WO2023213440A1

WO2023213440A1 - Sensorelement, prüfvorrichtung und verfahren für die prüfung eines datenträgers mit spinresonanz-merkmal

Info

Publication number: WO2023213440A1
Application number: PCT/EP2023/025211
Authority: WO
Inventors: Stephan Huber
Original assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2022-05-06
Filing date: 2023-05-05
Publication date: 2023-11-09
Anticipated expiration: 2024-11-06
Also published as: DE102022001597A1; EP4519849A1; CN119156652A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement (30) für die Prüfung eines flächigen Datenträgers (10), insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal (12). Das Sensorelement umfasst einen Magnetkern mit einem Luftspalt (32), in den der flächige Datenträger (10) zur Prüfung einbringbar ist, eine Polarisationseinrichtung (34) zu Erzeugung eines statischen magnetischen Flusses in dem Luftspalt (32), und eine Resonatoreinrichtung (40) zur Anregung des Spinresonanz-Merkmals (12) des zu prüfenden Datenträgers in dem Luftspalt. Erfindungsgemäß enthält die Resonatoreinrichtung (40) eine Mehrzahl von Streifenleitungs-Resonatoren (46-1, 46-2), die auf einen voneinander unabhängigen Betrieb bei derselben Anregungsfrequenz ausgelegt und eingerichtet sind. Die Polarisationseinrichtung (34) erzeugt einen homogenen magnetischen Fluss in dem Luftspalt (32), so dass der statische magnetische Fluss für je zwei Streifenleitungs-Resonatoren (46-1, 46-2) der Resonatoreinrichtung an der Position eines ersten Streifenleitungs-Resonators (46-1) im Wesentlichen dieselbe Feldstärke aufweist wie an der Position eines zweiten Streifenleitungs-Resonators (46-2).

Description

Sensorelement, Prüfvorrichtung und Verfahren für die Prüfung eines Datenträgers mit Spinresonanz-Merkmal

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement für die Echtheitsprüfung eines flächigen Datenträgers, insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal. Die Erfindung betrifft auch eine Prüfvorrichtung mit einem solchen Sensorelement und ein Verfahren zur Echtheitsprüfung mit einem solchen Sensorelement oder einer solchen Prüfvorrichtung.

Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit der Datenträger gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Es ist bekannt, bei der maschinellen Echtheitsprüfung Sicherheitselemente mit Spinresonanz-Merkmalen zur Absicherung von Dokumenten und anderen Datenträgern einzusetzen. Die Sicherheitselemente sind dazu mit Substanzen versehen, die eine Spinresonanz-Signatur aufweisen. Zu den für die Echtheitsprüfung einsetzbaren Spinresonanz-Signaturen gehören insbesondere Kernspin-Resonanz-Effekte (Nuclear Magnetic Resonance, NMR), Elektronspin-Resonanz-Effekte (ESR) und ferromagnetische Resonanz-Effekte (FMR).

Bei der Prüfung von Banknoten werden zur Detektion der Spinresonanz-Signaturen meist drei verschiedene Magnetfelder im Messbereich beispielsweise einer Banknotenbearbeitungsmaschine erzeugt. Dabei handelt es sich konkret um ein quasistatisches Polarisationsfeld Bo, das parallel zur Axialrichtung (z-Richtung) des Luftspalts eines magnetischen Kreises verläuft. Ein zweites Magnetfeld ist durch ein Modulationsfeld Bmod gebildet, welches ebenfalls parallel zur z- Achse verläuft und typischerweise eine Frequenz f_mod im kHz-Bereich hat. Zur Anregung von Übergängen zwischen den aufge- spaltenen Spin-Energieniveaus der Spinresonanz-Signatur-Substanzen ist ein Anregefeld Bi vorgesehen, das senkrecht zur Bo-Richtung polarisiert ist. Das Anregefeld schwingt dabei mit der Resonanzfrequenz des Materials, die auch als Larmorfrequenz bezeichnet wird, und die proportional zum Polarisationsfeld Bo ist. Zur Erzeugung des Polarisationsfeldes Bo kommt häufig ein magnetischer Kreis zum Einsatz, der den magnetischen Fluss von Permanentmagneten und/ oder Spulen zu einem Luftspalt leitet, in dem die Prüfung der flächigen Datenträger stattfindet.

Für die Erzeugung des Anregefelds Bi wird ein Hochfrequenz-Resonator, beispielsweise ein Streifenleitungs-Resonator, verwendet. Dabei handelt es sich um eine leitende Struktur mit einer charakteristischen Länge 1, die auf einem Träger angeordnet ist. Passt bei der Echtheitsprüfung die Wellenlänge X des eingekoppelten Hochfrequenzsignals zu der Abmessung 1 der leitenden Struktur, so kann sich im Resonator eine stehende Welle ausbilden und der Streifenleitungs-Resonator ist zu der zur Wellenlänge X gehörenden Anregungsfrequenz in Resonanz. Da die Ausdehnung eines Streifenleitungs-Resonators in der Ebene des Trägers deutlich größer ist als senkrecht dazu, spricht man auch von der Ebene des Streifenleitungs-Resonators, die der Ebene des Trägers entspricht.

Mit einem Sensorelement mit einem Streifenleitungs-Resonator kann bei der Prüfung eines Datenträgers mit einem Scan eine Ortsauflösung entlang der Scanrichtung erreicht werden, die proportional zur Abmessung des Resonators ist. Bei einer typischen Kantenlänge der Streifenleitungs-Resonatoren von etwa 10 mm ergibt sich entsprechend eine Ortsauflösung im Bereich mehrerer Millimeter.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung für die Prüfung von Datenträgern mit Spinresonanz-Merkmalen anzugeben, und insbesondere ein Sensorelement bereitzustellen, das auch eine Prüfung von Datenträgern mit komplexen Spinresonanz-Merkmalen erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung stellt ein Sensorelement für die Prüfung, insbesondere Echtheitsprüfung, eines flächigen Datenträgers mit einem Spinresonanz-Merkmal bereit. Bei dem flächigen Datenträger kann es sich beispielsweise um eine Banknote handeln. Das Sensorelement enthält einen Magnetkern mit einem Luftspalt, in den der flächige Datenträger zur Prüfung einbringbar ist, eine Polarisationseinrichtung zu Erzeugung eines statischen magnetischen Flusses in dem Luftspalt, sowie eine Resonatoreinrichtung zur Anregung des Spinresonanz-Merkmals des zu prüfenden Datenträgers in dem Luftspalt. Bei dem Spinresonanz-Merkmal handelt es sich bevorzugt um ein ESR-Merkmal.

Die Resonatoreinrichtung enthält dabei eine Mehrzahl von Streifenleitungs-Resonatoren, die auf einen voneinander unabhängigen Betrieb bei derselben Anregungsfrequenz ausgelegt und eingerichtet sind, beispielsweise mit einer Frequenzabweichung von weniger als 1%, bevorzugt von weniger als 0,1 % . Weiter erzeugt die Polarisationseinrichtung einen homogenen magnetischen Fluss in dem Luftspalt, so dass der statische magnetische Fluss für je zwei Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung an der Position eines ersten Streifenleitungs-Resonators im Wesentlichen dieselbe Feldstärke aufweist wie an der Position eines zweiten Streifenleitungs-Resonators.

Wie nachfolgend genauer beschrieben, können durch eine solche Auslegung der Resonatoreinrichtung und eine solche Abstimmung der Polarisationseinrichtung sehr weitgehende Anforderungen an eine automatisierte Prüfung von Datenträgern, insbesondere von Banknoten, erfüllt werden. Beispielsweise kann durch die erreichte Ortsauflösung bei einem flächig in den Datenträger eingebrachten Spinresonanz-Merkmal die Vollständigkeit des Datenträgers geprüft werden. Auch bei einem lokalisierten Spinresonanz-Merkmal kann mit der erfindungsgemäßen Gestaltung eine ortsaufgelöste Vermessung des Merkmals vorgenommen und damit eine vorgegebene spezifizierte Geometrie und Position des Merkmals überprüft werden.

Die eingesetzten Streifenleitungs-Resonatoren zeichnen sich grundsätzlich insbesondere dadurch aus, dass ihr sensitiver Bereich sehr gut zugänglich ist und sie für flächige Proben, wie sie die zu prüfenden Banknoten darstellen, einen sehr hohen Füllfaktor aufweisen. Die Streifenleitungs-Resonatoren werden nachfolgend teilweise auch nur kurz als Resonatoren bezeichnet.

Mit Vorteil ist bei einem erfindungsgemäßen Sensorelement vorgesehen, dass der statische magnetische Fluss am Ort je zweier Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung eine maximale Abweichung von 2% aufweist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung in Form eines eindimensionalen Arrays angeordnet.

Die Resonatoreinrichtung kann insbesondere zwei, drei, vier, fünf oder sechs Streifenleitungs-Resonatoren enthalten, wobei auch eine größere Anzahl an Streifenleitungs- Resonatoren, beispielsweise eine Mehrspur- Anordnung mit zwei oder drei Spuren mit je fünf Streifenleitungs-Resonatoren vorteilhaft sein kann. Während ein eindimensionales Array eine ortsaufgelöste Messung an einem bewegten Datenträger ermöglicht, kann mit einer Mehrspur-Anordnung auch an einem ruhenden Datenträger eine ortsaufgelöste Messung vorgenommen werden.

Jeder der Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung ist mit Vorteil jeweils von einer anderen Signalquelle gespeist. Alternativ können die Streifenleitungs-Resonatoren auch von einer einzigen Signalquelle über einen Multiplexer gespeist sein. Auch eine hybride Gestaltung ist möglich, bei der die Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung in mehrere Gruppen unterteilt sind, und die Resonatoren jeder Gruppe jeweils von einer einzigen Signalquelle über einen Multiplexer gespeist sind, während verschiedene Gruppen von verschiedenen Signalquellen gespeist sind.

Mit Vorteil deckt die Mehrzahl von Streifenleitungs-Resonatoren eine Fläche ab, die die gesamte Breite des zu prüfenden Datenträgers, insbesondere einer Banknote, erfasst. Über einen linearen Scan entlang der Länge des Datenträgers kann dieser dann auf Vollständigkeit geprüft werden, da bei dem Scan jede Position auf dem Datenträger von einem Streifenleitungs-Resonator erfasst wird. Ist eine Prüfung an einem ruhenden Prüfling vorgesehen, deckt die Mehrzahl von Streifenleitungs-Resonatoren vorteilhaft eine Fläche ab, die die gesamte Fläche des zu prüfenden Datenträgers, insbesondere einer Banknote, erfasst.

Die Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung weisen mit Vorteil dieselbe Resonanzfrequenz auf, beispielsweise weichen die Resonanzfrequenzen um weniger als 1%, bevorzugt um weniger als 0,1%, voneinander ab. Bevorzugt sind die Streifenleitungs-Resonatoren zudem auf eine Prüfung des Spinresonanz-Merkmals in derselben räumlichen Mode des Anregungsfelds ausgelegt und eingerichtet, besonders bevorzugt weisen die Streifenleitungs-Resonatoren eine gleiche geometrische Form, beispielsweise eine quadratische, eine rechteckige oder eine Ring-Form, auf.

Der genannte Luftspalt ist vorteilhaft durch zwei planparallele Polflächen des Magnetkerns begrenzt. An den Polflächen besteht der Magnetkern dabei bevorzugt aus einem ferromagnetischen Material mit einer magnetischen Permeabilität |i_r »1, also insbesondere gi größer IxlO², die Polflächen können aber auch von einem paramagnetischen Material mit gr « 1, also insbesondere g, höchstens 1+KF², gebildet werden.

Mit Vorteil sind die Streifenleitungs-Resonatoren flächig mit einer Haupterstreckungsebene ausgebildet, die planparallel zu zumindest einer der den Luftspalt begrenzenden Polflächen des Magnetkerns ist. Die Haupterstreckungsebene steht weiter mit Vorteil senkrecht auf der Richtung des von der Polarisationseinrichtung erzeugten statischen magnetischen Flusses, hn Rahmen dieser Beschreibung wird die Richtung des statischen magnetischen Flusses auch als z-Richtung bezeichnet. Die Haupterstreckungsebene der Streifenleitungs-Resonatoren erstreckt sich dann in der zur z-Richtung senkrechten x-y-Ebene. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Sensorelement weiter eine Modulationseinrichtung zur Erzeugung eines zeitlich variierenden magnetischen Modulationsfelds in dem Luftspalt auf, wobei bevorzugt die Modulationsfrequenz bei allen Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung gleich hoch ist. Beispielsweise weicht die Modulationsfrequenz am Ort von je zwei Streifenleitungs-Resonatoren um höchstens 2% voneinander ab. Die Modulationseinrichtung ist vorteilhaft durch eine im Luftspalt angeordnete Einzel-Modulationsspule, insbesondere eine Einzel-Planarspule, gebildet.

Der Luftspalt weist vorteilhaft eine Höhe, also eine Abmessung in z-Richtung, von weniger als 10 mm, vorzugsweise von weniger als 5 mm, auf. Dadurch lässt sich ein besonders starkes Polarisationsfeld, also ein starker statischer magnetischer Fluss, im Luftspalt erzeugen.

Die Resonatoreinrichtung ist in dem Luftspalt vorteilhaft so angeordnet, dass sich ein zur Prüfung eingebrachter flächiger Datenträger im Nahfeld des von den Streifenleitungs-Resonatoren erzeugten Anregefelds befindet.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zur Erhöhung des Signal-zu- Rausch-Verhältnisses zumindest ein Teil der genannten Streifenleitungs-Resonatoren jeweils durch ein NxM-Array von Streifenleitungs-Resonatoren ersetzt, wobei N und M natürliche Zahlen sind und zumindest einer der Werte von N und M größer als 1 ist, wobei die Streifenleitungs-Resonatoren des NxM- Arrays jeweils alle von derselben Signalquelle gespeist sind und elektrisch parallel und/ oder in Reihe geschaltet sind.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das Sensorelement weiter eine Rampspule zur Erzeugung einer Rampenfunktion des statischen magnetischen Flusses auf.

Die Resonatoreinrichtung ist mit Vorteil auf die Anregung von Spinresonanz-Signalen mit einer Frequenz oberhalb von 1 GHz, insbesondere zwischen 1 GHz und 10 GHz, ausgelegt. Gegenüber niedrigeren Frequenzen ermöglicht dies eine höhere spektrale Auflösung und ein stärkeres Messsignal.

Die Resonatoreinrichtung ist insbesondere auch zur Erfassung von Spinresonanz-Signalen des Spinresonanz-Merkmals ausgebildet. Die Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung können insbesondere ein Antwortsignal des Spinresonanz-Merkmals aufnehmen und an einen Detektor ausgeben. Die Spinresonanzen können beispielsweise mit einem Dauerstrich (CW)-Verfahren, einem gepulsten Verfahren oder einem Rapid-Scan-Verfahren bestimmt werden.

Die Streifenleitungs-Resonatoren können bei der Prüfung des Datenträgers sowohl in Reflexion als auch in Transmission betrieben werden. Letzteres hat den Vorteil, dass im Signalzweig kein Element wie etwa ein Zirkulator benötigt wird, das die zum Resonator vor- und rücklaufenden Signale auftrennt.

Mit Vorteil umfasst die Resonatoreinrichtung einen flächigen Träger, auf dem die Streifenleitungs-Resonatoren aufgebracht sind. Der Träger ist zweckmäßig durch eine Leiterplatte gebildet, was eine reproduzierbare und kostengünstige Herstellung erlaubt. Es ist allerdings auch vorteilhaft, insbesondere zur Verringerung dielektrischer Verluste im Trägermaterial, Träger auf Basis von Keramik, Teflon oder Kohlenwasserstoffen einzusetzen.

Die Erfindung enthält auch eine Prüfvorrichtung für die Prüfung eines flächigen Datenträgers, insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal mit einem Sensorelement der oben beschriebenen Art. Darüber hinaus enthält die Prüfvorrichtung entweder eine Mehrzahl von Signalquellen mit gleicher Anregungsfrequenz, aus denen die Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung gespeist sind, oder enthält eine einzige Signalquelle, aus der die Streifenleitungs-Resonatoren über einen Multiplexer gespeist sind. Vorteilhaft enthält die Prüfvorrichtung weiter eine Transporteinrichtung, die die zu prüfenden flächigen Datenträger entlang eines Transportpfades in eine Prüfposition im Luftspalt einbringt bzw. durch eine Prüfposition im Luftspalt des Magnetkerns hindurchführt, wobei die Resonatoreinrichtung so in dem Luftspalt angeordnet ist, dass sich die Prüfposition im Nahfeld des von den Streifenleitungs-Resonatoren erzeugten Anregefelds befindet.

Die Transporteinrichtung ist insbesondere auf einen schnell-laufenden Transport, beispielsweise zwischen 1 m/s und 12 m/s, der zu prüfenden flächigen Datenträger entlang des Transportpfades ausgelegt und eingerichtet.

Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zur Prüfung eines flächigen Datenträgers, insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal mittels eines Sensorelements der beschriebenen Art oder einer Prüfvorrichtung der beschriebenen Art, wobei bei dem Verfahren ein zu prüfender flächiger Datenträger in den Luftspalt des Magnetkerns des genannten Sensorelements eingebracht wird, mit der Polarisationseinrichtung ein statischer magnetischer Fluss und vorzugsweise mit einer Modulationseinrichtung ein zeitlich variierendes magnetisches Modulationsfeld in dem Luftspalt erzeugt wird, und mit der Resonatoreinrichtung das Spinresonanz-Merkmal des zu prüfenden Datenträgers angeregt wird.

Mit Vorteil wird bei dem Verfahren der zu prüfende flächige Datenträger durch die Anregung des Spinresonanz-Merkmals ortsaufgelöst vermessen, insbesondere auf Vollständigkeit geprüft. In einer vorteilhaften Verfahrensführung ist vorgesehen, dass der zu prüfende flächige Datenträger entlang eines Transportpfades durch den Luftspalt des Magnetkerns des genannten Sensorelements geführt wird und dabei mit den Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung ein Einspur-Scan oder ein Mehrspur-Scan des Datenträgers vor genommen wird.

Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Prüfvorrichtung eines Banknotenbearbeitungssystems für die Messung von Spin-Resonanzen eines Banknotenprüflings,

Fig. 2 schematisch eine Aufsicht auf eine Resonatoreinrichtung eines erfindungsgemäßen Sensorelements,

Fig. 3 schematisch den Aufbau bei einer Messung einer Papierprobe mit der Resonatoreinrichtung der Fig. 2,

Fig. 4 Signalkurven bei der Messung des Spinresonanz-Merkmals der Papierprobe der Fig. 3, und

Fig. 5 eine Schaltung für die Anbindung der Resonatoreinrichtung eines erfindungsgemäßen Sensorelements mit nur einem einzigen Signalzweig.

Die Erfindung wird nun am Beispiel der Echtheitsprüfung von Banknoten erläutert. Figur 1 zeigt dazu schematisch eine Prüfvorrichtung 20 eines Banknotenbearbeitungssystems für die Messung von Spin-Resonanzen eines Banknotenprüflings 10. Der Banknotenprüfling 10 weist ein Spinresonanz-Merkmal 12 auf, dessen charakteristische Eigenschaften zum Nachweis der Echtheit der Banknote dienen. Das Spinresonanz-Merkmal kann wie im gezeigten Ausführungsbeispiel nur in einem Teilbereich der Banknote vorliegen oder kann sich auch über die gesamte Fläche des Banknotenprüflings erstrecken.

Die Prüfvorrichtung 20 enthält ein Sensorelement 30 mit einem Magnetkern 35, der einen durch zwei Polflächen 38 begrenzten Luftspalt 32 aufweist, durch den der Banknotenprüfling 10 bei der Echtheitsprüfung entlang eines Transportpfads 14 geführt wird.

Zur Detektion von Spinresonanz-Signaturen des Spinresonanz-Merkmals 12 erzeugt das Sensorelement 30 in einem Messbereich des Luftspalts 32 drei verschiedene Magnetfelder.

Zum einen wird durch eine Polarisationseinrichtung 34 ein homogener, statischer magnetischer Fluss parallel zur z- Achse im Messbereich erzeugt. Um ein starkes Polarisationsfeld zu erzeugen, beträgt die Höhe des Luftspalts in z-Richtung vorteilhaft weniger als 10 mm, insbesondere sogar weniger als 5 mm.

Zum zweiten erzeugt eine Modulationseinrichtung 36 ein zeitlich variierendes magnetisches Modulationsfeld in dem Luftspalt, das ebenfalls parallel zur z- Achse verläuft und eine Modulationsfrequenz fMod im Bereich zwischen 1 kHz bis 1 MHz aufweist. Schließlich erzeugt eine Resonatoreinrichtung 40 in dem Luftspalt ein Anregefeld, das die Energieübergänge zwischen den Spin-Energieniveaus im Spinresonanz-Merkmal 12 induziert. Das Anregefeld hat typischerweise Frequenzen oberhalb von 1 GHz und ist senkrecht zur z-Richtung polarisiert.

Die Frequenz des Anregefelds ist dabei auf die Larmor-Frequenz des nachzuweisenden Spinresonanz-Merkmals 12 abgestimmt, um dessen Spinresonanz-Signatur messen und für die Echtheitsprüfung verwenden zu können. Die Prüfvorrichtung 20 enthält hierzu eine Signalquelle 22, deren Anregungsfrequenz fiaw der erwarteten Larmor-Frequenz des Spinresonanz-Merkmals 12 entspricht. Das Anregungssignal der Signalquelle 22 wird über einen Duplexer 24 einer Resonatoreinrichtung 40 zugeführt und erzeugt dort ein magnetisches Wechselfeld der Frequenz fMw.

Neben den genannten Elementen enthält die Prüfvorrichtung 20 eine Detektor-Diode 26 zur Messung der von der Resonatoreinrichtung 40 reflektierten Hochfrequenz-Eeistung und eine Auswerteeinheit 28 zur Auswertung und gegebenenfalls Anzeige des Messergebnisses. Ist das Spinresonanz-Merkmal 12 bei einer eingekoppelten Frequenz in Resonanz, so ändert sich die Resonatorgüte und damit die von den Streifenleitungs-Resonatoren reflektierte Eeistung. Aufgrund der Modulation des statischen Polarisationsfelds durch die Modulationseinrichtung 36 oszilliert der genaue Wert der Larmor-Frequenz der Probe, so dass das erhaltene Messsignal mit der Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist.

Figur 2 zeigt schematisch die Ausbildung der Resonatoreinrichtung 40 eines erfindungsgemäßen Sensorelements 30 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Resonatoreinrichtung 40 umfasst einen flächigen Träger, beispielsweise eine Leiterplatte 42, auf der für eine ortsaufgelöste Messung eine Mehrzahl von Streifenleitungs-Resonatoren 46 angeordnet sind, die unabhängig voneinander bei derselben Anregungsfrequenz betrieben werden.

Konkret enthält die Resonatoreinrichtung 40 im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ein 2x1- Array aus zwei Streifenleitungs-Resonatoren 46-1, 46-2, die ein sich senkrecht zur Transportrichtung 14 erstreckendes eindimensionales Array bilden. Dadurch lässt sich, wie nachfolgend genauer erläutert, die Spinresonanz-Intensität des Banknotenprüflings 10 ortsaufgelöst, nämlich entlang zweier beabstandeter Spuren parallel zur Transportrichtung 14, messen. Figur 2 zeigt lediglich zur Erläuterung des Funktionsprinzips ein kleines Array mit nur 2x1 Streifenleitungs-Resonatoren, es versteht sich aber, dass in der Praxis auch eindimensionale Arrays mit mehr als zwei, beispielsweise 3, 4 , 5, 6 oder 10, Resonatoren möglich sind, um eine höhere Ortsauflösung zu erzielen. Auch zweidimensionale Arrays, beispielsweise mit 2x2, mit 2x4 oder 2x10 Resonatoren sind möglich und ermöglichen eine ortsaufgelöste Messung sogar an einem ruhenden Banknotenprüfling 10. Bevorzugt ist die Mehrzahl von Streifenleitungs-Resonatoren in Form eines linearen Arrays oder zweidimensional auf den Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters angeordnet, beispielsweise in rechteckiger, hexagonaler oder zeilenweise versetzter Anordnung.

Die Polarisationseinrichtung 34 erzeugt in dem Luftspalt 32 einen homogenen statischen magnetischen Fluss, so dass der statische magnetische Fluss für je zwei Streifenleitungs-Resonatoren 46-1 , 46-2 der Resonatoreinrichtung 40 an der Position eines ersten Streifenleitungs-Resonators 46-1 im Wesentlichen dieselbe Feldstärke aufweist wie an der Position eines zweiten Streifenleitungs-Resonators 46-2. "Im Wesentlichen" dieselbe Feldstärke bedeutet dabei, dass sich die Feldstärken an den Positionen der Streifenleitungs-Resonatoren 46-1, 46-2 um höchstens 2% unterscheiden.

Um die Funktionsweise der Erfindung zu demonstrieren, wurde das Verhalten eines erfindungsgemäßen Sensorelements mit einer Resonatoreinrichtung 40 nach Fig. 2 in einem Aufbau nach Fig. 3 bei einer Spinresonanz-Messung simuliert.

Die Resonatoreinrichtung 40 enthält dabei zwei quadratische X/2-Streifenleitungs-Re- sonatoren 46-1, 46-2, die auf einer Leiterplatte 42 der Stärke 1,5 mm und mit einer Dielektrizitätskonstante von 3,66 aufgebaut sind. Die Resonatoren 46-1, 46-2 haben eine Kantenlänge von 7,1 mm, entsprechend einer Resonanzfrequenz von 9,8 GHz, und sind in der zur Transportrichtung 14 senkrechten y-Richtung mit einem Abstand von 50 mm zueinander auf der Leiterplatte 42 angeordnet.

Zur Ankoppelung an die Signalquelle 22 über einen Zirkulator wird die Impedanz der Resonatoren 46-1, 46-2 mit Hilfe eines X/ 4-Transformators auf 50 Q transformiert. Das Polarisationsfeld Bo und das Modulationsfeld B_mod sind am Ort der beiden Resonatoren 46-1, 46-2 identisch.

Mit Bezug auf Fig. 3 wurde mit einer solchen Resonatoreinrichtung 40 eine Messung an einer geeignet präparierten Papierprobe 60 simuliert. Dazu wurde eine Papierprobe mit einer Höhe von 100 mm zuerst vollflächig mit einem Spinresonanz-Merkmal 62 beladen. Nach der Merkmalsbeladung wurde im oberen Bereich der Probe ein 35 mm x 35 mm großer Teil ausgeschnitten und durch einen merkmalsfreien Papierteil 64 ersetzt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die so präparierte Probe 60 entlang der Transportrichtung 14 mittig über die Resonatoreinrichtung 40 mit den beiden Streifenleitungs-Resonatoren 46-1, 46-2 bewegt, und das erhaltene Spinresonanz-Signal aufgezeichnet. Bei der gegebenen Polarisationsfeldstärke entspricht die Larmor-Frequenz des Spinresonanz-Merkmals gerade der Resonanzfrequenz von 9,8 GHz der beiden Resonatoren 46-1, 46-2. hn Diagramm 70 der Fig. 4 sind die so erhaltenen simulierten Signalintensitäten für den oberen Resonator 46-1 als Signalkurve 72-1 und für den unteren Resonator 46-2 als Signalkurve 72-2 im Abhängigkeit vom Ort x gezeigt.

Die Signalkurven wurden dabei auf die mittlere Signalintensität der ungestörten Signalkurve 72-2 normiert und zur besseren Anschaulichkeit leicht versetzt dargestellt.

In Fig. 4 ist deutlich zu erkennen, dass mit Hilfe des Signaleinbruchs 74 des oberen Resonators 46-1 der merkmalsfreie Bereich 64 der Probe 60 problemlos detektiert werden kann. Mit einem einzelnen Resonator, über den sich die Papierprobe 60 beispielsweise mittig bewegt, wäre dies nicht möglich.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Ordinate mit I beschriftet und gibt die normierte Intensität an. Weiter ist die Abszisse ist mit x beschriftet und gibt die Position in mm an.

Die Mehrzahl von Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung können mit Vorteil mit Hilfe von unabhängigen Signalquellen betrieben werden. Dies erfordert allerdings auch, dass die Streifenleitungs-Resonatoren an unabhängige Signalzweige angebunden werden, wofür, insbesondere bei einer großen Anzahl an Resonatoren, viel Bauraum zur Schaltungsimplementierung benötigt wird.

Figur 5 zeigt eine alternative Schaltung 80 für die Anbindung einer Resonatoreinrichtung 40 eines erfindungsgemäßen Sensorelements mit nur einem einzigen Signalzweig 82. Alle drei Streifenleitungs-Resonatoren 46-1, 46-2, 46-3 der Resonatoreinrichtung 40 sind über einen Multiplexer 84 mit dem Zirkulator 86 dieses Signalzweigs verbunden. Da nur ein Signalzweig 82 mit nur einer Signalquelle 22 eingesetzt wird, ist der benötige Bauraum gering. Auch ist ohne weitere Maßnahmen sichergestellt, dass die Streifenleitungs-Resonatoren 46-1, 46-2, 46-3 mit derselben Anregungsfrequenz betrieben werden. Der Einfachheit halber sind in der Schaltung 80 der Fig. 5 drei Resonatoren gezeigt, mit einem Multiplexer kann aber auch eine andere, insbesondere größere, Anzahl von Resonatoren von einer einzigen Signalquelle 22 gespeist werden.

Bei Einsatz einer Schaltung 80 nach Fig. 5 kann allerdings zu jedem Zeitpunkt nur mit einem einzigen Resonator 46-1, 46-2 bzw. 46-3 gemessen werden. In Transportrichtung entstehen so Lücken zwischen den Orten auf dem Prüfling, an denen die Spinresonanz gemessen wird, und es gibt daher Orte, an denen keine Messung stattfindet. Messpunkte in benachbarten Spuren sind in Transportrichtung zueinander versetzt.

Je nach den Anforderungen einer Anwendung an den benötigten Bauraum und an die Ortsauflösung der Messung kann auch eine hybride Lösung gewählt werden, bei der die Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung in mehrere Gruppen unterteilt sind, deren Resonatoren jeweils mit einem einzigen Signalzweig verbunden sind. Beispielsweise kann eine Resonatoreinrichtung mit 9 Streifenleitungs-Resonatoren in drei Gruppen mit je drei Resonatoren unterteilt sein, die jeweils über einen Multiplexer mit einem einzigen Signalzweig verbunden sind. Auf diese Weise kann der benötigte Bauraum auf etwa ein Drittel reduziert und gleichzeitig eine hohe Mess- Abdeckung des Prüflings erhalten werden. Bezugszeichenliste

10 Banknotenprüfling

12 Spinresonanz-Merkmal

14 Transportpfad

20 Prüfvorrichtung

22 Signalquelle

24 Duplexer

26 Detektor-Diode

28 Auswerteeinheit

30 Sensorelement

32 Luftspalt

34 Polarisationseinrichtung

35 Magnetkern

36 Modulationseinrichtung

38 Polflächen

40 Resonatoreinrichtung

42 Träger

46-1, 46-2, 46-3 Streifenleitungs-Resonatoren

60 Papierprobe

62 Spinresonanz-Merkmal

64 merkmalsfreier Papierteil

70 Diagramm

72-1, 72-2 Signalkurven

74 Signaleinbruch

80 Schaltung

82 Signalzweig

84 Multiplexer

86 Zirkulator

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Sensorelement (30) für die Prüfung eines flächigen Datenträgers (10), insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal (12), mit einem Magnetkern mit einem Luftspalt (32), in den der flächige Datenträger (10) zur Prüfung einbringbar ist, einer Polarisationseinrichtung (34) zu Erzeugung eines statischen magnetischen Flusses in dem Luftspalt (32), und einer Resonatoreinrichtung (40) zur Anregung des Spinresonanz-Merkmals (12) des zu prüfenden Datenträgers in dem Luftspalt, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoreinrichtung (40) eine Mehrzahl von Streifenleitungs-Resonatoren (46-1, 46-2) enthält, die auf einen voneinander unabhängigen Betrieb bei derselben Anregungsfrequenz ausgelegt und eingerichtet sind, und die Polarisationseinrichtung (34) einen homogenen magnetischen Fluss in dem Luftspalt (32) erzeugt, so dass der statische magnetische Fluss für je zwei Streifenleitungs-Resonatoren (46-1, 46-2) der Resonatoreinrichtung (40) an der Position eines ersten Streifenleitungs-Resonators (46-1) im Wesentlichen dieselbe Feldstärke aufweist wie an der Position eines zweiten Streifenleitungs-Resonators (46-2).

2. Sensorelement (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der statische magnetische Fluss am Ort je zweier Streifenleitungs-Resonatoren (46-1, 46-2) der Resonatoreinrichtung (40) eine maximale Abweichung von 2% aufweist.

3. Sensorelement (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitungs-Resonatoren (46-1, 46-2) der Resonatoreinrichtung (40) in Form eines eindimensionalen Arrays angeordnet sind.

4. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Streifenleitungs-Resonatoren (46-1, 46-2) der Resonatoreinrichtung (40) jeweils von einer anderen Signalquelle gespeist ist.

5. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Streifenleitungs-Resonatoren (46-1, 46-2) eine Fläche abdeckt, die die gesamte Breite des zu prüfenden Datenträgers (10), insbesondere einer Banknote, erfasst.

6. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitungs-Resonatoren (46-1, 46-2) der Resonatoreinrichtung (40) dieselbe Resonanzfrequenz aufweisen, bevorzugt, dass die Streifenleitungs- Resonatoren zudem auf eine Prüfung des Spinresonanz-Merkmals in derselben räumlichen Mode des Anregungsfelds ausgelegt und eingerichtet sind, besonders bevorzugt, dass die Streifenleitungs-Resonatoren eine gleiche geometrische Form aufweisen.

7. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (32) durch zwei planparallele Polflächen (38) des Magnetkerns (35) begrenzt ist.

8. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitungs-Resonatoren (46-1, 46-2) flächig mit einer Haupterstreckungsebene ausgebildet sind, die planparallel zu zumindest einer der den Luftspalt begrenzenden Polflächen des Magnetkerns ist.

9. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement eine Modulationseinrichtung (36) zur Erzeugung eines zeitlich variierenden magnetischen Modulationsfelds in dem Luftspalt aufweist, wobei bevorzugt die Modulationsfrequenz bei allen Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung gleich hoch ist.

10. Sensorelement (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung durch eine im Luftspalt angeordnete Einzel-Modulationsspule, insbesondere eine Einzel-Planarspule, gebildet ist.

11. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitungs-Resonatoren (46-1, 46-2) flächig mit einer Haupterstreckungsebene ausgebildet sind, welche senkrecht auf der Richtung des von der Polarisationseinrichtung (34) erzeugten statischen magnetischen Flusses steht.

12. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (32) eine Höhe von weniger als 10 mm, vorzugsweise von weniger als 5 mm, aufweist.

13. Sensorelement (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoreinrichtung (40) in dem Luftspalt so angeordnet ist, dass sich ein zur Prüfung eingebrachter flächiger Datenträger (10) im Nahfeld des von den Streifenleitungs-Resonatoren erzeugten Anregefelds befindet.

14. Prüfvorrichtung (20) für die Prüfung eines flächigen Datenträgers, insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal, mit einem Sensorelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, und entweder einer Mehrzahl von Signalquellen mit gleicher Anregungsfrequenz, aus denen die Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung gespeist sind, oder einer einzigen Signalquelle, aus der die Streifenleitungs-Resonatoren über einen Multiplexer gespeist sind.

15. Prüfvorrichtung (20) nach Anspruch 14, mit einer Transporteinrichtung, die die zu prüfenden flächigen Datenträger (10) entlang eines Transportpfades (14) in eine Prüfposition im Luftspalt einbringt bzw. durch eine Prüfposition im Luftspalt des Magnetkerns hindurchführt, wobei die Resonatoreinrichtung so in dem Luftspalt angeordnet ist, dass sich die Prüfposition im Nahfeld des von den Streifenleitungs-Resonatoren erzeugten Anregefelds befindet.

16. Prüfvorrichtung (20) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung auf einen schnell-laufenden Transport der zu prüfenden flächigen Datenträger entlang des Transportpfades (14) ausgelegt und eingerichtet ist.

17. Verfahren zur Prüfung eines flächigen Datenträgers (10), insbesondere einer Banknote, mit einem Spinresonanz-Merkmal (12) mittels eines Sensorelements (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder einer Prüfvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei bei dem Verfahren ein zu prüfender flächiger Datenträger (10) in den Luftspalt des Magnetkerns des genannten Sensorelements (30) eingebracht wird, mit der Polarisationseinrichtung (34) ein statischer magnetischer Fluss und vorzugsweise mit einer Modulationseinrichtung (36) ein zeitlich variierendes magnetisches Modulationsfeld in dem Luftspalt erzeugt wird, und mit der Resonatoreinrichtung das Spinresonanz-Merkmal (12) des zu prüfenden Datenträgers (10) angeregt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zu prüfende flächige Datenträger (10) durch die Anregung des Spinresonanz-Merkmals (12) ortsaufgelöst vermessen, insbesondere auf Vollständigkeit geprüft, wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zu prüfende flächige Datenträger (10) entlang eines Transportpfades durch den Luftspalt des Magnetkerns des genannten Sensorelements (30) geführt wird und dabei mit den Streifenleitungs-Resonatoren der Resonatoreinrichtung ein Einspur-Scan oder ein Mehr- spur-Scan des Datenträgers vorgenommen wird.