專利名稱：：測量薄片材料磁性的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及測量鈔票等薄片材料(sheetmaterial)的磁性的方法和裝置。從德國專利DE4022739號可以了解這種裝置。該裝置包含至少一測量頭，該測量頭帶有至少兩個極靴(poleshoe)，如此安置，以便形成測量間隙。在測量間隙處薄片材料的磁性產(chǎn)生的磁信號，通過至少一個極靴上的檢測器轉(zhuǎn)換成電信號。為了容許對低剩磁的磁性粒子進(jìn)行充分可靠的檢測，一個極靴是用永磁材料做的，而另一個極靴是用軟磁材料做的。由永磁極靴材料產(chǎn)生的磁場選得這樣大，使得另一個極靴的軟磁材料具有適當(dāng)?shù)拇殴ぷ鼽c(magneticoperatingpoint)。這種測量甚至容許在測量間隙處的低磁信號在檢測器上產(chǎn)生充分的電信號。尤其是通常鈔票在印刷圖像區(qū)域具有低磁粒子密度，而在安全線(securitythread)區(qū)域具有高磁粒子密度，因此在測量鈔票期間，檢測器上產(chǎn)生帶有低或高振幅的電信號。本發(fā)明的問題在于提出一種用于測量薄片材料磁性的方法，該方法在低和高磁粒子密度處都供應(yīng)可靠的信號。根據(jù)本發(fā)明，通過主要權(quán)利要求的特征部分中陳述的特性來解決該問題。本發(fā)明的基本思想是放大在某信號范圍測量頭檢測器產(chǎn)生的電信號，使得具有低磁粒子密度的區(qū)域產(chǎn)生的較低振幅電信號比具有高磁粒子密度的區(qū)域產(chǎn)生的較高振幅電信號放大更大的程度。為此目的，信號范圍至少劃分成兩個各自恒定地放大的信號范圍。在較低振幅信號的范圍比相鄰信號范圍的放大要大。信號范圍最好分成三個放大倍數(shù)恒定的范圍。選擇兩個外側(cè)的范圍放大倍數(shù)相等，而中間范圍放大倍數(shù)比外側(cè)范圍的放大倍數(shù)大。放大前電信號最好偏移一個恒定值，使得信號范圍的零點位于中間范圍的中點。本方法的一個優(yōu)點在于，由具有低粒子密度的區(qū)域產(chǎn)生的低振幅電信號位于信號范圍的中間范圍并放大較大的程度，而由具有高粒子密度的區(qū)域產(chǎn)生的高振幅電信號屬于信號范圍的兩個外側(cè)的范圍，并比低振幅電信號放大較小的程度。因此，在放大器輸出端，電信號振幅更均勻地分布在放大器輸出范圍內(nèi)，而且以后可由后續(xù)的如模數(shù)轉(zhuǎn)換器最佳地處理。適當(dāng)?shù)仄茩z測器電信號容許放大正和負(fù)的振幅。在實現(xiàn)薄片材料磁性測量方法的裝置中，可以利用如從德國專利DE4022739號中已知的測量頭將薄片材料的磁性轉(zhuǎn)換成電信號。實現(xiàn)該方法的裝置的一個優(yōu)選實施例具有至少一個測量頭，該測量頭帶有至少兩個極靴，這兩個極靴是磁去耦的，各自具有一個檢測器，而且優(yōu)選為軟磁材料的。此外，提供產(chǎn)生不隨時間變化的垂直于檢測器平面的磁場的設(shè)備，每個檢測器的磁場強度都不相同。優(yōu)選不隨時間變化的磁場強度使得一個極靴的軟磁材料具有一個適當(dāng)?shù)拇殴ぷ鼽c。優(yōu)選實施例的一個優(yōu)點是，結(jié)構(gòu)不對稱的測量頭使由檢測器產(chǎn)生和放大的信號的對稱性不同，取決于測量具有低剩磁的軟磁粒子或具有高剩磁的硬磁粒子。這容許區(qū)分測量涉及低或高剩磁粒子。在另一種實施例中，在測量頭的測量間隙中提供產(chǎn)生確定的、隨時間變化的磁信號的設(shè)備。最好提供一種電導(dǎo)體，經(jīng)過該導(dǎo)體傳導(dǎo)確定的、隨時間變化的電信號。利用在放大器輸出端測量的電信號，可例如改變放大器的放大倍數(shù)，使得在放大器輸出端測量的電信號改變到某個值?；蛘?，通過適當(dāng)?shù)貧w一化電信號，可使在放大器輸出端測量的電信號改變到某個值。這種方法容許消除如從溫度影響或測量頭磨損產(chǎn)生的不希望的放大倍數(shù)變化。將多個測量頭排成陣列容許同時測量薄片材料的多個軌道(track)。由從屬權(quán)利要求和參考附圖的后續(xù)說明可導(dǎo)出本發(fā)明其它的優(yōu)點和改進(jìn)，其中圖1表示本發(fā)明優(yōu)選實施例的示意圖，圖2表示本發(fā)明裝置的示意圖，圖3表示放大器級的響應(yīng)曲線，圖4表示放大的電信號的示意圖，圖5表示硬磁或軟磁粒子測量的示意圖，圖6表示硬磁區(qū)域信號對稱性的示意圖，圖7表示軟磁區(qū)域信號對稱性的示意圖，圖8表示校準(zhǔn)設(shè)備電信號的示意圖。圖1表示本發(fā)明優(yōu)選實施例的示意圖。薄片材料10和排成陣列的多個測量頭20示于圖1a的透視圖、圖1b的側(cè)視圖和圖1c的平面圖中。每個測量頭20具有兩個極靴21和22，它們是磁去耦的并各自具有檢測器23、24。適用的檢測器23和24是例如線圈、霍爾探頭(Hallprobes)或磁敏電阻器。提供永久磁鐵25用于產(chǎn)生不隨時間變化的磁場。要在永久磁鐵25和極靴21之間獲得良好的相互作用，二者直接互聯(lián)，使得永久磁鐵25產(chǎn)生的磁場能很容易穿透極靴21的材料。極靴21和22最好具有軟磁材料。選擇永久磁鐵25的磁場強度，使得極靴21的軟磁材料具有適當(dāng)?shù)拇殴ぷ鼽c。極靴21和22的磁去耦使永久磁鐵25在極靴22中的磁場強度比在極靴21中的磁場強度低得多，使得極靴22沒有適當(dāng)?shù)拇殴ぷ鼽c。為了加強這種效果，可另外提供圍繞極靴22的屏蔽(這里未示出)，使得永久磁鐵25在極靴22中的磁場強度盡可能地低。布置極靴21和22，以便形成測量間隙M，并在垂直于特定檢測器23、24的檢測器平面的測量間隙傳遞磁信號。然后檢測器23、24將這些磁信號轉(zhuǎn)換為電信號。在測量間隙M中可提供任選的電導(dǎo)體26，用于產(chǎn)生隨時間變化的磁信號。檢測器23和24最好用導(dǎo)線連在一起，以便使每個測量頭20只產(chǎn)生一個電信號。通過對檢測器23和24反向接線，可以同時使作用在極靴21和22上的外界磁感應(yīng)減至最小，因為當(dāng)反向接線時，檢測器23和24的電信號基本上互相抵消。如果需要的話，檢測器23和24的電信號也可分別從測量頭20導(dǎo)出。為了進(jìn)一步處理，信號可以用單獨的放大器任選地放大并進(jìn)一步分別處理。如圖1a和1c所示，多個磁頭可排成陣列，單個測量磁頭的測量間隙彼此平行地對準(zhǔn)。這種布置容許同時測量薄片材料10的多個軌道。為產(chǎn)生不隨時間變化的磁場，可使用相應(yīng)尺寸的永久磁鐵25。圖2表示本發(fā)明裝置的示意圖。和測量頭20(該測量頭可按現(xiàn)有技術(shù)或最好按上述方法實施)一起，該裝置還具有放大器30用于放大測量頭20的電信號。放大器30具有前置放大器40、偏移發(fā)生器50、動態(tài)放大器級60和校準(zhǔn)設(shè)備70。為了測量薄片材料的磁性，首先在測量頭20的測量間隙處檢測薄片材料的磁性，并由測量頭20的檢測器23、24轉(zhuǎn)換成某信號范圍的電信號。然后這些電信號通過A點進(jìn)入放大器30。在那里，電信號通常先由前置放大器均勻地放大。前置放大器40在B點產(chǎn)生的電信號最好通過偏移發(fā)生器50偏移一個恒定值，于是可以適應(yīng)后續(xù)動態(tài)放大器級60的響應(yīng)曲線。動態(tài)放大器級60的響應(yīng)曲線示于圖3。x軸表示電信號Sc在C點的強度。y軸表示電信號SD在動態(tài)放大器級60后面D點的強度。信號范圍最好具有三個帶有恒定放大倍數(shù)V1或V2的范圍B1、B2和B3。在兩個外側(cè)的范圍B2和B3放大倍數(shù)相等，這里是V1。在中間范圍B1的放大倍數(shù)V2大于外側(cè)的范圍B2和B3的放大倍數(shù)V1。如果需要的話，信號范圍還可劃分成多于三個范圍。在對稱的范圍中放大倍數(shù)選為相等的，即在兩個最外側(cè)的范圍放大倍數(shù)相等，在次外側(cè)的兩個范圍的放大倍數(shù)也彼此相等，等等，而例如最外側(cè)范圍的放大倍數(shù)可以不同于次外側(cè)范圍的放大倍數(shù)。如果有奇數(shù)個范圍，中間范圍的放大倍數(shù)可以自由地選擇。動態(tài)放大器級60的特定響應(yīng)曲線信號保證在信號范圍的中間范圍B1的低振幅電信號放大較大的程度，而在兩個外側(cè)的信號范圍B2和B3的高振幅電信號放大較小的程度，如果需要的話，甚至可以衰減。圖4示意地表示薄片材料測量的放大的電信號。圖4a表示用鈔票作為薄片材料的例子，該鈔票在表示為灰色的印刷圖像的區(qū)域具有低磁粒子密度，而在由虛線表示的安全線區(qū)域具有高磁粒子密度。圖4b表示鈔票在放大器30的B點在鈔票長度L上產(chǎn)生的電信號。電信號通常表示正和負(fù)兩種振幅。在印刷圖像區(qū)域振幅很低，而在安全線區(qū)域振幅很高。事實上，高低振幅間的比值比這里為清楚起見表示的比值要不利得多。在B點的電信號SB首先由偏移發(fā)生器偏移兩個單位達(dá)到正值，以便使信號范圍的零點位于動態(tài)放大器級60中間范圍B1的中央。然后在C點生成的信號SC由具有圖3所示響應(yīng)曲線的動態(tài)放大器級60放大?，F(xiàn)在在D點產(chǎn)生的電信號SD示于圖4c。因此在放大器30的D點處的電信號SD的振幅比在B點的電信號SB在放大器的輸出范圍的分布更均勻，而且信號圖案更加清晰可辨?，F(xiàn)在，在D點的電信號SD可由例如模-數(shù)轉(zhuǎn)換器80最佳地處理。在例如8位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器80的情況下，數(shù)字輸出值基本上分布在其值為0～255的整個范圍。在C點的電信號Sc的直接轉(zhuǎn)換基本上只產(chǎn)生一個平均值和極值0和255。在這個轉(zhuǎn)換中，電信號Sc的圖案信息將丟失。然后，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器80產(chǎn)生的數(shù)字輸出值可輸送到例如測量數(shù)據(jù)處理設(shè)備90，然后該設(shè)備例如將接收的數(shù)字值和存儲的數(shù)字值作比較，用于測試薄片材料。另外，根據(jù)該裝置的優(yōu)選實施例，使測量頭20參考放大器D點的電信號SD的對稱性來確定測量的是軟磁還是硬磁粒子。圖5是圖1b的放大的一段，并示意地表示軟磁或硬磁粒子的測量。在圖5a中，薄片材料含有硬磁粒子11。硬磁粒子11都是磁化的，帶有在極靴21和22的方向用白色表示的南極。例如測量前硬磁粒子可由一個這里未圖示的強永久磁鐵或由永久磁鐵25磁化。磁場H的軌跡進(jìn)一步示意地表示。磁場H的強度和表示的線的密度成正比。因此磁場H的強度在永久磁鐵25處最高。如上所述，在極靴21的區(qū)域中，磁場H的強度恰好足以使極靴21具有適當(dāng)?shù)拇殴ぷ鼽c。在極靴22的區(qū)域，磁場的強度低得多?？墒?，在極靴21和22的區(qū)域中，硬磁粒子的磁化基本上不受局部磁場H的強度的影響。圖5b表示軟磁粒子的測量?？墒?，軟磁粒子12的磁化依賴于局部磁場H的強度。在極靴21的區(qū)域內(nèi)，由于存在較強的磁場H，軟磁粒子發(fā)生強磁化，而在極靴22的區(qū)域內(nèi)，因為那里的磁場H的強度低得多，軟磁粒子12的磁化幾乎完全消失。圖6示意地表示在檢測器23和24處電信號的信號對稱性，如當(dāng)薄片材料10通過那里時，由帶有硬磁粒子的狹長區(qū)域所產(chǎn)生的對稱性。圖6a畫出磁場H隨時間變化的強度。在t1時刻，硬磁區(qū)域位于極靴21的上面，而且由于它在和磁場H的相反方向磁化，磁場H衰減。在t2時刻，這種過程發(fā)生在極靴22的檢測器24中。由于在全部時間內(nèi)硬磁區(qū)域的磁化是恒定的，在極靴21和22的相等的磁導(dǎo)率μ處，應(yīng)在檢測器23、24中產(chǎn)生同樣大的電信號，如圖6b所示。電信號S的振幅和磁場的瞬時變化成正比(S～μdH/dt)。對于圖6b中所示的檢測器23和24的電信號，由于上述理由，檢測器23的電信號附加地反相了?？墒?，因為磁導(dǎo)率μ依賴于局部磁場H的強度(μ＝μ(H))，由于磁場H的不同局部強度，在極靴21和22中磁導(dǎo)率μ是不同的。只有極靴21的材料具有最佳磁導(dǎo)率μ(H)，而且因此具有最佳工作點，使得檢測器23產(chǎn)生高振幅的電信號。在檢測器24處產(chǎn)生的電信號具有較低的振幅，如圖6c所示。圖7表示具有軟磁粒子的狹長區(qū)域類似于圖6的信號圖案。因為在極靴22的區(qū)域內(nèi)，軟磁區(qū)域的磁化幾乎已完全消失，在時刻t2磁場H產(chǎn)生非常小的變化，如圖7a所示，而且根據(jù)圖7b，在極靴21和22的相等的磁導(dǎo)率μ處，也因此產(chǎn)生低得多的檢測器24的電信號。由于兩個極靴21和22的磁導(dǎo)率μ的上述差別，由檢測器23產(chǎn)生的、如圖7c所示的電信號幾乎完全消失。比較在圖6c和7c中表示的信號圖案，可見硬磁區(qū)域比軟磁區(qū)域產(chǎn)生對稱得多的信號圖案。這種對稱性的變化提供一種和信號強度無關(guān)的區(qū)分硬磁和軟磁區(qū)域的可能性。為了保證薄片材料的測量結(jié)果可再現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)最好避免如由溫度影響或測量頭磨損引起的放大倍數(shù)變化。為此目的在放大器30中提供校準(zhǔn)設(shè)備70。為了校準(zhǔn)，校準(zhǔn)設(shè)備70產(chǎn)生注入放大器A、B或C點并被放大的確定電信號。在D點的電信號SD用校準(zhǔn)設(shè)備70測量并和存儲在校準(zhǔn)設(shè)備70中的期望值做比較。這種比較用來改變動態(tài)放大器級60的放大倍數(shù)，使得用校準(zhǔn)設(shè)備70測量的D點的電信號SD和存儲在校準(zhǔn)設(shè)備70中并對應(yīng)于校準(zhǔn)設(shè)備70產(chǎn)生的確定電信號的期望值匹配。校準(zhǔn)設(shè)備70的確定電信號的示例性信號圖案示于圖8。校準(zhǔn)設(shè)備70最好產(chǎn)生一種隨時間變化的、覆蓋整個信號范圍的電信號。這種信號隨時間變化的實例示于圖8a。如該電信號注入例如B點，校準(zhǔn)設(shè)備70應(yīng)測量D點的電信號圖案SD，如圖8b所示。通過放大器級60放大倍數(shù)的上述變化，可以補償偏離期望值的對應(yīng)值。在需要時，當(dāng)然還可以使校準(zhǔn)設(shè)備改變偏移發(fā)生器50中的偏移或前置放大器40的放大倍數(shù)。校準(zhǔn)設(shè)備70產(chǎn)生的確定電信號的形狀在圖8a中表示為鋸齒形，但基本上可任意選擇。另一種校準(zhǔn)的可能性是使校準(zhǔn)設(shè)備70產(chǎn)生如上所述的確定電信號，并將信號注入例如放大器30的A、B或C點。由放大器30放大并由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器80轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號然后在測量數(shù)據(jù)處理設(shè)備90中歸一化為預(yù)期的數(shù)字期望值。必要的歸一化常數(shù)可計算為例如預(yù)期數(shù)字期望值和轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號的商，并且存儲在測量數(shù)據(jù)處理設(shè)備90的對應(yīng)的表(tables)中。通過在放大器30的A、B或C點注入校準(zhǔn)設(shè)備70產(chǎn)生的電信號，只需消除放大倍數(shù)中不希望的變化。為了另外消除例如由測量頭20的磨損引起的不希望的變化，校準(zhǔn)設(shè)備70產(chǎn)生一種確定的、隨時間變化的電信號，該信號通過測量頭20的測量間隙M中的電導(dǎo)體26傳導(dǎo)。該電信號使確定的磁信號產(chǎn)生在測量頭20的測量間隙中。然后，如上所述，或者通過在放大器30中的對應(yīng)變化，或者通過測量數(shù)據(jù)處理設(shè)備90的歸一化，該電信號可以改變到給定的期望值。權(quán)利要求1.一種測量薄片材料如鈔票磁性的方法，其中至少進(jìn)行下列步驟轉(zhuǎn)換薄片材料磁性為某信號范圍的電信號，通過具有至少兩個放大倍數(shù)恒定的信號范圍的響應(yīng)曲線放大電信號，在低振幅信號范圍中的放大倍數(shù)比相鄰信號范圍的大。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，響應(yīng)曲線具有至少三個放大倍數(shù)恒定的信號范圍，在至少一個信號范圍中放大倍數(shù)比相鄰信號范圍的要大，而且在放大以前將電信號偏移一個恒定值。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在轉(zhuǎn)換薄片材料的磁性以前，至少進(jìn)行下列步驟用于校準(zhǔn)響應(yīng)曲線產(chǎn)生一電信號(A，B，C)，放大所述電信號，以及改變放大倍數(shù)，使得在放大器輸出端的電信號(D)被改變到信號范圍的某個值。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，電信號(A，B，C)是隨時間變化的并覆蓋整個信號范圍。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在轉(zhuǎn)換薄片材料的磁性以前，至少進(jìn)行下列步驟用于校準(zhǔn)響應(yīng)曲線產(chǎn)生某種磁信號(E)，轉(zhuǎn)換所述磁信號為電信號，放大所述電信號，以及改變放大倍數(shù)，使得在放大器輸出端的電信號(D)改變到信號范圍的某個值。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，磁信號是隨時間變化的，而通過轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的隨時間變化的電信號覆蓋整個信號范圍。7.如權(quán)利要求3至6中的任一項所述的方法，其特征在于，用表(tables)來進(jìn)行放大倍數(shù)的變化。8.一種用于執(zhí)行權(quán)利要求1方法的裝置，具有至少一個磁傳感器，所述磁傳感器具有至少一個測量頭，帶有至少一個檢測器(23，24)，所述檢測器將垂直于檢測器平面的磁信號轉(zhuǎn)換為電信號，以及至少兩個極靴(21，22)，其安置形成一種測量間隙，并在垂直于檢測器(23，24)的檢測器平面的測量間隙處傳遞磁信號，所述磁傳感器具有至少一個放大器(30)，用于放大檢測器(23，24)的電信號，其特征在于，測量頭的極靴(21，22)是磁去耦的，每個極靴(21，22)具有一個檢測器(23，24)，而且所述測量頭具有裝置(25，26)，用于產(chǎn)生垂直于檢測器(23)的檢測器平面的隨時間變化的磁場，在極靴的每個檢測器(23，24)處的磁場強度不同。9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述極靴具有軟磁材料。10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，選擇磁場強度，使得一個極靴具有一個適當(dāng)?shù)拇殴ぷ鼽c。11.如權(quán)利要求8至10中的任一項所述的裝置，其特征在于，至少一個極靴具有一屏蔽，使得在所述極靴中的磁場強度盡可能地低。12.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，檢測器(23，24)用導(dǎo)線連接在一起，使得各個檢測器(23，24)的電信號反相。13.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，檢測器(23，24)各自具有至少一個線圈。14.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，檢測器(23，24)各具有至少一個霍爾探頭(Hallprobe)。15.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，檢測器(23，24)各自具有至少一個磁敏電阻器。16.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，產(chǎn)生不隨時間變化的磁場的裝置(25)具有至少一個永久磁鐵。17.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，產(chǎn)生不隨時間變化磁場的裝置(26)具有至少一個線圈。18.一種用于執(zhí)行權(quán)利要求6方法的裝置，具有至少一個磁傳感器(10)，所述傳感器具有至少一個檢測器(23，24)，用于將垂直于檢測器平面的磁信號轉(zhuǎn)換為電信號，至少一個放大器(30)，用于放大檢測器(23，24)的電信號，至少兩個極靴(21，22)，其安置形成一個測量間隙，并在垂直于檢測器平面的測量間隙處傳遞磁信號給檢測器(23，24)，其特征在于，在磁傳感器(10)的測量間隙中提供裝置，用于產(chǎn)生隨時間變化的磁信號。19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，產(chǎn)生隨時間變化的磁信號的裝置具有一電導(dǎo)體(71)。20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，放大器(30)具有一校準(zhǔn)設(shè)備(70)，用于產(chǎn)生一電信號(E)，所述電信號通過電導(dǎo)體(71)傳導(dǎo)，而且通過改變放大器(30)的放大倍數(shù)，校準(zhǔn)設(shè)備(70)將在放大器輸出端測量的電信號(D)改變到某個值。21.如權(quán)利要求8至20中的任一項所述的裝置，其特征在于，多個磁頭排成陣列，各個測量頭的測量間隙彼此平行對準(zhǔn)。全文摘要一種測量薄片材料磁性的方法,能在薄片材料的低和高磁粒子密度處都提供可靠的信號。首先測量頭將薄片材料的磁性轉(zhuǎn)換為電信號。測量頭產(chǎn)生的電信號在某個信號范圍中放大,使得薄片材料的具有低磁粒子密度的區(qū)域產(chǎn)生的較低振幅的電信號比薄片材料的具有高磁粒子密度的區(qū)域產(chǎn)生較高振幅的電信號放大更大的程度。為此目的,信號范圍劃分成至少三個各自恒定放大的范圍。選擇兩個外側(cè)范圍的放大倍數(shù)相等,而中間范圍的放大倍數(shù)大于外側(cè)范圍的放大倍數(shù)。在放大前,電信號最好偏移一個恒定值,使得信號范圍的零點位于中間范圍的中央。文檔編號G01V3/10GK1198231SQ97190950公開日1998年11月4日申請日期1997年6月23日優(yōu)先權(quán)日1996年6月24日發(fā)明者迪特爾·斯坦,洛薩·許特申請人:吉賽克與德弗連特股份有限公司