RU2106013C1

RU2106013C1 - Photodetector of infrared labels

Info

Publication number: RU2106013C1
Application number: RU95115186A
Authority: RU
Inventors: В.А. Вольнов
Original assignee: Предприятие - Товарищество с ограниченной ответственностью "ВИЛДИС"
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1998-02-27

Abstract

FIELD: image recognition, in particular, verification of authenticity of bank notes which are printed using paint with luminophore which is induced by infrared light and outputs composition in visible light wavelength. SUBSTANCE: device has infrared diode emitter, photodetector and power supply. In addition device has first and second scaling amplifiers, inertia line, reference voltage source, difference signal generator, current regulator for current which runs through infrared diode emitter, current clipping resistor and current setting resistor. Photodetector and inputs of first scaling amplifier are connected through current setting resistor in parallel to power supply lines. Output of first scaling amplifier is connected to input of inertia line and output of photodetector. Output of inertia line is connected to first input of circuit which generates difference signal. Output of circuit which generates difference signal is connected to input of second scaling amplifier, which output is connected to first control input of current regulator. Second input of current regulator is connected through serial circuit of infrared diode emitter and current clipping resistor to power supply line. Output of reference voltage source is connected to second input of circuit for generation of difference signal. Inertia line is designed as resistor which is connected between input and output and is by-passed by reverse- inserted diode. Output of line is by-passed with respect to common line of housing by means of capacitor. EFFECT: improved design. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике распознавания изображений и может быть использовано при разработке и создании устройств, позволяющих определять подлинность денежных купюр, изображение на которых отпечатано с помощью краски с люминофором, возбуждаемым инфракрасным излучением, позволяющей создавать определенную композицию из инфракрасных меток. The invention relates to techniques for image recognition and can be used in the development and creation of devices that can determine the authenticity of banknotes, the image on which is printed using ink with a phosphor excited by infrared radiation, which allows you to create a specific composition of infrared tags.

Известен аппарат для контроля подлинности документов, отпечатанных краской, содержащей люминофоры, возбуждаемые инфракрасным излучением. Энергия, излучаемая возбужденными люминофорами, воспринимается соответствующими фотоэлектрическими датчиками этого аппарата и преобразуется в соответствующие ей электрические сигналы для дальнейшей их обработки и анализа с помощью электрической схемы [1]
Также известно устройство для распознавания банкнот, в котором имеются три тепловых (инфракрасных) датчика, электрические сигналы с которых подаются для анализа на соответствующие компараторы его электрической схемы для сравнения с опорными напряжениями [2]
Используемые в вышеуказанных известных устройствах контроля подлинности документов фотоэлектрические датчики инфракрасных меток хотя и обеспечивают преобразование излучаемой этими метками энергии в соответствующие ей электрические сигналы, тем не менее обладают рядом существенных недостатков: недостаточной стабильностью параметров фотоэлектрического датчика во времени, а также при работе в условиях, допускающих значительные изменения состояния окружающей среды на рабочем месте (изменение температуры, освещенности помещения и т.д.); высокой трудоемкостью как изготовления фотоэлектрического датчика, так и проведения его ремонтно-наладочных работ, обусловленной необходимостью получения у него строго нормированных основных характеристик (чувствительность, динамический диапазон изменения выходного напряжения рабочего сигнала и т. д. ) с учетом того, что комплектующие радиоэлементы (фотоприемник, диодный излучатель и т. д.) имеют допустимый значительный разброс нормируемых основных своих характеристик.A known apparatus for checking the authenticity of documents printed with ink containing phosphors excited by infrared radiation. The energy emitted by excited phosphors is perceived by the corresponding photoelectric sensors of this apparatus and converted into its corresponding electrical signals for further processing and analysis using the electrical circuit [1]
A banknote recognition device is also known, in which there are three thermal (infrared) sensors, the electrical signals from which are supplied for analysis to the corresponding comparators of its electrical circuit for comparison with reference voltages [2]
Although the photoelectric sensors of infrared tags used in the aforementioned well-known document authentication devices provide for the conversion of the energy emitted by these tags into their corresponding electrical signals, they nevertheless have a number of significant drawbacks: insufficient stability of the parameters of the photoelectric sensor over time, and also when operating under conditions that allow Significant changes in the state of the environment at the workplace (changes in temperature, room lighting, etc.) d.); the high complexity of both manufacturing the photoelectric sensor and carrying out its repair and adjustment work, due to the need to obtain strictly standardized basic characteristics (sensitivity, dynamic range of the output voltage of the working signal, etc.), taking into account the fact that the components of the radio elements (photodetector , diode emitter, etc.) have an allowable significant scatter of their normalized basic characteristics.

Повышение требований к техническим характеристикам фотоэлектрического датчика инфракрасных меток объективно вызвано тем обстоятельством, что, с одной стороны, идет непрерывный процесс совершенствования элементов защиты банкнот, позволяющих надежно отличать их от фальшивых, а с другой стороны, также возрастает и уровень выполнения этих подделок (фальшивых банкнот), а это требует применения объективно более совершенных средств их контроля, использующих в своей конструкции такие технические решения, которые наиболее полно отвечают достигнутому уровню науки и техники на современном этапе. The increase in the requirements for the technical characteristics of the photoelectric sensor of infrared tags is objectively caused by the fact that, on the one hand, there is a continuous process of improving banknote security elements that can reliably distinguish them from counterfeit ones, and on the other hand, the level of execution of these counterfeit (fake banknotes) also increases ), and this requires the use of objectively more advanced means of their control, using in their design such technical solutions that most fully meet the requirements ignutomu level of science and technology at the present stage.

Предлагаемая электрическая схема фотоэлектрического датчика инфракрасных меток направлена на решение следующих задач:
повышение стабильности параметров фотоэлектрического датчика во времени, а также при работе в условиях, допускающих значительные изменения состояния окружающих условий на рабочем месте (изменение температуры воздуха в помещении, освещенности рабочего места и т.д.),
снижение трудоемкости как изготовления фотоэлектрического датчика, так и проведения его ремонтно-наладочных работ, связанных с заменой неисправного радиоэлемента на исправный в его электрической схеме, поскольку отпадает необходимость в проведении значительного объема работ по настройке и регулировке, вызванных тем, что комплектующие радиоэлементы (фотоприемник, диодный излучатель и т.д.) имеют допустимый значительный разброс нормируемых основных своих характеристик.The proposed electrical circuit of the photoelectric sensor of infrared tags is aimed at solving the following problems:
increasing the stability of the parameters of the photoelectric sensor in time, as well as when working in conditions that allow significant changes in the state of environmental conditions at the workplace (change in air temperature in the room, illumination of the workplace, etc.),
reducing the complexity of both manufacturing a photoelectric sensor and carrying out its repair and adjustment work related to replacing a defective radio element with a working one in its electrical circuit, since there is no need to carry out a significant amount of work on tuning and adjustment caused by the fact that the components of the radio element (photodetector, diode emitter, etc.) have a permissible significant scatter of their normalized basic characteristics.

Для решения этих задач предлагается новая, более совершенная электрическая схема фотоэлектрического датчика инфракрасных меток для устройства контроля подлинности банкноты, содержащая инфракрасный диодный излучатель, фотоприемник и источник питания его электрической схемы. В отличие от известных электрическая схема нового фотоэлектрического датчика инфракрасных меток имеет в своем составе первый и второй масштабные усилители, инерционное звено, источник опорного напряжения, схему получения разностного сигнала, элемент регулирования тока, протекающего через инфракрасный диодный излучатель, токоограничительный и токозадающий резисторы, при этом фотоприемник и входы первого масштабного усилителя подключены через токозадающий резистор параллельно шинам источника питания, выход первого масштабного усилителя к входу инерционного звена и выходу фотоэлектрического датчика инфракрасных меток, выход инерционного звена к первому входу схемы получения разностного сигнала, выход схемы получения разностного сигнала ко входу второго масштабного усилителя, выход второго масштабного усилителя к первому управляющему входу элемента регулирования тока через инфракрасный диодный излучатель, второй вход элемента регулирования тока через последовательно соединенные инфракрасный диодный излучатель и токоограничительный резистор к шине источника питания, а выход источника опорного напряжения ко второму входу схемы получения разностного сигнала. To solve these problems, a new, more advanced electrical circuit of a photoelectric sensor of infrared tags for a banknote authentication device is proposed, comprising an infrared diode emitter, a photodetector and a power source for its electrical circuit. In contrast to the known ones, the electric circuit of the new photoelectric infrared tag sensor includes first and second large-scale amplifiers, an inertial link, a voltage reference source, a differential signal receiving circuit, an element for regulating the current flowing through the infrared diode emitter, and current-limiting and current-setting resistors, while the photodetector and the inputs of the first large-scale amplifier are connected through a current-setting resistor parallel to the buses of the power source, the output of the first large-scale amplifier an amplifier to the input of the inertial link and the output of the photoelectric sensor of infrared labels, the output of the inertial link to the first input of the differential signal receiving circuit, the output of the differential signal receiving circuit to the input of the second large-scale amplifier, the output of the second large-scale amplifier to the first control input of the current control element through the infrared diode emitter, the second input of the current control element through a series-connected infrared diode emitter and a current-limiting resistor to the bus source and power, and the output of the reference voltage source to the second input of the differential signal receiving circuit.

В целях дальнейшего совершенствования электрической схемы фотоэлектрического датчика инфракрасных меток в нем инерционное звено выполнено в виде включенного между входом и выходом инерционного звена, резистора, зашунтированного обратно включенным диодом, а выход инерционного звена зашунтирован относительно его общей шины (корпуса) конденсатором. In order to further improve the electrical circuit of the photoelectric sensor of infrared marks in it, the inertial link is made in the form of an inertial link connected between the input and output, a resistor shunted by the back-on diode, and the output of the inertial link is shunted by its capacitor relative to its common busbar (case).

Электрическая блок-схема предлагаемого фотоэлектрического датчика инфракрасных меток для устройства контроля подлинности банкноты представлена на фиг.1. The electrical block diagram of the proposed photoelectric sensor of infrared tags for banknote authentication device is presented in figure 1.

Электрическая блок-схема фотоэлектрического датчика инфракрасных меток для устройства контроля подлинности банкноты (фиг. 1) содержит инфракрасный диодный излучатель 1, подключенный анодом через токоограничительный резистор 11 к плюсовой шине источника питания 3, а катодом к второму входу элемента регулирования тока 9. В качестве фотоприемника (двухполюсника) 2 на фиг. 1 условно показан фототранзистор, однако можно использовать вместо фототранзистора фоторезистор или фотодиод. Фотоприемник 2 и первый масштабный усилитель 4 по выходу подключены через токозадающий резистор 12 параллельно шинам источника питания 3. Выход первого масштабного усилителя 4 подключен к выходу фотоэлектрического датчика инфракрасных меток 10 и к входу инерционного звена 5, выход инерционного звена 5 к первому входу схемы получения разностного сигнала 6, выход схемы получения разностного сигнала 6 через второй масштабный усилитель 8 к первому управляющему входу элемента регулирования тока 9, протекающего через инфракрасный диодный излучатель 1. Второй вход схемы получения разностного сигнала 6 подключен к выходу источника опорного напряжения 7. Схематический вариант рисунка контролируемой банкноты показан на фиг. 1 под номером 13, где светлой полосой в рамке изображено сечение самой банкноты, а темными отрезками сверху рамки продольное сечение инфракрасных меток, выполненных краской с люминофором, возбуждаемым излучением диодного излучателя 1 во время протекания через него тока. The electrical block diagram of the photoelectric infrared tag sensor for the banknote authenticity control device (Fig. 1) contains an infrared diode emitter 1 connected by the anode via a current-limiting resistor 11 to the plus bus of the power supply 3, and by the cathode to the second input of the current control 9. As a photodetector (bipolar) 2 in FIG. 1, a phototransistor is conventionally shown, but a photoresistor or photodiode can be used instead of a phototransistor. The photodetector 2 and the first large-scale amplifier 4 are connected through the output resistor 12 parallel to the buses of the power source 3. The output of the first large-scale amplifier 4 is connected to the output of the photoelectric sensor of infrared tags 10 and to the input of the inertial link 5, the output of the inertial link 5 to the first input of the differential circuit signal 6, the output of the differential signal receiving circuit 6 through the second scale amplifier 8 to the first control input of the current control element 9 flowing through the infrared diode emit l 1. The second input circuit receiving the difference signal 6 connected to the output of the reference voltage source 7. The schematic embodiment of figure controlled banknote is shown in FIG. 1 under number 13, where the light stripe in the frame shows the cross section of the banknote itself, and the dark sections on top of the frame show a longitudinal section of infrared tags made with paint with a phosphor excited by the radiation of diode emitter 1 during the passage of current through it.

На фиг. 2 изображена предлагаемая усовершенствованная электрическая схема инерционного звена 5. In FIG. 2 shows the proposed improved electrical circuit of the inertial link 5.

На фиг.2 вход электрической схемы 17 соединен с ее выходом 18 через резистор 14 и включенный в обратном направлении диод 15. Кроме этого, выход электрической схемы 18 зашунтирован относительно общей шины (корпуса) конденсатором 16. In Fig.2, the input of the electric circuit 17 is connected to its output 18 through a resistor 14 and a diode 15 connected in the opposite direction. In addition, the output of the electric circuit 18 is shunted relative to the common bus (housing) by the capacitor 16.

В статистическом состоянии, т.е. когда величины токов, протекающих через инфракрасный излучающий диод 1 и через фотоприемник 2, имеют конечные значения и постоянны, полезный сигнал постоянной амплитуды поступает с выхода фотоприемника 2 через первый масштабный усилитель 4 на выход фотоэлектрического датчика инфракрасных меток 10, а затем через инерционное звено 5 на первый вход схемы получения разностного сигнала 6. Одновременно с этим на второй вход схемы получения разностного сигнала 6 с выхода источника опорного напряжения 7 подается фиксированное по амплитуде опорное напряжение. По результатам сравнения разностный сигнал постоянной амплитуды с выхода схемы 6 поступает на управляющий вход элемента регулирования тока 9, а он в свою очередь поддерживает величину тока, протекающего через инфракрасный излучающий диод 1, постоянной. Максимальное значение тока, протекающего через инфракрасный диодный излучатель 1, задано и определяется величиной сопротивления токоограничительного резистора 11. Начальное значение тока, протекающего через фотоприемник 2, определяется величиной сопротивления токозадающего резистора 12. Во время прохождения полезного сигнала постоянной амплитуды через инерционное звено 5 воздействие последнего на полезный сигнал практически отсутствует. Основные параметры блок-схемы на фиг.1 и 2 выбраны из условия обеспечения изменения амплитуды полезного сигнала на выходе фотоэлектрического датчика 10 прямопропорционально изменению переизлученной от контролируемой банкноты 13 энергии. Увеличение или уменьшение тока, протекающего через инфракрасный диодный излучатель 1, обеспечивается с помощью управляемого регулирования этого тока 9 обратнопропорционально изменению амплитуды медленно изменяющегося полезного сигнала на выходе фотоприемника 2. С увеличением скорости изменения амплитуды полезного сигнала на выходе фотоприемника 2 соответственно этому изменению возрастает степень подавления амплитуды полезного сигнала инерционным звеном 5 и наоборот. In a statistical state, i.e. when the magnitudes of the currents flowing through the infrared emitting diode 1 and through the photodetector 2 have finite values and are constant, a useful signal of constant amplitude comes from the output of the photodetector 2 through the first scale amplifier 4 to the output of the photoelectric sensor of infrared tags 10, and then through the inertial link 5 to the first input of the differential signal receiving circuit 6. At the same time, a fixed amplitude reference is applied to the second input of the differential signal receiving circuit 6 from the output of the reference voltage source 7 voltage. According to the comparison results, the difference signal of constant amplitude from the output of circuit 6 is supplied to the control input of the current control element 9, and it, in turn, maintains the value of the current flowing through the infrared emitting diode 1 constant. The maximum value of the current flowing through the infrared diode emitter 1 is set and determined by the resistance value of the current-limiting resistor 11. The initial value of the current flowing through the photodetector 2 is determined by the resistance value of the current-setting resistor 12. During the passage of a useful constant-amplitude signal through the inertial link 5, the effect of the latter on the useful signal is practically absent. The main parameters of the flowchart in FIGS. 1 and 2 are selected from the condition of providing a change in the amplitude of the useful signal at the output of the photoelectric sensor 10 in direct proportion to the change in the energy re-emitted from the banknote 13 monitored. The increase or decrease in the current flowing through the infrared diode emitter 1 is provided by controlled regulation of this current 9 in inverse proportion to the change in the amplitude of the slowly changing useful signal at the output of the photodetector 2. With an increase in the rate of change of the amplitude of the useful signal at the output of the photodetector 2, the degree of amplitude suppression increases accordingly useful signal inertial link 5 and vice versa.

При естественном изменении условий работы фотоэлектрического датчика инфракрасных меток (медленно изменяющаяся температура воздуха, естественная освещенность рабочего места и т.д.) произойдет изменение его основных параметров, например коэффициента передачи по току, а это в свою очередь вызовет прямопропорциональное изменение амплитуды полезного сигнала, который, пройдя через инерционное звено 5 без ослабления по амплитуде из-за малой скорости изменения полезного сигнала, вызовет в итоге соответствующее изменение величины тока, протекающего через излучающий диод 1, на величину, обратнопропорциональную изменению амплитуды полезного сигнала, т.е. предлагаемая электрическая блок-схема имеет возможность адаптироваться к естественному изменению окружающих условий в рабочем помещении. With a natural change in the working conditions of the photoelectric sensor of infrared labels (slowly changing air temperature, natural illumination of the workplace, etc.), its basic parameters will change, for example, the current transfer coefficient, and this in turn will cause a direct proportional change in the amplitude of the useful signal, which Having passed through the inertial link 5 without attenuation in amplitude due to the low rate of change of the useful signal, it will ultimately cause a corresponding change in the current value, prot flowing through the emitting diode 1, by an amount inversely proportional to the change in the amplitude of the useful signal, i.e. the proposed electrical block diagram has the ability to adapt to the natural change in environmental conditions in the working room.

Аналогичным образом блок-схема будет работать, если изменение ее основных характеристик, например коэффициента передачи по току, вызвано в результате замены входящих в нее радиоэлементов как при изготовлении, так и при проведении ремонтно-наладочных работ, т.е. в случае замены как фотоприемника 2, так и инфракрасного диодного излучателя 1 не требуется проведение дополнительных регулировочных работ. За счет этого достигнуто существенное снижение объема регулировочных работ, т.е. снижение трудоемкости как при изготовлении фотоэлектрического датчика инфракрасных меток, так и при проведении его ремонтно-наладочных работ. In a similar way, the block diagram will work if a change in its basic characteristics, for example, the current transfer coefficient, is caused by the replacement of the radio elements included in it both during manufacture and during repair and adjustment work, i.e. in case of replacement of both photodetector 2 and infrared diode emitter 1, additional adjustment work is not required. Due to this, a significant decrease in the volume of adjustment work, i.e. reduction of labor intensity both in the manufacture of a photoelectric sensor of infrared tags, and during its repair and adjustment work.

Выполнение инерционного звена 5 по предлагаемой на фиг. 2 схеме позволяет, с одной стороны, обеспечить необходимую скорость подавления амплитуды рабочего сигнала при его прохождении через звено 5 во время работы с контролируемой банкнотой, а с другой стороны, уменьшить время на автоподстройку электрической схемы после ее подключения к источнику питания в начале работы с прибором. Это достигнуто за счет того, что диод 15 для прохождения полезного сигнала включен в обратном направлении, а для прохождения через него сигнала автоподстройки в прямом направлении, т.к. он проходит через звено 5 в обратном направлении по отношению к полезному сигналу. The execution of the inertial link 5 as proposed in FIG. 2 scheme allows, on the one hand, to provide the necessary speed of suppressing the amplitude of the working signal when it passes through link 5 during operation with a controlled banknote, and on the other hand, to reduce the time for automatic tuning of the electrical circuit after it is connected to the power source at the beginning of work with the device . This is achieved due to the fact that the diode 15 for passing the useful signal is turned on in the opposite direction, and for passing through it the auto-tuning signal in the forward direction, because it passes through link 5 in the opposite direction with respect to the useful signal.

Предложенное устройство фотоэлектрического датчика инфракрасных меток может быть серийно изготовлено в условиях производства с применением стандартного оборудования и современных материалов. The proposed device of the photoelectric sensor of infrared tags can be serially manufactured under production conditions using standard equipment and modern materials.

По результатам проведенных работ были изготовлены и испытаны с положительными результатами несколько опытных образцов изделий, реализующих в полном объеме заявленную формулу изобретения. According to the results of the work, several prototypes of products that fully realize the claimed claims were manufactured and tested with positive results.

Claims

1. Photoelectric sensor of infrared tags for a banknote authentication device having an infrared diode emitter, a photodetector and a power source, characterized in that it contains first and second large-scale amplifiers, an inertial link, a voltage reference source, a differential signal receiving circuit, a current control element, flowing through an infrared diode emitter, current-limiting and current-setting resistors, while the photodetector and inputs of the first large-scale amplifier are connected through current a resistor parallel to the buses of the power source, the output of the first scale amplifier to the input of the inertial link and the output of the photoelectric sensor of infrared tags, the output of the inertia link to the first input of the differential signal receiving circuit, the output of the differential signal receiving circuit to the input of the second large-scale amplifier, the output of the second large-scale amplifier to the first the control input of the current control element through an infrared diode emitter, the second input of the current control element through series-connected infrared emitter diode and a current limiting resistor to the power supply bus, and the output of the reference voltage source to the second input circuit receiving the difference signal.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the inertial link is made in the form of a resistor connected between the input and output of the inertia link, shunted by the back-on diode, and the output of the inertial link is shunted by its capacitor relative to its common busbar (case).