NO323488B1 - Magnetisk detektor for sikkerhetsdokument - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for deteksjon av nærværet av partikler i et substrat hvis basismateriale har elektromagnetiske egenskaper som er betydelig forskjellige fra de tilsvarende elektromagnetiske egenskapene til partiklene.

Oppfinnelsen er hovedsakelig tenkt brukt til identifisering eller autentisering av alle typer sikkerhetsdokumenter som har et basismateriale av papir eller et syntetisk materiale slik som pengesedler, sjekker, pass, kredittkort, billetter, loddsedler og obligasjoner som omfatter de ovennevnte artikler, men den kan også anvendes på andre områder hvor gjenstander må kunne gjenkjennes.

Identifisering av sikkerhetsdokumenter er et område som teknikkens stand har beskjeftiget seg meget med.

Enkelte tidligere kjente løsninger går i retning av gjenkjennelse av mulige karakteristiske mønstre som er trykket på overflaten av noen sikkerhetsdokumenter.

For å hindre ekte sikkerhetsdokumenter fra å bli forfalsket ved kopiering ved hjelp av fargekopieringsapparater med høy oppløsning, har teknikkens stand også foreslått å tilføye den fiberaktige strukturen til substratets basismateriale eller dokumentets overflate en eller flere sikkerhetselementer som gjør det mulig å identifisere og/eller vanskeliggjøre fremstillingen av dokumentet.

US-A-4 114 032 (prioritet 1973) og US-A-4 218 674 (inngitt 1975) beskriver et liknende system hvor sikkerhetsdokumentene har fibre som er belagt med et magnetisk eller magnetiserbart materiale som er innbakt i disse. Den blotte tilstedeværelse av de magnetiske fibre inne i sikkerhetsdokumentene blir testet, eller, som et forbedret trekk, fordelingen av de magnetiske fibre i sikkerhetsdokumentet blir målt slik at hvert enkelt sikkerhetsdokument kan gis en unik markering. Opp til 500 millioner forskjellige mulige kombinasjoner kan oppnås.

EP-A-0 625 766, EP-A-0 632 398 og EP-A-0 656 607 (alle inngitt i 1993) beskriver et system hvor fibrene består av magnetisk pulver som kjerne i et polymerark. Magnetisk deteksjon blir foretatt ved hjelp av likestrøm som brukes til å eksitere en spole. På grunn av magnetisk forhistorie eller forstyrrelse av magnetfelter eller deformasjoner av sikkerhetsdokumentene er imidlertid repeterbarheten til et slikt magnetisk avsøkningssystem ikke sikker, og nøyaktig diskriminering mellom ekte sikkerhetsdokumenter og forfalskede dokumenter er ikke alltid garantert. Deteksjon er dermed ikke alltid distinkt.

Hvis dessuten tegn på sikkerhetsdokumentet er blitt trykket ved hjelp av en magnetisk trykksverte som kan detekteres ved hjelp av sorteringsapparatur, så kan det oppstå interferens mellom de magnetiske fibre og den magnetiske trykksverte i tegnene.

Andre utførelsesformer som er beskrevet i teknikkens stand, er basert på deteksjon av spesielle elektromagnetiske egenskaper ved sikkerhetselementene. FR 2 425 937 beskriver en fremgangsmåte til dispergering av metallfibre, mer spesielt fibre av rustfritt stål, inne i fiberstrukturen til papiret for å muliggjøre identifisering ved hjelp av mikrobølger.

US-A-4 820 912 (prioritet 1985) beskriver et alternativt system hvor sikkerhetsdokumentene omfatter tilfeldig fordelte, elektrisk ledende fibre. Ved å avsøke dokumentet ved hjelp av mikrobølger kan den unike fordeling av fibrene inne i sikkerhetsdokumentet fastslås. Opp til 64<320> forskjellige mulige kombinasjoner av det merke som karakteriserer denne fordelingen, kan oppnås. Anvendelse av denne mikrobølgeteknikken på reproduksjonsapparater, slik som fotokopieringsapparater, for å hindre sikkerhetsdokumenter fra å bli kopiert, slik som beskrevet i WO-A-95/24000 (prioritet 1994) svikter når det gjelder å skjelne sikkerhetsdokumenter fra trykte kretskort (PCB-er) eller fra gratulasjonskort med dekorativ metallfolie på sin overflate. Med et system montert på eksisterende utforminger av fargekopieringsmaskiner, er det i tillegg ikke i praksis mulig å måle mikrobølgeoverføringen gjennom pressplateområdet og dokumentet ettersom dette ville kreve en områdesensor montert på kopieringsmaskinens lokk, og dette er vanligvis uforenlig med deres konstruksjon. Ved å måle det mikrobølgesignalet som reflekteres, er det blitt funnet at signalene fra menneskehender ikke kan skjelnes fra de fra dokumenter som inneholder metallfibre. Systemet oppdager på den annen

side ikke forekomsten av fibrene hvis en metallplate blir lagt over et ekte sikkerhetsdokument. Spesielle deksler for fotokopieringsmaskiner eller metalldeler i nærheten av fotokopieringsmaskinen, kan forstyrre systemet. Disse systemene er følgelig ikke helt pålitelige.

Teknikkens stand har også frembrakt et antall optiske autentiseringssystemer. Noen av dem er blitt beskrevet allerede i US-A-3 313 941 (inngitt 1963) og i US-A-3 449 585 (inngitt 1966). Alle optiske systemer er imidlertid beheftet med den hovedulempe at slitasje eller skade eller smuss på overflaten av ekte sikkerhetsdokumenter kan forårsake at sikkerhetsdokumentene ikke lenger blir gjenkjent som autentiske.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å unngå ulempene ved teknikkens stand. Det er et annet formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et robust gjenkjennelsessystem som gjør det mulig å skjelne ekte sikkerhetsdokumenter fra andre gjenstander eller dokumenter.

Det er også et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et system som hindrer kopiering av ekte sikkerhetsdokumenter.

Det er nok et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et system som ikke interfererer med konvensjonelle magnettegn-lesere.

Det er et ytterligere formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et effektivt deteksjonsapparat for magnetiske partikler, til bruk i kopieringsmaskiner, salgsautomater og pengeseddel-tellemaskiner.

Deteksjonsapparatet ifølge foreliggende oppfinnelse benyttes i en metode for å detektere forekomsten av langstrakte magnetiske partikler i et substrat hvis basismateriale har magnetiske egenskaper som er vesentlig forskjellige fra de tilsvarende magnetiske egenskapene til de langstrakte partiklene. Basismaterialet er fortrinnsvis laget av et ikke-magnetisk materiale. De langstrakte partiklene har en slik lang og tynn form at deres avmagnetiseringsfaktor N er mindre enn 1/250, fortrinnsvis mindre enn 1/1000. Deres tverrsnittsdiameter er mindre enn 30 mikrometer og deres magnetiske metningsfelt Hs er større enn 100 A/m, fortrinnsvis større enn 200 A/m og helst større enn 300 A/m. Det magnetiske metningsfeltet Hs er fortrinnsvis mindre enn 1000 A/m. Uttrykket «magnetisk metningsfelt Hs» er her definert som magnetfeltet ved inntreden av metningsfluks-densiteten Bs. Uttrykket «tverrsnittsdiameter» refererer her til den maksimale tverrsnittsdimensjon.

Metoden går ut på følgende:

(a) å utsende et elektromagnetisk kildesignal med én eller flere spesielle grunnfrekvenser til substratet slik at eventuelle tilstedeværende langstrakte, magnetiske partikler går inn i en ikke-lineær del av sin B/H-kurve over i det minste en del av én periode av kildesignalet; (b) å detektere et elektromagnetisk deteksjonssignal som stammer fra substratet; (c) å teste deteksjonssignalet for forekomst av spesielle høyere overtoner av grunnfrekvensene eller en lineær kombinasjon av grunnfrekvensene samt overtonene, hvor de spesielle høyere overtoner er en indikasjon på forekomsten av de langstrakte, magnetiske partikler.

Det å bruke magnetiseringsegenskapenes ikke-linearitet i merkemateriale, dvs. endringen i magnetfluks-densitet B med påtrykt magnetfelt H, som en effektiv parameter for deteksjon, er en teknikk som er i og for seg kjent ved elektronisk gjenstandsovervåkning (electronic article surveillance, EAS) eller anti-tyverisys-temer. De signaler som kan oppnås ved denne løsningen, er meget tydelige, og elektronikken og signalbehandlingen kan være enkel. EAS-systemer er beskrevet på en uttømmende måte i patentlitteraturen. Noen eksempler er FR 763 681 (inngitt 1933), US-A-3 631 442 (inngitt 1967), US 3 990 065 (inngitt 1975) og EP-A-0 153 286 (prioritet 1984).

Et antall betydelige forskjeller mellom EAS-systemer og foreliggende oppfinnelse er imidlertid tydelige.

I EAS-systemer blir anti-tyverietiketter brukt til å utløse alarmer ved utgangsområdene i butikker hvis produktene ikke er blitt fremvist ved betalingsdisken. Utgangsområdet i en butikk er meget større enn det volum som er nødvendig til deteksjon av langstrakte magnetiske partikler i sikkerhetsdokumenter. En typisk utgangsport har en bredde på omkring 1 meter, mens avstander på bare noen få centimeter, f.eks. bare 0,5 til 5 cm, mellom magnetfeltet og de langstrakte, magnetiske partikler er tilstrekkelig til å utføre deteksjonen. Denne hovedforskjellen medfører et antall egenskaper som er forskjellige for anvendelse av foreliggende oppfinnelse: 1) Det magnetiske materiale i EAS-etiketter er ganske omfangsrikt siden det må være til stede i et tilstrekkelig volum til å utløse alarmen i det forholdsvis store utgangsområdet; en typisk tverrsnittsdimensjon er omkring 1 mm, og lengden kan være flere centimeter. I motsetning til dette har de langstrakte-magnetiske partiklene som omtales, et meget mindre volum. Deres avmagnetiseringsfaktor N er mindre enn 1/250, fortrinnsvis mindre enn 1/1000, og deres tverrsnittsdiameter er mindre enn 30 mikrometer, fortrinnsvis mindre enn 15 mikrometer, og helst i området fra 1 til 10 mikrometer. Den maksimale verdi av avmagnetiseringsfaktoren N er valgt slik at de langstrakte-magnetiske partikler kan detekteres ved hjelp av et apparat med akseptable spoledimensjoner og effektspredning slik at de kan installeres f.eks. på en fotokopieringsmaskin eller en pengeseddel-tellemaskin. 2) Det magnetiske materiale i EAS-etiketter kan være klassifisert som meget bløtt magnetisk materiale, dvs. et materiale som har en meget liten koersitiv kraft Hc og en forholdsvis høy dynamisk permeabilitet ^ (se definisjon nedenfor), siden små magnetfelter H som dekker utgangsområdet i en butikk, må kunne mette EAS-etikettene. Selv om de fremdeles klassifiseres som bløte magnetiske materialer, har derimot de langstrakte-magnetiske partiklene en form og/eller sammensetning og/eller struktur som gjør at de i virkeligheten blir magnetisk harde nok til å holde seg under metningspunktet til deres B/H-sløyfe i de felter som brukes i butikksystemene, slik at de ikke genererer høye nok signaler til å aktivere butikkalarmene. Sammenlignet med EAS-etiketter har de langstrakte-magnetiske partiklene fortrinnsvis en lavere dynamisk, magnetisk permeabilitet jod og krever derfor et betydelig høyere magnetfelt for å nå metning. Det magnetiske metningsfelt Hs for de langstrakte-magnetiske partikler er større enn 100 A/m, fortrinnsvis større enn 200 A/m, og helst større enn 300 A/m. Denne lavere verdi er valgt for ikke å utløse EAS-alarmer. Det magnetiske metningsfeltet Hs er fortrinnsvis mindre enn 1000 A/m slik at det kan oppnås ved hjelp av et detektorapparat med akseptable spoledimensjoner og effektspredning slik at det kan bygges inn i en fotokopieringsmaskin eller en pengeseddel-tellemaskin eller en salgsautomat. Oppfinnerne har så langt erfart at alt over 1000 A/m vil være vanskelig å oppnå med en luftkjerne-spole. Det er imidlertid mulig å tilveiebringe et magnetisk metningsfelt større enn 1000 A/m når det gjøres bruk av ferrittkjerne-spoler eller når det gjøres bruk av ferromagnetiske pulvere i kjernen. Den magnetiske metningsfluks-densitet er fortrinnsvis større enn 0,1 Tesla og typisk i området fra 0,1 Tesla til 1,0 Tesla, og den dynamiske permeabilitet ^ ligger i området fra 10 til 10 000, f.eks. fra 100 til 10 000. Innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse er alle disse magnetiske egenskaper blitt bestemt ved bruk av et vekselstrømmagnetometer ved frekvenser fra 10 kHz til 100 kHz. 3) På grunn av det omfangsrike materiale i EAS-etiketter, blir de påtrykte frekvenser begrenset for å redusere virvelstrømstap. I motsetning til dette kan meget høyere frekvenser (høyere enn 1 kHz) påtrykkes med apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse, siden de langstrakte-magnetiske partikler har et meget mindre tverrsnittsareal. De tilsvarende harmoniske overtoner har også en meget høyere frekvens (høyere enn 10 kHz), og typiske overtoner har en frekvens som er ti eller mer ganger driv-grunnfrekvensen. 4) I EAS-systemer har problemet med å dekke det store volumet til utgangsarealet fra en butikk, og problemet med orienteringsfølsomme EAS-etiketter, ført til et antall utførelsesformer hvor to eller flere grunnfrekvenser blir brukt, eller til bruk av et ytterligere roterende magnetfelt for å skape et globalt, rommessig magnetfelt som er ufølsomt for orienteringen av EAS. På grunn av de meget mer begrensede dimensjoner av de volumer som er nødvendige i forbindelse med den foreliggende deteksjonsmetode, er slike komplikasjoner ikke nødvendige i forbindelse med foreliggende oppfinnelse. Et kildesignal med én enkelt grunnfrekvens har vist seg å være tilstrekkelig.

Den omtalte metoden kan forøvrig omfatte det ytterligere trinn: (d) å generere et signal som hindrer frembringelse av en virkelig kopi hvis de spesielle harmoniske overtonene er til stede.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et deteksjonsapparat for å detektere forekomsten av langstrakte, magnetiske partikler vilkårlig fordelt i minst en del av et substrat hvis basismateriale har magnetiske egenskaper som er vesentlig forskjellig fra de tilsvarende magnetiske egenskapene til de langstrakte partikler, Deteksjonsapparatet ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at de langstrakte partikler har en slik lang og tynn form at deres avmagnetiseringsfaktor N er mindre enn 1/250, en diameter som

er mindre enn 30 mikrometer og et magnetisk metningsfelt som er større enn 100 A/m, og videre ved at apparatet omfatter:

(a) en anordning for utsendelse av et kildesignal med én eller flere grunnfrekvenser til substratet; (b) en anordning for å detektere et deteksjonssignal som stammer fra substratet; og (c) en signalprosessor for å undersøke deteksjonssignalet med hensyn til forekomst av eventuelle spesielle høyere overtoner, med orden 10 eller høyere, av grunnfrekvensene eller en eventuell lineær kombinasjon av grunnfrekvensene eller overtonene, hvor de spesielle høyere overtoner indikerer forekomsten av de langstrakte, magnetiske partikler.

Ifølge en spesiell utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen er både kildesignalet og deteksjonssignalet elektriske signaler, og apparatet omfatter videre en drivspole for omforming av kildesignalet til et magnetisk drivfelt, og en deteksjonsspole for omforming av et magnetisk deteksjonsfelt til deteksjonssignalet. Spolene er anordnet slik at det magnetiske drivfelt nulles ut i deteksjonsspolen for å unngå metning av forsterkeren og for å minimalisere eventuell krysskopling som kan opptre med ledende materialer.

Ifølge en foretrukket utførelsesform av apparatet er drivspolen anordnet omkring en ferrittkjerne.

Ferrittkjernen har en U-form og en drivspole er anordnet omkring hvert ben i den U-formede ferrittkjerne. En deteksjonsspole er også anordnet omkring hvert ben på den U-formede ferrittkjerne. Hver deteksjonsspole er fortrinnsvis delt i to deler, med én del på begge sider av drivspolen. Disse to delene av en deteksjonsspole er koplet i motfase for å nulle ut drivsignalet.

Ved siden av en drivspole og en deteksjonsspole kan en tredje spole være til stede omkring ferrittkjernen for å detektere forekomsten av eventuelle jernmaterialer.

Apparatet i henhold til oppfinnelsen kan brukes i salgsautomater, pengeseddel-tellemaskiner og kopieringsmaskiner. Det er således ifølge oppfinnelsen også tilveiebrakt en kopieringsmaskin som omfatter et slikt apparat, for å detektere nærværet av eventuelle sikkerhetsdokumenter i et avsøkingsområde i kopieringsmaskinen. Ifølge oppfinnelsen er det videre tilveiebrakt en salgsautomat som omfatter et slikt apparat, samt en pengeseddel-tellemaskin som omfatter et slikt apparat.

I forbindelse med bruk i kopieringsmaskiner kan følgende utførelsesformer benyttes for å detektere forekomsten av eventuelle sikkerhetsdokumenter i hele avsøkingsområdet: 1) anvendelse av mer enn én drivspole og mer enn én deteksjonsspole; 2) drivspoler og deteksjonsspoler som utgjør en seriekopling av alternative driv- og deteksjonsspoler anordnet for å minimalisere den gjensidige induktans mellom tilstøtende spoler; 3) anvendelse av bare én drivspole og én deteksjonsspole som begge har en langstrakt form;

4) anvendelse av én drivspole og mer enn én deteksjonsspole.

I tilknytning til foreliggende oppfinnelse benyttes som foran nevnt en langstrakt, magnetisk partikkel for innføring i et basismateriale for et substrat hvor basismaterialet har magnetiske egenskaper som er vesentlig forskjellig fra de tilsvarende magnetiske egenskapene til partikkelen. Basismaterialet er fortrinnsvis laget av et ikke-magnetisk materiale. Partikkelen har en slik lang og tynn form at dens avmagnetiseringsfaktor N er mindre enn 1/250, fortrinnsvis mindre enn 1/1000. Partikkelens diameter (dvs. dens maksimale tverrsnittsdimensjon) er mindre enn 30 mikrometer, fortrinnsvis mindre enn 15 mikrometer og helst i området fra 1 til 10 mikrometer, og dens magnetiske metningsfelt Hs er større enn 100 A/m, fortrinnsvis større enn 200 A/m, og helst større enn 300 A/m.

Den magnetiske feltstyrke inne i materialet er gitt ved

hvor M er magnetiseringen av materialet, Happ er det påtrykte magnetfelt og N er avmagnetiseringsfaktoren. Med uniform magnetisering kan denne reduksjonen i den indre feltstyrke betraktes som en reduksjon i den tilsynelatende permeabilitet fra dens virkelige verdi av ur, som er den såkalte spesifikke magnetiske permeabilitet eller den magnetiske permeabiliteten til materialet i forhold til den tilsynelatende eller effektive magnetiske permeabilitet u/, hvor

Virkningen av permeabilitetsreduksjonen medfører derfor at B/H-sløyfen forskyves til en form som har et høyere metningsfelt og lavere remanens. I tilfelle av en kule er avmagnetiseringsfaktoren N = 1/3. For lange, tynne elipsoider (tilnærmet sylindere representert av de langstrakte partikler, slik som fibre) er derimot N gitt ved:

N = [In (2p) -1] / p<2>, hvor p er lengde/diameter-forholdet.

For en fiber med diameter 8 mikrometer og lengde 3 mm er N lik 1/25 000.

Hvis vi f.eks., basert på disse likningene, tar et materiale med en spesifikk permeabilitet ur på 100 000, så ville en kule av identisk materiale synes å ha en tilsynelatende magnetisk permeabilitet fV tilnærmet 7000 ganger mindre enn en fiber med de ovenfor angitte dimensjoner. Dette vil ha en direkte virkning på størrelsen av det felt som er nødvendig for å mette materialet i hvert tilfelle. Pulveret av tilnærmet kuleform ville således ikke være egnet for den anvendelse som beskrives her.

Den magnetiske metningsfluks-densitet Bs for den langstrakte-magnetiske partikkel er fortrinnsvis større enn 0,1 Tesla og ligger typisk i området fra 0,1 Tesla til 1,0 Tesla, f.eks. fra 0,1 Tesla til 0,6 Tesla.

Den tilsynelatende eller effektive magnetiske permeabilitet u.r' blir målt ved dc. Den dynamiske magnetiske permeabilitetsparameteren er en indikator på partikkelens følsomhet i praktiske tilfeller under hensyntagen til spesifikke permeabiliteter, formfaktorer, vekselstrømfrekvensen til drivfeltene og de feltgrenser som er typiske i EAS-porter og som ville være praktiske i forbindelse med det foreslåtte nye apparat ifølge oppfinnelsen. Den dynamiske magnetiske permeabilitet |o<j er her derfor definert som forholdet mellom metningsfluks-densiteten ds og det magnetiske metningsfelt Hs multiplisert med |i0, målt ved en vekselfrekvens. Hvis materialene ikke mettes ved de felter som brukes i magnometeret som anvendes til de eksperimentelle målinger som er beskrevet i denne oppfinnelsen, så blir den dynamiske magnetiske permeabilitet u<i definert som forholdet mellom fluksdensiteten B og u0H ved det maksimale felt som brukes i eksperimentet (f.eks. omkring 1000 A/m). Den dynamiske magnetiske permeabilitet ^ er tydelig beslektet med den tilsynelatende magnetiske permeabilitet ur\ og begge parametere vil ha den samme eller tilnærmet samme verdi ved likestrøm i et materiale med lave tap som ene og alene på grunn av avmagnetisering dominerer formen av den målte B/H-sløyfe. Den dynamiske magnetiske permeabilitet ^ til den langstrakte, magnetiske partikkel er fortrinnsvis i området fra 10 til 10 000, f.eks. fra 100 til 10 000.

Uttrykket «langstrakt, magnetisk partikkel» refererer til en langstrakt partikkel som i seg selv er laget av et magnetisk materiale og eventuelt av et magnetisk materiale og et ikke-magnetisk materiale. Det magnetiske materiale kan spesielt være belagt med eller innkapslet med et ikke-magnetisk materiale, eller den langstrakte partikkel kan være laget av et ikke-magnetisk materiale som er belagt med et magnetisk materiale eller som innbefatter et magnetisk materiale. Tykkelsen av belegget kan være i området fra 1 til 5 mikrometer.

Det magnetiske materialet kan være laget ut fra en legering som omfatter komponenter valgt blant Fe, Cr, Co, Cu, Ni, Mo, Mn, Nb, B, V, C, Si og P, spesielt blant Ni, Fe, Mo, Mn, Cu. Bløte magnetiske materialer er f.eks. blitt beskrevet i EP-A-0 295 028 og i US-A-4 298 862.

En egnet legeringssammensetning svarer til den generelle formel: NiaFebCrcCodCuelv10flvlngPhNbjBjVkSi|Cm, hvor a til m representerer heltall. Mer spesielle legeringssammensetninger har 52 til 85% med nikkel (Ni) og varierende mengder av andre komponenter.

Et eksempel på en godt virkende legeringssammensetning er:

80,00% Ni, 4,20% Mo, 050% Mn, 0,35% Si; 0,02% C, idet resten er Fe. Andre typiske sammensetninger er:

Nis2Fe14Mo3Mn1

Ni79Fei6Mo4Mn1

Ni7oFeiiCui2Mo2Mn5

Ni7iFenCui3Mo2Mn3

Ni7iFenCui2 Mo2Mn4

Noen av disse sammensetningene er kommersialisert under navn som u-metall, Permafi, Permalloy, Supermalloy, Vitrovac og Metglas.

Som ikke-magnetisk og ikke-metallisk materiale kan spesielt nevnes glass, karbon eller syntetiske materialer slik som polymerer, spesielt polypropylen og polyetylen.

Den omtalte langstrakte partikkelen kan være en fiber som kan være en metallfiber eller en ikke-metallfiber belagt med en magnetisk substans.

Fibrene kan være jevnt spredt og fordelt over hele substratet og vil derfor ikke lett kunne unngå deteksjonssystemet. Fibrene kan være fortrinnsvis uniformt og enkeltvis spredt over hele substratet for å hindre dannelse av samlinger med fibre. Siden fibrene i tillegg er spredt inne i substratet, kan de ikke lett fjernes av falsknere som ville like å fjerne dem før det lages en fotokopi og så føre dem tilbake i substratet etter fotokopiering.

Fibrene er fortrinnsvis hardtrukne eller deformasjonsherdede metallfibre, f.eks. fremstilt etter teknikken med bunttrekking som er i og for seg velkjent. Denne fremstillingsteknikken har den fordel at den gir en meget høyere fremstillingshastighet enn varmsmelte-produksjonsteknikker. Hardtrekking gjør også de magnetiske fibrene «hardere» ut fra et magnetisk synspunkt, dvs. mindre bløtmagnetiske slik at et høyere magnetisk metningsfelt Hs er nødvendig. Dette er spesielt nyttig i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, siden det bidrar til å skjelne fibrene fra EAS-etiketter og hindrer utløsning av alarmene i EAS-porter. Oppfinnerne har også funnet at den dynamiske magnetiske permeabiliteten u<i til hardtrukne fibre kan dobles ved gløding. Dette holder likevel metningsfeltet Hs tilstrekkelig høyt, men gjør fibrene mer følsomme.

De langstrakte-magnetiske partikler kan også være amorfe metallfibre.

I tilknytning til oppfinnelsen benyttes det et substrat som omfatter et basismateriale og langstrakte partikler inne i basismaterialet. De magnetiske egenskapene til de langstrakte partiklene skiller seg fra de tilsvarende magnetiske egenskapene til basismaterialet. Basismaterialet er fortrinnsvis laget av et ikke-magnetisk materiale. De langstrakte partiklene har en slik lang og tynn form at deres avmagnetiseringsfaktor N er mindre enn 1/250. Deres diameter er mindre enn 30 mikrometer og deres magnetiske metningsfelt ligger i området fra 100 til 1000 A/m, fortrinnsvis fra 200 til 1000 A/m, og helst fra 300 til 1000 A/m. Basismaterialet er fortrinnsvis et ikke-magnetisk materiale, slik som plast eller en fiberstrukur slik som papir.

De langstrakte partiklene har fortrinnsvis en magnetisk metningsfluks-densitet som er større enn 0,1, og som typisk ligger i området mellom 0,1 Tesla og 1,0 Tesla, f.eks. mellom 0,1 Tesla og 0,6 Tesla, og en dynamisk magnetisk permeabilitet i området fra 10 til 10 000, f.eks. mellom 100 og 10 000.

Følgelig er kombinasjonen av form, sammensetning og struktur av de langstrakte, magnetiske partikler slik at - det magnetfelt som er nødvendig for å oppnå metning av fluksdensiteten i partikkelen, er tilstrekkelig større enn det som frembringes i EAS-systemer og tilstrekkelig mindre enn det som er nødvendig for å mette harde ferromagnetiske materialer, slik som jern, stål eller blikk, og - den magnetiske remanensfluks-densitet er tilstrekkelig lavere enn for magnetisk trykksverte som brukes i de magnetiske kodingssystemer som er definert i den internasjonale standard for magnetisk gjenkjennelse av trykksvertetegn ISO 1004, slik at det ikke er noen interferens med lesere av magnettegn.

Disse egenskapene blir oppfylt når kombinasjonen av form, sammensetning eller struktur av de langstrakte-magnetiske partikler er slik at de langstrakte partikler har: i) et metningsfelt i området fra 100 til 1000 A/m;

ii) en metningsfluks-densitet som er større enn 0,1 Tesla, og typisk i området mellom 0,1 Tesla og 1,0 Tesla;

iii) en dynamisk magnetisk permeabilitet u<j i området fra 10 til 10 000, f.eks. i området fra 100 til 10 000.

De langstrakte, magnetiske partikler, spesielt fibrene, har en midlere tverrsnittsdiameter i området fra 1 til 30 mikrometer (um), fortrinnsvis fra 5 til 15 mikrometer, og en lengde i området fra 1 til 20 mm, fortrinnsvis i området fra 2 til 10 mm.

De langstrakte partikler er helst hardtrukne eller deformasjonsherdede metallfibre, men kan også være amorfe metallfibre. De langstrakte, magnetiske partikler kan være laget en legering som omfatter komponenter valgt blant Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Mo, Mn, T, Nb, B, V, C, Si og fortrinnsvis Fe, Ni, Mo, Mn, Si og C.

Substratets basismateriale kan være laget av papir eller et syntetisk materiale, spesielt en plast slik som polypropylen eller polyetylen.

De langstrakte, magnetiske partikler kan også være laget av et magnetisk og ikke-magnetisk materiale.

Det omtalte substratet har fortrinnsvis en mengde med langstrakte, magnetiske partikler, spesielt fibre, i området fra 0,1 til 5 prosent, fortrinnsvis fra 0,2 til 2 prosent, helst fra 0,5 til 1,5 vektprosent i forhold til substratets vekt. Hvis substratet er et papirark, varierer dets tykkelse vanligvis fra 20 til 300 mikrometer. Pengesedler har vanligvis en tykkelse i området mellom 80 og 120 mikrometer.

De langstrakte partikler kan være jevnt eller tilfeldig spredt i hele substratet og/eller kan være til stede bare i valgte deler av substratet. Fibrene kan være fordelt inne i et substrat i utvalgte deler av dette i henhold til fremgangsmåter som er kjent på området, og spesielt ifølge fremgangsmåter som er beskrevet i W0 96/14469 (PCT/FR95/01405). Fibrene er fortrinnsvis innbefattet bare i deler av pengesedler som svarer til trykte områder for å gjøre fibrene mindre synlige. Mer spesielt er fibrene innbefattet utenfor eventuelle vannmerke-områder. Helst er fibrene utenfor de områder som er trykt med magnetisk trykksverte for å unngå enhver mulig elektromagnetisk interferens.

Det er å foretrekke at fibrene er til stede i substratet i områder som har form av bånd med en bredde på minst 20 mm.

De langstrakte partiklene, spesielt fibrene, har fortrinnsvis en farge som er nær fargen til basismaterialet. Dette kan realiseres ved avsetning av et dekksjikt eller et belegg som gir fibrene den ønskede farge. Fremgangsmåter for avsetning av slike belegg er blitt beskrevet i fransk patentsøknad FR 95 02868 og i internasjonal patentsøknad PCT/FR/96 00390.

Foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives mer detaljert under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: - Fig. 1 sammenligner B/H-kurven for en langstrakt, magnetisk partikkel ifølge oppfinnelsen med B/H-kurvene for andre gjenstander; - Fig. 2 illustrerer skjematisk en utførelsesform av et deteksjonsapparat ifølge foreliggende oppfinnelse; - Fig. 3 viser hvordan en drivspole og en deteksjonsspole i et apparat ifølge oppfinnelsen kan være anordnet; - Fig. 4, fig. 5, fig. 6 og fig. 7 illustrerer alle utførelsesformer av én eller flere drivspoler og deteksjonsspoler for bruk i en kopieringsmaskin; og - Fig. 8 illustrerer en foretrukket utførelsesform av driv- og deteksjonsspoler anordnet omkring en ferrittkjerne.

Henvisningstall 10 på fig. 1 refererer til en B/H-kurve for en EAS-etikett som kan betegnes som «meget bløtmagnetisk». Den er kjennetegnet ved et meget lavt metningsfelt Hs og et ganske høyt nivå av dynamisk magnetisk permeabilitet. Henvisningstall 12 refererer til en B/H-kurve for en langstrakt, magnetisk partikkel som skal innbakes i et substrat. Selv om den også er av et bløtmagnetisk materiale, er den ikke så «meget bløt» som en EAS-etikett. Metningsfeltet H's er høyere enn de tilsvarende verdier for en EAS-etikett. Henvisningtall 14 refererer til B/H-kurven for blikk av bløtt stål som klart viser et metningsfelt som er meget større enn Hs og H's.

Det vil være klart fra fig. 1 at de lave magnetfelter som påtrykkes i EAS-systemer for å mette EAS-etikettene, ikke metter de langstrakte, magnetiske partikler som inngår i foreliggende oppfinnelse, og ikke utløser alarmsystemene i butikker. Det vil også være klart fra fig. 1 at magnetfelter påtrykket ved bruk av apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse for å mette de langstrakte-magnetiske partikler, fremdeles er i den forholdsvis lineære del av en B/H-kurve for en plate av bløtt stål og ikke vil skape den samme rekke med høyere harmoniske. Denne forskjellen kan brukes for å skjelne mellom de to materialtypene og endog til å detektere markeringen ved nærvær av store ferromagnetiske gjenstander.

Følgende tabell viser en eksperimentell sammenlikning av aktuelle markeringer og eksempler på vanlige magnetiske gjenstander målt i et magnetometer ved mellom 200 Hz og 11 kHz.

EAS-etiketten i tabellen har et volum og en masse som er omkring 3000 ganger større enn for metallfiberen i tabellen.

Ovennevnte tall representerer de relative forskjeller mellom materialene.

Det skal imidlertid bemerkes at i spesielle tilfeller for EAS-etiketter og systemet ifølge oppfinnelsen, må den aktuelle magnetisering av avsøknings- eller spørre-feltet tas i betraktning ved orientering av materialet i feltet, det tilstedeværende materialvolum og de anvendte frekvenser.

Den magnetiske metallfiber har en a.c.-remanens på 0,3 Tesla i målingen. I praksis vil d.c.-remanensen være lavere enn dette slik at ingen betydelige elektromagnetiske støysignaler blir generert, som interfererer med andre magnetiske kodesystemer. Spesielt interfererte fibrene ikke med en vanlig magnetisk tegnleser som leser tegn laget med magnetisk trykksverte. Ved bruk av målemetoden og definisjon av maksimale restsignal-nivåer som definert i den internasjonale standard for gjenkjennelse av magnetiske trykksvertetegn, ISO 1004, er med andre ord virkningen av remanensfluks-densitet akseptabel.

Forsøksresultater viser at det er mulig å detektere en god signalamplitude ved høye harmoniske fra de fibre som er nevnt i ovennevnte tabell, og at det ved høye frekvenser er meget lav interferens fra harmoniske overtoner fra drivelektronikken. Med det lille tverrsnittsarealet av fibrene blir virvelstrømtapene små opp til ganske høye frekvenser, og utgangssignalene blir øket på grunn av det faktum at den detekterte spenning er proporsjonal med fluksdensitetens endringshastighet. Med ferromagnetiske bulkmaterialer er virvelstrømtapene meget høyere ved høye frekvenser, og dermed genererer de ikke svært høye harmoniske frekvenser. Ved å bruke en grunnfrekvens for å sveipe fibrene (som er angitt i tabellen ovenfor) omkring deres B/H-sløyfe ved 20 kHz, og et toppfelt større en 600 A/m ble det funnet at ved frekvenser mellom 100 kHz og 1 MHz var der en strøm av harmoniske svingninger fra fibrene og svært meget mindre signaler fra andre vanlige elektrisk ledende gjenstander. I praksis kan grunnfrekvensen og deteksjonsfrekvensen eller frekvensene velges for å maksimalisere signalet fra den spesielle fibermarkør og minimalisere signaler fra andre vanlige gjenstander og signaler generert fra den apparatur som systemet er installert i.

Tester utført av oppfinnerne har indikert at apparatet ifølge oppfinnelsen gir en god diskriminering mellom et sikkerhetsdokument med langstrakte-magnetiske partikler og papir, bøker, hender, trykte kretskort, gratulasjonskort med metallfolie, ikke-metalliske dokumentklips, metallspiral-innbindinger av dokumenter, binders, metallplater og dekselmaterialer i fotokopieringsmaskiner. Et sikkerhetsdokument som ligger under en ikke-magnetisk metallplate, kunne lett identifiseres (dette i sterk motsetning til et mikrobølgesystem hvor metallplaten skjuler de magnetiske fibre fra mikrobølgene).

En egnet driv- og deteksjonskrets er vist på fig. 2. En resonant driveffekt-oscillator 16 blir brukt til å minimalisere harmonisk generering, og oscillatoren 16 blir drevet ved en frekvens som er delt ned fra den valgte harmoniske overtone. F.eks. har oppfinnerne funnet ut at blant andre harmoniske svingninger, kan den 19. harmoniske overtone av 20 kHz, ved 380 kHz, eller den 21. harmoniske overtone eller en høyere harmonisk svingning være et godt valg, ettersom det gir gode signaler fra fibre med meget små signaler fra vanlige ferromagnetiske materialer, slik som bløtt stål. Oscillatoren 16 genererer et elektrisk kildesignal som blir matet til en drivspole 18, som omformer det elektriske kildesignal til et magnetisk drivsignal. En deteksjonsspole 20 som er passende anordnet i forhold til drivspolen 18, detekterer et eventuelt felt som stammer fra langstrakte, magnetiske partikler og omformer dette til et elektrisk deteksjonssignal. Et høypassfilter 22 blir brukt til å redusere grunnfrekvensen, ettersom denne kan være koplet mellom spolene av ledende metall og overbelaste forsterkerne. En fasefølsom detektor 24 blir brukt til å frembringe et godt signal/støy-forhold. Oscillatoren 26 opererer ved frekvensen til den valgte harmoniske svingning, og en frekvensdeler 28 dividerer frekvensen for å oppnå grunnfrekvensen. Andre høye overtoner er også egnet, og det er en fordel å kombinere flere for å utlede det endelige deteksjonssignal.

Fig. 3 illustrerer hvordan drivspolen 18 fortrinnsvis kan være anordnet i forhold til deteksjonsspolen 20. Retningen av det magnetfelt som genereres av

drivspolen, er vist med stiplede linjer, bortsett fra den del av magnetfeltet som går gjennom deteksjonsspolen 20, som er vist ved hjelp av piler 30 og 32. Drivspolen 18 og deteksjonsspolen 20 overlapper hverandre delvis og er anordnet slik at den del av magnetfluksen som går i én retning (pil 30) gjennom deteksjonsspolen 20, er nesten lik den del av fluksen som går i den annen retning (pil 32) for å nulle ut drivfeltet i deteksjonsspolen mens det tilveiebringes et område over de overlappende spoler hvor magnetfeltet er effektivt for kopling inn i de langstrakte, magnetiske partikler. En ekvivalent utnullingseffekt kan også tilveiebringes elektronisk ved en negativ tilbakekopling av grunnfrekvensen.

Fig. 4, 5, 6 og 7 viser alle utførelsesformer av anordninger av drivspole og deteksjonsspole som kan brukes i kopieringsmaskiner slik som fargekopieringsmaskiner med høy oppløsning. Arrangementet er slik at en pengeseddel med en bredde på bare 7 centimeter kan detekteres på et avsøkningsområde på 21 cm x 29,7 cm (hvis den inneholder langstrakte, magnetiske partikler). Andre arrangementer er mulige for å dekke større arealer, slik som areal svarende til en DIN A3-dimensjon eller større (omkring 30 cm x 42 cm).

Ifølge fig. 4 er fire par av en drivspole 18 med en deteksjonsspole 20 anordnet på en egnet bærer 34 ved jevne avstander langs bredden av avsøkningsområdet, slik at forekomsten av en eventuell ekte pengeseddel vil bli detektert uansett dens posisjon på avsøkningsarealet.

I utførelsesformen på fig. 5 danner et antall drivspoler 18 og et antall deteksjonsspoler 20 en rekke (daisy chain) hvor en drivspole 18 blir vekslet med en deteksjonsspole 20, og omvendt.

I utførelsesformen på fig. 6 har drivspolen 18 form av et langstrakt åttetall hvor høyden av åttetallet er lik bredden av avsøkningsarealet. Deteksjonsspolen har form av en langstrakt ellipse hvor lengden av den langsgående akse er lik bredden av avsøkningsarealet. Drivspolen 18 og deteksjonsspolen 20 er anordnet den ene over den annen slik at også den del av magnetfluksen som går i én retning gjennom deteksjonsspolen 20, er nesten lik den del av fluksen som går i den annen retning for å nulle ut drivfeltet i deteksjonsspolen. Fig. 6 viser av didaktiske grunner en drivspole 18 og en deteksjonsspole 20 i en avstand fra hverandre, men de kan være anordnet ved siden av hverandre.

Fig. 7 viser skjematisk en utførelsesform med bare en drivspole 18 og fire deteksjonsspoler 20 anordnet slik at den magnetiske drivfluks utbalanseres i deteksjonsspolene 20.

Det vises til fig. 8 hvor drivspoler 18 og deteksjonsspoler 20' og 20" er anordnet omkring en ferrittkjerne 36. For bruk i et kopieringsapparat er ferrittkjernen 36 anbrakt noen få millimeter fra en glassplate 38. Et sikkerhetsdokument 40 som omfatter langstrakte, magnetiske partikler 41, er anbrakt på glassplaten. Ferrittkjernen 36 blir brukt til å sikre et høyere magnetfelt ved nivået til sikkerhetsdokumentet 40 ved en gitt drivstrøm.

Ferrittkjernen 36 må ikke mettes for å unngå frembringelse av ytterligere ikke-lineariteter og overtoner.

Ferrittkjernen 36 er fortrinnsvis U-formet. Dette betyr at den har to ben 42 forbundet med en «bro» 43. Broen 43 sikrer at fluksstrømmen blir holdt borte fra eventuelt nabometall i kopieringsmaskinen.

En drivspole 18 er innkoplet et sted omtrent midt på hvert ben 42. Detektorspolen er delt to deler 20' og 20". Én del 20' er koplet ved siden av glassplaten 38 omkring benet 42, den annen del 20" er innkoplet ved undersiden omkring benet 42. Begge deler 20' og 20" kan fortrinnsvis være koplet i motfase, som betegnet med henvisningstall 44, for å nulle ut det mottatte drivsignal og andre interferenskilder, slik som forekomsten av en lampe i kopieringsmaskinen. Koplingen i motfase nuller imidlertid ikke ut de signaler som mottas fra eventuelle langstrakte, magnetiske partikler 41, siden én del 20', toppspoledelen, av deteksjonsspolen er posisjonert meget nærmere de magnetiske partikler enn den annen del 20", bunnspoledelen.

Ved siden av drivspolen og deteksjonsspolen kan en tredje spole være anbrakt omkring ferrittkjernen for å detektere forekomsten av eventuelt ferrometall på glassplaten 38. Som kjent på området kan nærværet av eventuelt ferrometall forstyrre magnetfluks-mønsteret slik at et ferrometall kan brukes til å gjemme nærværet av eventuelle sikkerhetsdokumenter med langstrakte, magnetiske partikler. For enkelhets skyld er denne tredje spole ikke vist på fig. 8. Signalet i den tredje spole blir forsterket og likerettet og sammenlignet med et terskelnivå. Dette terskelnivået er proporsjonalt med drivstrømmen for å unngå at endringer i drivstrømmen, f.eks. på grunn av induktansendringer, påvirker følsomheten. Nærværet av ferrometall øker det forsterkede og likerettede signal, nærvær ikke-ferrometall minsker det forsterkede og likerettede signal.

For bruk i kopieringsmaskinen slik som en fargekopieringsmaskin, blir seks eller flere utførelsesformer, slik som vist på fig. 8, brukt og forbundet med hverandre for å dekke hele avsøkningsarealet til kopieringsmaskinen.

Claims (16)

1. Deteksjonsapparat for å detektere forekomsten av langstrakte, magnetiske partikler vilkårlig fordelt i minst en del av et substrat hvis basismateriale har magnetiske egenskaper som er vesentlig forskjellig fra de tilsvarende magnetiske egenskapene til de langstrakte partikler, karakterisert ved at de langstrakte partikler har en slik lang og tynn form at deres avmagnetiseringsfaktor N er mindre enn 1/250, en diameter som er mindre enn 30 mikrometer og et magnetisk metningsfelt som er større enn 100 A/m, hvor apparatet omfatter: (a) en anordning (16) for utsendelse av et kildesignal med én eller flere grunnfrekvenser til substratet; (b) en anordning (20) for å detektere et deteksjonssignal som stammer fra substratet; (c) en signalprosessor for å undersøke deteksjonssignalet med hensyn til forekomst av eventuelle spesielle høyere overtoner, med orden 10 eller høyere, av grunnfrekvensene eller en eventuell lineær kombinasjon av grunnfrekvensene eller overtonene, hvor de spesielle høyere overtoner indikerer forekomsten av de langstrakte, magnetiske partikler.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at både kildesignalet og deteksjonssignalet er elektriske signaler, og ved at apparatet videre omfatter en drivspole (18) for omforming av kildesignalet til et magnetisk drivfelt, og en deteksjonsspole (20) for omforming av et magnetisk deteksjonsfelt til deteksjonssignalet, idet begge spoler er anordnet for å nulle ut det magnetiske drivfelt i deteksjonsspolen.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at drivspolen (18) og deteksjonsspolen (20) delvis overlapper hverandre.

4. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at drivspolen (18) er anordnet omkring en ferrittkjerne (36).

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at ferrittkjernen (36) har en U-form.

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at en drivspole (18) er anordnet omkring hvert ben av den U-formede ferrittkjerne (36).

7. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at en deteksjonsspole (20) også er anordnet omkring hvert ben av den U-formede ferrittkjerne (36).

8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at hver deteksjonsspole (20) er delt i to deler (20', 20"), med en del på hver side av drivspolen.

9. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at de to deler (20', 20") er koplet i motfase.

10. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at apparatet i nærheten av drivspolen (18) og deteksjonsspolen (20) omfatter en tredje spole for å detektere forekomsten av et eventuelt ferrometall.

11. Kopieringsmaskin, karakterisert ved at den omfatter et deteksjonsapparat ifølge krav 1 for å detektere nærværet av eventuelle sikkerhetsdokumenter i et avsøkingsområde i kopieringsmaskinen.

12. Kopieringsmaskin ifølge krav 11, karakterisert ved at deteksjonsapparatet omfatter én eller flere drivspoler (18) og mer enn én deteksjonsspole (20) for å dekke hele lengden av avsøkningsområdet.

13. Kopieringsmaskin ifølge krav 12, karakterisert ved at drivspolene (18) og deteksjonsspolene (20) danner et kjede av vekslende driv- og deteksjonsspoler (18, 20) anordnet for å minimalisere den gjensidige induktans mellom tilstøtende spoler.

14. Kopieringsmaskin ifølge krav 12, karakterisert ved at drivspolen (18) har form av en langstrakt ellipse med en langsgående akse som er hovedsakelig lik lengden av avsøkningsområdet.

15. Salgsautomat, karakterisert ved at den omfatter et apparat i henhold til krav 1.

16. Pengeseddel-tellemaskin, karakterisert ved at den omfatter et apparat i henhold til krav 1.