ИДЕНТИФИКАТОР БУМАЖНЫХ ДЕНЕГ
VALUABLE PAPER VALIDATOR

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. Область применения изобретения:
Настоящее изобретение касается идентификатора бумажных денег, применяемого в торговом автомате или в машине для размена бумажных денег монетами, более конкретно такого высокоточного идентификатора бумажных денег, который основан на использовании пакета СИД для излучения интенсивного пульсирующего света различной длины волны сквозь банкноту, коллиматорную линзу для коллимирования интенсивного пульсирующего света различной длины волны на тестовую зону банкноты и фотодиод, улавливающий световое излучение, проходящее сквозь банкноту, для сравнения с заданным опорным значением с помощью внутрисистемного микроконтроллера с целью проверки подлинности банкноты.
2. Описание прототипа:
Вслед за развитием высоких технологий изменился наш образ жизни. Повсеместно используются различные торговые автоматы (такие, как раздаточные автоматы, торговые автоматы для продажи билетов, автоматы для размена денег и т.д.) для продажи различных продуктов без участия продавца. Эти торговые автоматы выполняют много работы и создают удобства для людей.
Тем не менее как продавцы, так и потребители всегда озабочены проблемой подделки денег, особенно бумажной валюты. Вслед за развитием компьютерных технологий злоумышленники могут пользоваться компьютером для сканирования, копирования и печатания бумажных денег. Вследствие этого бумажные деньги снабжают средствами, затрудняющими их подделку. Визуальные средства, затрудняющие подделку бумажных денег, включают в себя бумажный материал, окраску, знаки, метки и т.д., которые легко заметить невооруженным глазом. Однако проверка невидимых средств, затрудняющих подделку, требует специальных машин или инструментов для установления подлинности банкноты. Известный идентификатор, предназначенный для этих целей, основан на использовании валков для протягивания бумажных денег над магнитной головкой, которая обнаруживает магнитные краски эмблем и изображения и сравнивает обнаруженный сигнал с соответствующим образом заданным опорным значением с целью определения подлинности находящейся в обращении банкноты, в зависимости от результатов сравнения. Однако магнитная головка имеет склонность загрязняться остатками краски, что приводит к неверному детектированию.
Кроме того, фальшивомонетчик может изготовить такие деньги, которые, имея похожие магнитные краски, введут машину в заблуждение.
В настоящее время современные идентификаторы бумажных денег, как правило, основаны на использовании разного рода СИДов (светоизлучающих диодов) как источника различных световых излучений, предназначенных для проверки параметров различных бумажных денег. На фиг.11 и 12 показан прототип идентификатора бумажных денег (банкнот). Данная конструкция идентификатора бумажных денег включает в себя первый источник А1 линейного света и второй источник А2 линейного света, расположенные перпендикулярно друг к другу с двух сторон над тестовой зоной F1, определенное количество фотодатчиков С1, установленных между указанными линейными источниками А1 и А2 линейного света, и первый оптический элемент В1, установленный под фотодатчиками С1. Когда документ (банкнота) Е1 поступает на вход идентификатора бумажных денег, указанный вход заблокирован, и листопротяжные валки начинают продвигать документ (банкноту) Е1 через тестовую зону F1. При этом линейные источники А1 и А2 линейного света настроены на излучение пульсирующего света на документ (банкноту) Е1, первый оптический элемент В1 фокусирует отраженный свет на фотодатчиках С1, а фотодатчики С1 по обратной связи передают определенный показатель в заданный момент времени обращения информации. Этот определенный показатель служит признаком нормального ДИС (двухимпульсного снижения) плотности цвета сканируемой поверхности документа Е1. Описанный метод должен обеспечить проверку всего документа (банкноты) Е1. Кроме того, по другую сторону могут быть установлены дополнительный источник А4 света и четвертый оптический элемент В4. Дополнительный источник А4 света настроен на излучение проникающего света, проходящего сквозь документ (банкноту) Е1 для проверки проницаемости документа (банкноты) Е1. После сканирования рабочий узел идентификатора бумажных денег получает различные показатели, выработанные различными источниками света, и сравнивает эти показатели с опорными показателями запоминающего устройства, таким образом определяя, принять или отвергнуть документ (банкноту) Е1. Согласно данному индукционному методу необходимо проверять составные ленточные блоки документа (банкноты) Е1 и сравнивать сканированные показатели, выработанные указанными ленточными блоками, с опорными показателями для дальнейших вычислений. Согласно этой конструкции в каждом из источников А1 или А2 линейного света используются разноцветные светоизлучающие диоды (СИДы) A3 для получения верификационного света различной окраски. Далее, второй оптический элемент В2 и третий оптический элемент В3 установлены перед первым источником А1 линейного света и перед вторым источником А2 линейного света для коррекции соответствующего угла выхода светового излучения. Расположение источников А1 и А2 линейного света, оптических элементов В1, В2 и В3 и фотодатчиков С1 должны быть тщательного рассчитаны, так чтобы обнаруженные сигналы можно было сравнить с опорными показателями для дальнейших точных вычислений.
Описанный прототип идентификатора бумажных денег имеет ряд недостатков, а именно:
1. Поскольку СИДы A3 в каждом источнике А1 или А2 линейного света установлены друг от друга на расстоянии, СИДы A3 не позволяют проверить документ (банкноту) Е1 в одной и той же тестовой зоне F1 светом различной окраски и могут использовать только обычную оценку всего сканированного света, чтобы рассчитать поверхностную цветовую реакцию документа (банкноты) Е1.
2. Разные документы (банкноты) Е1 разных стран имеют различные характеристики, затрудняющие их подделку. Поэтому главный узел должен быть снабжен высокопроизводительной базой данных для хранения заданных опорных сведений, требующихся для сравнения.
3. Данный способ идентификации основан на использовании светоизлучающих диодов A3 для излучения света различной окраски на документ (банкноту) Е1 и фотодатчиков С1 с первым оптическим элементом В1 для улавливания света, отраженного от различных ленточных блоков документа (банкноты) Е1, для сравнения с опорными значениями. Точность юстировки между светоизлучающими диодами A3, фотодатчиками С1 и оптическими элементами В1, В2, и В3 является весьма ответственной.
4. После сканирования различных ленточных блоков документа (банкноты) Е1 с разными цветами света от светоизлучающих диодов A3 для проверки подлинности документа (банкноты) Е1 необходима процедура матричного вычисления точности. Эта процедура вычисления требует определенного промежутка времени, что не приемлемо для торговых автоматов, проверяющих подлинность бумажных денег.
5. Сложная конструкция этого образца идентификатора бумажных денег отличается большим количеством деталей, что приводит к повышенным производственным затратам.
Далее, ТА (торговые автоматы) или счетчики банкнот, используемые в банковской системе, обычно основаны на использовании ультрафиолетовых ламп для сканирования бумажных денег. Ультрафиолетовые лампы не пригодны для использования в идентификаторе банкнот, предназначенном для торгового автомата. Когда идентификатор банкнот с ультрафиолетовыми лампами используется в уличном торговом автомате, влажный воздух может проходить через зазор между колбой лампы и патроном, вызывая короткое замыкание. Более того, колба ультрафиолетовой лампы при эксплуатации быстро затухает. Сверх того, ультрафиолетовая лампа потребляет много электроэнергии и выделяет много тепловой энергии во время работы. Наконец, ультрафиолетовая лампа имеет большую боковую поверхность и короткий срок службы и легко повреждаема.
Следовательно, возникает необходимость в создании такой конструкции идентификатора бумажных денег, которая свела бы к минимуму упомянутые выше проблемы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение было разработано в связи с изложенными обстоятельствами. Одной из целей настоящего изобретения является создание идентификатора бумажных денег для торгового автомата или машины для размена бумажных денег монетами, который основан на использовании пакета СИД для излучения интенсивного пульсирующего света различной длины волны на определенный участок проверяемой банкноты, и соответствующего фотодиода, принимающего световой поток, который проходит сквозь проверяемую банкноту для проверки подлинности этой банкноты. Данная конструкция устраняет сложную процедуру идентификации бумажных денег, применяемую в прототипе, основанном на использовании составных СИДов и фотодатчиков. Следовательно, данное устройство требует меньше места для размещения в торговом автомате или в машине для размена бумажных денег и значительно уменьшает расходы на такое размещение.
Другой целью настоящего изобретения является создание идентификатора бумажных денег, который основан на использовании одного пакета СИД, одной коллиматорной линзы, одной конденсорной линзы и одного фотодиода для компоновки узла идентификации бумажных денег, предназначенного для проверки подлинности банкноты с высокой точностью. Данная компоновка отличается простой конструкцией, исключающей недостатки усложненной компоновки прототипа, основанной на использовании составных светоизлучающих диодов для сканирования различных тестовых зон проверяемой банкноты, составных оптических элементов для коррекции угла выхода светового излучения и оптического элемента, направляющего сканированный световой поток на фотодатчик. Сверх того, конструкция идентификатора бумажных денег в соответствии с настоящим изобретением обладает такими преимуществами, как отсутствие затрат времени на разогрев ламп, высокая скорость реагирования, небольшие габариты, низкое потребление электроэнергии, пониженная степень загрязнения, высокая яркость и длительный срок службы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показан вид в разрезе идентификатора бумажных денег в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - системно-функциональная схема идентификатора бумажных денег в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 - протекание процесса идентификации бумажных денег в идентификаторе бумажных денег в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4 - схематическое изображение, иллюстрирующее принцип действия идентификатора бумажных денег по идентификации банкнот в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4А - схематическое изображение, иллюстрирующее оптическую зону на выходе в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4В иллюстрирует распределение интенсивности светового потока в оптической зоне на выходе в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4С - схематическое изображение, иллюстрирующее альтернативный принцип действия идентификатора бумажных денег по идентификации банкнот в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.5 - принципиальная электрическая схема пакта СИД идентификатора бумажных денег в соответствии с настоящим изобретением (I).
Фиг.6 - принципиальная электрическая схема пакта СИД идентификатора бумажных денег в соответствии с настоящим изобретением (II).
Фиг.7 - принципиальная электрическая схема пакта СИД идентификатора бумажных денег в соответствии с настоящим изобретением (III).
Фиг.8 - принципиальная электрическая схема цифрового/аналогового преобразователя идентификатора бумажных денег в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.9 - принципиальная электрическая схема фотодиода идентификатора бумажных денег в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.10 - принципиальная электрическая схема усилителя идентификатора бумажных денег в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.11 - схематическое изображение идентификатора бумажных денег в соответствии с прототипом.
Фиг.12 - схематическое изображение, иллюстрирующее распределение источника линейного света в соответствии с прототипом.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ
Прежде чем уяснить себе признаки настоящего изобретения, необходимо вспомнить о физических характеристиках света. Цвета обычных световых лучей - красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Различные цвета световых лучей имеют различные длины волн. При излучении различных цветов световых лучей на объект будут достигаться различные показатели преломления и пропускания. Например, при излучении света на объект красного цвета этот объект будет отражать красный цвет светового потока и поглощать прочие цвета светового потока, и поэтому видимым будет только красный цвет светового излучения. При излучении различных цветов света на объект световая интенсивность прочих цветов светового потока, проходящего сквозь объект, будет слабее интенсивности красного цвета светового потока, поскольку красный цвет светового потока имеет более высокий коэффициент прохождения. Данное изобретение основано на использовании вышеупомянутых физических характеристик света при проверке бумажных денег. Сверх того, поскольку световые лучи различных длин волн имеют различные цвета, нижеследующее описание изобретения оперирует в ходе изложения понятием длины волны.
В соответствии с настоящим изобретением идентификатор бумажных денег (фиг.1) включает подающий узел 11, узел идентификации, состоящий из модуля 12 оптического излучателя и модуля 13 оптического приемника, предохранительный канал 14 и предохранительную скобу 15.
Подающий узел 11 снабжен приемной щелью 111, в которую вставляют банкноту, и каналом 112 подачи банкнот, сообщающимся с приемной щелью 111.
Модуль 12 оптического излучателя установлен над каналом 112 подачи банкнот, причем он включает пакет 121 СИД, снабженный светоизлучающими диодными чипами для излучения света различной длины волны, и коллиматорную линзу 122, направляющую световые лучи от пакета 121 СИД через канал 112 подачи банкнот.
Модуль 13 оптического приемника установлен под каналом 112 подачи банкнот, причем он включает конденсорную линзу 131, предназначенную для уплотнения света, проходящего от пакета 121 СИД через коллиматорную линзу 122 на проверяемую банкноту, пропускаемую через канал 112, и фотодиод 132, предназначенный для улавливания света, проходящего сквозь конденсорную линзу 131.
Канал 112 подачи банкнот закачивается предохранительным каналом 14. Предохранительная скоба 15 установлена с одной стороны предохранительного канала 14. Предохранительный канал 14 и предохранительная скоба 15 образуют механизм безопасности.
Как показано на фиг.2 и 4, а также на фиг.1, идентификатор 1 бумажных денег может быть использован в торговой машине или в автомате для размена бумажных денег монетами. Когда банкноту 5 вставляют в приемную щель 111, она протягивается по каналу 112 подающим узлом 11. (Поскольку конструкция подающего узла 11 общеизвестна и не является предметом настоящего изобретения, в детальном описании его нет необходимости.) При этом внутрисистемный микроконтроллер 2 идентификатора 1 бумажных денег подает цифровой стартовый сигнал к цифровому/аналоговому преобразователю 3, который преобразовывает цифровой стартовый сигнал в аналоговый стартовый сигнал и передает аналоговый стартовый сигнал на пакет 121 СИД модуля 12 оптического излучателя, заставляя пакет 121 СИД излучать различные длины волн интенсивного импульсного светового излучения в направлении коллиматорной линзы 122. Интенсивное импульсное световое излучение, проходя от пакета 121 СИД сквозь коллиматорную линзу 122, коллимируется в коллимированный световой луч, проходящий сквозь заданную площадь тестовой зоны 51 банкноты 5 (см. фиг.4 и 4А). После похождения сквозь тестовую зону 51 банкноты 5 коллимированный световой луч попадает на конденсорную линзу 131 и, уплотненный ею, затем на фотодиод 132, настроенный на подачу сигнала в усилитель 4 с целью усиления. Затем усилитель 4 посылает усиленный сигнал на микроконтроллер 2. Форма сигнала на выходе и распределение его интенсивности воспроизведены на фиг.4А и 4В, то есть на фиг.4А представлен схематический рисунок, иллюстрирующий выходную оптическую область, а фиг.4В иллюстрирует распределение интенсивности светового потока в оптической зоне на выходе. При получении усиленного сигнала от усилителя 4 микроконтроллер 2 сравнивает распределение интенсивности светового сигнала с заданным справочным значением, тем самым определяя подлинность банкноты 5, подвергнутой сопоставительному контролю.
Как показано на фиг.4С, в идентификаторе 1 бумажных денег можно установить несколько узлов идентификации, расположив их параллельно для контроля характеристик нескольких тестовых зон 51 и 51a находящейся в идентификаторе банкноты 5. Пакет 121 или 121а СИД, коллиматорная линза 122 или 122а, конденсорная линза 131 или 131a и фотодиод 132 или 132а каждого узла идентификации расположены на одной линии относительно тестовых зон 51 и 51а проверяемой банкноты 5, то есть элементы каждого узла идентификации находятся на одной оси 6 или 6а. Поскольку узлы идентификации установлены параллельно и поскольку пакет 121 или 121а СИД, коллиматорная линза 122 или 122а, конденсорная линза 131 или 131а и фотодиод 132 или 132а каждого узла идентификации в осевом направлении расположены на одной линии, разные тестовые зоны 51 и 51а находящейся в идентификаторе банкноты 5 не могут быть детектированы дважды и интенсивное импульсное световое излучение от одного узла идентификации не будет мешать интенсивному импульсному световому излучению от соседнего узла идентификации.
Впрочем, существует два способа контроля подлинности банкноты 5. Один способ заключается в проверке качества бумаги банкноты 5, то есть пакету 121 СИД модуля 12 оптического излучателя задают режим излучения света разных длин волн через коллиматорную линзу 122 и тестовую зону 51 банкноты 5, причем поскольку тестовая зона 51 демонстрирует различную пропускаемость, фотодиод 132 принимает различную интенсивность источника света от тестовой зоны 51 через конденсорную линзу 131 для сравнения с заданным опорным значением с помощью микроконтроллера 2 таким образом, чтобы результат сравнения был использован для определения подлинности банкноты 5. Другим способом является использование цвета фактуры проверяемой банкноты 5, чтобы отфильтровывать различные длины волн светового излучения, поступающего от пакета 121 СИД, для последующего сравнения профильтрованного светового сигнала с заданным опорным значением с помощью микроконтроллера 2 таким образом, чтобы микроконтроллер 2 определил, является ли банкнота 5 подлинной или фальшивой, в зависимости от результата сравнения.
На фиг.5-7 показана принципиальная электрическая схема пакета 121 СИД модуля 12 оптического излучателя. На фиг.8 показана принципиальная электрическая схема цифрового/аналогового преобразователя 3. На фиг.9 показана принципиальная электрическая схема фотодиода 132. На фиг.10 показана принципиальная электрическая схема усилителя 4.
Как показано выше, настоящее изобретение нацелено на подтверждение подлинности банкноты 5 посредством приведения в действие внутренних светоизлучающих диодных чипов пакета 121 СИД для излучения интенсивного пульсирующего света различной длины волн через коллиматорную линзу 122 на один и тот же участок банкноты 5. Это конструктивное решение не требует применения составных СИДов и взаимосвязанных оптических элементов для коррекции угла выхода светового излучения. Следовательно, изобретение существенно снижает стоимость и повышает точность идентификации. Использование пакета 121 СИД вместо лампы как источника интенсивного пульсирующего света различной длины волн имеет ряд преимуществ, как, например: отсутствие затрат времени на разогрев лампы, высокая скорость реагирования, небольшие габариты, снижение потребления электроэнергии, уменьшение загрязнения, повышенная яркость, большой срок службы. Благодаря вышеназванным преимуществам изобретение приемлемо для использования в ограниченном пространстве торгового автомата или машины для размена бумажных денег монетами. Аттестация идентификатора бумажных денег, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, подтвердила существенное повышение эффективности и точности проверки банкнот.
Как показано на фиг.3 и 4, процесс проверки банкнот с помощью данного идентификатора бумажных денег включает следующие шаги:
(101) Включение;
(102) Аккумулирование всей величины напряжения пакета 121 СИД в регулируемом накопителе;
(103) Настройка начальной величины напряжения для пакета 121 СИД;
(104) Считывание величины напряжения на пакете 121 СИД, поступившего от регулируемого накопителя;
(105) Настройка величины напряжения для пакета 121 СИД;
(106) Считывание величины напряжения, полученной фотодиодом 132;
(107) Выключение пакета 121 СИД;
(108) Повышение величины напряжения для пакета 121 СИД;
(109) Определение превысила или нет величина напряжения на пакете 121 СИД заданное оплорное значение. Если нет - возврат в положение шага (104); и
(110) Конец.
Для того чтобы пакет 121 СИД излучал разные длины волн интенсивного пульсирующего света, он может состоять из пяти встроенных светоизлучающих диодных чипов, предназначенных для излучения интенсивного пульсирующего света различной длины волны. Эти светоизлучающие диодные чипы включают: первый светоизлучающий диодный чип, излучающий красный свет с длиной волны 615-635 нм; второй светоизлучающий диодный чип, излучающий зеленый свет с длиной волны 515-532 нм; третий светоизлучающий диодный чип, излучающий голубой свет с длиной волны 460-475 нм; четвертый светоизлучающий диодный чип, излучающий инфракрасный свет с длиной волны 850 нм, и пятый светоизлучающий диодный чип, излучающий инфракрасный (или ультрафиолетовый) свет с длиной волны 940 нм.
Как указано выше, данное изобретение представляет собой идентификатор бумажных денег, отличающийся следующими признаками:
1. Идентификатор бумажных денег в соответствии с настоящим изобретением состоит из одного пакета СИД для излучения интенсивного пульсирующего света различной длины волн на один и тот же участок тестируемой банкноты и одного соответствующего фотодиода, принимающего световое излучение, проходящее через тестируемую банкноту для проверки ее подлинности. Данное устройство устраняет сложную технологию идентификации банкноты, применяемую в прототипе, где используются составные СИДы и фотоприемники. Следовательно, изобретение требует меньше пространства для установки в торговом автомате или в машине для размена бумажных денег монетами и значительно сокращает затраты на монтаж.
2. В данном изобретении применены один пакет СИД, одна коллиматорная линза, одна конденсорная линза и один фотодиод, образующие идентификатор бумажных денег. В отличие от сложного прототипа, в котором применены составные светоизлучающие диоды для сканирования различных тестовых зон проверяемой банкноты, составные оптические элементы для коррекции выхода светового излучения и оптический элемент для передачи сканированного светового потока на фотодатчик, идентификатор бумажных денег согласно настоящему изобретению отличается простотой конструкции. Его изготовление и монтаж обходятся гораздо дешевле.
3. В идентификаторе бумажных денег согласно настоящему изобретению используется один простой пакет СИД с целью излучения интенсивного пульсирующего света различной длины волны для сканирования заданного участка проверяемой банкноты. Пакет СИД имеет небольшой размер, удобный для использования в ограниченном пространстве торгового автомата или машины для размена бумажных денег монетами. Данный идентификатор бумажных денег отличается простой конструкцией, не требующей угловой коррекции прецизионного излучения. Далее, данный идентификатор бумажных денег имеет преимущества отсутствия затрат времени на разогрев лампы, высокой скорости реагирования, небольших габаритов, снижения потребления электроэнергии, уменьшения загрязнения, повышенной яркости, большого срока службы. Аттестация идентификатора бумажных денег, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, подтвердила существенное повышение эффективности и точности проверки банкнот.
4. В изобретении используется интенсивный пульсирующий свет различной длины волны с целью обеспечения различной пропускаемости для проверки подлинности банкноты. Посредством настройки светоизлучающих диодных чипов пакета СИД с целью пропускания интенсивного пульсирующего света различной длины волны сквозь бумажный материал, флуоресцентные волокна или краску проверяемой банкноты настоящее изобретение обеспечивает высокую точность проверки.
5. В пакет СИД могут входить составные светоизлучающие диодные чипы, настраиваемые на излучение разноцветного светового потока с различными длинами волн видимого и невидимого спектра с различными длинами волн для подтверждения подлинности проверяемой банкноты. Таким образом достигается высокая точность проверки.
6. Наличие предохранительного канала и предохранительной скобы в изобретении эффективно препятствует злоумышленникам использование стальной проволоки или клейкой ленты для извлечения банкнот из денежного отсека торгового автомата или машины для размена бумажных денег монетами.
Опытный образец идентификатора бумажных денег был собран с использованием элементов, представленных на фиг.1-10. Образец работает исправно, обеспечивая все технические характеристики, описанные выше.
Хотя для иллюстративных целей здесь описан конкретный вариант воплощения изобретения, могут быть выполнены различные модификации и усовершенствования устройства без отклонения от сущности и сферы применения изобретения. Соответственно, данное изобретение не должно ограничиваться ничем иным, кроме прилагаемой формулы изобретения.