ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2018 года по МПК G07D7/04 

Изобретение относится к измерительному устройству для измерения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства с линейкой датчиков, содержащей по меньшей мере два продолжающихся в направлении линейки чувствительных элемента. Изобретение также относится к применению такого измерительного устройства.

Возможной областью применения изобретения является проверка сертификатов или купонных листов, в частности банкнот, чеков или других бумажных листов, на наличие магнитных признаков, в частности на то, имеют ли сертификаты или купоны специальные, заранее установленные магнитные признаки. Ценные документы могут иметь магнитомягкие защитные признаки или магнитотвердые защитные признаки. Магнитотвердые защитные признаки могут быть изготовлены из материалов с высокой остаточной намагниченностью и высокой коэрцитивной силой. Магнитомягкие защитные признаки могут быть изготовлены из материалов с высокой остаточной намагниченностью, но низкой коэрцитивной силой. Постоянные магниты, в частности, изготавливаются из магнитотвердых материалов. Магнитомягкие материалы представляют собой ферромагнитные материалы, которые могут быть легко намагничены в магнитном поле. Связанная с этим магнитная поляризация (намагниченность) может, например, создаваться с помощью электрического тока в токопроводящей катушке или в присутствии постоянного магнита. Созданная таким образом поляризация приводит в магнитомягком материале к многократно более высокой плотности магнитного потока, чем создает в воздухе магнитное поле, действующее извне. Магнитомягкие материалы обычно имеют коэрцитивную силу менее 1000 А/м. Однако магнитомягкие материалы могут иметь значения намагниченности насыщения, сопоставимые с магнитотвердыми материалами, так что они в насыщенном состоянии не различимы от магнитотвердых материалов.

Поэтому для обнаружения магнитомягких защитных признаков в ценном документе должно иметься внешнее магнитное поле, которое по возможности насыщает магнитомягкие материалы. В известных на практике измерительных устройствах встраиваются крупные магниты, которые создают достаточно сильное поле для намагничивания магнитомягких и магнитотвердых защитных признаков, но также усложняют конструкцию таких измерительных устройств. Из DE 69608137 Т2 известна считывающая головка, которая имеет средство намагничивания и по меньшей мере один магниторезистивный элемент, причем магниторезистивный элемент имеет переменное сопротивление, которое зависит от приложенного к нему магнитного потока. Описанная в этом документе считывающая головка используется таким образом, что каждый распознаваемый ценный документ во время относительного перемещения ценного документа и считывающей головки проводится сначала перед средством намагничивания, а затем перед упомянутым магниторезистивным элементом, причем средство намагничивания может быть сконструировано таким образом, что постоянный магнитный поток прикладывается к сенсорному элементу.

От магнитотвердых защитных признаков исходит магнитное поле и в отсутствие внешнего магнитного поля, если магнитотвердые материалы перед этим были полностью и однозначно намагничены. Это магнитное поле сохраняется в течение длительного периода. Со временем, однако, статистические процессы приводят к тому, что магнитотвердые материалы могут размагничиваться. Например, денежные банкноты при обращении с ними испытывают соударения или сминаются. Это может привести к размагничиванию магнитотвердых материалов. Поэтому для измерения магнитотвердых защитных признаков целесообразно с помощью подмагничивания на магнитотвердый защитный признак наложить новую (однозначную и постоянную) намагниченность. Эта вновь накладываемая намагниченность может тогда поддерживать магнитотвердый защитный признак в течение более длительного периода времени, по меньшей мере в течение периода измерения.

Особым защитным признаком на банкнотах является ферромагнитная защитная нить (см. DE 1696245 A1). На практике для формирования защитной нити используются, например, ферромагнитные материалы, которые могут иметь как низкую коэрцитивную силу, так и высокую коэрцитивную силу. Поэтому измерительные устройства для проверки таких банкнот в особенно предпочтительном варианте выполнения выполнены так, чтобы распознавать как защитные нити из материала с низкой, так и защитные нити из материала с высокой коэрцитивной силой.

В этой области применения из ЕР 0 977 015 А2 известно, что измерительное устройство для измерения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства оснащается линейкой датчиков с двумя продолжающимися в направлении линейки чувствительными элементами. Линейка датчиков может измерять магнитные свойства своей окружающей среды. Описанное в этом документе измерительное устройство имеет магнит подмагничивания, который создает в чувствительных элементах магнитное поле, которое является, по существу, однородным и которое имеет направление поля в области линейки датчиков, соответствующее направлению линейки. Кроме того, в предусмотренном там измерительном устройстве предусмотрен магнит подмагничивания. Этот магнит подмагничивания усиливает магнитотвердые защитные признаки проверяемого документа таким образом, что он усиливает поле, исходящее от магнитотвердых защитных признаков. Магнит подмагничивания расположен на расстоянии от линейки датчиков и должен экранироваться по отношению к линейке датчиков, так что магнитное поле, создаваемое магнитом подмагничивания, не действует на чувствительные элементы линейки датчиков. Кроме того, в ЕР 0977015 А2 предложено для магниторезистивных элементов, используемых для формирования чувствительных элементов, применять такие, которые имеют V-образную характеристику своей вариации импеданса относительно вариаций внешнего поля, ориентированного в направлении линейки.

Из ЕР 1701176 А1 известно измерительное устройство для измерения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства с линейкой датчиков с по меньшей мере двумя чувствительными элементами, продолжающимися в направлении линейки, в котором линейка датчиков может измерять магнитные свойства своей окружающей среды. В конструкции, известной из ЕР 1701176 А1, два магниторезистивных участка, соответственно, предусмотрены на магниторезистивном элементе. Отдельные магниторезистивные элементы расположены в ряд и образуют линейку датчиков. Каждый магниторезистивный элемент имеет магниты опорного поля. В соответствии с вариантом, показанным на фиг. 9а и 9b в ЕР 1701176 А1, с помощью магнитов опорного поля формируется, по существу, однородное магнитное поле, направление поля которого в области линейки датчиков ориентировано под углом 90° к направлению линейки. В соответствии с примерами выполнения, представленными на фиг. 3а, 3b, фиг. 4a, 4b, фиг. 5а, 5b и на фиг. 6, магниты опорного поля формируют неоднородное поле в области линейки датчиков.

Также из WO 2010/006801 А1 известно измерительное устройство для измерения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства с линейкой датчиков с по меньшей мере двумя чувствительными элементами, продолжающимися в направлении линейки, причем линейка датчиков позволяет измерять магнитные свойства окружающей среды. На чертежах в WO 2010/006801 A1 показано устройство опорного поля, которое состоит из отдельных магнитов, которые формируют неоднородное поле в области линейки датчиков. При этом WO 2010/006801 А1 раскрывает, что характеристика напряженности поля устанавливается в направлении линейки особым образом по отношению к чувствительным элементам.

Из DE 102011110138 известно измерительное устройство для измерения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства с линейкой датчиков с по меньшей мере двумя продолжающимися в направлении линейки чувствительными элементами. С помощью линейки датчиков могут быть измерены магнитные свойства окружающей среды линейки датчиков. Описанное там измерительное устройство имеет устройство создания опорного поля, которое создает магнитное опорное поле в области, над которой продолжается линейка датчиков. Кроме того, известное измерительное устройство имеет устройство подмагничивания, имеющее магнит подмагничивания или несколько магнитов подмагничивания, причем по меньшей мере один магнит подмагничивания расположен на расстоянии от линейки датчиков в направлении, перпендикулярном направлению линейки, и продолжается в направлении, параллельном направлению линейки. Известное измерительное устройство предлагает особое согласование устройства подмагничивания с устройством создания опорного поля, так что возникает специальное наложенное магнитное поле из наложения магнитного поля, созданного устройством подмагничивания, и опорного поля, в котором напряженность компоненты поля, ориентированной в направлении линейки, по меньшей мере в одном месте на линейке датчиков больше, чем напряженность компоненты поля, ориентированной перпендикулярно направлению линейки, а не в направлении высоты чувствительного элемента.

В измерительных устройствах, известных из WO 2010/006801 A1, DE 102011110138 А1 и ЕР 0977015 А2, описаны устройства подмагничивания и устройства создания опорного поля. При этом в конструкции, известной из ЕР 0977015 А2, устройство подмагничивания формируется отдельно от устройства создания опорного поля, причем устройство создания опорного поля образовано посредством одного магнита с северным полюсом и южным полюсом. В измерительном устройстве, известном из WO 2010/006801 A1, устройство создания опорного поля имеет линейку магнитов, расположенных рядом друг с другом в направлении линейки чувствительных элементов. Намагниченность магнитов этой линейки может быть чередующейся или в альтернативном варианте выполнения выполняться таким образом, что намагниченность отдельных магнитов устройства создания опорного поля имеет одинаковое направление.

В измерительном устройстве, известном из DE 102011110138 A1, предусмотрено устройство подмагничивания, выполненное отдельно от устройства создания опорного поля. Устройство создания опорного поля может состоять из одного или нескольких конструктивных элементов, например постоянных магнитов, и быть образовано, например, посредством отдельного магнита с локально варьирующимся распределением намагниченности.

Известные из предшествующего уровня техники измерительные устройства либо из-за большого количества отдельных компонентов, которые должны использоваться, в частности, если должно использоваться множество постоянных магнитов, сложны по своей конструкции, либо требуют большого объема пространства для размещения. Известны случаи применения, в которых должно использоваться измерительное устройство для измерения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства, которое должно надежно измерять магнитные свойства окружающей среды измерительного устройства, но должно иметь компактную и/или простую конструкцию. Таким образом, в основе изобретения лежит задача создания именно такого измерительного устройства.

Эта задача решается посредством измерительного устройства, описанного в пункте 1 формулы изобретения, или посредством применения такого измерительного устройства, описанного в пункте 12 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения и в нижеследующем описании.

Изобретение исходит из основной идеи, заключающейся в том, чтобы с помощью устройства подмагничивания создать магнитное поле, которое является, по существу, однородным в области линейки датчиков и направление поля которого в области линейки датчиков ориентировано под углом больше 0° и меньше 90° к направлению линейки.

Это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что изобретение можно реализовать, например, с одним магнитом, который действует как магнит подмагничивания, а также как магнит опорного поля. Из проходящего наклонно к направлению линейки направления магнитного поля устройства подмагничивания, компонента поля, ориентированная перпендикулярно к направлению линейки, может брать на себя подмагничивание или насыщение магнитомягких структур. Компонента магнитного поля, созданного устройством подмагничивания, ориентированная в направлении линейки, может принимать на себя задачи магнита опорного поля. За счет того, что изобретение позволяет реализовать задачи магнита подмагничивания и задачи магнита опорного поля посредством одного магнита, соответствующий изобретению вариант выполнения может быть реализован компактно и с меньшим количеством компонентов, в частности с меньшим количеством магнитов.

Изобретение исходит из основной идеи создания, по существу, однородного поля в области линейки датчиков. При этом в качестве области линейки датчиков понимается, в частности, пространственная область, которая охватывает непосредственно еще только чувствительные элементов линейки датчиков.

Соответствующее изобретению измерительное устройство предназначено для измерения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства. Под магнитными свойствами окружающей среды измерительного устройства понимаются, в частности, напряженность магнитного поля в окружающей среде измерительного устройства, направление поля магнитного поля в окружающей среде измерительного устройства или также, например, изменение напряженности поля или направления поля магнитного поля в окружающей среде измерительного устройства. Например, в качестве магнитного свойства понимается изменение напряженности поля и направления поля окружающего измерительное устройство магнитного поля, когда это поле изменяется за счет наложения поля, которое создается магнитной структурой банкноты. В предпочтительном варианте выполнения линейка датчиков рассчитывается так, что она детектирует только пространственные и/или временные изменения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства.

В предпочтительном варианте выполнения чувствительный элемент или соединение чувствительных элементов выполнено так, что оно может измерять магнитные свойства окружающей среды измерительного устройства, к которым по определению относится также изменение напряженности поля, только в направлении ортогональной системы координат, обозначенном как направление измерения, или в альтернативной форме только в двух направлениях ортогональной системы координат, которые лежат в плоскости, обозначенной как плоскость измерения датчиков.

В предпочтительном варианте выполнения соответствующее изобретению измерительное устройство выполнено с возможностью измерения магнитных структур банкноты или купонного листа, в частности денежной банкноты или чека, и имеет соответствующие средства, чтобы банкноту или купонный лист перемещать в области, смежной с линейкой датчиков, в плоскости измерения мимо линейки датчиков. При этом направление, в котором банкнота или купонный лист перемещаются, упоминается как направление считывания. Наиболее предпочтительно, чувствительный элемент выполнен таким образом, что направление измерения соответствует направлению считывания, чувствительный элемент может только измерять магнитные свойства своей окружающей среды в направлении считывания. Если чувствительный элемент или соединение чувствительных элементов выполнено так, что оно может измерять магнитные свойства окружающей среды измерительного устройства только в двух направлениях ортогональной системы координат, которые лежат в плоскости, обозначенной как плоскость измерения датчиков, плоскость измерения, в которой банкнота или купонный лист перемещаются мимо линейки датчиков, особенно предпочтительно расположена параллельно плоскости измерения датчиков.

В соответствующем изобретению измерительном устройстве предусмотрена линейка датчиков с по меньшей мере двумя продолжающимися в направлении линейки магниторезистивными чувствительными элементами. Чувствительный элемент для измерения магнитных свойств в своей окружающей среде может, в частности, выполняться таким образом, что он имеет «анизотропный» магниторезистивный эффект (AMR-эффект) или «гигантский» магниторезистивный эффект (GMR-эффект). Однако чувствительный элемент может также иметь другие эффекты, такие как эффект гигантского магнитного импеданса (GMI), туннельный магниторезистивный (TMR) эффект или эффект Холла.

Чувствительный элемент имеет, в частности, предпочтительно четыре или более включенных в мост Уитстона отдельных мостовых резисторов или два или более включенных в полумост Уитстона отдельных мостовых резисторов. Чувствительный элемент также может быть образован одним резистором, причем в таком варианте выполнения предпочтительно несколько чувствительных элементов (отдельных резисторов) включены в мост Уитстона или полумост Уитстона.

Чувствительный элемент или несколько соединенных между собой чувствительных элементов могут быть использованы в предпочтительном варианте выполнения для образования датчика по градиентному принципу. В градиентном датчике два разнесенных чувствительных элемента соединены таким образом, что локальная разность полей между обоими чувствительными элементами формирует измеренный сигнал, в то время как поле, одинаково действующее на оба чувствительных элемента, не вызывает никаких изменений в сигнале. В альтернативном варианте выполнения чувствительный элемент или чувствительные элементы, взаимно соединенные друг с другом, выполнены таким образом, что они образуют датчик однородного поля. В датчике однородного поля чувствительные элементы соединены между собой таким образом, что сформированный сигнал в первом приближении пропорционален среднему значению напряженности поля, действующей на отдельные датчики, в то время как локальные разности полей между отдельными чувствительными элементами не формируют никаких сигналов датчиков. Так как датчик однородного поля по сравнению с градиентным датчиком может иметь значительно меньшие размеры в направлении движения и размеры чувствительной поверхности определяют разрешающую способность, с помощью датчика однородного поля, как правило, может быть достигнуто более высокое разрешение деталей в направлении движения.

Чувствительный элемент имеет ширину и длину, а также высоту, причем предпочтительно высота меньше, чем ширина, и высота предпочтительно меньше, чем длина, и предпочтительно имеет направление линейки в направлении ширины или в направлении длины чувствительного элемента.

Линейка датчиков имеет по меньшей мере два чувствительных элемента, которые расположены в направлении линейки один за другим. Длина линейки датчиков и, таким образом, количество применяемых магниторезистивных чувствительных элементов зависит от выполняемого измерения. Для измерения евро-банкнот линейка датчиков может иметь, например, больше чем 10, особенно предпочтительно больше чем 20, например, больше чем 31, и предпочтительно 90 чувствительных элементов, в частности, когда устройство используется для того, чтобы измерять евро-банкноты, которые своей короткой стороной перемещаются в направлении измерения относительно измерительного устройства. В предпочтительном варианте выполнения в направлении линейки датчиков предусмотрено только 10 или меньше чем 10, особенно предпочтительно 9 чувствительных элементов. Это позволяет сконструировать измерительное устройство, короткое в направлении линейки. Известны области применения, в которых должно проверяться, имеет ли измеряемый объект, перемещаемый мимо измерительного устройства, в определенном месте заранее определенные магнитные свойства. В этих областях применения возможно, что измеряемый объект так проводится мимо измерительного устройства, что частичный сегмент измеряемого объекта, вызывающий подлежащие определению магнитные свойства, может проводиться в пределах четко определенной области мимо измерительного устройства. Это позволяет выполнять измерительное устройство узким. Например, протяженность в направлении линейки может соответствовать диапазону допусков, в пределах которого частичный сегмент измеряемого объекта, вызывающий проверяемые свойства, с определенностью проводится. Если измерительное устройство не распознает изменение магнитных свойств его окружающей среды, соответствующее прохождению мимо такого частичного сегмента, то устанавливается, что измеряемый объект не обладает подлежащими проверке магнитными свойствами. Особенно для таких случаев применения подходит компактное и простое в изготовлении и, следовательно, экономичное измерительное устройство.

Для формирования линейки датчиков чувствительные элементы - если присутствуют - расположены в линейку. Более предпочтительно, чувствительные элементы лежат на одной линии. Но также возможно, что чувствительные элементы одной линейки по отношению к оси, ориентированной в направлении линейки, расположены по-разному, так что продольные центральные оси отдельных датчиков больше не лежат все на одной прямой. Особенно предпочтительно, расположенные таким образом чувствительные элементы, однако, расположены так, что они частично перекрываются при наблюдении в направлении линейки.

В предпочтительном варианте выполнения множество сенсорных элементов объединены в один узел, например, на общей опорной структуре, обычно на чипе. Такой узел, если он непосредственно устанавливается на печатной плате, или, в качестве альтернативы, паяный электронный корпус со встроенным чипом далее упоминается как датчик. В одном варианте выполнения датчик расположен непосредственно на магните. Датчик может быть образован, например, тем, что чип имеет множество чувствительных элементов. Датчик может иметь, например, два, три, четыре или более чувствительных элементов. Но также возможно, что датчик выполнен в виде отдельного чувствительного элемента.

Основная идея изобретения основана на том, чтобы с помощью устройства намагничивания формировать магнитное поле, которое является, по существу, однородным в области линейки датчиков и направление поля которого в области линейки датчиков ориентировано под углом больше 0° и меньше 90° к направлению линейки. Магнитное поле, создаваемое устройством намагничивания, является магнитным полем, действующим на линейку датчиков, когда за исключением всегда действующего, естественного магнитного поля никакое дополнительное магнитное поле не действует на линейку датчиков, линейка датчиков, следовательно, не находится в ее месте измерения. На это магнитное поле, создаваемое устройством намагничивания, в месте измерения, например, когда проверяемый ценный документ перемещается мимо линейки датчиков, может накладываться дополнительное магнитное поле. Это наложение обоих полей, например, является изменением напряженности поля или направления поля, определенным выше как магнитное свойство окружающей среды.

В предпочтительном варианте выполнения направление поля магнитного поля, создаваемого устройством намагничивания магнитного поля, ориентировано скорее перпендикулярно, чем параллельно, к направлению поля, таким образом, имеет угол более 45° к направлению линейки. В большинстве случаев применения компонента поля, необходимая для поддержки чувствительных элементов, то есть компонента магнитного поля, ориентированная в направлении линейки, меньше, чем напряженность поля, необходимая для подмагничивания и, в частности, насыщения магнитомягких структур, т.е. напряженность поля компоненты поля магнитного поля устройства намагничивания, указывающей перпендикулярно к направлению линейки. Таким образом, в предпочтительном варианте выполнения угол между направлением поля магнитного поля намагничивающего устройства в области линейки датчиков больше 45° к направлению линейки. Особенно предпочтительным является угол поля в диапазоне от 65° до 85°. Поскольку при использовании AMR-датчиков напряженность опорного поля в направлении линейки действует как определяющая чувствительность, при слишком крутых углах может существовать очень большая зависимость чувствительности датчика от остающихся, конструктивно и технологически обусловленных колебаний угла поля, в то время как при слишком плоских углах чувствительность датчика слишком низкая.

Магнитное поле, создаваемое устройством намагничивания, может быть использовано для того, чтобы насыщать магнитомягкие структуры и тем самым приводить их в такое состояние, что посредством линейки датчиков может регистрироваться их существование на измеряемом объекте. Магнитное поле устройства намагничивания, однако, может быть также использовано для того, чтобы определенным образом насыщать магнитотвердые структуры, чтобы сформировать сигнал датчика, независимый от предыдущей намагниченности.

В предпочтительном варианте выполнения линейка датчиков имеет длину, ширину и высоту, причем высота меньше, чем ширина, и высота меньше, чем длина, и при этом магнитное поле, создаваемое устройством намагничивания в области линейки датчиков, имеет, по существу, только компоненту поля в направлении длины линейки датчиков и компоненту поля в направлении высоты линейки датчиков, но в области линейки датчиков, по существу, не имеет компоненты поля в направлении ширины линейки датчиков. В этом предпочтительном варианте выполнения, в частности, используются чувствительные элементы или соединения чувствительных элементов, которые основаны на магниторезистивном эффекте и выполнены таким образом, что они обнаруживают компоненты магнитного поля только в одном направлении измерения, предпочтительно перпендикулярно к направлению линейки, но не в направлении, ориентированном по высоте. Например, могут использоваться магниторезистивные датчики, которые выполнены в планарной тонкопленочной технологии и практически нечувствительны к компоненте поля, перпендикулярной к плоскости чипа. Если магнитное поле устройства намагничивания установлено таким образом, что оно, по существу, не имеет никакой компоненты поля в направлении ширины линейки датчиков, то могут использоваться датчики, которые чувствительны только в этом направлении измерения (в направлении ширины линейки датчиков), при этом они не испытывают помехового воздействия из-за магнитного поля устройства намагничивания.

В предпочтительном варианте выполнения чувствительные элементы, образующие линейку датчиков, расположены и выполнены таким образом, что они могут измерять магнитные свойства окружающей среды, по существу, только в направлении линейки. В альтернативном варианте выполнения чувствительные элементы, образующие линейку датчиков, расположены и выполнены таким образом, что они могут измерять магнитные свойства окружающей среды, по существу, только в направлении, которое не является направлением линейки и направлением высоты линейки датчиков. В еще одном альтернативном варианте выполнения чувствительные элементы, образующие линейку датчиков, расположены и выполнены таким образом, что они могут измерять магнитные свойства окружающей среды, по существу, только в плоскости, обозначенной как плоскость датчика, образованной двумя перпендикулярными направлениями измерения ортогональной системы координат, причем направление линейки является одним из этих направлений измерения и направление ширины линейки датчиков является вторым из этих направлений измерения.

В предпочтительном варианте выполнения устройство намагничивания содержит первый магнит, который расположен в направлении линейки в области одного конца линейки датчиков, и второй магнит, который расположен в направлении линейки в области противоположного конца линейки датчиков. В этом варианте выполнения как для первого магнита, так и второго магнита линии, соединяющие северный полюс и южный полюс, ориентированы под углом больше 0° и меньше 90° к направлению линейки. Для улучшения однородности поля поперек продольного направления линейки может быть целесообразным, в свою очередь, разделить каждый из двух магнитов, описанных выше, на два разнесенных магнита.

В альтернативном варианте выполнения устройство намагничивания имеет один магнит. В особенно предпочтительном варианте выполнения магнит продолжается по меньшей мере по всей длине линейки датчиков в направлении линейки. Магнит предпочтительно расположен так, что линия, соединяющая его северный полюс с его южным полюсом, проходит под углом больше 0° и меньше 90° к направлению линейки. При этом линия, соединяющая северный полюс и южный полюс, не обязательно должна быть расположена под тем же углом по отношению к направлению линейки, что и угол направления поля магнитного поля, создаваемого устройством намагничивания в области линейки датчиков. Вариант выполнения, в котором устройство намагничивания имеет один магнит, позволяет создать особенно компактную и особенно простую конструкцию измерительного устройства.

В предпочтительном варианте выполнения в поверхности магнита устройства намагничивания, обращенной к линейке датчиков, предусмотрена полость, открытая к линейке датчиков. Было обнаружено, что при отклонениях от - также используемой в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения - формы параллелепипеда магнита устройства намагничивания в области линейки датчиков особенно хорошо может быть сформировано, по существу, однородное магнитное поле с направлением поля в области линейки датчиков, ориентированным под углом больше 0° и меньше 90° к линейке датчиков. Этот вариант выполнения особенно предпочтительно используется в устройствах намагничивания, имеющих один магнит. Тем не менее, она также может обеспечить преимущества в устройствах намагничивания, которые имеют несколько магнитов. В предпочтительном варианте выполнения полость выполнена так, что отверстие полости, обращенное к линейке датчиков, больше, чем площадь, которую занимает линейка датчиков с ее чувствительными элементами.

В предпочтительном варианте выполнения отверстие, обращенное к линейке датчиков, выполнено прямоугольным. Особенно предпочтительно, длина отверстия продолжается в направлении линейки и является большей, чем ширина отверстия, проходящая перпендикулярно направлению линейки. Было обнаружено, что с такой полостью особенно хорошо в области линейки датчиков может быть создано, по существу, однородное магнитное поле, направление поля которого в области линейки датчиков ориентировано под углом больше 0° и меньше 90° к направлению линейки. В предпочтительном варианте выполнения полость имеет разные глубины. Было обнаружено, что с такой полостью особенно хорошо в области линейки датчиков может быть создано, по существу, однородное магнитное поле, направление поля которого в области линейки датчиков ориентировано под углом больше 0° и меньше 90° к направлению линейки. В предпочтительном варианте выполнения полость имеет центральную область с большей глубиной и боковые области, расположенные в направлении линейки рядом с центральной областью, которые имеют меньшую глубину.

В предпочтительном варианте выполнения полость имеет противолежащие отверстию базовые плоскости, которые особенно предпочтительно расположены в плоскостях, параллельных плоскости отверстия. В особенно предпочтительном варианте выполнения каждая базовая плоскость полости является прямоугольной. Для создания варианта выполнения с различной глубиной отдельные базовые плоскости могут быть расположены на разных удалениях от плоскости отверстия. В предпочтительном варианте выполнения полость имеет центральную базовую плоскость, более удаленную от плоскости отверстия, и, наряду с этой базовой плоскостью, по одной базовой плоскости, расположенной соответственно в одном или в противоположном ему направлении относительно направления линейки, которая является менее удаленной от плоскости отверстия. В предпочтительном варианте выполнения поперечное сечение полости по отношению к плоскости, содержащей направление линейки и перпендикуляр к плоскости отверстия, зеркально-симметричны. Такое выполнение полости позволяет особенно хорошо создать в области линейки датчиков, по существу, однородное магнитное поле, направление поля которого в области линейки датчиков ориентировано под углом больше 0° и меньше 90° к направлению линейки.

В предпочтительном варианте выполнения чувствительные элементы непосредственно или чипы, несущие чувствительные элементы, или корпуса, содержащие чипы, закреплены на одной стороне печатной платы, а измерительное устройство расположено на противоположной стороне печатной платы, в частности предпочтительно прикреплено к печатной плате. Этот вариант выполнения позволяет привести чувствительные элементы особенно близко к измеряемому объекту, в частности ценному документу, или привести плоскость измерения, в которой в предпочтительном варианте выполнения перемещается исследуемый объект, близко к поверхности чувствительных элементов.

В предпочтительном варианте выполнения предусмотрен дополнительный, расположенный не в линейке датчиков чувствительный элемент, который может измерять магнитные свойства своей окружающей среды. Этот дополнительный чувствительный элемент особенно предпочтительно расположен между устройством намагничивания и линейкой датчиков или на стороне устройства намагничивания, противолежащей линейке датчиков. В соответствующем варианте выполнения дополнительный чувствительный элемент может быть также расположен в полости магнита, имеющего полость, устройства намагничивания. Предоставление дополнительного датчика позволяет измерять помеховые поля, происхождение которых не обусловлено магнитными свойствами окружающей среды линейки датчиков, измеряемыми линейкой датчиков, в частности, особенно предпочтительно не формируется ценным документом, подлежащим исследованию в предпочтительном варианте выполнения. Использование такого дополнительного чувствительного элемента позволяет исключить из сигнала, формируемого линейкой датчиков, составляющую, относящуюся к помеховым полям.

В предпочтительном варианте выполнения измерительное устройство имеет устройство оценки. Особенно предпочтительно два, особенно предпочтительно все чувствительные элементы имеют линию выходного сигнала, причем в этом предпочтительном варианте выполнения линии выходных сигналов чувствительных элементов могут подводиться к устройству оценки. В особенно предпочтительном варианте выполнения устройство оценки может в единицу времени формировать среднее значение из сигналов линии выходного сигнала всех чувствительных элементов. Этот вариант выполнения особенно подходит для случаев применения измерительного устройства в соответствии с изобретением, в которых должен проверяться только вопрос о наличии магнитного свойства на исследуемом измеряемом объекте, без установления, например, конкретного положения частичной области, вызывающей это магнитное свойство, на измеряемом объекте.

В предпочтительном варианте выполнения чувствительные элементы расположены в направлении линейки равноудаленно. В особенно предпочтительной форме выполнения расстояние от первого чувствительного элемента до соседнего чувствительного элемента относительно расстояния между центрами обоих чувствительных элементов составляет от 1 до 10 мм, предпочтительно от 2 до 5 мм и особенно предпочтительно 3,5 мм. В особенно предпочтительном варианте выполнения чип имеет два расположенных друг за другом в направлении линейки чувствительных элемента и имеет - без корпуса - длину от 1,5 до 9 мм, предпочтительно от 2 до 3 мм, особенно предпочтительно 2,5 мм в направлении линейки. В предпочтительном варианте выполнения расстояние от края чипа до края смежного чипа составляет менее 1,5 мм и наиболее предпочтительно менее 1,1 мм.

В альтернативном варианте выполнения чувствительные элементы расположены таким образом, что расстояние между двумя краями двух соседних чувствительных элементов, которые расположены на чипе, меньше, чем расстояние между двумя краями смежных чувствительных элементов, которые не расположены на чипе. Расстояние между двумя чипами, как правило, диктуется технологией, с помощью которой чип может быть связан с несущей платой. Эти технологии обычно требуют больше пространства, чем пространство, которое необходимо, чтобы два магниторезистивных чувствительных элемента расположить на микросхеме. Чувствительность измерительного устройства, следовательно, может быть увеличена тем, что как монтаж чувствительных элементов на чипе, так и монтаж чипов на плате осуществляется так плотно, как это возможно в соответствующей используемой технологии.

Изготовление чувствительных элементов на чипах предпочтительно осуществляется с использованием методов планарной технологии, полупроводниковой технологии или технологии микросистем.

В особенно предпочтительном варианте выполнения измерительное устройство выполнено с возможностью распознавания магнитных структур банкноты или купонного листа, особенно денежной банкноты, и включает в себя соответствующие средства для перемещения банкноты или листа по меньшей мере в области, смежной с линейкой датчиков, в плоскости измерений мимо линейки датчиков. Подходящими для этого средствами являются, в частности, ролики, образующие зазор между ними, в котором может удерживаться банкнота или лист. Применяются две группы таких роликов, и зазоры между роликами, образованные между роликами соответствующих групп, соответственно ориентированы друг к другу, так что банкнота или лист может перемещаться между обеими группами роликов в плоскости мимо линейки датчиков. Кроме того, банкнота или лист могут перемещаться уложенными на ленточном транспортере, например на имеющем резиновую поверхность ленточном транспортере или на потоковом ленточном транспортере.

В предпочтительном варианте выполнения измерительное устройство имеет две печатные платы. Обе печатные платы в особенности предпочтительно расположены параллельно друг другу. В предпочтительном варианте выполнения первая печатная плата может непосредственно нести чувствительные элементы либо может нести чипы, которые, в свою очередь, несут чувствительные элементы. На второй печатной плате, предпочтительно расположенной параллельно первой печатной плате, может быть предусмотрен дополнительный, расположенный не в линейке датчиков чувствительный элемент. Кроме того, на этой второй печатной плате могут быть предусмотрены компоненты устройства оценки, например предварительный усилитель для выходных сигналов чувствительных элементов. В предпочтительном варианте выполнения между первой печатной платой и второй печатной платой расположено устройство намагничивания, особенно предпочтительно предусмотренный в предпочтительном варианте выполнения единственный магнит устройства намагничивания. В соответственно выполненном предпочтительном варианте выполнения предусмотренная в магните полость своим отверстием обращена к линейке датчиков. Элементы, предусмотренные на соответствующих печатных платах, могут быть соединены с помощью гибкого соединения. В результате в этом предпочтительном варианте выполнения может быть создано компактное измерительное устройство почти в форме прямоугольного параллелепипеда.

Возможной областью применения изобретения является проверка сертификатов или купонных листов, в частности банкнот, чеков или других бумажных листов, на наличие магнитных признаков, в частности на то, имеют ли банкноты или листы особые, заранее установленные магнитные признаки.

Измерительное устройство по настоящему изобретению может найти применение в распознавании структур на ценных документах, таких как банкноты, чеки, которые часто снабжены магнитомягкими и/или магнитными признаками. Аналогично, соответствующее изобретению устройство может использоваться в распознавании так называемых тегов или при распознавании магнитных штрихкодов. Кроме того, соответствующее изобретению измерительное устройство может использоваться при испытании материалов, например при обнаружении пустот, отверстий или трещин в ферромагнитных или электропроводных материалах. Также соответствующее изобретению измерительное устройство может использоваться с магнитными матрицами в биочипах или в так называемой технологии «лаборатория на чипе», например, для обнаружения магнитных шариков или повышения однородности распределения чувствительности матрицы. В частности, соответствующее изобретению измерительное устройство может быть использовано в качестве замены для индуктивных головок.

Ниже изобретение будет описано более подробно со ссылками на чертежи, представляющие примеры выполнения изобретения, на которых показано следующее:

фиг. 1 - схематичный вид сбоку линейки датчиков и выполненного с одним магнитом устройства намагничивания соответствующего изобретению измерительного устройства в поперечном сечении, перпендикулярном к направлению линейки;

фиг. 2 - схематичный вид спереди представленных на фиг. 1 компонентов соответствующего изобретению измерительного устройства в поперечном сечении, перпендикулярном к направлению линейки;

фиг. 3 - схематичный вид в перспективе магнита устройства намагничивания в варианте выполнения по фиг. 1 и 2;

фиг. 4 - схематичный вид в перспективе сверху соответствующего изобретению измерительного устройства;

фиг. 5 - схематичный вид в перспективе снизу соответствующего изобретению измерительного устройства;

фиг. 6 - схематичный вид сбоку соответствующего изобретению измерительного устройства;

фиг. 7 - схематичный вид линейки датчиков соответствующего изобретению измерительного устройства;

фиг. 8 - схематичный вид сбоку соответствующего изобретению измерительного устройства, выполненного с двумя отдельными магнитами, и

фиг. 9 - схематичный вид в перспективе соответствующего изобретению измерительного устройства, выполненного из четырех отдельных магнитов.

Представленные на чертежах варианты выполнения соответствующего изобретению измерительного устройства для измерения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства имеют линейку 2 датчиков с по меньшей мере двумя чувствительными элементами 7, продолжающимися в направлении Z линейки. С помощью линейки 2 датчиков могут измеряться магнитные свойства окружающей среды измерительного устройства. Измерительное устройство согласно изобретению имеет устройство намагничивания, которое имеет либо (фиг. 1-6) один магнит 1, либо (фиг. 8) два магнита 11, либо (фиг. 9) четыре магнита 11. Фиг. 2 показывает, что магнитное поле, сформированное устройством намагничивания, по существу, однородно в области линейки датчиков и его направление поля в области линейки датчиков ориентировано под углом α=65°-85° к направлению Z линейки. Фиг. 1 показывает, что магнитное поле, сформированное устройством намагничивания, по существу, не имеет компоненты поля, которая ориентирована перпендикулярно к направлению линейки в направлении ширины В чувствительных элементов.

Фиг. 1-6 показывают, что устройство 1 намагничивания содержит один магнит 1. Фиг. 2 показывает, что длина магнита 1 продолжается по длине линейки датчиков.

В одном магните 1 устройства намагничивания, в его поверхности, обращенной к линейке 2 датчиков, предусмотрена полость 14, открытая к линейке датчиков (фиг. 3). Полость 14 имеет, по существу, прямоугольное отверстие. Кроме того, полость 14 имеет центрально расположенную базовую плоскость 6 и две расположенные соответственно в направлении линейки рядом с базовой плоскостью 6 дополнительные базовые плоскости 12, 13 (см. фиг. 3). В представлении в перспективе на фиг. 3 также видно, что глубина полости в области центральной базовой плоскости 6 глубже, чем в области расположенных рядом базовых плоскостей 12, 13.

На фиг. 3 также видно, что поперечное сечение полости 14 в плоскости Е1, которая также содержит направление Z линейки и перпендикулярна плоскости полости, является зеркально-симметричным.

Фиг. 4, 5, 6 показывают, что соответствующее изобретению измерительное устройство состоит из двух соединенных гибким участком 17 жестких частей печатной платы. Фиг. 5 показывает, что корпуса датчиков, содержащие чувствительные элементы, в линейке 2 датчиков закреплены на первой части 15 печатной платы. Фиг. 4 показывает дополнительный датчик 3а, расположенный не в линейке 2 датчиков, который содержит дополнительные чувствительные элементы и закреплен на второй части 16 печатной платы. На фиг. 4, 5 и 6 можно видеть также, что единственный магнит 1 устройства намагничивания размещен между параллельно расположенными частями 15, 16 печатной платы. Кроме того, фиг. 4, 5 и 6 показывают, что гибкое соединение 17 соединяет первую часть 15 печатной платы с второй частью 16 печатной платы. Второе гибкое соединение 18 соединяет вторую часть 16 печатной платы с соединительным штекером 19.

Фиг. 1 и 2 показывают, что могут быть предусмотрены дополнительные чувствительные элементы 3а, 3b, расположенные не в линейке датчиков, которые могут измерять магнитные характеристики своей окружающей среды. Дополнительный чувствительный элемент 3b расположен в полости магнита 1. Дополнительный чувствительный элемент 3а расположен на стороне устройства намагничивания, противоположной линейке датчиков. Дополнительные чувствительные элементы 3а, 3b могут также предусматриваться в качестве альтернативы друг другу или могут быть опущены в других вариантах выполнения.

На печатной плате 16 могут также быть предусмотрены дополнительные компоненты устройства оценки. Через гибкое соединение 17 линии выходных сигналов чувствительных элементов может быть соединены с этими компонентами устройства оценки. Устройство оценки может тогда формировать в единицу времени среднее значение из сигналов линий выходных сигналов чувствительных элементов линейки датчиков, и/или предварительно усиливать сигналы, и/или выполнять оцифровку.

Фиг. 7 схематично показывает типичную структуру соответствующей изобретению линейки 2 датчиков из припаянных на печатную плату 10 корпусов 9 датчиков, каждый из которых содержит чип 8, который, в свою очередь, является носителем нескольких чувствительных элементов 7.

Фиг. 8 показывает соответствующий изобретению вариант выполнения, в котором вместо одного магнита применяются два намагниченные под углом магнита 11 для формирования, в частности, однородного в продольном направлении линейки опорного и подмагничивающего поля в области линейки 2 датчиков.

Фиг. 9 показывает другой вариант выполнения, в котором в результате дополнительного разделения обоих магнитов из фиг. 8 на всего 4 магнита 11 достигается дополнительное повышение однородности поля в области линейки в направлении, поперечном продольному направлению линейки.

Группа изобретений относится к измерительному устройству для измерения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства с линейкой датчиков с по меньшей мере двумя продолжающимися в направлении линейки чувствительными элементами, причем посредством линейки датчиков могут измеряться магнитные свойства их окружающей среды, при этом обеспечено устройство намагничивания, которое формирует магнитное поле, которое является, по существу, однородным в области линейки датчиков и направление поля которого в области линейки датчиков ориентировано под углом >0° и <90° к направлению линейки. Технический результат – повышение надежности измерения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства, компактность, упрощение конструкции. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Измерительное устройство для измерения магнитных свойств окружающей среды измерительного устройства с линейкой (2) датчиков с по меньшей мере двумя продолжающимися в направлении (Z) линейки чувствительными элементами (7), причем посредством линейки датчиков могут измеряться магнитные свойства ее окружающей среды, отличающееся тем, что содержит устройство намагничивания, которое формирует магнитное поле, которое является, по существу, однородным в области линейки (2) датчиков и направление поля которого в области линейки (2) датчиков ориентировано под углом >0° и <90° к направлению (Z) линейки (2) датчиков.

2. Измерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что направление поля устройства намагничивания в области линейки (2) датчиков ориентировано под углом от 65° до 85° к направлению (Z) линейки (2) датчиков.

3. Измерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что линейка (2) датчиков имеет длину, ширину и высоту, причем высота меньше, чем ширина, и высота меньше, чем длина, при этом магнитное поле, формируемое устройством намагничивания в области линейки (2) датчиков, имеет, по существу, только компоненту поля в направлении длины линейки (2) датчиков и компоненту поля в направлении высоты линейки датчиков в области линейки (2) датчиков, но, по существу, не имеет компоненты поля в направлении ширины линейки (2) датчиков.

4. Измерительное устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что устройство намагничивания содержит первый магнит, который расположен в направлении линейки в области одного конца линейки датчиков, и второй магнит, который расположен в направлении линейки в области противоположного конца линейки датчиков, и как у первого магнита, так и у второго магнита направления намагничивания образуют угол >0° и <90° к направлению линейки.

5. Измерительное устройство по п. 4, отличающееся тем, что первый магнит образован двумя отдельными магнитами, разделенными зазором, и второй магнит образован двумя отдельными магнитами, разделенными зазором.

6. Измерительное устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что устройство намагничивания содержит один магнит (1), который продолжается по меньшей мере по всей длине линейки датчиков в направлении линейки и который расположен таким образом, что линия, соединяющая его северный полюс с его южным полюсом, проходит под углом >0° и <90° к направлению (Z) линейки.

7. Измерительное устройство по п. 6, отличающееся тем, что в обращенной к линейке (2) датчиков поверхности магнита предусмотрена полость (14), открытая к линейке датчиков.

8. Измерительное устройство по п. 7, отличающееся тем, что обращенное к линейке (2) датчиков отверстие полости (14) имеет прямоугольную форму и ориентированная в направлении (Z) линейки длина отверстия больше, чем ориентированная перпендикулярно к направлению (Z) линейки ширина отверстия.

9. Измерительное устройство по п. 7 или 8, отличающееся тем, что полость (14) имеет различные глубины.

10. Измерительное устройство по п. 7 или 8, отличающееся тем, что поперечное сечение полости (14) относительно плоскости (E1), которая содержит направление (Z) линейки, является зеркально-симметричным.

11. Измерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что чувствительные элементы (7) непосредственно, или чипы (8), несущие чувствительные элементы, или корпуса (9), содержащие чипы датчиков, закреплены на одной стороне печатной платы (15) и устройство намагничивания расположено на противоположной стороне печатной платы (15), в частности предпочтительно закреплено на печатной плате (15).

12. Измерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит дополнительный чувствительный элемент (3а, 3b), размещенный не в линейке датчиков, который может измерять магнитные свойства своей окружающей среды, который расположен между устройством намагничивания и линейкой датчиков, или на стороне устройства намагничивания, противолежащей линейке датчиков, или, в случае имеющего полость (14) магнита (1) устройства намагничивания, в полости (14).

13. Измерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит устройство оценки, причем по меньшей мере два чувствительных элемента линейки датчиков имеют линию выходного сигнала, и линии выходных сигналов чувствительных элементов линейки датчиков подведены к устройству оценки, и устройство оценки формирует в единицу времени среднее значение из сигналов линий выходных сигналов чувствительных элементов линейки датчиков.

14. Применение измерительного устройства по любому из пп. 1-13 для проверки сертификатов или купонных листов, в частности банкнот, чеков или других бумажных листов, на наличие магнитных признаков, в частности на то, имеют ли сертификаты или купонные листы особые, предварительно установленные магнитные признаки.