Sonda de medición magnética para la adquisición de datos de magnetización de un objeto magnético (7),

en particular un documento o artículo de seguridad que comprende al menos una impresión o recubrimiento magnético, comprendiendo dicha sonda de medición una bobina magnetizante (3), caracterizada porque se disponen al menos dos sensores magnéticos (4s, 4c, 8s, 8c) dentro de dicha bobina magnetizante (3) cerca de los polos magnéticos de la bobina magnetizante (3), respectivamente, y que tienen sus ejes magnéticos sustancialmente alineados con el campo magnético dentro de la bobina (3), y se puede hacer que dicha bobina magnética (3) funcione de modo que aplique un campo magnético variable con el tiempo, y dicha sonda de medición magnética comprende adicionalmente un porta-sonda para mantener el objeto magnético (7) en una posición y una distancia apropiadas con respecto a la bobina magnetizante (3) y los sensores (4s, 4c, 8s, 8c), de modo que un material magnético M que lleva el objeto magnético (7) dentro del área de detección de dichos sensores magnéticos esté en una región de campo magnético (H3) de homogeneidad de campo práctica de dicha bobina magnetizante (3), donde la intensidad de campo magnético no se desvía más del 15%, preferiblemente 10%, de su valor (H1) dentro de dicha bobina magnetizante (3)

Campo de la invención

La invención concierne a una sonda de medición y un dispositivo de 5 autenticación que comprende la misma para la autenticación de un documento o artículo de seguridad adquiriendo y comparando características magnéticas de dicho documento o artículo, por lo cual dichas características magnéticas están vinculadas a un material magnético que o bien está contenido en dicho documento o artículo o bien está aplicado a él por medio de una tinta, una 10 composición de recubrimiento o una lámina.

Estado de la técnica

Las tintas magnéticas se conocen en la técnica de impresión de seguridad. 15 El "negro monetario de EE.UU.", impreso en los billetes de dólares desde hace más de un siglo, se basa en polvo de magnetita, Fe3O4, que se usa como pigmento negro. Se han propuesto y usado otros numerosos materiales magnéticos como pigmentos en tintas y composiciones de recubrimiento, como polvos de hierro, cobalto y níquel, óxido de hierro pardo Fe2O3, dióxido de cromo 20 CrO2, ferritas MFe2O3 (con M = un ión divalente como Mg2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, etc.), por ejemplo ZnFe2O3, granates A3B5O12 (con A = un ión trivalente de tierras raras y B = Al3+, Fe3+, Ga3+, Bi3+, etc.), por ejemplo granate-itrio-hierro Y3Fe5O12 (YIG), y otros.

Son de particular interés los materiales magnéticos caracterizados por la 25 dependencia de su intensidad de magnetización B en función del campo magnético exterior H aplicado. A un campo magnético H bajo, la magnetización B es aproximadamente proporcional a H, es decir B = µ·H. La constante de proporcionalidad µ se denomina permeabilidad magnética relativa. Generalmente se observa un comportamiento no lineal de la función de magnetización B(H) a 30 campos magnéticos H altos, en los que µ llega a ser finalmente igual a uno, es decir tras saturación magnética. Todos los materiales magnéticos muestran saturación magnética.

Muchos materiales magnéticos muestran además una función de magnetización no recíproca, es decir, al disminuir la intensidad del campo magnético H desde el valor de saturación hasta cero, B permanece en un valor fijo Br (remanencia magnética). Para llevar B otra vez a cero, hay que aplicar al material un campo magnético negativo –Hc (coercitividad magnética). Este 5 comportamiento magnético no recíproco se denomina histéresis, y la curva B(H), o características de magnetización de un material de este tipo se denomina curva de histéresis.

La Fig. 1b muestra la curva de histéresis de un material magnético coercitivo, en el que la intensidad de magnetización B se representa gráficamente 10 frente a la intensidad de campo magnetizante H. Se pone en evidencia la naturaleza no lineal de la función magnetizante B(H), así como Hc, la coercitividad del material magnético, Br, la magnetización remanente tras la retirada del campo externo, y Bs la magnetización de saturación (en la que µ = 1) del material. Hc es un valor específico del material e independiente de la cantidad (intensivo), 15 mientras que Br y Bs son valores dependientes de la cantidad (extensivos).

En la aplicación práctica, o bien la magnetización B como función de H, o bien la inducción magnética, es decir, la derivada respecto al tiempo dB(H)/dt como función de H(t) se pueden medir usando dispositivos detectores apropiados. La Fig. 1b muestra la inducción magnética dB/dt, tal como se obtiene con una 20 bobina detectora, y que corresponde a un trayecto desde el punto b hasta el punto d en la curva de histéresis que se representa en la Fig. 1b.

Para fines de autenticación de documentos o artículos de seguridad que llevan tintas o recubrimientos magnéticos es de interés explotar la curva de magnetización que se relaciona al material (por ejemplo la histéresis) B(H) = µ · H 25 de la característica magnética. La medición de la curva de magnetización o histéresis habitualmente requiere equipos de laboratorio pesados. Los equipos de este tipo, los medidores de histéresis, comprenden una sonda de medición para la producción y detección de campos magnéticos, junto con el necesario sistema electrónico de accionamiento y procesamiento de datos. 30

La estructura de una sonda de medición magnética, tal como se conoce en la técnica y se usa en los medidores de histéresis de laboratorio, se representa esquemáticamente en la Fig. 2a. Una muestra de material magnético M' se coloca

dentro de una primera parte de una bobina magnetizante 3. La bobina 3 es una bobina sin núcleo magnético, con forma de cilindro, es decir un solenoide, que se activa mediante una corriente eléctrica que varía periódicamente I(t), produciendo de este modo un campo magnetizante que varía periódicamente H(t). El material magnético M' dentro de la bobina se magnetiza por el campo H(t), produciendo un 5 componente adicional B(t)=A·µ(H)·H(t) al campo magnético H(t). A es una constante de proporcionalidad, relacionada a la cantidad de material magnético presente.

Se dispone una bobina detectora 4s encima de dicha primera parte de dicha bobina magnetizante, que contiene la muestra M'. Se dispone una bobina 10 compensadora 4c encima de una segunda parte de la bobina magnetizante, que no contiene muestra. El campo magnético variable H(t) induce voltajes Us y Uc en las bobinas detectora y compensadora, respectivamente:

Us  d(H + B)/dt  dH/dt (1 + A·µ(H)) 15

Uc  dH/dt

Las bobinas detectora y compensadora se disponen mecánicamente de una manera simétrica y se equilibran eléctricamente una con respecto a otra, y 20 ambas se conectan a una tierra común (Gnd), de tal manera que Us - Uc es cero en ausencia de material magnético dentro de la bobina detectora. En presencia de material magnético dentro de la bobina detectora 4s, surge una contribución asimétrica A·µ(H) - dBM/dt, que se puede detectar como la diferencia de Us - Uc.

Para llevar a cabo dicha medición, el material magnético de muestra tiene 25 que estar situado dentro de dicha bobina magnetizante, a fin de garantizar unas condiciones de campo magnético homogéneo por todo el volumen de muestra. Tales condiciones están notablemente presentes en el interior de una bobina cilíndrica, donde las líneas de campo magnético son paralelas y de densidad constante. Fuera de la bobina, las líneas de campo magnético divergen y el 30 campo se vuelve no homogéneo. La medición de las características de magnetización de materiales voluminosos está excluida por lo tanto fuera de la bobina magnetizante, porque no todas las partes de la muestra de prueba

experimentan la misma intensidad de campo. Para remediar esta deficiencia, ciertos instrumentos usan un par de bobinas grandes similares que tienen sus ejes alineados. Las bobinas de este tipo, conocidas como bobinas de Helmholtz, son capaces de crear un volumen de campo magnético homogéneo en espacio libre, pero necesitan que la muestra se inserte en medio de ambas bobinas. 5

Debido a las mencionadas restricciones geométricas, los objetos magnéticos planos y extensos tales como impresiones magnéticas o artículos recubiertos magnéticamente son difíciles de manejar como muestras. O bien hay que cortarlos en trozos, a fin de que se adapten al espacio de medición disponible del medidor de histéresis (método de análisis destructivo), o bien hay que 10 proporcionar un instrumento muy particular, que tenga una bobina por encima y otra bobina por debajo de la muestra que se ha de medir.

Se han divulgado sondas de medición magnética M(H) no destructivas, por ejemplo, en los documentos US 4.843.316, US 4.901.016, JP 02.248.879, FR-A-2.686980, y DE-A-3 138 887. Sin embargo, ninguna de estas sondas es adecuada 15 para la autenticación "por encima" de hojas extensas, tales como papel que lleva una impresión o recubrimiento magnético. Las sondas de medición de la técnica anterior han sido concebidas en particular para la caracterización de medios de registro que tienen superficies planas; dichas sondas no se pueden aplicar con éxito a superficies texturadas, tales como las que se representan por una 20 impresión magnética en huecograbado.

Además, el documento FR 2 547 659 divulga una sonda que usa inducción electromagnética y el US 4 117 523 divulga un sensor magnético.

Sería deseable tener medios disponibles...

Reivindicaciones

1. Sonda de medición magnética para la adquisición de datos de magnetización de un objeto magnético (7), en particular un documento o artículo de seguridad que comprende al menos una impresión o 5 recubrimiento magnético, comprendiendo dicha sonda de medición una bobina magnetizante (3), caracterizada porque

se disponen al menos dos sensores magnéticos (4s, 4c, 8s, 8c) dentro de dicha bobina magnetizante (3) cerca de los polos magnéticos de la bobina magnetizante (3), respectivamente, y que tienen sus ejes magnéticos 10 sustancialmente alineados con el campo magnético dentro de la bobina (3), y

se puede hacer que dicha bobina magnética (3) funcione de modo que aplique un campo magnético variable con el tiempo, y

dicha sonda de medición magnética comprende adicionalmente un porta-15 sonda para mantener el objeto magnético (7) en una posición y una distancia apropiadas con respecto a la bobina magnetizante (3) y los sensores (4s, 4c, 8s, 8c), de modo que un material magnético M que lleva el objeto magnético (7) dentro del área de detección de dichos sensores magnéticos esté en una región de campo magnético (H3) de 20 homogeneidad de campo práctica de dicha bobina magnetizante (3), donde la intensidad de campo magnético no se desvía más del 15%, preferiblemente 10%, de su valor (H1) dentro de dicha bobina magnetizante (3).

25

2. Sonda de medición magnética según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha bobina magnetizante (3) es una bobina magnética sin núcleo.

3. Sonda de medición magnética según una cualquiera de las 30 reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque dicha bobina magnetizante (3) es una bobina cilíndrica.

4. Sonda de medición magnética según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dichos sensores magnéticos son sensores de inducción en forma de una bobina detectora (4s) y una bobina compensadora (4c), respectivamente, en la que los diámetros exteriores de dichas bobina detectora (4s) y bobina compensadora (4c) son 5 más pequeños que el diámetro interior de dicha bobina magnetizante (3).

5. Sonda de medición magnética según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dichos sensores magnéticos son sensores de campo magnético en forma de un componente detector 10 (8s) y un componente compensador (8c), respectivamente, en la que los diámetros exteriores de dichos componente detector (8s) y componente compensador (8c) son más pequeños que el diámetro interior de dicha bobina magnetizante (3).

15

6. Sonda de medición magnética según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque comprende un soporte de muestra hecho de material no magnético de conductividad eléctrica baja.

7. Procedimiento para medir características de magnetización de al menos 20 parte de un objeto magnético (7) para autenticar dicho objeto magnético (7), específicamente un documento o artículo de seguridad, comprendiendo dicho objeto magnético (7) al menos un material magnético M, estando caracterizado dicho procedimiento por las etapas de

25

a) colocar dicho objeto magnético (7) sobre un porta-sonda y situar una sonda de medición (P) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 sobre dicho objeto magnético (7), de modo que dicho material (M) esté dentro de la región H3 de homogeneidad de campo práctica de la bobina magnetizante (3) de la sonda donde la intensidad de campo 30 magnético no se desvía más del 15%, preferiblemente 10%, de su valor (H1) dentro de dicha bobina magnetizante (3),

b) aplicar por medio de dicha bobina magnetizante (3) un campo

magnético que varía con el tiempo al objeto magnético (7), y

c) medir al menos un valor de una característica magnética de dicho material (M), usando dichos sensores magnéticos (4s; 4c; 8s; 8c).

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que se mide el 5 correspondiente valor de magnetización B (VS) de dicho material (M) tras aplicar dicho campo magnético H que varía con el tiempo a dicho material (M).

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que se mide el 10 correspondiente valor de inducción dB/dt (VS) de dicho material (M) tras aplicación de dicho campo magnético que varía con el tiempo a dicho material (M).

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, comprendiendo 15 además dicho procedimiento las etapas de

a) proporcionar, en una memoria digital de un dispositivo de autenticación, valores de características magnéticas de un objeto magnético de referencia, como datos de referencia; 20

b) adquirir en una memoria digital de dicho dispositivo de autenticación, valores de características magnéticas de dicho objeto magnético (7);

c) procesar los datos digitales adquiridos en la etapa b) un dispositivo de procesamiento de dicho dispositivo de autenticación para corregirlos en relación a circunstancias vinculadas a las mediciones; 25

d) comparar los datos obtenidos en la etapa c) con los correspondientes datos de referencia almacenados que se proporcionaron en la etapa a) en dicho dispositivo de procesamiento, usando un algoritmo de comparación predefinido y un criterio de tolerancia predefinido, obteniendo de esta manera un indicador de 30 autenticidad "si/no".

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que dichos datos de

referencia se adquieren por medio de dicho dispositivo de autenticación.

12. Dispositivo de autenticación para autenticar al menos un objeto magnético (7), específicamente un documento de seguridad, comprendiendo dicho objeto magnético (7) al menos un material magnético (M), comprendiendo 5 dicho dispositivo de autenticación:

a) una sonda de medición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, junto con el correspondiente sistema electrónico de accionamiento y muestreo; 10

b) un dispositivo de procesamiento (1) con un algoritmo implementado para accionar dicha sonda y muestrear, digitalizar, procesar y comparar valores de características magnéticas;

c) al menos un dispositivo de memoria (1c, 1d) para almacenar valores de características magnéticas de muestra y referencia, dando soporte 15 dicho dispositivo de autenticación a un "modo de aprendizaje" para adquirir y almacenar características magnéticas de referencia de un objeto magnético de referencia (7R), y a un "modo de prueba" para adquirir, almacenar y comparar valores de características magnéticas de dicho objeto magnético (7), para obtener una señal de autenticidad. 20

13. Dispositivo de autenticación según la reivindicación 12, que comprende adicionalmente medios de transferencia de datos para llevar a cabo dicha comparación de los valores de características magnéticas medidos de la muestra con los correspondientes valores de referencia previamente 25 almacenados y obtener dicho indicador de autenticidad "si/no" en un lugar remoto y para transmitir de vuelta dicho indicador de autenticidad al sitio de autenticación.