
In einer anderen ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Resonatoreinrichtung als Streifenleitungs-Resonator eine leitende Struktur mit einer charakteristischen Länge 1, und die Zuleitungsstruktur enthält genau eine Zuleitung zu dem Streifenleitungs-Resonator, die mit dem Streifenleitungs-Resonator an einem Kontaktpunkt verbunden ist. Der Kontaktpunkt ist insbesondere in der Mitte der Grenzlinie zwischen der Zuleitung und dem Streifenleitungs-Resonator. Der Streifenleitungs-Resonator ist vorzugsweise symmetrisch zu mindestens zwei Symmetrieachsen ausgebildet. Insbesondere ist eine Kontaktachse definiert durch die Verbindung zwischen dem Kontaktpunkt und dem Schnittpunkt der Symmetrieachsen. Ferner weist der Streifenleitungs- Resonator Kanten auf, die vorzugsweise in einem Winkel zwischen 40° und 50°, insbesondere im Wesentlichen im 45°-Winkel, zur Kontaktachse stehen.
Mit Vorteil ist der Streifenleitungs-Resonator flächig mit einer Haupterstreckungsebene ausgebildet, welche senkrecht auf der Richtung des von der Polarisationseinrichtung erzeugten statischen magnetischen Flusses steht.
Da im Rahmen dieser Beschreibung die Richtung des statischen magnetischen Flusses auch als z-Richtung bezeichnet wird, erstreckt sich die Haupterstreckungsebene bzw. Hauptebene des Streifenleitungs-Resonators entsprechend in der zur z-Richtung senkrechten x-y-Ebene.
Die Resonatoreinrichtung ist in dem Luftspalt vorteilhaft so angeordnet, dass sich ein zur Prüfung eingebrachter flächiger Datenträger im Nahfeld des von dem Streifenleitungs-Resonator erzeugten Anregefelds befindet.
Die Resonatoreinrichtung ist mit Vorteil auf die Anregung von Spinresonanz-Signalen mit einer Frequenz oberhalb von 1 GHz, insbesondere zwischen 1 GHz und 10 GHz, ausgelegt. Gegenüber niedrigeren Frequenzen ermöglicht dies eine höhere spektrale Auflösung und ein stärkeres Messsignal.
Die Resonatoreinrichtung ist insbesondere auch zur Erfassung von Spinresonanz-Signalen des Spinresonanz-Merkmals ausgebildet. Die Resonatoreinrichtung kann insbesondere ein Antwortsignal des Spinresonanz-Merkmals aufnehmen und an einen Detektor ausgeben. Die Spinresonanzen können beispielsweise mit einem Dauerstrich (GW)- Verfahren, einem gepulsten Verfahren oder einem Rapid-Scan-Verfahren bestimmt werden.
Der Streifenleitungs-Resonator kann bei der Prüfung des Datenträgers sowohl in Reflexion als auch in Transmission betrieben werden. Letzteres hat den Vorteil, dass im Signalzweig kein Element wie etwa ein Zirkulator benötigt wird, das die zum Resonator vor- und rücklaufenden Signale auftrennt.
Der Luftspalt weist vorteilhaft eine Höhe, also eine Abmessung in z-Richtung, von weniger als 10 mm, vorzugsweise von weniger als 5 mm, auf. Dadurch lässt sich ein besonders starkes Polarisationsfeld, also ein starker statischer magnetischer Fluss im Luftspalt erzeugen.
Mit Vorteil umfasst die Resonatoreinrichtung einen flächigen Träger, auf dem der Streifenleitungs-Resonator und die Zuleitungsstruktur aufgebracht sind. Der Träger ist zweckmäßig durch eine Leiterplatte gebildet, was eine reproduzierbare und kostengünstige Herstellung erlaubt. Es ist allerdings auch vorteilhaft, insbesondere zur Verringerung dielektrischer Verluste im Trägermaterial, Träger auf Basis von Keramik, Teflon oder Kohlenwasserstoffen einzusetzen.
Die Erfindung enthält auch eine Prüfvorrichtung für die Prüfung eines flächigen Datenträgers, insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal mit einem Sensorelement der oben beschriebenen Art und genau einer Signalquelle, aus der die Resonatoreinrichtung mit einer vorbestimmten Anregefrequenz gespeist wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Prüfvorrichtung umfasst die Resonatoreinrichtung als Streifenleitungs-Resonator eine leitende Struktur mit einer charakteristischen Länge 1, und die Zuleitungsstruktur enthält genau zwei Zuleitungen zu dem Streifenleitungs-Resonator und eine Verzögerungsleitung zur Erzeugung einer Phasenverschiebung zwischen Signalen in den beiden Zuleitungen. Dabei werden die beiden Zuleitungen aus derselben Signalquelle gespeist und die Verzögerungsstrecke der Verzögerungsleitung entspricht bei der vorbestimmten Anregefrequenz einer Phasenverschiebung um 90°.
Vorteilhaft enthält die Prüfvorrichtung weiter eine Transporteinrichtung, die die zu prüfenden flächigen Datenträger entlang eines Transportpfades in eine Prüfposition im Luftspalt einbringt bzw. durch eine Prüfposition im Luftspalt des Magnetkerns hindurchführt, wobei die Resonatoreinrichtung so in dem Luftspalt angeordnet ist, dass sich die Prüfposition im Nahfeld des von dem Streifenleitungs-Resonator erzeugten Anregefelds befindet.
Die Transporteinrichtung ist insbesondere auf einen schnell-laufenden Transport, beispielsweise zwischen 1 m/s und 12 m/s, der zu prüfenden flächigen Datenträger entlang des Transportpfades ausgelegt und eingerichtet.
Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zur Prüfung eines flächigen Datenträgers, insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal mittels eines Sensorelements der beschriebenen Art oder einer Prüfvorrichtung der beschriebenen Art, wobei bei dem Verfahren ein zu prüfender flächiger Datenträger in den Luftspalt des Magnetkerns des genannten Sensorelements eingebracht wird, mit der Polarisationseinrichtung ein statischer magnetischer Fluss und vorzugsweise mit einer Modulationseinrichtung ein zeitlich variierendes magnetisches Modulationsfeld in dem Luftspalt erzeugt wird, und mit der Resonatoreinrichtung das Spinresonanz-Merkmal des zu prüfenden Datenträgers angeregt wird. Vorteilhaft wird mit der Resonatoreinrichtung auch ein durch die Anregung erzeugtes Antwortsignal des Spinresonanz-Merkmals aufgenommen und an einen Detektor ausgegeben. Die Anregung des Spinresonanz-Merkmals und/ oder die Aufnahme des Antwortsignals des Spinresonanz-Merkmals kann in einem Dauerstrich (CW)-Verfahren, in einem gepulsten Verfahren oder in einem Rapid-Scan-Verfahren erfolgen.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Prüfvorrichtung eines Banknotenbearbeitungssystems für die Messung von Spin-Resonanzen eines Banknotenprüflings,
Fig. 2 schematisch in (a) einen Querschnitt und in (b) eine Aufsicht auf eine Resonatoreinrichtung der Prüfvorrichtung der Fig. 1, und
Fig. 3 in (a) bis (d) weitere Ausgestaltungen passiver zirkular polarisierter Resonatoreinrichtungen, bei denen die Zuleitungsstruktur jeweils nur eine Zuleitung aufweist.
Die Erfindung wird nun am Beispiel der Echtheitsprüfung von Banknoten erläutert. Figur 1 zeigt dazu schematisch eine Prüfvorrichtung 20 eines Banknotenbearbeitungssystems für die Messung von Spin-Resonanzen eines Banknotenprüflings 10.
Der Banknotenprüfling 10 weist ein zu prüfendes Spinresonanz-Merkmal 12 auf, dessen charakteristische Eigenschaften zum Nachweis der Echtheit der Banknote dienen. Für die Echtheitsprüfung wird der Banknotenprüfling 10 entlang eines Transportpfads 14 durch ein erfindungsgemäßes Sensorelement 30 der Prüfvorrichtung 20 geführt. Zur Detektion von Spinresonanz-Signaturen des Spinresonanz-Merkmals 12 erzeugt das Sensorelement 30 im Messbereich drei verschiedene Magnetfelder.
Zum einen wird durch eine Polarisationseinrichtung 34 ein statischer magnetischer Fluss parallel zur z- Achse im Messbereich erzeugt. Um ein starkes Polarisationsfeld zu erzeugen, beträgt die Höhe des Luftspalts in z-Richtung vorteilhaft weniger als 10 mm, insbesondere sogar weniger als 5 mm.
Zum zweiten erzeugt eine Modulationseinrichtung 36 ein zeitlich variierendes magnetisches Modulationsfeld in dem Luftspalt, das ebenfalls parallel zur z- Achse verläuft und eine Modulationsfrequenz fMod im Bereich zwischen 1 kHz bis 1 MHz aufweist. Schließlich erzeugt eine Resonatoreinrichtung 40 in dem Luftspalt ein Anregefeld, das die Energieübergänge zwischen den Spin-Energieniveaus im Spinresonanz-Merkmal 12 induziert. Das Anregefeld hat typischerweise Frequenzen oberhalb von 1 GHz und ist senkrecht zur z-Richtung polarisiert.
Die Frequenz des Anregefelds ist dabei auf die Larmor-Frequenz des nachzuweisenden Spinresonanz-Merkmals 12 abgestimmt, um dessen Spinresonanz-Signatur messen und für die Echtheitsprüfung verwenden zu können. Die Prüfvorrichtung 20 enthält hierzu eine Signalquelle 22, deren Anregefrequenz fiaw der erwarteten Larmor-Frequenz des Spinresonanz-Merkmals 12 entspricht. Das Anregesignal der Signalquelle 22 wird über einen Duplexer 24 einer Resonatoreinrichtung 40 zugeführt und erzeugt dort ein magnetisches Wechselfeld der Frequenz fiaw.
Neben den genannten Elementen enthält die Prüfvorrichtung 20 eine Detektor-Diode 26 zur Messung der von der Resonatoreinrichtung 40 reflektierten Hochfrequenz-Leistung und eine Auswerteeinheit 28 zur Auswertung und gegebenenfalls Anzeige des Messergebnisses. Ist das Spinresonanz-Merkmal 12 bei einer eingekoppelten Frequenz fww in Resonanz, so ändert sich die Resonatorgüte und damit die von dem Streifenleitungs-Resonator reflektierte Leistung. Aufgrund der Modulation des statischen Polarisationsfelds durch die Modulationseinrichtimg 36 oszilliert der genaue Wert der Larmor-Frequenz der Probe, so dass das erhaltene Messsignal mit der Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist.
Bei der vorliegenden Erfindung enthält die Resonatoreinrichtung 40 einen Streifenleitungs-Resonator 46 und eine Zuleitungsstruktur 44 für den Streifenleitungs-Resonator 46, wobei die Resonatoreinrichtung 40 durch die Geometrie des Streifenleitungs-Resonators 46 und/ oder die Geometrie der Zuleitungsstruktur 44 zur Erzeugung eines Hochfrequenzfelds mit zirkularer Polarisation ausgebildet ist.
Figur 2 zeigt zur näheren Erläuterung schematisch in (a) einen Querschnitt und in (b) eine Aufsicht auf eine solche Resonatoreinrichtung 40. Die Resonatoreinrichtung 40 umfasst einen flächigen Träger, beispielsweise in Form einer Leiterplatte 42, mit einer bei der Messung dem Prüfling 10 zugewandte Oberseite und einer dem Prüfling abgewandten Unterseite.
Auf der Oberseite der Leiterplatte 42 ist als Streifenleitungs-Resonator 46 eine leitende Struktur mit einer charakteristischen Länge 1 und auf der Unterseite eine Massefläche 48 angeordnet. Der Zuleitungsstruktur und die Ankoppelung der leitenden Struktur 46 sind in dem schematischen Querschnitt der Fig. 2(a) der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Wie oben bereits erläutert, erzeugen herkömmliche Streifenleitungs-Resonatoren ein linear polarisiertes Magnetfeld, von dem nur ein Teil, nämlich eine der beiden gegenläufig zirkular polarisierten Komponenten, für die Spin- Anregung eines Spinresonanz- Merkmals nutzbar ist. Die ungenutzte Komponente führt einerseits zu einer erhöhten Abwärme und andererseits zu einem geringeren Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei der Detektion, da - bei Nutzung desselben Resonators für Anregung und Detektion - der nicht aktive zirkular polarisierte Anteil stets mitgemessen wird. Hier kann durch Verwendung einer erfindungsgemäßen Resonatoreinrichtung zur Erzeugung eines zirkular polarisierten Magnetfelds eine deutlich verbesserte Detektion erreicht werden.
Mit Bezug auf die Aufsicht der Fig. 2(b) umfasst die Resonatoreinrichtung 40 des Ausführungsbeispiels einen Streifenleitungs-Resonator 46 als leitende Struktur der charakteristischen Länge 1 und eine Zuleitungsstruktur 44 mit zwei Zuleitungen und einer passiven Phasenverschiebung. Die beiden Signalzweige werden über eine Verzögerungsleitung der Länge A = X/4 um 90° phasenverschoben, so dass in dem Streifenleitungs-Resonator 46 ein zirkular polarisiertes Anregefeld Bi erzeugt wird. Dabei ist X die Wellenlänge des von der Signalquelle 22 erzeugten Anregesignals.
Figur 3 zeigt weitere vorteilhafte Ausgestaltungen passiver zirkular polarisierter Resonatoreinrichtungen, bei denen die Zuleitungsstruktur jeweils nur eine einzige Zuleitung aufweist und bei denen die zirkulare Polarisation des erzeugten Anregefelds dadurch entsteht, dass der Streifenleitungsresonator Kanten aufweist, die schräg zur Zuleitung stehen. Insbesondere ist die Zuleitung mit dem Streifenleitungs-Resonator an einem Kontaktpunkt 100 verbunden, wobei der Streifenleitungs-Resonator symmetrisch zu mindestens zwei Symmetrieachsen 56 ausgebildet ist, wobei eine Kontaktachse 101 definiert ist durch die Verbindung zwischen dem Kontaktpunkt 100 und dem Schnittpunkt der Symmetrieachsen 56, und wobei der Streifenleitungs-Resonator Kanten aufweist, die im Wesentlichen im 45°-Winkel zur Kontaktachse 101 stehen, beispielsweise in einem Winkel zwischen 40° und 50°. Der Streifenleitungs-Resonator ist in diesen Ausführungsbeispielen zur Illustration jeweils auf Basis eines quadratischen Microstrip-Resonators 50 mit Seitenlänge 1 gebildet.
Figur 3(a) zeigt zunächst eine Resonatoreinrichtung 70, bei der auf einer Leiterplatte 42 ein Streifenleitungs-Resonator 46 mit einer einzigen Zuleitung 52 angeordnet ist. Der Streifenleitungs-Resonator 46 ist durch einen quadratischen Microstrip-Resonator 50 mit einer diagonalen, mittigen Aussparung 54 gebildet, die unter einem 45°-Winkel zur Zuleitung 52 steht. Die Symmetrieachsen 56 kreuzen sich in der Mitte der Aussparung 54. Die Kontaktachse 101 entspricht in diesem Beispiel also der Achse der Zuleitung 52 und steht im 45°-Winkel zu den Kanten der Aussparung 54.
Bei der Resonatoreinrichtung 72 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3(b) ist der Streifenleitungs-Resonator 46 durch einen Microstrip-Resonator 50 gebildet, bei dem zwei diagonal gegenüberliegende Ecken 58 eines vollständigen Quadrats abgeschnitten sind. Die Symmetrieachsen 56 des Streifenleitungs-Resonators 46 kreuzen sich im Mittelpunkt der Struktur. Die Kontaktachse 101 entspricht in diesem Beispiel also der Achse der Zuleitung 52 und steht im 45°-Winkel zu den abgeschrägten Kanten 58.
Bei der Resonatoreinrichtung 74 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3(c) enthält der quadratische Streifenleitungs-Resonator 50 zur Signalankopplung durch die Rückseite der Leiterplatte 42 eine Durchkontaktierung 60 auf der Quadrat-Diagonalen. Diese Durchkontaktierung bildet kein symmetriebrechendes Element, sondern definiert den Kontaktpunkt 100. Der Streifenleitungs-Resonator 50 weist vier Symmetrieachsen 56 auf, die sich im Mittelpunkt des Quadrats kreuzen. Die Kontaktachse 101 entspricht einer Diagonalen des Quadrats und steht daher im 45°-Winkel zu dessen Kanten.
Bei der Resonatoreinrichtung 76 des Ausführungsbeispiels der Fig. 3(d) ist die einzige Zuleitung 52 an eine Ecke 62 eines quadratischen Streifenleitungs-Resonators 50 angekoppelt. Der Streifenleitungs-Resonator 50 weist vier Symmetrieachsen 56 auf, die sich im Mittelpunkt des Quadrats kreuzen. Die Kontaktachse 101 entspricht einer Diagonalen des Quadrats und steht daher im 45°-Winkel zu dessen Kanten.
Die Ausgestaltungen der Fig. 3, die nur eine einzige Zuleitung aufweisen, haben gegenüber einer Gestaltung mit zwei Zuleitungen nach Fig. 2 den Vorteil, dass sich weniger Signalleiter auf der Oberseite des Aufbaus befinden und dadurch mögliche Verzerrungen im Phasenverhalten der Signalzuführung unterdrückt werden. Um die Vorteile erfindungsgemäßer Sensorelemente mit zirkular polarisierter Resonatoreinrichtung zu demonstrieren, wurde das Verhalten eines Sensorelements mit einem quadratischen X/2-Streifenleitungs-Resonator nach Fig. 2 simuliert.
Der Streifenleitungs-Resonator ist auf einer Leiterplatte der Stärke 1,5 mm aufgebaut, deren Dielektrizitätskonstante 3,66 beträgt. Die Kantenlänge des Resonators beträgt 7,1 mm, entsprechend einer Resonanzfrequenz von 9,8 GHz. Der Resonator wird über die in Fig. 2 dargestellte Zuleitungsstruktur angekoppelt. Dazu wurde die Resonator-Impedanz an zwei zueinander senkrecht stehenden Kanten mit Hilfe von X/ 4-lmpedanz- transformatoren auf 100 Q transformiert. Das Signal in einer der beiden Leitungen wird mit Hilfe einer zusätzlichen Leiterbahn um eine Phase von 90° verzögert. Durch die anschießende Parallelschaltung der beiden Zuleitungen ergibt sich eine Eingangsimpedanz von 50 Q. Der so erhaltene Streifenleitungs-Resonator erzeugt über die Ankopplung von zwei Seiten und die 90° Verzögerungsleitung ein Anregefeld mit zirkularer Polarisation.
Als Vergleichsbeispiel wurde das Verhalten eines Vergleichs-Streifenleitungs-Resona- tors simuliert, der die gleiche Geometrie wie der erfindungsgemäße Resonator aufweist, aber ohne Verzögerungsstrecke an nur einer Kante an die Signalleitung angekoppelt ist und somit in herkömmlicher Weise ein linear polarisiertes Anregefeld erzeugt.
Die erfindungsgemäße Resonatoreinrichtung nach Fig. 2 weist eine um etwa 15% geringe Güte Q als der Vergleichsresonator auf. Diese geringere Güte ist nach gegenwärtigem Verständnis auf Verluste und Imperfektionen im Ankoppelnetzwerk zurückgeführt.
Um die Detektionseigenschaften der erfindungsgemäßen Resonatoreinrichtung und des Vergleichs-Resonators quantifizieren zu können, wurde anschließend mit beiden Resonatoreinrichtungen eine Spinresonanz-Messung simuliert. Dazu wurden die Resonatoreinrichtungen jeweils in den Luftspalt eines permanent-magnetischen Kreises eingebracht. In diesem Luftspalt befand sich darüber hinaus eine mit einem Spinresonanz-Merkmal beladene Papierprobe sowie eine planare Modulationsspule zur Erzeugung des Modulationsfeldes. Das Spinresonanz-Merkmal war dabei so ausgelegt, dass die Spinübergänge mit einem bezogen auf die Bo-Flussrichtung rechtshändig zirkular polarisierten Anregefeld Bi angeregt werden.
Die Resonatoreinrichtung der Fig. 2 wurde bei der Simulation in zwei unterschiedlichen Orientierungen in den Luftspalt eingebracht, nämlich einmal in einer Art und Weise, in der sie bezogen auf die Bo -Flussrichtung ein linkshändig polarisiertes Feld erzeugt, und einmal in einer Art und Weise, in der sie ein rechtshändig polarisiertes Feld erzeugt. Wegen der genannten Auslegung des Spinresonanz-Merkmals wird nur in der letztgenannten Orientierung eine nennenswerte Anregung von Spinübergängen erwartet.
Mit den drei so aufgebauten Sensorelementen wurde jeweils das Spinresonanz-Signal der Papierprobe aufgezeichnet. Als Ergebnis wurde mit dem Sensorelement, das mit der erfindungsgemäßen, auf rechtshändige Polarisation eingerichteten Resonatoreinrichtung ausgestattet ist, ein um einen Faktor 1,27 höheres Signal erhalten, als mit dem Sensorelement mit dem linear polarisierten Vergleichs-Resonator. Das Zurückbleiben hinter der maximal möglichen Intensitätssteigerung um einen Faktor 2 « 1,41 ist nach gegenwärtigem Verständnis auf die etwas niedrigere Güte Q des zirkular polarisierten Resonators zurückzuführen.
Mit dem auf linkshändige Polarisation eingerichteten Resonator, der nicht auf die Spinresonanz der Papierprobe angepasst ist, wurde erwartungsgemäß eine nahezu verschwindende Signalamplitude gemessen. Bezugszeichenliste
10 Banknotenprüfling
12 Spinresonanz-Merkmal
14 Transportpfad
20 Prüfvorrichtung
22 Signalquelle
24 Duplexer
26 Detektor-Diode
28 Auswerteeinheit
30 Sensorelement
34 Polarisationseinrichtung
36 Modulationseinrichtung
40 Resonatoreinrichtung
42 Leiterplatte
44 Zuleitungsstruktur
46 Streifenleitungs-Resonator
48 Massefläche
50 quadratischer Microstrip-Resonator
52 Zuleitung
54 diagonale mittige Aussparung
56 Symmetrieachsen
58 diagonal gegenüberliegende Ecken
60 Durchkontaktierung
62 Ecke
70, 72, 74, 76 Resonatoreinrichtungen

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Sensorelement (30) für die Prüfung eines flächigen Datenträgers (10), insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal (12), mit einem Magnetkern mit einem Luftspalt, in den der flächige Datenträger (10) zur Prüfung einbringbar ist, einer Polarisationseinrichtung (34) zu Erzeugung eines statischen magnetischen Flusses in dem Luftspalt, und einer Resonatoreinrichtung (40) zur Anregung des Spinresonanz-Merkmals des zu prüfenden Datenträgers in dem Luftspalt, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoreinrichtung (40) einen Streifenleitungs-Resonator (46) und eine Zuleitungsstruktur (44) für den Streifenleitungs-Resonator umfasst, und durch die Geometrie des Streifenleitungs-Resonators (46) und/ oder die Geometrie der Zuleitungsstruktur (44) zur Erzeugung eines Hochfrequenzfelds mit zirkularer Polarisation ausgebildet ist.
2. Sensorelement (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoreinrichtung (40) eine passive, zirkular polarisierte Resonatoreinrichtung ist, insbesondere eine Resonatoreinrichtung ohne aktive elektronische Phasenschieber.
3. Sensorelement (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungsstruktur der Resonatoreinrichtung (40) höchstens zwei Zuleitungen für den Streifenleitungs-Resonator enthält,
4. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoreinrichtung (40) als Streifenleitungs-Resonator (46) eine leitende Struktur mit einer charakteristischen Länge 1 umfasst, und dass die Zuleitungsstruktur (44) genau zwei Zuleitungen zu dem Streifenleitungs-Resonator und eine Verzögerungsleitung für die Erzeugung einer Phasenverschiebung zwischen Signalen in den beiden Zuleitungen enthält.
5. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoreinrichtung (40) als Streifenleitungs-Resonator eine leitende Struktur mit einer charakteristischen Länge 1 umfasst, und dass die Zuleitungsstruktur genau eine Zuleitung zu dem Streifenleitungs-Resonator enthält, die mit dem Streifenleitungs-Resonator (46) an einem Kontaktpunkt (100) verbunden ist, wobei der Streifenleitungs-Resonator (46) symmetrisch zu mindestens zwei Symmetrieachsen (56) ausgebildet ist, wobei eine Kontaktachse (101) definiert ist durch die Verbindung zwischen dem Kontaktpunkt (100) und dem Schnittpunkt der Symmetrieachsen (56), und wobei der Streifenleitungs-Resonator (46) Kanten aufweist, die in einem Winkel zwischen 40° und 50° zur Kontaktachse (101) ausgebildet sind.
6. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifenleitungs-Resonator (46) flächig mit einer Haupterstreckungsebene ausgebildet ist, welche senkrecht auf der Richtung des von der Polarisationseinrichtung erzeugten statischen magnetischen Flusses steht.
7. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoreinrichtung (40) in dem Luftspalt so angeordnet ist, dass sich ein zur Prüfung eingebrachter flächiger Datenträger im Nahfeld des von dem Streifenleitungs-Resonator erzeugten Anregefelds befindet.
8. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoreinrichtung (40) auf die Anregung von Spinresonanz- Signalen mit einer Frequenz oberhalb von 1 GHz, insbesondere zwischen 1 GHz und 10 GHz, ausgelegt ist.
9. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt eine Höhe von weniger als 10 mm, vorzugsweise von weniger als 5 mm, aufweist.
10. Prüfvorrichtung (20) für die Prüfung eines flächigen Datenträgers, insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal mit einem Sensorelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, und genau einer Signalquelle (22), aus der die Resonatoreinrichtung (40) mit einer vorbestimmten Anregefrequenz gespeist wird.
11. Prüfvorrichtung (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoreinrichtung (40) als Streifenleitungs-Resonator (46) eine leitende Struktur mit einer charakteristischen Länge 1 umfasst, und dass die Zuleitungsstruktur (44) genau zwei Zuleitungen zu dem Streifenleitungs-Resonator und eine Verzögerungsleitung für die Erzeugung einer Phasenverschiebung zwischen Signalen in den beiden Zuleitungen enthält, und dass die beiden Zuleitungen aus derselben Signalquelle (22) gespeist werden, und die Verzögerungsstrecke der Verzögerungsleitung bei der vorbestimmten Anregefrequenz einer Phasenverschiebung um 90° entspricht.
12. Prüfvorrichtung (20) nach Anspruch 10 oder 11, mit einer Transporteinrichtung, die die zu prüfenden flächigen Datenträger (10) entlang eines Transportpfades (14) in eine Prüfposition im Luftspalt einbringt bzw. durch eine Prüfposition im Luftspalt des Magnetkerns hindurchführt, wobei die Resonatoreinrichtung so in dem Luftspalt angeordnet ist, dass sich die Prüfposition im Nahfeld des von dem Streifenleitungs-Resonator erzeugten Anregefelds befindet.
13. Prüfvorrichtung (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung auf einen schnell-laufenden Transport der zu prüfenden flächigen Datenträger entlang des Transportpfades (14) ausgelegt und eingerichtet ist.
14. Verfahren zur Prüfung eines flächigen Datenträgers (10), insbesondere einer
Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal (12) mittels eines Sensorelements (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einer Prüfvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei bei dem Verfahren ein zu prüfender flächiger Datenträger (10) in den Luftspalt des Magnetkerns des genannten Sensorelements (30) eingebracht wird, mit der Polarisationseinrichtung (34) ein statischer magnetischer Fluss und vorzugsweise mit einer Modulationseinrichtung (36) ein zeitlich variierendes mag- netisches Modulationsfeld in dem Luftspalt erzeugt wird, und mit der Resonatoreinrichtung (40) das Spinresonanz-Merkmal (12) des zu prüfenden Datenträgers (10) angeregt wird.
EP23722824.2A 2022-05-06 2023-05-05 Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung eines datenträgers mit spinresonanz-merkmal Pending EP4519659A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022001599.4A DE102022001599A1 (de) 2022-05-06 2022-05-06 Sensorelement, Prüfvorrichtung und Verfahren für die Prüfung eines Datenträgers mit Spinresonanz-Merkmal
PCT/EP2023/025208 WO2023213437A1 (de) 2022-05-06 2023-05-05 Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung eines datenträgers mit spinresonanz-merkmal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4519659A1 true EP4519659A1 (de) 2025-03-12

Family

ID=86331045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23722824.2A Pending EP4519659A1 (de) 2022-05-06 2023-05-05 Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung eines datenträgers mit spinresonanz-merkmal

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20250290879A1 (de)
EP (1) EP4519659A1 (de)
CN (1) CN119053850A (de)
DE (1) DE102022001599A1 (de)
WO (1) WO2023213437A1 (de)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2653251A1 (fr) 1989-10-13 1991-04-19 Centre Nat Rech Scient Procede d'authentification d'un objet par resonance paramagnetique electronique appareillage pour sa mise en óoeuvre et objet utilisable avec le procede.
DE10124737B4 (de) * 2001-05-21 2005-02-24 Siemens Ag Planare, zirkularpolarisierende HF-Antenne für offene MR-Systeme
WO2013000508A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-03 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Magnetic resonance hyperpolarization probe head
FR3018361B1 (fr) * 2014-03-10 2018-03-09 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Emetteur-recepteur a polarisations circulaires pour l'imagerie par resonance magnetique

Also Published As

Publication number Publication date
US20250290879A1 (en) 2025-09-18
WO2023213437A1 (de) 2023-11-09
DE102022001599A1 (de) 2023-11-09
CN119053850A (zh) 2024-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4226170B1 (de) Vorrichtung zur echtheitsprüfung eines datenträgers mit nullfeld-nmr-merkmal
EP4264245B1 (de) Sensorelement und vorrichtung für die echtheitsprüfung eines datenträgers mit einem spinresonanz-merkmal
DE112019000183B4 (de) Elektrische ferromagnetische Resonanzprüfvorrichtung (FMR-Prüfvorrichtung) für spintronische Vorrichtungen
DE2328472C3 (de) Verfahren zur magnetischen Resonanz-Spektroskopie und dafür geeignetes Impulsspektrometer
DE102019124329B4 (de) Verfahren der ferromagnetischen resonanz zur messung der sättigungsmagnetisierung von magnetfilmen und mehrschichtstapeln mittels in x -und y-richtung zueinander angeordneten länglichen strukturen und bestimmen einer resonanzdifferenz
DE3853473T2 (de) Magnetische brückenanordnungen.
EP4315287B1 (de) Sensorelement und vorrichtung für die echtheitsprüfung eines datenträgers mit einem spinresonanz-merkmal
WO2023213437A1 (de) Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung eines datenträgers mit spinresonanz-merkmal
EP4519709B1 (de) Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung eines datenträgers mit spinresonanz-merkmal
EP4519708B1 (de) Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung von datenträgern mit spinresonanz-merkmal
WO2023213440A1 (de) Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung eines datenträgers mit spinresonanz-merkmal
DE102022001592A1 (de) Sensorelement, Prüfvorrichtung und Verfahren für die Prüfung eines Datenträgers mit Spinresonanz-Merkmal
EP4315288B1 (de) Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung von datenträgern mit einem spinresonanz-merkmal
EP4519660A1 (de) Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung eines datenträgers mit spinresonanz-merkmal
DE102020114433A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Materialeigenschaft eines Karbonwerkstoffobjektes
HK40115363A (zh) 用於检查具有自旋共振特徵的数据载体的传感器元件、检查装置和方法
DE1523112A1 (de) Vorrichtung fuer gyromagnetische Resonanz,insbesondere Resonanz-Spektrometer
DE4327375A1 (de) Verfahren zur selektiven Erkennung magnetischer und dielektrischer Suszeptibilitätsprofile

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20241206

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)