ES2991368T3

ES2991368T3 - Dispositivo para comprobar la autenticidad de un soporte de datos con característica de RMN de campo cero

Info

Publication number: ES2991368T3
Application number: ES21786089T
Authority: ES
Inventors: Stephan Huber
Original assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2024-12-03
Anticipated expiration: 2041-09-24
Also published as: WO2022073635A1; EP4226170B1; DE102020006201A1; US20230375487A1; IL301838A; CN116368381A; EP4226170A1

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo para comprobar la autenticidad de un soporte de datos plano (10) que presenta una característica de resonancia magnética nuclear (RMN) de campo cero (12, 14), comprendiendo el dispositivo: - una o más bobinas de excitación (30) para producir pulsos de excitación para la característica de RMN de campo cero (12; 14); - una matriz (40) de una pluralidad de bobinas receptoras (42) para la detección con resolución de ubicación de la respuesta de señal de la característica de RMN de campo cero (12; 14), siendo dichas bobinas receptoras independientes de las bobinas de excitación (30) y al menos parcialmente adyacentes entre sí; en donde el número (N) de bobinas receptoras (42) del conjunto de bobinas receptoras (40) es mayor que el número (M) de bobinas de excitación (30), y el área (FA) cubierta por las bobinas de excitación (30) se superpone al menos parcialmente con el área (FE) cubierta por las bobinas receptoras (42) del conjunto de bobinas receptoras (40) y excede el tamaño de dicha área (FE). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo para comprobar la autenticidad de un soporte de datos con característica de RMN de campo cero

La invención se refiere a un dispositivo para comprobar la autenticidad de un soporte de datos plano con una característica de resonancia magnética nuclear (RMN) de campo cero.

Los soportes de datos, como documentos de valor o de identidad, pero también otros objetos de valor, como por ejemplo artículos de marca suelen ir provistos de elementos de seguridad para su protección, que permiten comprobar la autenticidad de los soportes de datos y, al mismo tiempo, sirven de protección frente a reproducciones no autorizadas.

A menudo, los elementos de seguridad están diseñados para ser legibles por máquina, a fin de permitir la comprobación de autenticidad automática y, dado el caso, la posterior detección sensorial y el tratamiento de los soportes de datos provistos de ellos. Para ello, se utilizan desde hace tiempo elementos de seguridad con zonas magnéticas legibles por máquina, cuyo contenido informativo puede ser registrado y analizado por el sensor magnético de un sistema de procesamiento durante la comprobación de la autenticidad.

Desde hace algún tiempo, también se utilizan elementos de seguridad con características de resonancia magnética nuclear para proteger documentos y otros soportes de datos, como se describe, por ejemplo, en la publicación EP 2778705 A1.

La resonancia magnética nuclear(Nuclear Magnetic Resonance,RMN) es un efecto físico, en el que los núcleos atómicos de una muestra absorben y emiten campos electromagnéticos alternos en un campo B<0>magnético constante. Los espines nucleares preceden a este respecto alrededor del eje del campo magnético constante con una frecuencia de Larmor wl proporcional a la intensidad del campo magnético Bo. Utilizando un pulso de excitación resonante adecuado procedente de una bobina de excitación, la magnetización macroscópica de la muestra puede inclinarse desde la dirección z del campo magnético constante hacia el plano xy.

La magnetización Mxy desviada gira entonces alrededor del eje z con la frecuencia de Larmor e induce a este respecto una tensión medible en una bobina receptora,que puede ser idéntica a la bobina de excitación. Esta tensión medible macroscópicamente disminuye con una cierta constante (T2*) de tiempo debido a las inhomogeneidades en el campo Bo, lo que se denomina decaimiento por inducción libre(Free-Induction-Decay,FID). Sin embargo, hasta cierto punto, el desfase subyacente de los momentos magnéticos de los núcleos individuales es reversible. Si se aplica un pulso de 180° en un tiempo TE/2, es decir, un pulso de excitación que se selecciona de tal forma, que la magnetización gira 180°, se produce el denominado eco de espín con respecto al tiempo TE de eco, que puede medirse mediante un pulso electromagnético en la bobina receptora.

Conectando varios pulsos de 180° en serie, separados por TE, se genera un tren de ecos de espín, cuya amplitud disminuye con una constante T2 de tiempo debido a las interacciones espín-espín. En paralelo a esto, la magnetización de equilibrio se acumula de nuevo a lo largo del eje z con una constante T1 de tiempo característica.

Las aplicaciones de RMN se utilizan desde hace mucho tiempo en la obtención de imágenes médicas y el análisis de estructuras químicas, sin embargo, requieren por regla general un campo B<0>magnético estático intenso para inducir una magnetización medible.

Las llamadas técnicas de RMN de campo cero, como por ejemplo la resonancia en cuadrupolo nuclear (NQR) o la RMN en ferromagnética (RMN-FM) son de especial interés para su uso en la seguridad de documentos. Estas no requieren un campo B<0>magnético externo, sino que este campo ya está presente en el cristal debido a efectos intrínsecos. Esto permite una simplificación significativa de la configuración de medición y hace que una sustancia de RMN de campo cero también sea interesante como característica de seguridad en documentos de valor como billetes de banco, tarjetas, pasaportes o parches.

La citada publicación EP 2 778 705 A1 divulga una marca de seguridad para billetes de banco con una firma de RMN de campo cero, así como un aparato sensor manual asociado sin campo magnético externo.

El documento CN 204269802 U se refiere a una antena plana con acoplamiento débil, que se utiliza en un sistema de detección de resonancia de momento en cuadrupolo nuclear. La antena plana con acoplamiento débil comprende una antena emisora y una antena receptora. La antena emisora y la antena receptora están dispuestas en el orden de fuera hacia dentro. La antena emisora y la antena receptora están en el mismo plano. La inductancia mutua entre la antena emisora y la antena receptora asciende al 0-10 % de la autoinductancia de la antena receptora. La antena receptora comprende una primera antena receptora y una segunda antena receptora, que está conectada a la primera antena receptora. La primera antena receptora y la segunda antena receptora se forman por alambres enrollados. La dirección de enrollado del alambre de la primera antena receptora es opuesta a la dirección de enrollado del alambre de la segunda antena receptora. Mediante el diseño de la antena receptora y la antena emisora, un sistema de detección de resonancia de momento en cuadrupolo nuclear equipado con la antena planar de acoplamiento débil puede funcionar de forma estable sin blindaje electromagnético. Las ondas electromagnéticas parásitas pueden suprimirse eficazmente y se mejora la relación señal-ruido de una señal NQR.

Sin embargo, hay que superar varias dificultades para una comprobación fiable de la autenticidad de las características de seguridad de RMN de campo cero. Así, la relación señal-ruido (SNR) es un parámetro crítico para toda medición de RMN de campo cero y debe ser lo más alta posible. El denominado tiempo<t>muerto designa la constante de tiempo con la que disminuye la energía almacenada en el circuito de resonancia del sensor tras un impulso de excitación. El tiempo muerto puede ser del mismo orden de magnitud que la constante de tiempo T2*, de modo que con un tiempo muerto largo se suprime la detección de la parte inicial intensiva de un decaimiento por inducción libre. Además, pueden producirse artefactos indeseables, en particular, al determinar las constantes de tiempo, debido a los efectos de una probeta en movimiento que entra o sale de la zona del sensor, que han de minimizarse para garantizar una medición fiable. Finalmente, también han de mantenerse lo más bajas posible o evitarse por completo las interferencias en la intensidad de la señal medida que no se correlacionen con el conjunto de características analizadas.

Sobre esta base, la invención se basa en el objetivo de proporcionar un dispositivo del mismo tipo que permita una comprobación de autenticidad sencilla y fiable de los soportes de datos con características de seguridad de RMN de campo cero.

Este objetivo se resuelve mediante las características de las reivindicaciones independientes. Perfeccionamientos de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Según la invención, un dispositivo genérico contiene una o varias bobinas de excitación para generar impulsos de excitación para la característica de RMN de campo cero, así como una matriz de varias bobinas receptoras independientes de las bobinas de excitación y dispuestas al menos parcialmente una al lado de la otra, para la detección con resolución espacial de la respuesta de señal de la característica de RMN de campo cero.

El número N de bobinas receptoras de la matriz de bobinas receptoras es a este respecto mayor que el número M de bobinas de excitación, y el área F<a>cubierta por las bobinas de excitación cubre el área F<e>cubierta por las bobinas receptoras de la matriz de bobinas receptoras al menos parcialmente, en particular, completamente y excede el tamaño de esta área F<e>.

El área F<a>cubierta por las bobinas de excitación puede superar el área F<e>cubierta por las bobinas receptoras, en particular, en más del 10 %, más del 20 % o incluso más del 50 %. Si está previsto que el soporte de datos plano se transporte a través del dispositivo para la comprobación de la autenticidad, entonces el área F<a>cubierta por las bobinas de excitación también detecta ventajosamente las zonas de área que se encuentran delante y/o detrás del área F<e>cubierta en dirección de transporte, además del área F<e>cubierta por las bobinas receptoras.

El área cubierta por una bobina de superficie o una matriz de bobinas corresponde, por ejemplo, a la zona en la que se produce un campo magnético significativo por encima del plano de la bobina durante el funcionamiento, por ejemplo, un campo magnético cuya intensidad de campo ascienda a más del 50 % del máximo espacial. Alternativamente, el área cubierta por una bobina de superficie o una matriz de bobinas puede definirse mediante una envolvente de sus dimensiones geométricas, o sea por ejemplo, como el área cuadrada más pequeña, en la que están contenidas todas las pistas conductoras de la bobina/de la matriz de bobinas.

Las bobinas receptoras de la matriz de bobinas receptoras están formadas ventajosamente por bobinas de superficie, en particular, en forma de bucles conductores o bobinas en espiral. Las bobinas de excitación también pueden estar formadas por bobinas de superficie, en particular, por bucles conductores o bobinas en espiral.

Las bobinas receptoras de la matriz de bobinas receptoras presentan en cada caso un radio de bobina de 500 pm o menos. Por tanto, el dispositivo es especialmente adecuado para la comprobación de la autenticidad de probetas finas con un espesor de aproximadamente 100 pm. La una o varias bobinas de excitación presentan ventajosamente un diámetro significativamente mayor, por ejemplo, de aproximadamente 5 mm.

Ventajosamente, la matriz de bobinas receptoras forma una matriz unidimensional o bidimensional. En particular, la matriz de bobinas receptoras puede formar una matriz lineal (unidimensional) Nx1 o una matriz rectangular n x m con N = n*m. Sin embargo, las bobinas receptoras también pueden estar dispuestas en los lugares de rejilla de un tipo de rejilla diferente, por ejemplo, una rejilla hexagonal, o también pueden tener una disposición irregular. En diseños ventajosos, el número N de bobinas receptoras asciende a de 2 a 10.

Para un mejor desacoplamiento mutuo, puede estar previsto que las bobinas receptoras de la matriz de bobinas receptoras estén dispuestas para solaparse al menos parcialmente entre sí.

En una configuración conveniente, el dispositivo contiene solo una única bobina de excitación.

En una configuración ventajosa, la matriz de bobinas receptoras contiene dos o más submatrices, cuyas bobinas receptoras están diseñadas en cada caso para una frecuencia de recepción fija, en donde preferiblemente en cada caso una bobina receptora de cada una de las dos o más submatrices están dispuestas concéntricamente entre sí. Si la matriz de bobinas receptoras contiene varias submatrices, entonces está previsto ventajosamente un número de bobinas de excitación asociadas correspondiente al número de submatrices.

Ventajosamente, las submatrices presentan diferentes frecuencias de recepción, lo que permite la medición multiespectral. Ventajosamente, las frecuencias de resonancia de las bobinas de excitación asociadas corresponden a las respectivas frecuencias de recepción de las submatrices.

Las bobinas receptoras y/o las bobinas de excitación están provistas ventajosamente en cada caso de un equipo de desacoplamiento activo para el desacoplamiento mutuo.

Ventajosamente está previsto que el área F<e>cubierta por las bobinas receptoras se ajuste al tamaño de la característica de RMN de campo cero que se va a comprobar, de modo que el área F<e>cubierta cubra toda la anchura o incluso toda el área de la característica de RMN de campo cero.

En una configuración preferida, está previsto que las bobinas receptoras en el circuito de recepción y/o las bobinas de excitación en el circuito de emisión del dispositivo estén provistas en cada caso de un acoplador direccional, en particular, para compensar las interferencias, como la deriva del amplificador o las imperfecciones del impulso.

Según un perfeccionamiento adicional ventajoso, el dispositivo contiene una bobina de calibración única adicional con una muestra de referencia, que está dispuesta al menos parcialmente solapada con el campo de excitación de la una o las varias bobinas de excitación.

El dispositivo puede contener dos o más disposiciones parciales de bobinas de excitación y bobinas receptoras, en donde cada disposición parcial contiene una única bobina de excitación y una matriz superpuesta, asociada de varias bobinas receptoras independientes de la respectiva bobina de excitación. En las disposiciones parciales, el área (F<a>,<í>) cubierta por la bobina de excitación es mayor que el área (F<e>,<í>) cubierta por las bobinas receptoras de la matriz de bobinas receptoras asociada. Preferiblemente, las disposiciones parciales están diseñadas de manera idéntica entre sí, es decir, contienen en cada caso la misma configuración de bobina de excitación y bobinas receptoras.

En una configuración ventajosa, el dispositivo define un área de prueba para los soportes de datos planos que se van a comprobar, en donde las bobinas de excitación y las bobinas receptoras de la matriz de bobinas receptoras están dispuestas en el mismo lado del área de prueba.

En una configuración alternativa igualmente ventajosa, el dispositivo define un área de prueba para los soportes de datos planos que se van a comprobar, en donde las bobinas de excitación y las bobinas receptoras de la matriz de bobinas receptoras están dispuestas a corta distancia en lados opuestos del área de prueba.

El dispositivo está diseñado y configurado ventajosamente para la comprobación de la autenticidad de una característica de resonancia en cuadrupolo nuclear (NQR) o una característica de RMN en ferromagnética.

Otros ejemplos de realización así como ventajas de la invención se explican a continuación por medio de las figuras, en cuya representación se ha prescindido de una reproducción a escala y fiel a la proporción para una mayor claridad.

Muestran:

Fig. 1 una representación esquemática de un dispositivo de comprobación según la invención para comprobar la autenticidad de billetes de banco,

Fig. 2 en (a) y (b) dos diseños específicos del extremo frontal de sensor de un dispositivo de prueba según la invención,

Fig. 3 en (a) a (c) algunas disposiciones específicas ventajosas con M bobinas de excitación y una matriz de N bobinas receptoras en dispositivos de prueba según la invención,

Fig. 4 el caso de uso de la verificación de la integridad de un billete de banco provisto de una característica de RMN de campo cero homogénea, en toda la superficie,

Fig. 5 una medición estática con resolución espacial de una característica de RMN de campo cero estructurada y

Fig. 6 esquemáticamente diagramas de bloques de los circuitos de emisión y circuitos de recepción de un dispositivo según la invención.

La invención se explicará ahora en el ejemplo de la comprobación de la autenticidad de billetes 10 de banco. Con referencia a la Fig. 1, los billetes 10 de banco que se van a comprobar presentan una característica de RMN de campo cero, que puede ser una característica 12 que cubra toda el área del billete de banco o puede estar presente solo en una zona 14 de característica determinada. En particular, la característica de RMN de campo cero puede tratarse, en particular, de una característica NQR o una característica RMN-FM.

Para comprobar la autenticidad, las probetas 10 de billetes de banco se guían a lo largo de una trayectoria 22 de transporte a través de un dispositivo de prueba, del que en la Fig. 1 solo se muestra esquemáticamente el extremo 20 frontal de sensor.

Para generar impulsos de excitación para la característica 12, 14 de RMN de campo cero, el extremo 20 frontal de sensor contiene una única bobina 30 de excitación y una matriz 40 de varias bobinas 42 receptoras independientes de la bobina 30 de excitación, con las que se puede detectar la respuesta de la señal de la característica 12, 14 con resolución espacial. En el ejemplo de realización, las bobinas 42 receptoras están formadas en cada caso por microbobinas planas con un radio R<e>de bobina de 500 ^m y, por lo tanto, están optimizadas para el ensayo de probetas de billetes de banco finos. La bobina 30 de excitación puede presentar, por ejemplo, un radio R<a>de bobina de 5 mm.

En la figura también se ilustran el área F<a>cubierta por la bobina 30 de excitación y el área F<e>cubierta por la matriz 40 de las bobinas 42 receptoras. El área F<a>cubierta por la bobina 30 de excitación cubre a este respecto el área F<e>cubierta por la matriz 40 de las bobinas 42 receptoras y excede significativamente su tamaño, en particular, en la zona de entrada y salida de la probeta 10.

El circuito de emisión de la bobina 30 de excitación y los circuitos de recepción de las bobinas 42 receptoras están provistos en cada caso de un acoplador direccional (Fig. 6) para compensar las interferencias, como la deriva del amplificador o las imperfecciones de los impulsos de emisión. Las bobinas 42 receptoras y, dado el caso, también la bobina 30 de excitación también están provistas de un equipo de desacoplamiento activo para el desacoplamiento mutuo (no mostrado), que puede basarse, por ejemplo, en diodos PIN, diodos de capacitancia o conmutadores de alta frecuencia.

El dispositivo de prueba según la invención ofrece una serie de ventajas especiales en la comprobación de autenticidad de soportes de datos planos, que ahora se explicarán en detalle.

Un parámetro clave de las mediciones de RMN pulsadas es la relación señal-ruido SNR, para la cual se aplica la relación de proporcionalidad

con el factor n de llenado y la calidad Q de la bobina receptora. En el dispositivo según la invención, la relación señal-ruido se optimiza en particular ajustando el factor n de llenado, que indica la relación entre la energía del campo magnético presente en el volumen de la muestra y la energía total del campo magnético de la bobina receptora presente en la sala. Los inventores han reconocido a este respecto que para probetas finas con un espesor de aproximadamente 100 ^m, como billetes de banco u otros documentos de valor, se puede conseguir un gran factor n de llenado y, por tanto, una elevada relación señal-ruido, diseñando las bobinas 42 receptoras como bobinas superficiales con un radio de bobina de R<e>= 500 ^m o inferior.

En el dispositivo de prueba según la invención, la matriz 40 de pequeñas bobinas 42 receptoras proporciona, por tanto, una relación señal-ruido significativamente mejor que un receptor de una bobina individual más grande, debido a este factor de llenado optimizado para la geometría de muestra plana de las probetas 10 de billetes de banco, además de las otras ventajas descritas.

El diseño según la invención también permite una reducción del tiempo<t>muerto dividiendo el extremo 20 frontal de sensor en una bobina 30 de excitación y en bobinas 42 receptoras separadas. Dado que el tiempo muerto de un circuito resonante (en este caso, un circuito de recepción) viene determinado por

con la calidad Q y la frecuencia w de resonancia, el tiempo muerto puede reducirse, reduciendo la calidad Q. Sin embargo, esto contrasta con la igualmente deseada alta relación señal-ruido, que aumenta proporcionalmente a VQ. En el dispositivo descrito, estos requisitos opuestos se tienen en cuenta desacoplando activamente las bobinas de excitación y receptoras separadas una de otra. Por ejemplo, la frecuencia w de resonancia de una bobina 42 receptora puede desplazarse durante el impulso de excitación con ayuda de un diodo de capacitancia (diodo varactor) de tal manera, que el circuito de la bobina receptora no sea excitado por el impulso de excitación. Por tanto, el tiempo t muerto de la bobina 42 receptora es función del comportamiento dinámico del conmutador y la calidad Q del receptor puede maximizarse independientemente de ello.

La estructura según la invención con bobinas 30 o 42 separadas para el emisor y el receptor permite así un tiempo muerto reducido y, por lo tanto, en particular para el decaimiento por inducción libre, una mayor precisión de medición que las estructuras convencionales, en las que las mismas bobinas sirven de emisor y receptor.

Una ventaja especialmente valiosa del uso de una matriz 40 de bobinas 42 receptoras es la resolución espacial alcanzable de la respuesta de la señal. La resolución espacial de una única bobina 42 receptora o bobina 42 de receptor, es decir, la zona sensible de una bobina 42 de superficie individual en el presente caso es inversamente proporcional al radio R<e>de la bobina en la RMN de campo cero. Por lo tanto, el pequeño radio de bobina de 500 |jm o menos mencionado anteriormente conduce a una resolución espacial correspondientemente alta, en la que la resolución espacial de un punto de medición asciende a menos de 1 mm, por ejemplo.

Por un lado, esta alta resolución espacial permite verificar las características de seguridad codificadas espacialmente (véase la Fig. 5), sin embargo, por otro lado también es ventajosa cuando se comprueban características de RMN homogéneas y de gran superficie, ya que permite verificar la integridad de una probeta 10 (véase la Fig. 4).

Para poder medir toda la probeta 10 con resolución espacial, la matriz 40 de bobinas 42 receptoras puede diseñarse para cubrir toda la probeta. Si la probeta 10 de billete de banco se transporta a través del dispositivo 20 de prueba como se muestra en la Fig. 1, también puede ser suficiente cubrir solo la anchura de la probeta con las bobinas 42 receptoras, ya que toda la probeta se detecta en el intervalo de tiempo de una pasada. Sin embargo, cuando se utiliza una matriz 40 de bobinas receptoras, las codificaciones espaciales también pueden reconocerse y comprobarse durante las mediciones estáticas.

Como se explica con más detalle en otro lugar, las bobinas 42 receptoras pueden solaparse ventajosamente para el desacoplamiento mutuo y pueden dotarse de amplificadores receptores de baja impedancia. Cada bobina 42 receptora se conecta ventajosamente a una rama receptora independiente.

Pueden producirse artefactos, en particular, al determinar las constantes de tiempo, cuando se miden probetas en movimiento debido a los efectos de que la probeta entre o salga de la zona sensible del extremo 20 frontal de sensor. Estos artefactos de movimiento se suprimen en el dispositivo propuesto mediante un campo de excitación espacialmente homogéneo. Como puede verse en la Fig. 1, el área F<a>cubierta por la bobina 30 de excitación no solo cubre el área F<e>cubierta por las bobinas 42 receptoras de la matriz de bobinas receptoras, sino también aquellas zonas de la probeta 10 que se mueven dentro o fuera de la zona receptora sensible durante un intervalo de medición.

Un campo de excitación homogéneo de este tipo se genera en la configuración de la Fig. 1 utilizando una única bobina 30 de excitación grande. El uso de solo una o unas pocas bobinas de excitación es posible debido a la separación de las bobinas de emisión y receptoras según la invención, ya que no hay ningún requisito para el factor de llenado de las bobinas de excitación. Por tanto, la estructura mostrada en la Fig. 1 con una única bobina 30 de excitación grande ofrece ventajas significativas para probetas 10 movidas en comparación con las estructuras convencionales con una matriz de bobinas como fuente de excitación.

Al cuantificar la señal de medición, la intensidad de la señal medida de un canal, es decir, la intensidad de la señal de una bobina 42 receptora individual se correlaciona con la cantidad de característica en la característica de prueba, sin embargo, también depende de la intensidad y la longitud del impulso de excitación, así como de las propiedades del circuito receptor.

Para compensar las variaciones espaciales del campo de excitación, es ventajoso que la amplitud del campo de excitación se determine directamente durante el funcionamiento con ayuda de la matriz 40 de las bobinas 42 receptoras cuando la potencia de emisión está atenuada o la amplificación de recepción está atenuada. Por medio de dicha medición puede calcularse un factor de compensación específico de la bobina receptora. Las configuraciones descritas permiten tal procedimiento, ya que la bobina 30 de excitación y las bobinas 42 receptoras son bobinas separadas según la invención.

Otra posibilidad consiste en determinar directamente la pérdida de retorno de las bobinas y cualquier deriva de frecuencia con ayuda de un acoplador direccional, por ejemplo, con el fin de determinar a partir de ahí los factores de compensación, generar una señal de control para posibles diodos de capacitancia para el contrarresto, o ajustar las longitudes de impulso y las amplitudes de los impulsos de excitación. Para compensar las derivas de temperatura, pueden preverse sensores de temperatura en las ramas del amplificador o puede determinarse y controlarse la amplificación real con ayuda de diodos detectores.

Además, la matriz de bobinas receptoras puede equiparse ventajosamente con una bobina individual de calibración adicional junto con una muestra de referencia estática. Dicha bobina individual de calibración no debe estar situada a este respecto en la trayectoria 22 de la probeta, sino que la zona sensible de la bobina de calibración ha de solaparse con una parte del campo de excitación. Las intensidades de señal medidas en la bobina de calibración permiten entonces compensar los efectos de interferencia, por ejemplo, las derivas de temperatura de la rama de excitación, sobre las intensidades medidas en la probeta 10.

En un dispositivo de prueba con un extremo frontal de sensor diseñado de este modo, los tiempos de medición inferiores a 100 ms ya son suficientes para una comprobación de autenticidad fiable de una probeta con una sustancia característica de RMN adecuada. A este respecto, los posibles indicadores de autenticidad son la intensidad de la señal, los tiempos de relajación, la distribución espectral de las frecuencias de Larmor, es decir, la transformada de Fourier de un FlD de decaimiento por inducción libre o un eco de espín, y/o la disposición espacial y la formación de la característica.

La figura 2 ilustra dos posibles diseños específicos del extremo frontal de sensor, en donde las distintas bobinas están integradas en una placa de circuitos 50 a modo de ejemplo. La figura 2(a) muestra una configuración con una bobina 30 de excitación individual y una matriz 40 de nueve bobinas 42 receptoras, que están dispuestas dentro del área cubierta por la bobina 30 de excitación. Las bobinas 42 receptoras están integradas a este respecto en la misma placa de circuitos 50 que la bobina 30 de excitación, sin embargo, pueden estar formadas en un plano de cobre distinto de la placa de circuitos 50. La superficie de la placa de circuitos 50 define un área 52 de probeta, sobre la que puede colocarse una probeta o sobre la que puede transportarse una probeta a corta distancia.

En el diseño alternativo de la Figura 2(b), el extremo frontal de sensor contiene además de una primera placa de circuitos 60 con la matriz 40 de nueve bobinas 42 receptoras y un blindaje o sujetador 62 que lleva la bobina 30 de excitación en una placa de circuitos 64 separada. También en este caso, las nueve bobinas 42 receptoras están dispuestas dentro del área de la bobina 30 de excitación proyectada sobre el plano de las bobinas receptoras. La superficie de la primera placa 60 de circuitos define un área 66 de probeta, sobre la que puede colocarse una probeta o sobre la que puede transportarse una probeta a corta distancia. A diferencia del diseño de la Fig.2(a), la bobina 30 de excitación y las bobinas 42 receptoras no están dispuestas en el mismo lado del área de prueba en el diseño de la Fig. 2(b), sino en lados opuestos.

La figura 3 muestra algunas disposiciones específicas ventajosas con M bobinas de excitación y una matriz de N bobinas receptoras en dispositivos de prueba según la invención. La configuración de la bobina se muestra en cada caso en vista superior, en donde las bobinas de excitación y las bobinas receptoras pueden encontrarse en el mismo plano o en planos diferentes y, en particular, pueden encontrarse en el mismo lado o en lados opuestos de un área de prueba para las probetas, como se ilustra en la Fig. 2.

En primer lugar, la Fig. 3(a) muestra la configuración de bobinas utilizada en la Fig. 2, en la que el extremo frontal de sensor contiene una única bobina 30 de excitación (M = 1) y una matriz 40 de nueve bobinas 42 receptoras (N = 9). Las bobinas 42 receptoras están dispuestas dentro del área cubierta por la bobina 30 de excitación y cubren un área menor que esta.

La figura 3(b) muestra una configuración de bobinas, en la que la matriz 40 de bobinas receptoras contiene dos submatrices de en cada caso nueve bobinas 42-A o 42-B receptoras, que en cada caso están adaptadas a su propia frecuencia<wa>o<wb>de resonancia. Una primera submatriz está formada por las nueve bobinas 42-A receptoras, una segunda submatriz por las nueve bobinas 42-B receptoras. En cada caso, una bobina 42-A y 42-B receptora de las dos submatrices están dispuestas concéntricamente entre sí y desacopladas eléctricamente entre sí. Por lo tanto, es posible realizar mediciones multiespectrales con los circuitos adecuados. Por consiguiente, también están provistas dos bobinas 30-A, 30-B de excitación en el circuito de emisión del extremo frontal de sensor, de modo que sea M = 2 y N = 18 en este ejemplo de realización. Las bobinas 42-A, 42-B receptoras están dispuestas dentro del área cubierta por las bobinas 30-A, 30-B de excitación y cubren un área menor que estas.

Otra configuración de bobina se ilustra en la Fig. 3(c). En este ejemplo de realización, el extremo frontal de sensor contiene una retícula 2 x 2 de disposiciones 70-1,70-2, 70-3, 70-4 parciales, en donde cada disposición 70-i parcial contiene una única bobina 30-i de excitación y una matriz 40-i asociada de bobinas 44 receptoras independientes de la bobina 30-i de excitación. A este respecto, es i=1,...4, en donde solo la bobina 30-1 de excitación y la matriz 40-1 están explícitamente etiquetadas en la figura en aras de la claridad.

Las bobinas 44 receptoras de cada matriz 40-i se solapan entre sí para desacoplarse mutuamente. Como se muestra en la figura, en cada disposición 70-i parcial el área F<a>,<í>cubierta por la bobina 30-i de excitación es mayor que el área F<e>,<í>cubierta por las bobinas 44 receptoras de la matriz 40-i de bobinas receptoras asociada. En consecuencia, el área total cubierta por las bobinas 30-i de excitación es también mayor que el área total cubierta por las bobinas 44 receptoras.

En los ejemplos de realización anteriores, las bobinas de excitación y receptoras están representadas como bucles conductores a modo de ejemplo, sin embargo, se entiende que las bobinas también pueden estar configuradas en forma de espiral o rectangular. Las diferentes bobinas pueden estar dispuestas en cada caso en el mismo o en diferentes planos de cobre de una placa de circuitos o en diferentes placas de circuitos. El contorno exterior de las matrices de bobinas receptoras también puede adoptar cualquier forma.

La figura 4 ilustra como caso de uso la verificación de la integridad de un billete de banco provisto de una característica 88 de RMN de campo cero homogénea, en toda la superficie. En referencia a la Fig. 4(a), una probeta 80 se desplaza a lo largo de la dirección 82 de transporte sobre un extremo 90 frontal de sensor, que comprende una única bobina 92 de excitación y una matriz 94 lineal de nueve bobinas 96 receptoras. En el ejemplo mostrado, la probeta 80 representa un billete de banco manipulado, en el que se ha recortado una zona del borde derecho del billete y se ha sustituido por papel 84 ordinario sin característica de RMN.

La manipulación realizada se aprecia inmediatamente en los datos de medición del extremo 90 frontal de sensor mostrados en la Fig. 4(b). A este respecto, están representadas las curvas 98-O, 98-M y 98-U de medición para tres pistas 86-O, 86-M, 86-U de medición en la parte superior, central e inferior de la probeta 80 (Fig.4), que se registraron mediante tres bobinas 96-O, 96-M y 96-U receptoras del extremo 90 frontal de sensor dispuestas de forma correspondiente.

En aras de la claridad, las curvas 98-O, 98-M, 98-U de medición se muestran desplazadas verticalmente una con respecto a otra por un valor constante y muestran en cada caso la intensidad de la señal relativa Sig en función de la ubicación x de la adquisición de la señal a lo largo de la pista 86-O, 86-M, 86-U de medición respectiva en la probeta. La caída de señal de la curva 98-M de medición de la bobina 96-M receptora central indica inmediatamente la ausencia local de la característica de RMN en la zona 84 de la probeta 80 y, por tanto, la manipulación del billete de banco.

La figura 5 ilustra una medición estática con resolución espacial de una característica de RMN de campo cero estructurada. Para ello, la figura 5(a) muestra un soporte 100 de datos en forma de tarjeta con un punto 102 de impresión que contiene características en forma de diamante con un rebaje 104 central. El soporte 100 de datos se coloca en el área de prueba de un dispositivo de prueba según la invención, cuyo extremo 110 frontal de sensor contiene una única bobina de excitación y una matriz 112 de 10x10 de bobinas 114 receptoras. En aras de la claridad, en la figura solo se muestra la matriz 112 con las bobinas 114 receptoras indicadas mediante anillos.

La figura 5(b) muestra el resultado 120 con resolución espacial de la medición estática de la intensidad de la señal en la zona del punto 102 de impresión, en donde en cada campo 122 de medición está representada la intensidad de la señal detectada por la bobina 114 receptora asociada tras la excitación mediante el espesor de los rayados. Mediante la miniaturización de las bobinas 114 receptoras, se puede lograr una alta resolución espacial, de modo que la forma del punto 102 de impresión, incluida la orientación del rombo y la presencia del rebaje 104 central puede detectarse fácilmente. Por tanto, la modificación del diseño de impresión abre numerosas posibilidades para codificar el punto 102 de impresión.

La figura 6 muestra esquemáticamente diagramas de bloques de los circuitos 132 de emisión y circuitos 134 de recepción de un dispositivo 130 según la invención. Todo el circuito puede controlarse mediante un microcontrolador o una FPGA 136. Un circuito de emisión individual contiene una fuente de frecuencia, que se sintoniza a la frecuencia de Larmor en el funcionamiento normal, un desfasador para ajustar las fases de impulso correctas y un conmutador de impulsos. A continuación, un amplificador de potencia ajustable ajusta la amplitud del impulso. Por ejemplo, detrás del amplificador se conectan dos acopladores direccionales con sus correspondientes diodos P<1>y P<2>detectores. El diodo P<1>detector determina la potencia suministrada a la bobina de excitación respectiva y el diodo P<2>detector la potencia reflejada por la bobina de excitación. La propia bobina de excitación se pone en resonancia mediante un diodo varactor, por ejemplo.

Fuera de una medición de RMN, puede realizarse un barrido de la fuente de frecuencia con un circuito de este tipo y, con ello, puede determinarse la dependencia de frecuencia de la pérdida de retorno (RL) de la bobina de excitación con ayuda de los detectores P<1>y P<2>. Por medio de una medición de este tipo, puede determinarse la frecuencia de resonancia de la bobina de excitación y sintonizar esta con la frecuencia de Larmor con ayuda del diodo varactor. Además, por medio de la pérdida de retorno puede determinarse la calidad Q de la bobina de excitación.

Para generar un impulso con un ángulo de impulso definido, es decir, un impulso que desvíe los espines nucleares de la muestra en un ángulo definido, puede utilizarse como parámetro la longitud<t>de impulso. Por otra parte, la intensidad de campo del campo de excitación generado en la bobina de excitación es función de la calidad Q y de la potencia en la bobina P<bobina>. Esta última potencia puede calcularse, por ejemplo, utilizando la potencia determinada en el detector P<1>y la RL. Si se conocen la calidad Q y la potencia P<bobina>, la longitud del impulso puede ajustarse de forma flexible mediante una tabla de calibración almacenada en el controlador 136 o una correlación analítica y, de esta manera, se estabiliza el resultado de la medición. Alternativamente, también es concebible determinar el campo de excitación individualmente para cada canal con ayuda de los circuitos receptores.

Cada uno de los circuitos 134 de recepción mostrados en la Fig. 6 consta de una bobina de RMN, la bobina receptora, que se ha puesto en resonancia con ayuda de un diodo varactor, un amplificador ajustable de bajo ruido y un acoplador direccional con diodo P<3>detector. Finalmente, sigue un filtro paso banda y un demodulador IQ con oscilador local (LO) y convertidor A/D asociados.

Para evitar la saturación del circuito de recepción, el diodo varactor se utiliza para conmutar el circuito de recepción en resonancia solo durante el intervalo de medición. Si tiene lugar un barrido de frecuencia en el circuito de emisión, se puede medir la dependencia de frecuencia de la pérdida de retorno de la bobina receptora mediante los diodos P<1>, P<2>y P<3>. Por ejemplo, a este respecto los datos de medición de los diodos P<1>y P<2>se utilizan para calcular las propiedades del circuito de emisión a partir de la dependencia de frecuencia medida con el diodo P<3>. Por medio de la curva medida pueden determinarse a su vez la frecuencia de resonancia, así como la calidad Q de la bobina receptora. El valor de la frecuencia de resonancia puede utilizarse entonces como variable de entrada para controlar el diodo varactor y la calidad Q puede utilizarse para corregir las amplitudes de la señal.

Lista de símbolos de referencia

10 Billete de banco

12,14 Características de RMN de campo cero

20 Extremo frontal de sensor

22 Ruta de transporte

30, 30-A, 30-B, 30-i Bobina de excitación

40, 40-i Matriz

42, 42-A, 42-B Bobinas receptoras

44 Bobinas receptoras

50 Placa de circuitos

52 Área de prueba

60 Primera placa de circuitos

62 Blindaje o sujetador

64 Placa de circuitos independiente

66 Área de prueba

70-1, 70-2, 70-3, 70-4 Disposiciones parciales

80 Probeta

82 Dirección de transporte

84 Zona con papel ordinario

86-O, 86-M, 86-U Pistas de medición

88 Característica de RMN de campo cero

90 Extremo frontal de sensor

92 Bobina de excitación

94 Matriz lineal

96, 96-O, 96-M, 96-U Bobinas receptoras

98-O, 98-M, 98-U Curvas de medición

100 Soporte de datos en forma de tarjeta

102 Punto de impresión que contiene característica 104 Rebaje central

110 Extremo frontal de sensor

112 Matriz

114 Bobinas receptoras

120 Resultado de la medición

122 Campo de medición

130 Dispositivo

132 Circuitos de emisión

134 Circuitos de recepción

136 Microcontrolador/FPGA

Claims

REIVINDICACIONES

i.Dispositivo para comprobar la autenticidad de un soporte (10; 100) de datos plano con una característica (12; 14) de resonancia magnética nuclear (RMN) de campo cero, en particular, una característica de resonancia en cuadrupolo nuclear (NQR) y/o una característica de RMN en ferromagnética, con

-una o más bobinas (30, 30-A, 30-B, 30i) de excitación para generar impulsos de excitación para la característica (12, 14) de RMN de campo cero,

-una matriz (40, 40i) de varias bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras independientes de las bobinas (30, 30-A, 30-B, 30-i) de excitación y dispuestas al menos parcialmente adyacentes entre sí, para la detección con resolución espacial de la respuesta de señal de la característica (12; 14) de RMN de campo cero, en donde

-el número (N) de bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras de la matriz (40, 40i) de bobinas receptoras es mayor que el número (M) de bobinas (30, 30-A, 30-B, 30i) de excitación, -las bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras de la matriz (40, 40-i) de bobinas receptoras presentan en cada caso un radio de bobina de 500 pm o inferior y

-el área (F<a>) cubierta por las bobinas (30, 30-A, 30-B, 30-i) de excitación cubre al menos parcialmente el área (F<e>) cubierta por las bobinas (42, 42-A, 42-B; 44) receptoras de la matriz (40, 40i) de bobinas receptoras y excede el tamaño de esta área (F<e>).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,caracterizado por quelas bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras de la matriz (40, 40i) de bobinas receptoras están formadas por bobinas superficiales, en particular, en forma de bucles conductores o bobinas en espiral.
3. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 o 2,caracterizado por quela matriz (40, 40i) de bobinas receptoras forma una matriz unidimensional o bidimensional.
4. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3,caracterizado por quelas bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras de la matriz (40, 40i) de bobinas receptoras están dispuestas al menos parcialmente solapadas entre sí.
5. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado por quela matriz (40, 40i) de bobinas receptoras contiene dos o más submatrices, cuyas bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras están diseñadas en cada caso para una frecuencia de recepción fija, en donde en cada caso una bobina (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptora de las dos o más submatrices están dispuestas preferiblemente de manera concéntrica entre sí.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,caracterizado por quelas frecuencias de recepción de las submatrices son diferentes.
7. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6,caracterizado por quelas bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras y/o las bobinas (30, 30-A, 30-B, 30-i) de excitación están provistas en cada caso de un equipo de desacoplamiento activo para el desacoplamiento mutuo.
8. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 7,caracterizado por queel área (F<e>) cubierta por las bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras se ajusta al tamaño de la característica (12; 14) de RMN de campo cero que se va a comprobar, de modo que el área (F<e>) cubierta cubre toda la anchura o incluso toda el área de la característica (12; 14) de RMN de campo cero.
9. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 8,caracterizado por quelas bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras en el circuito (134) de recepción y/o las bobinas (30, 30-A, 30-B, 30-i) de excitación en el circuito (132) de emisión del dispositivo están provistas en cada caso de un acoplador direccional.
10. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9,caracterizado por queel dispositivo contiene una bobina única de calibración adicional con una muestra de referencia, que está dispuesta al menos parcialmente solapada con el campo de excitación de la una o más bobinas (30, 30-A, 30-B, 30-i) de excitación.
11. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 10,caracterizado por queel dispositivo comprende dos o más disposiciones parciales de bobinas (30, 30-A, 30-B, 30-i) de excitación y bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras, en donde cada disposición parcial contiene una única bobina (30, 30-A, 30-B, 30-i) de excitación y una matriz (40, 40i) superpuesta, asociada de varias bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras independientes de la respectiva bobina (30, 30-A, 30-B, 30-i) de excitación, y en donde en las disposiciones parciales el área (F<a>,<í>) cubierta por la bobina (30, 30-A, 30-B, 30i) de excitación es mayor que el área (F<e>,<í>) cubierta por las bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras de la matriz (40, 40i) de bobinas receptoras asociada.
12. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 11,caracterizado por queel dispositivo define un área (66) de prueba para los soportes (10; 100) de datos planos que van a comprobarse y las bobinas (30, 30-A, 30-B, 30-i) de excitación y las bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras de la matriz (40, 40i) de bobinas receptoras están dispuestas en el mismo lado del área (66) de prueba.

Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 11,caracterizado por queel dispositivo define un área (66) de prueba para los soportes (10; 100) de datos planos que van a comprobarse y las bobinas (30, 30-A, 30-B, 30-i) de excitación y las bobinas (42, 42-A, 42-B; 44; 114) receptoras de la matriz (40, 40i) de bobinas receptoras están dispuestas a una pequeña distancia en lados opuestos del área (66) de prueba.