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專利名稱：具有微波探測功能的復制設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種復制設備，例如一種用于復制證券(documents)的照相復制設備。
高清晰度彩色照相復制設備的質量已提高到這樣的程度，以至安全證券(security document)例如紙幣、股票、支票、護照、債券甚至信用卡的非法復制已變得簡單了。
對于上述問題的一種一般的解決辦法是為證券提供一種標記，這種標記不能被照相復制設備復制。這樣，有證券的外形但沒有標記的證券就可以被歸入偽造品類。
一種由現有工藝提供的標記是一種光學標記，因為這類標記不可能被完全復制。不過，真正的證券的磨損和表面損壞可以引起標記的消失，以致真的證券本身會冒被指定為偽造品的危險。
另一種由現有工藝提供的標記是在證券中加入一條線。用于探測紙幣中的這樣一條線的存在，從而檢驗紙幣的真實性的設備的例子可以在EP-A-0 092 691和US-A-5,279,403中找到。在證券中應用的線的材料和類型是如此的多種多樣，以致于用一個設備適合探測所有證券中的線的設計顯然是不可能的。此外，這些設備有一個缺點就是它們在偽造品的出現之后很久才能探測出它。
本發明的一個目的是避免現有工藝的缺點。
本發明的另一個目的是提供一個系統，該系統可以阻止證券的偽造。
依據本發明，提供了一種復制設備，例如一個照相復制設備，用于復制證券。
該設備包括一個壓板，用于形成一個掃描區域并且用于在其一側放置證券。
該設備還包括掃描裝置，用于對掃描區域進行掃描。該掃描裝置放置于壓板的同側或另外一側。該設備還包括用于獲得掃描裝置和證券兩者之間的相對的移動以便為掃描操作作好準備的裝置。
該掃描裝置包括一個微波系統。該微波系統包括若干微波源用于產生微波，若干微波發射器用于向掃描區域發射微波，若干微波接收器用于接收反射的微波及若干微波探測器用于探測反射的微波。發射器的數量、接收器的數量和探測器的數量比源的數量多或與之相等。發射器的數量和接收器的數量比探測器的數量多或與之相等。發射器和接收器的位置和數量是這樣的，它們可以探測到有一些電磁特性的微粒的存在，這種電磁特性與基底材料的相應的電磁特性有本質的不同并且這種電磁特性被加入到至少是證券的一部分，這部分與在掃描區域的證券的位置和大小無關。微粒的存在是通過它們將至少一部分發射的微波反射回來，從而產生一個很強的改變的反射信號而被探測到的。反之，如果缺少微粒，反射響應信號不會有如此程度的變化。
上述系統有結果形成非常快，幾乎是立即響應的優點，這不會顯著拖延掃描周期。實驗已顯示1cm(厘米)越過(pass over)第一個存在的微粒之后，一個關于微拉的存在的判定可以已經做出。如此高速的響應很難通過光學系統達到。
上述系統的其它優點，尤其與光學系統相比，是該系統對灰塵是不敏感的，任何微粒的存在很難被在傳感器和證券兩者之間放置一張紙遮掩，并且探測能力的高水準會任憑證券的隨時間變化而引起的質量變化，變皺或弄臟而保持。
用于在電磁特性有本質不同的基底材料上探測微粒的存在的微波系統在工藝上是已知的(見例如US-A-4,408,158；US-A-4,566,121；US-AA-4,566,122和US-A-4,820,912)，但是不適于上述在一臺復制機械中的操作和掃描一個在長度和寬度上遠遠大于微波的波長的區域的目的。
本發明的上下文中-術語“復制設備(reproduction apparatus)”包括一個黑白復制設備，一個高清晰度的真實彩色照相復制設備，還有一個用于由計算機將圖象數字化而用于進行更進一步處理的掃描設備；-術語“壓板(platen)”是用于每一個支承結構發射波和光，在其上被復制的證券可以被定位；它可以是平的或圓柱形的；-術語“掃描區域(scabning area)”指的是可以被掃描的整個區域；它確定一次可以被復制的證券的最大尺寸；-術語“掃描(scanning)”包括所謂的預掃描，用于檢驗證券的位置和尺寸和用于復制步驟本身的一個或更多的掃描周期(scanningcycli)；-術語“相對的移動(relative movement)”指的是在證券和掃描裝置兩者之間的移動；有可能有兩個不同的實施例一個有一個可移動的壓板的照相復制設備和一個有一個固定壓板的照相復制設備；-術語“微波源(microwave source)”表示一個產生微波的微波振蕩器；微波源的例子是一個耿氏二極管(Gunn-diode)，一個高電子遷移率晶體三極管和一個金屬半導體場效應晶體管；-術語“微波發射器(microwave emitter)”和“微波接收器(microwave receiver)”包括簡單的天線結構，例如半波偶極子(halfwave diple)，四分之一波長偶極子(quarter wavedipole)，微帶接插(microstrip patch)和波導孔(waveguide aperture)；-術語“微波探測器(microwave detector)”包括一個肖特基二極管(Schottky diode)；-術語“有一些電磁特性的微粒，它與基底材料的相應的電磁特性有本質的不同”指的是任何可以加入到證券的基底材料中的小尺寸的物質并且它的介電常數為ε，磁導率為μ，或電阻率為ρ，與基底材料的ε、μ或ρ有本質的不同；這種物質的例子是被加入到紙的或塑料的一種基底材料中的導電不銹鋼纖維；-術語“反射(reflecting)”也包括不一定在與微波的發射方向相同的方向出現的反向散射。
源、發射器、接收器和探測器實際上未必彼此各不相同。下列實施例是可能的
-產生和探測微波的功能由一個器件來實現，即由一個所謂的自探測(self-detecting)二極管來實現；-發射和接收微波的功能由單一天線或一個在波導中的簡單的孔來實現；-接收和探測微波的功能由接收被反射微波的單一探測器來實現。
微波系統最好是包括唯一的源和多個發射器、接收器和探測器。該系統兼有簡單、輕便和能提供高的信噪比，例如信噪比高于20dB或25dB的優點。
一般地，用于控制微波的裝置須包括下列結構一個由金屬或鍍以金屬的塑料制成的中空的波導，平面構件例如微帶、帶狀傳輸線、隙縫線(slotline)和同軸傳輸線。
為了盡一步減輕重量和增加密集性的原因，用于控制微波的裝置最好由上述的平面構件來組成。這樣，一套微波系統可以達到小于100克的重量，小于80克更好并且最好小于50克。然而由此推斷，如果使用一個中空的波導，不排除如此輕的重量。
依據本發明的復制設備還包括用于處理由被反射微波產生的信號的裝置。這些處理裝置可以是數字的或模擬的或兩者的組合。這些設備也包括用于產生下列信號的裝置-“開(on)”信號，如果在證券的基底材料中探測出微粒的存在；和-“關(off)”信號，如果在證券的基底材料中沒有探測出微粒的存在；(或反之亦然)。
在“開(on)”信號的情況下，復制將被禁止或只能得到一份黑色拷貝，或將使用另一個復制分辨率或用其它顏色復制，這樣偽造品將會被防止。
在“關(off)”信號的情況下，將進行常規的復制步驟。
在本發明的一個特殊的實施例中，在下文中指的是第三個實施例，微波系統還包括，對于每個發射器，開關二極管被排列成使之能夠短路相應的發射器。
在本發明的另一個實施例中，在下文中指的是第四個實施例，發射器和接收器被排列成與一個頻率相對應的共振結構。
在本發明的上下文中，術語“共振結構(resonating structure)”不僅僅指與預置的頻率范圍相對應的結構，而且指一旦該頻率超過預置的下限就馬上發出一個響應的結構。
在本發明的另一個實施例中，在下文中指的是第五個實施例，每一個發射器響應于一個共振頻率，該共振頻率與發射器的共振頻率不同。該微波系統還包括用于用電子調諧生成微波(generated microwave)的頻率的裝置以便隨變化的頻率生成微波而每個發射器順序地變得有效。
在本發明的另一個實施例中，在下文中指的是第六個實施例，一排發射器負荷一個類似空腔諧振器的共振結構。
在第七個實施例中，微波系統包括兩個發射系統，一個發射系統用于在同一偏振極上發射所產生的微波和被反射的微波。另外一個發射系統，它與第一個發射系統隔絕，它適用于在一個偏振系統中發射被反射的微波，該偏振系統不同于或相當于生成微波的偏振系統。
最后，在第八個實施例中，一個微波源和許多數量相等的發射器、接收器和探測器被應用。這些探測器被設置于接近每個發射器處。
本發明現在將參照附圖被更詳細地闡述，其中

圖1給出了平放在一個復制設備的玻璃壓板上的紙幣的上視圖；圖2給出了一個復制設備的相關部分的剖面圖；圖3(a)圖解說明了一個采用定向耦合器的微波系統的實施例；圖3(b)給出了一個圖3(b)中說明的微波系統的一個圖示；圖4(a)圖解說明了一個采用開關二極管的微波系統的實施例；圖4(b)給出了一個圖4(a)中說明的微波系統的圖示；圖4(c)給出了圖4(a)中說明的微波系統的微帶選擇方案(microstrip alternative)的剖面圖的圖示；圖5(a)圖解說明了一個利用諧振槽(resonant slot)的微波系統；圖5(b)給出了圖5(a)的依據線V-V的微波系統的剖面圖；圖6(a)給出了在波導中的一個常規槽(conventional slot)的圖示；
圖6(b)和圖6(c)給出了應用了消偏振技術的槽的圖示；圖7(a)和圖7(b)圖解說明了一個單信號源多探測器(multi-detector)系統。
本發明的思想是依據下列原則代替在真正的偽造品出現很久并已泛濫之后開發探測可能存在的偽造證券的系統，本系統的目的是阻止偽造品，或至少讓偽造品制造者們在試圖制作偽造品時更加困難。本發明提供了一個系統，它可以阻止一個特定種類的證券，上下文中稱為“證券”的被復制，例如借助于一臺高清晰度彩色復制設備。術語“證券”包括所有證券，例如紙幣、股票、支票、護照、債券甚至信用卡或類似的證券，這些證券有一種具有某種電磁特性的基底材料，這種電磁特性的某些部分與相應的任何加入基底材料中的微粒的電磁特性有本質的不同，例如一種在本質上是電絕緣的基底材料。這種基底材料的例子是紙和塑料。
為了防止復制證券，這些證券至少應該含有若干微粒，如不銹鋼纖維，出于與基底材料簡單混合的原因和在下文中會變得明了的其它原因，不銹鋼纖維最好分布于整個證券中。
通常證券包括按重量計算小于5％的不銹鋼纖維，例如按重量計算小于1％或小于0.5％。不銹鋼纖維是隨機地分布于證券中的。
不銹鋼纖維的長度小于40毫米，最好小于20毫米，小于10毫米更好，例如3到6毫米。
限制長度的原因是允許方便地與基底材料混合和避免不銹鋼纖維在證券的外觀方面顯著的影響。
不銹鋼纖維起電偶極子(electrical dipole)的作用。它們甚至可以產生諧振反射。盡管密集度低，甚至微波密度低，但纖維具有相對高的反射率。這意味著消耗的微波能量可以保持很小，例如大約5毫瓦的源功率就足夠了，這意味著附加的電負荷不用加于復制設備上。
由本微波系統產生的微波輻射水平非常有限，這意味著沒有與本系統有關的潛在的健康上的冒險。
不銹鋼纖維有小于50毫米的直徑，并且最好是在2到25毫米內，這也是因為證券的外觀方面的原因。
將借助于微波系統探測不銹鋼纖維的有無。微波頻率可以在1到50GHz(千兆赫)范圍內變化，但不銹鋼纖維的長度和直徑決定了最佳的頻率。
因為不銹鋼纖維具有從2.5到10毫米之間，例如大約6毫米的長度，合適的頻率范圍是在20到30GHz之間，例如25GHz。
根據不銹鋼纖維的直徑，如果微波的穿透深度由于集膚效應的緣故與直徑的一半相等，一個合適的頻率可以得到。
由于從20到30GHz這樣的高頻率，非常快的探測器響應是可能的。
圖1圖解說明了復制設備中構成掃描區域的壓板玻璃10。這樣的一塊壓板玻璃10的厚度通常分布在2到6毫米的范圍之內，例如從3到5毫米。在壓板玻璃10上的證券，例如紙幣12，包含隨機分布于整個紙幣12中的不銹鋼纖維13。
例如，假設掃描區域的表面與一張標準的DIN A4紙的表面相等，即21厘米×29.7厘米，并且紙幣的寬度是7厘米。用單個發射器和接收器在20到30GHz的頻率范圍內可獲得的最大探測寬度大約是1厘米到1.5厘米。用一個單獨的直線的掃描動作來探測有不銹鋼纖維加入其中的紙幣是不可能的，因為紙幣的合適的放置，例如在縱向的方向和稍微遠離發射器和接收器的移動路線(course)就可能避開探測。拿以上A4掃描區域的例子，并且假設不銹鋼纖維遍布于整個紙幣中，假設掃描動作在A4掃描區域的縱向方向上移動，四個傳感器將足夠用于探測一張紙幣的所有可能的位置。有更小的長度尺寸(例如信用卡)的證券，或僅僅有部分不銹鋼纖維的證券，或掃描區域大于一張DIN A4的證券就需要更多的傳感器。
圖2圖解說明了與本發明有關復制設備14的相關部分的剖面圖。復制設備14包括一個壓板玻璃10，在其上放置著被復制的證券12。蓋16，例如一個自動證券供給(ADF)蓋可以被設置在壓板玻璃10上。掃描裝置18被設置在壓板玻璃10之下，在復制步驟之前及在復制步驟之中完成一次或更多的掃描動作。
在箭頭20方向的掃描速率通常在100到300毫米/秒之間，例如在150到250毫米/秒之間。最好是以同樣的掃描速率探測證券中的不銹鋼纖維的存在，這樣做不用降低掃描速率。
掃描裝置18在箭頭22的方向上的返回速度高得多，可達到1000毫米/秒，甚至達到1600毫米/秒或更高。因此用于不銹鋼纖維的探測的輔助微波系統應盡可能少地為掃描裝置增加重量。包括一個微波系統的掃描裝置18的總重量最好限制在400克到600克范圍內。第一個實施例第一個用于在掃描區域內探測證券中的不銹鋼纖維的存在的微波系統可以配備如下一排收發信機，例如四個獨立工作的收發信機。每個收發信機帶有一個作為微波源的耿氏二極管；一個傳感器頭(sensor head)，它包含有發射器和接收器的功能，并且其本質的功能是作為收發信機的一個開端的波導；一個探測器二極管，例如肖特基二極管或點接觸型二極管(point contact diode)，提供很快的直流(DC)電壓響應。收發信機被分配在掃描區域的寬度上。四個探測器二極管的輸出信號可以連接成一個“或(OR)邏輯”電路，該電路在至少一個收發信機探測到不銹鋼纖維的存在的情況下，發出一個“開(on)”信號。
但是，該第一系統有需要四個耿氏二極管的缺點，這增加了費用并且也增加了微波系統的重量。第二個實施例為了降低微波系統的費用和重量，第二個微波系統應設計成使用一個收發信機代替一排，例如一排共四個傳感器頭。圖3(a)和3(b)圖解說明了這樣的一個微波系統24。一個收發信機26被用螺栓和一個(flange)27與波導28相連，波導28有四個傳感器頭30。定向耦合器32，例如混合3dB耦合器(hybrid 3dB coupler)，設置在波導的小的一側，用來將功率分配給這些傳感器頭。收發信機26基本上由耿氏二極管34、環形器36和探測器二極管38構成。
法蘭盤27不是必需的。為了減小微波系統的體積和重量，它可以被省略，并且波導28可以被直接焊接在收發信機26上。
盡管具有只使用一個耿氏二極管和一個探測器二極管的優點，該第二微波系統有許多缺點。
第一個缺點是由于有效功率的分配和由于應用高頻率的結果在定向耦合器中的損耗，在這些傳感器頭上僅僅可以獲得功率的一小部分，并且，結果，僅僅所產生功率的一小部分可以被不銹鋼纖維反射并且使探測器二極管能夠得到。這會導致需要更大功率的和更昂貴的耿氏二極管，導致在信號處理過程中其它的判定算法或導致更復雜的電子設備。
第二個缺點是，如果波導結構被用來傳送微波，定向耦合器的使用會導致更復雜的構造，如圖3(a)顯示的那樣，它需要昂貴的設配和花費，并且它不再是很緊密的和較輕重量的。這個缺點可以使用例如用微帶作為傳輸介質來解決。第三個實施例第三個微波系統有采用前向設計，并且提供一個在第二個微波系統中的功率分配問題的解決辦法，在圖4(a)、4(b)和4(c)中有圖解說明。
參照圖4(a)和4(b)，傳感器頭30，如果有合適的尺寸，與波導28一起作為一個開端(an open ended)的傳輸線。開關二極管或PIN二極管40，它們對于本領域的人來說是已知的，設置于每個傳器頭30上并且可以用來短路除了一個以外的全部的傳感器頭30，這樣由收發信機26生成的全部功率就可供給由始終開著的那個傳感器頭。開關二極管40可以周期地或順序地轉換開和關，以便四個傳感器頭30中的每一個在略小于該時間的25％的內被連接，考慮到每次開關的一個很短的空載時間。開關動作可以以一個微處理器的時鐘頻率，例如以25MHz同步地被完成。
如果采用波導結構28，傳感器頭可以被設置在波導的小的壁(smallwall)上。一個很輕的、尺寸大約10毫米×5毫米、用鋁制成的波導很適合用來制造復制設備。
圖4(c)用示意解說明了一個微帶選擇方案(microstripalternative)的橫向的剖面圖。微帶基本上是由放置于兩個絕緣材料層48、50之間和兩個外層導線條42和46之間的中心導線條44構成的。合適的傳感器頭或窗口30可以做在一個外層導線42上，并且開關二極管40可以跨接在該傳感器頭30上。考慮到所用的頻率很高，為了減小介質損耗，特氟隆(teflon)或類似物質可以用來制作絕緣材料層48、50。微帶具有允許低成本大量生產和提供一個可以方便地集成到現有復制設備中的微波系統的優點。使用微帶時，需要作為變換器的波導過渡，否則在微帶中必須使用更昂貴的變換器。第四個實施例第四個微波系統在圖5(a)和5(b)中被描述。它應用了所謂的共振結構的技術，該共振結構由一個波導構成共振槽。這項技術在用于遠距離發射的雷達天線領域是已知的。該共振槽由傳感器頭30在波導28的粗端上構成，在與波導28相連接的寬度大約是20毫米的金屬條52中。槽30在波導的寬度上的合理設計和定位將會平均地向四個槽30i，30ii，30iii和30iv分配所產生的功率。每個槽30的長度大約是半個波長。為了避免所產生的全部微波功率通過槽30i消散，位置上最靠近收發信機26的槽30i被放在遠離中心線54的位置。第一個槽30i的遠離中心線的正確定位使所產生微波功率的25％在第一個槽30i中獲得，并且所產生微波功率的75％通過槽30i。為了使所產生微波功率的25％也能在第二個槽30ii中獲得，該第二個槽30ii被定位于比第一個槽30i稍接近中心線54的地方，這是因為只有所產生功率的75％可獲得。所生成微波功率的50％通過槽30ii，并且為了使在第三個槽30iii中也獲得所生成微波功率的25％，該第三個槽30iii也定位于此第二個槽30ii稍接近中線54的地方，這是因為這時僅可得到生成功率的50％。只有所生成微波功率的25％通過第三個槽30iii，這使第四個槽30iv就定位于中心線54上，這是為了使剩余的功率在第四個槽中獲得。
這四個槽30在波導28的長度上的正確的定位避免了通過某個槽反射的功率不通過其它槽消散，而被傳輸至收發信機26。
波導28的尺寸對于應用的頻率范圍是很有限的(約10毫米×約5毫米)，所以可以得到緊湊的和靈巧的結構。
如果圖5(a)和5(b)中的波導28被一條帶狀傳輸線或微帶代替了，共振結構可以由所謂的設置于一個微帶或帶狀傳輸線的絕緣材料上的接插天線(patch antennas)構成。該接插天線由小的電導板組成。
該第四個系統可以有許多替代結構。
如果傳感器頭的數量增加了，一個開槽(slotted)波導管可用于連接于一個收發信機的兩端。每個收發信機就可以只向部分數量的傳感器頭饋電。
為了避免與功率分配有關的問題，共振槽技術也可以與開關二極管技術相結合。第五個實施例在第五個微波系統中，應用可以由收發信機構成，收發信機帶有一些裝置，例如一個把頻率作為某個確定的輸入電壓的函數來進行電調諧的變容二極管。該變容二極管目前在市場上可買到。例如，對于3V(伏)的電壓變化，頻率可從24GHz到25.5GHz變化。在波導中的第一個共振槽可以設計成用來響應24GHz(0V)的頻率，第二個共振槽響應24.5GHz(1V)的頻率，第三個共振槽響應25GHz(2V)的頻率，并且第四個共振槽響應25.5GHz(3V)的頻率。采用這種方法，每個傳感器在其頻率生成時持續有效，并且在此期間可獲得全部的被反射功率。這項技術通常被稱為頻分多路復用(freqHency multiplexing)。第六個實施例依據第六個微波系統，傳感器頭的排列可以在某種方式上被設計成該排列負載一個共振結構，例如一個空腔諸振器。收發信機經由一個耦合器件，例如一個膜片(iris)向空腔諧振器饋給功率。該功率在空腔諧振器中及通過傳感器頭時衰減。經過一個傳感頭的探測區域時，某一不銹鋼纖維的存在將使空腔諧振器失諧，因為探測器二極管可獲得全部的功率，所以這可以很容易地由探測器二極管來監視。第六個系統具有只需簡單電子設備、只工作于單一頻率、可能構造一個輕型系統和可能存在很多傳感器頭的優點。
與第四個系統的差別是在第四個系統中，每個槽構造是一個獨立的共振結構，而在第六個系統中，同時包括其所有的槽的整個波導起共振結構的作用。第七個實施例在另一個也就是第七個微波系統中可以使用消偏振技術。關于圖6(a)，所產生的電場Eg總是與傳感器頭30的小的一側平行，某一不銹鋼纖維，假設其在證券中的定向是隨機的，將不只反射與所產生的電場Eg平行的電場Er1分量，而且也反射與所產生的電場Eg垂直的電場Er2分量。如果不采取措施，電場分量Er2喪失了探測目的。
傳感器窗口(sensor windows)30現在可以這樣來設計被反射場分量Er2也為了探測的目的而接收。圖6(b)和6(c)表示了這樣一個傳感器頭30的兩種可能的實施例。
電場分量Er1現在可以在相同的傳輸系統中被積累作為所生成電場Eg的一個量；電場分量Er2可以在另外一個傳輸系統中被積累，該另外一個傳輸系統是隔絕的，并且適合于另外一個偏振系統。這種消偏振技術是已知的，例如在雷達設備中，它允許在探測器二極管中獲得高的功率。第八個實施例圖7(a)圖解說明了第八個實施例，該實施例是一個單源多探測器系統。單源26，例如一個耿氏二極管，產生微波，微波在波導28中向四個傳感頭30傳輸，這些傳感器頭30由在波導28的一側上的開槽孔(slotted aperture)構成。最佳情況是為了在傳感器頭30獲得最理想的能量，每個傳感器頭被置于波導上距離源28半個波長的整數倍的位置上。為了在波導上獲得最大的駐波，波導55的末端被置于在波導上從最近的傳感器頭30算起的四分之一波長的非偶數和整數倍的地方。探測器模塊56被設置于靠近每個探測器頭30的地方。該探測器模塊56是一塊固定在波導28上的小的印制電路板。圖7(b)表示了這樣一個探測器模塊56的更詳細和放大的視圖。它的實際尺寸大約是8毫米×30毫米。被反射微波在天線58處被接收到。這些被反射微波的電壓信號被印制電路板放大，并且可以作為一個輸出信號在連接點60和62之間獲得。探測器模塊56由一個在點64的5V的直流電壓饋電。由四個探測器模塊56提供的輸出電壓被個別地處理，并且這種處理的四個結果信號被輸入一個邏輯或(OR)-電路。
還有其它的微波系統可以設想和設計，這一點對于在微波技術方面有經驗的人來說很明了。例如，可以設計不同角度的天線作為傳感器頭用于反射信號的偏振探測。
由于本系統的探測只依據微波的反射的事實，必須小心反射微波的形式不受任何在掃描區域的鄰區內的導電材料所干擾。
采用在微波領域內方便的手段調諧微波系統，不過可以使探測不依據絕對的反射水平，而是依據一個相對的反射水平。這使系統不至要求太高。
此外，不銹鋼纖維，特別是不銹鋼纖維，在本發明的上下文中在基底材料中有極小的密度，例如，按重量計算小于5％，并且最好按重量計算小于0.5％。由于這種極小的密度和由于高的反射率，微波幾乎能探測出基底材料中的單個的纖維，這意味著可以得到有很寬變化范圍的響應信號，這允許區分周圍的影響。
這種很寬變化范圍的信號可以導致非常簡單的判定算法，該算法依據計算在證券的至少一部分中微波反射的標準的偏離或偏差。這種判定算法在某種意義上是通用的，它可以應用于不同的復制設備，例如有不同類型的蓋的復制設備中。
在這種算法的計算結果超出了一個臨界水平的情況下，證券中單個纖維的存在被探測出，并且產生一個“開(on)”信號。在計算值得保持低于一個臨界水平的情況下，沒有單個的纖維被探測出，并且產生一個“關(off)”信號。
盡管上述單個不銹鋼纖維的特殊的優點，特別要注意照相復制設備的蓋，它可能包含有一個內側的反射面，該反射面通常由導電材料制成，并且屬于一個ADF蓋的金屬部分。
已尋找到解決蓋的內側表面的第一問題的方法，這個方法是使用一個有很輕微反射的內側表面，但是對于如此小的電導率，微波不能真正地反射。面對壓板10的蓋的內表面可以由下述材料構成，例如一個很薄的噴鍍金屬薄片，一個覆蓋有一層應用化學蒸汽噴鍍的鋁涂層的薄片，一種金屬漆或一塊用一種介質透明層覆蓋在其自由的內側的金屬板。
另一種解決方案應該是采用一種吸收微波的內表面，例如，通過仔細地放置至少兩個互相平行的導電層。
但是對第一個問題的另一個解決方法可以解釋如下。可以以這種方法調諧微波系統，使得，當任何導電板，例如一個金屬板由于其相對于傳感器頭或傳感器窗口的合理的設置沒有給出一個響應信號時，傳感器頭或傳感器窗口對于任何存在的不銹鋼纖維接收一個最大的反射信號；調諧可以是在任意遠的距離獲得一個最大的響應，這個距離是四分之一波長的奇數倍，這是定位證券的合理位置；在任何四分之一波長的偶數倍的距離可獲得一個最小的響應，這是設置任何現有的導電板的位置。
對于ADF蓋的第二個問題的可能的解決方法已尋找到，為了屏蔽任何外界反射，在這種ADF蓋的區域(belt)中加入一個金屬薄片，或一種應用化學蒸汽噴鍍的鋁涂層，或一種金屬漆。
上述內反射表面和ADF蓋的問題也由于應用更復雜的判定算法被克服，判定算法可以以硬件或軟件或兩者結合的方式被完成。一般地，這些判定算法可以包括下列幾種模塊-一個區分一根纖維和一塊金屬板的模塊如果在預定距離之上探測到導電物質的連續并恒定的存在，該物質被確定為是一塊金屬板而非纖維；-一個確定導電物質的尺寸的模塊如果這個尺寸比被料想包含纖維的證券的那部分要小得多，該物質不被確定為纖維，而被確定為諸如一個用來釘住證券的金屬U形釘之類的東西；-一個探測纖維的模塊，它包括一個帶通濾波器，用以過濾一個典型的由纖維產生的響應的頻率范圍。
權利要求
1.一個復制設備，用于復制包含一個基底材料的證券(docu ments)，上述設備包括一塊壓板，用于形成一個掃描區域并且在其一側放置證券；掃描裝置，用于對掃描區域進行掃描，上述掃描被放在上述壓板的一側；用于在掃描裝置與證券兩者之間獲得一個相對移動，以便允許上述掃描的裝置。上述掃描裝置包括一個微波系統，該微波系統用于在上述基底材料中探測具有某些電磁特性的微拉的存在，這些電磁特性與上述基底材料的相應有電磁特性有本質的不同。上述微波系統包括若干微波源，用于產生微波；若干微波發射器，用于向掃描區域發射微波；若干微波接收器，用于接收被反射的微波；若干微波探測器，用于探測被反射的微波。微波發射器的數量、微波接收器的數量和微波探測器的數量比微波源的數量多或相等，微波發射器和微波接收器的位置和數量應使之可以探測到具有某些電磁特性的微粒的存在，這些電磁特性與基底材料的相應的電磁特性有本質的不同，并且這種微粒被加入到證券的基底材料的至少一部分，與在掃描區域的證券的位置和大小無關。
2.依據權利要求1的設備，其特征是微波源的數量等于1。
3.依據權利要求1的設備，其特征是微波發射器的數量和微波接收器的數量大于1，并且微波發射器被排成一排。
4.依據上述權利要求中任何一項的設備，該設備還包括用于在微波源和微波發射器之間引導微波的裝置，并且引導微波的上述裝置由一根帶狀線，一條微帶或一根隙縫線(slotline)構成。
5.依據上述權利要求中任何一項的設備，其特征是微波系統的重量小于100克。
6.依據上述任何一項權利要求的設備，其特征是該設備還包括用于處理任何由反射微波產生的信號的裝置。
7.依據上述3到6的權利要求的任何一項的設備，其特征是微波系統還包括為每個微波發射器安裝一個開關二極管，以便開關二極管可以短路相應的微波發射器。
8.依據上述3到6的權利要求的任何一項的設備，其特征是微波發射器被安裝成響應單一頻率的共振結構。
9.依據上述3到6的權利要求的任何一項的設備，其特征是每個微波發射器響應單一的共振頻率，該頻率不同于其它微波發射器的共振頻率，其中微波系統還包括一個裝置，它用于電調諧所生成微波的頻率，以便通過隨變化的頻率來產生微波，使每個微波發射器變得順序有效。
10.依據上述3到6的權利要求的任何一項的設備，其特征是微波發射器陣列負荷一個類似空腔諧振器的諧振結構。
11.依據上述3到6的權利要求的任何一項的設備，其特征是微波系統包括兩個傳輸系統，一個傳輸系統用于在一個偏振中傳送所生成微波和被反射微波；另一個傳輸系統，被與第一個傳輸系統隔絕，用于在一個偏振系統中傳送被反射微波，該偏振系統與所生成微波的偏振系統不同或與之相等。
12.依據上述3到6的權利要求的任何一項的設備，其特征是微波接收器的數量和微波探測器的數量與微波發射器的數量相等。
全文摘要
一個復制設備，用于復制包括一個基底材料的證券。該設備包括一個壓板，用于構成一個掃描區域，并且在其一側放置證券；掃描裝置，用于對掃描區域進行掃描；用于在掃描區域和證券兩者之間獲得一個相對移動以便允許掃描的裝置。掃描裝置包括一個微波系統，該系統由微波收發信機構成，這些收發信機的排列成一排，使之可以探測到微粒的存在，這些微粒有與基底材料的電磁特性有本質不同的電磁特性，并且這種微粒被加入到證券的至少一部分，與證券在掃描區域的位置無關。
文檔編號G01N22/00GK1143419SQ95191905
公開日1997年2月19日 申請日期1995年2月23日 優先權日1994年3月4日
發明者約翰·塞姆, 瓦特·范 申請人:貝克特股份有限公司