DE2915423A1 - Messanordnung zum nachweis einer fluoreszierenden markierung auf einem papierbogen - Google Patents
Messanordnung zum nachweis einer fluoreszierenden markierung auf einem papierbogenInfo
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Description
Messanordnung zum Nachweis einer fluoreszierenden Markierung
auf einem Papierbogen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Messanordnung zum Nachweis einer
bei Beleuchtung mit ultraviolettem Licht fluoreszierenden Markierung auf einem bewegten Papierbogen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
Derartige Messanordnungen dienen zur Echtheitsprüfung von Wertpapieren
oder anderen Dokumenten, welche mit einer maschinell aufgedruckten oder von Hand aufgebrachten Markierung aus einer Farbe versehen sind, die bei
ultravioletter (UV) Beleuchtung fluoreszierend wird.
Es ist bekannt (US-PS 2 950 799), die UV-Strahlung zu filtern und vor
die
dem/ Fluoreszenzstrahlung messenden Photodetektor einen polarisierenden
Schirm und ein Bandfilter anzuordnen. Der gemessene Photostrom wird verstärkt und auf ein mit einem Kontakt versehenes Galvanometer
gegeben. Trotz der Polarisation und der Filterung der Fluoreszenzstrahlung können jedoch das Tageslicht oder die Strahlung anderer
künstlicher Lichtquellen den Photodetektor durch Reflektion und Diffusion von Licht im violetten Bereich des Spektrums störend beeinflussen.
Ausserdem können Messfehler infolge von Aenderungen der
Lichtstärke der UV-Lampe auftreten, welche insbesondere durch die bedeutenden Alterungseffekte bekannter Spektrallampen bedingt sind. Auch
beim Austausch einer UV-Lampe treten Aenderungen auf, da die Stärke der SpektralKnien für ein und dieselbe Stromstärke von Lampe zu Lampe
variiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung der erwähnten
Art zu schaffen, welche von Aenderungen der Lichtstärke der UV-Lampe und von der Gegenwart äusserer Lichtquellen unbeeinflusste
Ergebnisse liefert und welche eine zuverlässige Echtheitskontrolle erlaubt.
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Diese Aufgabe wird er findung sgemäss durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die Modulation des UV-Lichtes wird auch eine Modulation der
Fluoreszenzstrahlung sowie des dieser Strahlung proportionalen Photostromes erreicht; nach einer Demodulation dieses gemessenen Signales,
welcher vorzugsweise eine geeignete Filterung vorangeht, erhält man das auszuwertende Nutzsignal, welches praktisch frei von Störsignalen
ist, da nämlich vom Photodetektor aufgenommene störende Strahlungen entweder Gleichstrom- oder Qua si-Gleichstromsignale oder aber mit der
Netzfrequenz, d.h. mit 50 Hz modulierte Signale liefern, welche durch die erwähnte Umformung des Messignales unterdrückt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen
angegeben. Eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 4 erlaubt es nicht nur festzustellen, ob eine fluoreszierende Markierung vorhanden
ist oder nicht, sondern auch, ob sich diese Markierung an der korrekten Stelle des Papierbogens befindet oder nicht.
Eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 5 erlaubt eine
zusatzliche Kontrolle des allgemeinen Fluoreszenzvermögens des Papiers,
ausserhalb der fluoreszierenden Markierung, was die Prüfung eines weiteren Echtheitskriteriums ermöglicht. Bekanntlich weist für den Druck
von Wertpapieren verwendetes Papier im allgemeinen ein sehr hohes Absorptionsvermögen für UV-Strahlung und daher ein nur sehr geringes,
wenn nicht verschwindendes Fluoreszenzvermögen auf. Man kann daher
davon ausgehen, dass Wertpapiere, die bei Bestrahlung mit UV-Licht eine Untergrundfluoreszenz aufweisen, welche ein bestimmtes zulässiges
Mass übersteigt, nicht echt sind.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigen:
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Figur 1 ein Blockschaltbild einer Messanordnung nach der Erfindung
und
Figur 2 ein detailliertes Schaltbild der Schaltung, welche das Signal
der die UV-Lampe kontrollierenden Photozelle umwandelt,
sowie der Ausgangsschaltungen.
Nach Figur 1 weist die Messanordnung eine UV-Lampe 1 auf, bei der
es sich um eine Quecksilberdampf-Spektrallampe handelt, die von einer durch einen Oszillator 3 mit einer Frequenz von 10 kHz modulierten
Speiseschaltung 2 über eine Kompensationsschaltung 4 und eine Verzögerungsschaltung
5 gespeist wird. Die Speiseschaltung 2 ist eine handelsübliche ELGAR-Schaltung (Kontron). Der Strom der UV-Lampe 1
wird mittels einer in Reihe geschalteten Selbstinduktionsspule stabilisiert;
da jedoch die Speise schaltung 2 nicht mit einem zu kleinen
cos <p arbeiten kann, sorgt die Kompensationsschaltung 4 durch entsprechende
Phasenverschiebung für einen Ausgleich der induktiven Belastung. Da ferner die UV-Lampe 1 im warmen Zustand nicht direkt
wieder eingeschaltet werden kann, ist die Verzögerungsschaltung 5 in Form eines Zeitgliedes vorgesehen.
Die UV-Lampe 1 wird durch einen an eine Speiseschaltung 7'angeschlossenen
Ventilator 6 gekühlt. Das Lampenlicht wird mittels zweier Filter 7 und derart gefiltert, dass die erhaltene Strahlung nä'herungsweise monochromatisch
ist, wobei die Wellenlänge durch das fluoreszierende Element bestimmt wird. Der Filter 7 absorbiert die infrarote Strahlung. Das
gefilterte Licht wird mittels zweier bikonvexer Linsen 9 und IO derart konzentriert, dass die gebündelte Strahlung auf den zu kontrollierenden,
die fluoreszierende Markierung aufweisenden Papierbogen 11 fallt. Die erzeugte Fluoreszenz strahlung 12 wird mittels eines Bandfilters 13, 14
gefiltert, wobei das Band durch das fluoreszierende Element bestimmt ist,
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und fällt auf einen Photodetektor 15, welcher eine photoempfindliche
Zelle 16 und einen nachgeschalteten Operationsverstärker 17 aufweist.
Bei der photoempfindlichen Zelle 16 handelt es sich um eine mit einer Sperr vor spannung beaufschlagte Photodiode, so dass eine der Lichtstärke
proportionale Information erhalten wird. Der Photodetektor 15, bei dem es sich um eine unter dem Namen "operational amplifier
silicon voltage HUV-1000 B EG&G" bekannte Schaltung handeln kann,
wird über ein RC-Filter 18 von der bereits erwähnten Speiseschaltung
gespeist. Das vom Photodetektor 15 gelieferte Signal passiert ein Hochpassfilter 19, das aus einer RC-Schaltung mit einer Grenzfrequenz
von ungefähr 20 kHz besteht. Diesem Hochpass filter 19 sind ein Verstärker 20 zur Verstärkung des gefilterten Signals, eine Demodulatorschaltung
und ein Spannungsfolger 22 zur Erzielung einer niedrigen Ausgangsimpedanz
nachgeschaltet. Der Verstärker 20 hat vorzugsweise drei Stufen (LM 318 H von National). Die Demodulatorschaltung 21 entspricht der
in Figur 2 mit 36 bezeichneten Schaltung, die spÄter noch beschrieben
wird.
Das Ausgangssignal a wird auf drei parallel geschaltete Trigger schaltungen
23, 24 und 25 gegeben. Die Triggerschaltung 23 dient zur Eichung der UV-Lampe 1. Das Aus gangs signal der Trigger schaltung 24, deren Ansprechschwelle
so eingestellt ist, dass sie bei Gegenwart einer fluoreszierenden Markierung umschaltet, gelangt auf den einen Eingang eines UND-Gatters
26; dessen anderer Eingang wird zur Bildung eines elektrischen Lesefensters von Impulsen 28 beaufschlagt, deren die Oeffnungszeit des UND-Gatters
26 bestimmende Dauer demjenigen Bereich des bewegten Papierbogens 11 entspricht, in welchem sich die fluoreszierende Markierung
befinden muss. EinAusgangssignal des UND-Gatters 26 bedeutet also die Gegenwart einer fluoreszierenden Markierung an der korrekten Stelle
des kontrollierten Papierbogens 11.
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Die Ansprechschwelle der Trigger schaltung 25 ist auf einen kleinen
Pegel eingestellt, welcher einembestimmten, noch zulässigen Mass
an Untergrundfluoreszenz des Papiers, ausserhalb der fluoreszierenden Markierung, angepasst ist. Das bei Ueberschreiten dieser zulässigen
maximalen Untergrundfluoreszenz abgegebene Signal gelangt auf den einen Eingang eines UND-Gatters 27, dessen anderer Eingang
mit Impulsen 29 beaufschlagt -wird, welche jeweils der Länge eines
Papierbogens 11 in dessen Bewegungsrichtung entsprechende Lesefenster definieren; das UND-Gatter 27 -wird also immer während des Vorbeigangs
eines Papierbogens am Photodetektor 15 geöffnet. Die Kontrolle, ob eine vorhandene allgemeine Fluoreszenz des Papiers ein
bestimmtes Mass übersteigt oder nicht, stellt eine Papierqualitätskontrolle und damit die Prüfung eines weiteren Echtheitskriteriums dar.
Die die Lesefenster definierenden Signale werden in bekannter Weise mittels eines rotierenden Kodierers erzeugt, welcher drehfest mit den
Antriebstrommeln der die Papierbogen be-wegenden Maschine verbunden
ist und Impulse mit einer Frequenz von 10 kHz liefert. Die Länge einer Periode entspricht einem bestimmten Verschiebungsweg des Papierbogens
11, beispielsweise einer Verschiebung von 0,562 mm. Die Lesefenster
erlauben es, die Ablesung auf die zu kontrollierenden Bereiche zu beschränken und auf diese Weise das Risiko von Messfehlern zu verringern;
insbesondere wird die Erfassung von Signalen verhindert, die zwar an sich korrekt sind, jedoch in nicht korrekten Bereichen erscheinen.
Die Stärke der Spektrallinien ist nun bei ein und demselben Speisestrom
von Lampe zu Lampe verschieden. Ferner weisen bekannte Spektrallampen einen bedeutenden Alterungseffekt auf. Um diese Aenderungen
zu berücksichtigen, wird der Bezugspegel bzw. die Ansprechsehwelle der Trigger schaltungen 23 bis 25 als Funktion der Helligkeitsänderungen
der UV-Lampe 1 variiert. Zu diesem Zwecke ist eine Photozelle 30 in
der UV-Strahlung zwischen den Linsen 9 und 10 vorgesehen. Der von dieser Photozelle 30 gelieferte Strom wird in einer Schaltung 31 umge-
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wandelt, die im einzelnen in Figur 2 dargestellt ist und welche ein
diesem Photostrom, d.h. der Lichtstärke der UV-Larnpe 1 proportionales Signal liefert. Das Ausgangssignal der Schaltung 31 wird
einerseits auf eine Trigger schaltung 32, welche ein Signal zur Kontrolle des Zustandes der UV-Lampe 1 liefert, und andererseits auf die drei
vorstehend erwähnten Triggerschaltungen 23, 24 und 25 gegeben, um den
Pegel bzw. die Ansprechschwellen dieser Triggerschaltungen als Funktion der gemessenen Stärke der UV-Strahlung zu steuern.
Figur 2 zeigt das Schaltbild der der Photozelle 30 zugeordneten Schaltung
31 sowie der drei Triggerschaltungen 23, 24 und 25 mit ihren Mitteln zur Einstellung. Ein Strom-Spannung s- Wandler 33, welcher aus
einem Operationsverstärker Al und einem in Rückkopplung geschalteten
Widerstand Rl besteht, wandelt den von der Photozelle 30 gelieferten Strom in eine Spannung um, die anschliessend mittels eines aus einem
Kondensator C2 und einem Widerstand R2 bestehenden Hochpass filters
gefiltert wird, welches Stör signale in Folge des ein Gleichstromsignal bewirkenden Tages- bzw. Sonnenlichtes sowie in Folge äusserer Lichtquellen
mit Frequenzen von 50 oder 60 Hz beseitigt. Das so gefilterte Signal wird dann in einer Verstärkerschaltung 35, bestehend aus einem
Operationsverstärker A2, zwei Widerständen R3 und R4, einem Potentiometer Pl zum Einstellen der Verstärkung und vier Kondensatoren C3,
C4, C5 und C6, verstärkt. Der Kondensator C6 bestimmt die obere Grenzfrequenz.
Das mit 10 kHz modulierte und verstärkte Signal gelangt in eine Demodulatorschaltung 36, die eine Diode Dl, zwei Widerstände R5 und
R6 sowie einen Kondensator C7 aufweist. Dieser Demodulatorschaltung
ist ein Spannungsfolger 37 in Form eines Operationsverstärkers A3 nachgeschaltet,
der eine niedrige Ausgangsimpedanz zur Steuerung der Triggerschaltungen 23, 24 und 25 zu erhalten erlaubt. Um die Ansprechschwellen
dieser drei Triggerschaltungen individuell justieren zu können, wird das Ausgangssignal des Spa nnungs folge rs 37 auf drei, den Triggerschaltungen
23, 24 bzw. 25 zugeordnete Potentiometer P2, P3 bzw. P4 gegeben, welche
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als Spannungsteiler fungieren. Der diese Potentiometer durchflies sende
Strom und damit die Um schalt spannung der Triggerschaltungen variieren
als Funktion der UV-Lichtstärke. Durch die Trigger schaltungen 23, 24
und 25 werden die demodulierten analogen Mes signale in digitale Signale umgewandelt, die zur Steuerung von Datenverarbeitungsvorrichtungen
bzw. Informationsausgabeeinrichtungen verwendbar sind.
Jedesmal, wenn die UV-Lampe 1 gewechselt wird, muss die Einstellung
neu justiert werden, weil keine Lampe die gleiche Lichtstärke als Funktion des Stromes hat. Zu diesem Zwecke wird mittels des Potentiometers
Pl die Verstärkung der Verstärkerschaltung 35 derart eingeregelt, dass man sich am Schaltpunkt einer der Triggerschaltung 23
zugeordneten LED- oder Leuchtdiode bzw. an der entsprechenden Ansprechschwelle der Trigger schaltung 23 befindet.
Die angegebene obere Grenze von 10 kHz für die Modulation ist durch
die Charakteristiken der heute bekannten Quecksilberdampflampen bedingt; jedoch ist auch eine höhere Modulationsfrequenz denkbar, wenn
das künftige Spektrallampen zulassen.
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Claims (6)
- PATENTANSPR UECHEl.y Messanordnung zum Nachweis einer bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht fluoreszierenden Markierung auf einem bewegten Papierbogen mit einer diesen beleuchtenden Ultraviolett-Lampe und einem auf die erzeugte Fluoreszenz strahlung ansprechenden Photodetektor, gekennzeichnet durch eine Modulation der/Ultraviolett-Lampe (1) speisenden Stromquelle (2) mit einer Frequenz über 1 kHz, vorzugsweise zwischen 1 und 10 kHz, durch eine dem Photodetektor (15) nachgeschaltete Demodulatorschaltung (21) und durch ein die Lichtstarke der Ultraviolett-Lampe (1) messendes, vorzugsweise durch eine Photozelle gebildetes Element (30), dessen Aus gangs signal das Niveau des der Fluoreszenzstrahlung (12) entsprechenden Messignals steuert.
- 2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl zwischen der Ultraviolett-Lampe (1) und dem zu kontrollierenden Papierbogen (11) als auch zwischen diesem und dem Photodetektor (15) optische Filter (7, 8 bzw. 13, 14) angeordnet sind.
- 3. Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Photodetektor (15) und der Demodulatorschaltung (21) ein Hochpassfilter (19) und ein Verstärker (20) angeordnet sind und dass dem die Lichtstärke der Ultraviolett-Lampe (1) messenden Element (30) eine Signalumformerschaltung (31) nachgeschaltet ist, welche einen Hochpassfilter (34^eUIe Verstärkerschaltung (35) und eine Demodulatorschaltung (36) aufweist.
- 4. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine ein digitales Signal liefernde Triggerschaltung (24) vorgesehen ist, welche vom der Fluoreszenzstrahlung entsprechenden analogen Messignal (a) beaufschlagt wird und deren bei Gegenwart einer fluoreszierenden Markierung die Umschaltung be-wirkende Ansprechschwelle durch das die Lichtstärke der Ultraviolett Lampe (1) repräsentierende Signal steuerbar ist und dass dieser Triggerschaltung (24) ein elektrisches Ablesefenster zugeordnet ist, dessen durch Steuerimpulse (28) bestimmte Oeffnungszeit demjenigen Bereich jedes zu kontrollierenden Papierbogens (11) entspricht, in welchem sich die fluoreszierende Markierung befinden muss.
- 5. Messanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite, ebenfalls vom analogen Messignal (a) beaufschlagte Trigger schaltung vorgesehen ist, deren Ansprechschwelle der maximalen zulassigen Untergrundfluoreszenz der zu kontrollierenden Papierbogen ausserhalb der fluoreszierenden Markierungen angepasst und welche durch das die Lichtstarke der Ultraviolett-Lampe (1) repräsentierende Signal steuerbar ist, und dass dieser Triggerschaltung (25) ein elektrisches Ablesefenster zugeordnet ist, dessen durch Steuerimpulse (29) bestimmte Oeffnungszeit der Lange eines zu kontrollierenden Papierbogens (11) in dessen Bewegungsrichtung bzw. der Zeit des Vorbeigangs eines Papierbogens am Photodetektor (15) entspricht.
- 6. Messanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Triggerschaltungen (23, 32) vorgesehen sind, von denen die eine (23) mit einem Potentiometer (P2) zur Eichung der Ultraviolett-Lampe (1) und mit einer Kontrollampe verbunden, ist und die andere Triggerschaltung (32) zwecks Kontrolle der Ultraviolett-Lampe (1) nur von dem die Lichtstärke dieser Lampe repräsentierenden Signal beaufschlagt wird.9098U/0785
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