ES2209382T3 - Sensor de induccion. - Google Patents
Sensor de induccion.Info
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Abstract
Cabeza de inducción ppara detectar una banda magnética u otras estructuras de seguridad permeables magnéticamente, dicha cabeza de inducción (2) comprende una bobina de excitación (18) situada en el interior de un concentrador conductivo eléctricamente (4) dicha bobina de excitación produce un campo primario que induce una corriente secundaria sensible en dicho concentrador, dicho concentrador tiene paredes laterales tubulares (6) que definen una cavidad central hueca cerrada en un extremo por una pared extrema (8), dicha pared extrema tiene un intersticio de medida estrecho (10) que divide dicha pared extrema en dos secciones opuestas, dichas paredes laterales están también interrumpidas por una hendidura (14) adyacente a un extremo de dicho intersticio de medida para provocar una concentración de dicha corriente secundaria al pasar a lo largo de dicho intersticio (10) que puede ser regulado ppara un cambio en la inducción debido a la presencia de una banda magnética alargada u otra estructura de seguridad permeable magnéticamente que se mueve por el intersticio de medida.
Description
Sensor de inducción.
La presente invención se refiere a una cabeza de
inducción para uso en la detección de una capa magnética o de un
elemento conductor que pasan muy cerca de la cabeza de inducción.
La cabeza de inducción tiene una aplicación específica para uso en
asociación con dispositivos de verificación y dispositivos de
seguridad en los que se pasa un substrato por debajo de la cabeza y
tiene elementos conductores electromagnéticos asociados con la misma
que necesitan ser detectados.
Ciertos documentos tales como billetes de banco
son fabricados con unos hilos de seguridad que tienen una capa de
metal conductor encima de los mismos que puede ser detectada y son
difíciles de copiar. Hay varios dispositivos de seguridad que son
capaces de detectar la presencia de estos hilos de seguridad
pasándolos por debajo de una cabeza magnética. La inducción de la
cabeza magnética cambia cuando un material caracterizado por una
permeabilidad magnética alta, tal como un hilo de seguridad, es
situado en el campo magnético de la cabeza magnética, y muy cerca
de la cabeza magnética. La cabeza de inducción es parte de la
circuitería eléctrica de modo que cualquier cambio en su inducción
provoca cambios respectivos en las características de funcionamiento
de la circuitería. La mayoría de cabezas magnéticas utilizadas para
detección de hilos de seguridad, contienen un núcleo ferromagnético
usado para intensificar el campo magnético muy cerca del camino del
billete de banco.
Aunque el material magnético ferromagnético
intensifica el campo magnético y permite la concentración del campo
magnético, esta intensificación cambia en función de temperatura
ambiente, presión atmosférica y humedad. Estos factores tienen un
impacto sobre la permeabilidad magnética de los núcleos
ferromagnéticos y de este modo, algunos cambios en la señal de
circuitería pueden ser causados por cambios en estos factores, en
oposición a la presencia de un material que tiene una permeabilidad
magnética alta.
La Patente U.S. 5,640,754 da a conocer un
concentrador hueco para una cabeza de lectura magnética, con un
intersticio en una pared extrema del concentrador.
La presente invención parte desde el aceptado
enfoque de utilizar un material ferromagnético para intensificar el
campo magnético como es común en la técnica. La presente estructura
utiliza una combinación de componentes y un único concentrador para
producir un campo magnético secundario que puede estar situado muy
cerca de un billete de banco, para la detección de hilos de
seguridad o otras estructuras de seguridad permeables
magnéticamente.
Una cabeza de inducción para la percepción de una
banda magnética u otra estructura de seguridad permeable
magnéticamente, según la presente invención, comprende una bobina de
excitación situada en el interior de un concentrador conductivo
eléctricamente. La bobina de excitación produce un campo primario
que induce una corriente secundaria sensible en el concentrador. El
concentrador tiene paredes laterales tubulares que definen una
cavidad central hueca cerrada en un extremo mediante una pared
extrema. La pared extrema tiene un intersticio de medida estrecho
que divide dicha pared extrema en dos secciones opuestas. Las
paredes laterales están también interrumpidas mediante una hendidura
adyacente a un extremo de dicho intersticio de medida para provocar
una concentración de dicha corriente secundaria al pasar a lo largo
de dicho intersticio que puede ser regulado para un cambio en la
inducción debido a la presencia de una banda magnética alargada u
otra estructura de seguridad permeable magnéticamente, que se mueve
por el intersticio de medida.
Según un aspecto de la invención, las paredes
laterales son cilíndricas e incluyen una hendidura vertical en un
extremo de dicho intersticio de medida que produce dicha
interrupción en dichas paredes laterales.
Según otro aspecto de la invención, el
intersticio de medida y la hendidura en las paredes laterales
producen una divisoria a través de la mayor parte del concentrador
y provocan una deseable redirección y concentración de dicha
corriente secundaria a lo largo del intersticio de medida.
Todavía otro aspecto de la invención, el
concentrador está hecho de un material de aluminio.
En un aspecto preferido de la invención, la
cabeza de inducción es excitada mediante una señal de frecuencia
alta produciendo la corriente secundaria en una capa superficial
del concentrador.
En un aspecto de la invención, el concentrador
está hecho de aluminio, cobre o un material basado en plata.
Realizaciones preferidas de la invención son
mostradas en los dibujos, en los que:
La Figura 1 es una vista en sección parcial en
perspectiva que muestra la cabeza de inducción y los varios
componentes de la misma.
La Figura 2 es una vista en perspectiva similar a
la de la Figura 1 con la bobina de excitación extraída y la
corriente secundaria mostrada sobre la superficie del
concentrador.
La Figura 3 es una vista superior del
concentrador.
La Figura 4 es una sección transversal parcial a
través de la cabeza de inducción.
La Figura 5 es una vista inferior de la cabeza de
inducción.
La Figura 6 es un diagrama de bloques que muestra
una aplicación de la cabeza de inducción; y
La Figura 7 es un diagrama de circuito que
muestra el uso de la cabeza de inducción.
La cabeza de inducción 2 mostrada en la Figura 1
comprende un concentrador hecho de un material que tiene una alta
permeabilidad magnética tal como aluminio, cobre o plata. El
concentrador tiene paredes laterales 6, y una pared extrema 8 que
tiene un intersticio de medida 10 formado como una interrupción de
la pared extrema 8. El extremo opuesto del concentrador es abierto
como se indica en 12 definiendo una cavidad central 11. Las paredes
laterales son interrumpidas o discontinuas como es indicado por la
interrupción 14 que está alineada con el intersticio de medida 10.
Las interrupciones 12 y 14 provocan una concentración de corriente
deseada del campo magnético secundario.
Una bobina arrollada 18 hecha de hilo aislado
está situada en el interior del concentrador y es contigua con las
paredes laterales 6 del concentrador. Las espiras individuales de
la bobina están aisladas.
Una corriente de excitación indicada por 20 que
preferiblemente es una señal de alta frecuencia es usada para
excitar la bobina arrollada y de este modo, produce un campo
primario directamente asociado con la bobina arrollada 18. Este
campo primario produce una corriente secundaria, como es indicado en
la Figura 2. El grosor de las paredes laterales 6 del concentrador
4 y la frecuencia de la señal de excitación 20 producen las
corrientes secundarias 30 sobre la superficie interior del
concentrador 4. Estas corrientes secundarias están sobre la
superficie del concentrador en una capa superficial pequeña del
concentrador. El concentrador es muchas veces más grueso que esta
capa superficial. Como puede ser apreciado a partir de la Figura 2,
las corrientes secundarias sobre la superficie del concentrador son
redirigidas como se indica en 32 inmediatamente adyacente a la
interrupción 14 dispuesta en las paredes laterales 6. Esta
redirección de las corrientes secundarias, provoca una
concentración de las corrientes secundarias, a cada lado del
intersticio de medida 10 como es indicado en 34. Esto provoca a la
corriente para cruzar el concentrador y a continuación volver a lo
largo del lado opuesto del intersticio de medida 10. Cuando alcanza
el lado contrario del intersticio de medida, las corrientes
secundarias son entonces redistribuidas a lo largo de la superficie
interior del concentrador para completar el circuito. Con esta
disposición, el concentrador produce una redirección de las
corrientes secundarias debido a la interrupción en las paredes
laterales y una concentración de las corrientes, a cada lado del
intersticio de medida. Como puede ser apreciado, la corriente ahora
ha estado girando 90º y tiene un eje perpendicular al eje del campo
primario. La corriente sobre cada lado del intersticio de medida
tiene una dirección opuesta y de modo que son formados dos campos
magnéticos en el intersticio de medida. Como una banda conductora
que se pasa por el intersticio de medida y generalmente se alinea
con el intersticio de medida. Esto primero interrumpe y cambia el
primer campo y posteriormente interrumpe y cambia el segundo campo.
Esto proporciona una transición inmediata que puede ser detectada
fácilmente.
Las Figuras 3, 4 y 5 muestran detalles
adicionales de la cabeza de inducción 2. En este caso, el
concentrador 4 está soportado por una caja 40 de un material
aislado eléctricamente. Esto permite al concentrador ser aislado
eléctricamente de otras estructuras de soporte. La bobina arrollada
18 está todavía asociada con el concentrador 4 y está asegurada
mediante un arrollamiento parcial alrededor del terminal 7 y del
terminal 8. El concentrador también tiene un terminal eléctrico 9
que es utilizado para permitir al concentrador ser utilizado como
una pantalla electrostática.
La bobina 18 es una parte activa del circuito
para la cabeza de inducción. Esta hecha de modo estándar,
preferiblemente con un hilo de cobre aislado. Cuando se escoge un
grosor para el hilo, es necesario proceder a partir del hecho de
que para las dimensiones de conjunto dadas y la frecuencia
operacional de la cabeza de inducción, existe el grosor óptimo del
hilo. Si el hilo es escogido demasiado delgado, esto reduce la
calidad de la cabeza de inducción y afecta negativamente la
posibilidad de registrar pequeños cambios en la inducción. Si el
hilo es escogido demasiado grueso, puede provocar una interacción
ineficiente entre la bobina y el concentrador o una inducción de
cabeza inaceptable.
El concentrador 4 está hecho de material con el
máximo posible de conductancia específica. Por ejemplo, podría
estar hecho de aluminio, cobre, plata, etc. Sus paredes son
relativamente gruesas de modo que las corrientes secundarias están
en una capa superficial en la frecuencia operacional. Para
incrementar la densidad axial de la corriente en el intersticio de
medida, la altura del intersticio, es decir el grosor de la parte
inferior del concentrador cercano al intersticio, es reducida tanto
como sea práctico. Esto puede lograrse seleccionando el grosor
adecuado de la parte inferior en la zona del intersticio. El grosor
de la parte inferior es todavía mucho mayor que el grosor de la
capa superficial en la frecuencia operacional.
La superficie finaliza en el intersticio de
medida, es de alta calidad proporcionar la concentración deseada en
el intersticio de medida. Debería ser observado que la forma real
del intersticio de medida y la longitud y anchura son seleccionadas
en base a los requerimientos de los parámetros y la configuración
del área de trabajo de la cabeza de inducción.
El principal propósito del concentrador ha sido
ya descrito y forma la configuración del campo magnético de la
cabeza de inducción. Además, este componente también le permite
proporcionar una pantalla electrostática para la cabeza. Esto es
importante con referencia a una señal de alta frecuencia usada en
la cabeza como parte de la señal de excitación. Esta señal de alta
frecuencia asegura la relación requerida entre el grosor de la capa
superficial y la parte inferior del concentrador. Esto afecta
también la sensibilidad de detección de la cabeza de inducción en
la frecuencia operacional. La capacitancia de la cabeza de
inducción y sus componentes de circuitería electrónica es pequeña y
adicional, una capacitancia parcial entre la bobina y un billete de
banco que se mueve por debajo de la cabeza puede cambiar la
impedancia de la cabeza de inducción durante la medición, cual
cambio no es debido a un hilo de seguridad haciendo más difícil la
valoración de cambios. Por otro lado, la bobina está alimentada con
un voltaje considerable y su capacitancia se acopla con otros
componentes del dispositivo, en alta frecuencia, puede interferir
con el funcionamiento de estos componentes y provocar emisión al
medio ambiente, de modo que se reduce la compatibilidad
electromagnética.
La Figura 6 muestra la circuitería electrónica
utilizada con la cabeza de inducción. La corriente de la cabeza de
inducción (?) en este circuito es convertida en la frecuencia del
oscilador autoexcitado, con sus circuitos resonantes conectados a
la cabeza de inducción. Esta versión es de inferior calidad debido
a la transformación de la corriente y ausencia de núcleos
ferromagnéticos. De este modo, el oscilador autoexcitado es sensible
a factores desestabilizadores de frecuencia de no impedancia.
Además, este mismo circuito requiere que el coeficiente de
acoplamiento (k) entre la cabeza y los componentes activos del
oscilador autoexcitado deba ser incrementado, por esta razón se
incrementan las impedancias del circuito a un grado en el que
componentes activos del circuito influyen con una respuesta de
frecuencia. En este circuito, medidas de aislamiento deberían ser
reducidas para eliminar perturbaciones del circuito del circuito
oscilador autoexcitado: por ejemplo; estabilizando el voltaje de la
fuente de alimentación, protegiendo los componentes activos del
oscilador autoexcitado, etc. Otros datos de respuesta de frecuencia
que se procesan pueden ser conducidos con la aplicación de
diferentes técnicas estándar: con el contador de frecuencia
digital, el detector de señal modulada de frecuencia, etc.
Como el circuito de cabeza de inducción funciona
a una frecuencia operacional relativamente alta, el campo eléctrico
producido en esta frecuencia debe estar protegido del área de
trabajo de la cabeza de inducción. Además, un billete de banco que
se mueve a través del área de trabajo tiene unas características
dieléctricas variables (debido a variaciones en permitividad
dieléctrica, coeficiente de pérdidas dieléctricas, grosor y
posicionamiento en el camino). Estas variaciones en la presencia de
un campo eléctrico en el área de trabajo, pueden dar origen a
modulaciones de la frecuencia del oscilador (por consiguiente,
ocasionar interferencias con el funcionamiento del sensor). Para
eliminar la influencia de la alta frecuencia y variaciones
dieléctricas, el tamaño de la anchura del intersticio en la parte
inferior del concentrador debería ser minimizado. El empleo del
concentrador como una pantalla electrostática también ayuda a
aislar el área de trabajo de influencias externas. Para trabajar
correctamente, el terminal eléctrico del concentrador debe estar
conectado a una ubicación en el circuito que tenga un voltaje
constante en relación con otros voltajes. Es también deseable
conectar la bobina a los circuitos de procesado permitiendo al
extremo de bobina establecerse cerca de la parte inferior
del concentrador (esto es el terminal 7) para tener un potencial
constante en relación con todos los otros potenciales. En la
modificación dada en la Figura 3, el concentrador está hecho de
aluminio. Su diámetro exterior es 8mm, su altura es 5mm, la anchura
del intersticio es 0.4mm, mientras que el grosor de las paredes
laterales es 0.5mm y el grosor de la parte inferior es 0.2mm. Para
mejorar la resistencia haciendo referencia al deterioro y
aislamiento apropiado, el área de trabajo del concentrador es
oxidada. La bobina de un diseño de una capa, y tiene 20 espiras de
hilo de cobre de diámetro 0.15 mm con aislante barnizado. Los
extremos de la bobina están conectados a los terminales apretados en
la caja. El concentrador está conectado a los terminales apretados
en la caja. El concentrador está conectado a un terminal
similar.
Otra posible modificación tiene el concentrador
que consta de dos mitades, lo que significa que el intersticio
discurra por ambas caras de la superficie cilíndrica. En este caso
la dirección de las corrientes de Foucault es un poco diferente que
la mostrada en la Figura 2, pero también logra la concentración
deseada del campo magnético.
La cabeza de inducción es utilizada en el
oscilador designado como un oscilador de Colpitts (ver Figura 5).
La bobina de cabeza de inducción se conecta al oscilador de una
manera que permite que el extremo de la bobina, cercano a la parte
inferior del concentrador, sea conectado al terminal común de la
fuente de alimentación.
Generalmente, los osciladores Colpitts tienen
características de distorsión de baja salida. El circuito 50
muestra un oscilador Colpitts alimentado por una fuente de
alimentación 54. La cabeza de inducción 2 está conectada al
circuito con los terminales 7 y 9 a la tierra 62 y con el terminal
8 al condensador de acoplamiento 66. El transistor 52 conduce el
circuito. Los condensadores de sintonización 58 y 68 ayudan a
determinar la frecuencia resonante del circuito. La salida se toma
desde el terminal 56. Las resistencias 64 y 70 y el condensador 60
también ayudan a sintonizar el circuito.
Claims (7)
1. Cabeza de inducción para detectar una banda
magnética u otras estructuras de seguridad permeables
magnéticamente, dicha cabeza de inducción (2) comprende una bobina
de excitación (18) situada en el interior de un concentrador
conductivo eléctricamente (4) dicha bobina de excitación produce un
campo primario que induce una corriente secundaria sensible en dicho
concentrador, dicho concentrador tiene paredes laterales tubulares
(6) que definen una cavidad central hueca cerrada en un extremo por
una pared extrema (8), dicha pared extrema tiene un intersticio de
medida estrecho (10) que divide dicha pared extrema en dos
secciones opuestas, dichas paredes laterales están también
interrumpidas por una hendidura (14) adyacente a un extremo de
dicho intersticio de medida ara provocar una concentración de dicha
corriente secundaria al pasar a lo largo de dicho intersticio (10)
que puede ser regulado para un cambio en la inducción debido a la
presencia de una banda magnética alargada u otra estructura de
seguridad permeable magnéticamente que se mueve por el intersticio
de medida.
2. Cabeza de inducción según la reivindicación 1,
en la que dichas paredes laterales son cilíndricas e incluyen una
hendidura vertical en un extremo de dicho intersticio de medida que
produce dicha interrupción en dichas paredes laterales.
3. Cabeza de inducción según la reivindicación 2,
en la que dicho intersticio de medida y dicha hendidura en dichas
paredes laterales producen una divisoria a través de la mayor parte
de dicho concentrador y provocan una redirección y concentración
deseable de dicha corriente secundaria a lo largo de dicho
intersticio de medida.
4. Cabeza de inducción según la reivindicación 2,
en la que dicho concentrador está hecho de un material de
aluminio.
5. Cabeza de inducción según la reivindicación 4,
en la que dicho campo de medida tiene un eje perpendicular al eje
del campo magnético producido por dicha bobina de excitación.
6. Cabeza de inducción según la reivindicación 1,
en la que dicha cabeza es excitada por una señal de alta frecuencia
produciendo dicha corriente secundaria en una capa superficial de
dicho concentrador debido al grosor de dicho concentrador.
7. Cabeza de inducción según la reivindicación 6,
en la que dicho concentrador está hecho de aluminio, cobre o un
material basado en plata.
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