Патрик Гёлль - Магнитные карты и ПК

• Название: Магнитные карты и ПК
• Автор: Патрик Гёлль
• Издательство: ДМК Пресс
• Жанр: Радиотехника
• Год: 2001
• ISBN: 5-94074-060-Х (рус.); 2-10-023984-8 (фр.)

Книга известного французского автора Патрика Гёлля откроет вам тайны магнитных карт, этик удобных и надежных средств, позволивших легко и просто решить множество технических проблем — оплаты, доступа, контроля.

Издание содержит все необходимое для того, чтобы вы могли заняться изучением принципов записи, чтения, кодирования и декодирования информации магнитных карт; описания несложных устройств позволят вам изготовить их самостоятельно. Множество различных программ обеспечат мощный инструментарий для исследований и экспериментов с картами при помощи компьютера.

Прочитав эту книгу, вы научитесь уверенно манипулировать информацией карт, записывая на них любые данные, иначе говоря, сможете проникнуть в «святая святых» профессионалов.

---

Тем не менее в домашних условиях редко встречаются магниты, напряженность которых превышает 2500 Э. При этом максимальное теоретическое значение напряженности магнитного поля магнитов, изготовленных из феррита бария, высококачественного и тем не менее широко применяемого материала, равно 4650 Э.

Величина Нс у магнитных покрытий типа HiCo, выпускаемых некоторыми изготовителями, может достигать 4000 Э, однако наиболее широко принятое значение составляет 2750 Э.

На основании выше изложенного приходим к следующим выводам:

• даже широкоприменяемые материалы магнитных дорожек относятся к категории магнитотвердых материалов (HiCo), то есть к категории постоянных магнитов;

• дорожку с невысокой напряженностью Нс (из магнитомягкого материала LoCo) легко стереть при помощи простого контакта с любым намагниченным предметом, например с намагниченной кнопкой или мебельным магнитом и даже с записанной дорожкой HiCo;

• дорожка HiCo не боится близко расположенных к ней слабых обычных магнитов, однако, может быть стерта сильными магнитами, которые можно встретить, скажем, в некоторых электрических двигателях или в громкоговорителях.

Эмпирически дорожку HiCo не трудно распознать по ее насыщенному темному цвету, тогда как дорожки из магнитомягкого материала (LoCo) имеют легкий оттенок ржавчины, что совершенно естественно для окислов железа.

Следует обратить внимание, что встречаются плёнки с покрытием из окислов хрома очень темного цвета, но и аудио- и видеокассеты, использующие этот материал, не принадлежат к типу HiCo. Что касается дорожек, окрашенных с помощью пигментов или покрытых декоративным слоем, то оценить их тип (коэрцитивную силу Нс) можно только с помощью стирания или записи. Как правило, все манипуляции, описанные в данной книге, проще выполнять с картами типа LoCo, хотя разработанные нами схемы вполне в состоянии работать с дорожками, коэрцитивная сила которых достигает 2750 Э.

ГОЛОВКИ СЧИТЫВАНИЯ И ЗАПИСИ

Двумя чрезвычайно важными характеристиками любой магнитной головки считаются ширина и высота воздушного зазора. При этом ширина фиксирует длину дорожки, которая может быть намагничена за данный период времени, а следовательно, при определенной скорости прохождения она определяет возможную плотность записи.

Хорошо известно из техники аудиозаписи, насколько узок должен быть воздушный зазор головки (рис. 1.9), чтобы обеспечить необходимую для нормального качества воспроизведения ширину полосы пропускания, и насколько низкой должна быть скорость движения ленты для обеспечения стандартной длительности записи.

Рис 1.9. Вид воздушного зазора магнитной головки через микроскоп (увеличено в 50 раз)

В табл. 1.1 приведены характеристики воздушного зазора, принятые для наиболее широко распространенных приложений.

Таблица 1.1. Характеристики ширины воздушного зазора головок для различных приложений

Однако приведенные выше цифры не должны рассматриваться как обязательные величины. Так, для схем, описанных в данной книге, нам удалось получить хорошие результаты записи с помощью магнитных головок, воздушный зазор которых достигал 120 мкм (то есть 0,12 мм), а для считывания использовались обыкновенные головки от кассетного магнитофона. Что касается высоты воздушного зазора, то она находится в прямой зависимости от ширины записываемой или считываемой дорожки.

Несмотря на то что логично задавать высоту воздушною зазора записывающей (или универсальной записывающей/считывающей) головки практически равной ширине дорожке, обычно используют считывающие головки с зазором существенно меньшей высоты и выровненным приблизительно по центру дорожки. И хотя в таком случае имеет место некоторое уменьшение амплитуды восстанавливаемого сигнала, зато значительно расширяется допуск на позиционирование и практически исчезает риск, связанный с перескакиванием на соседние дорожки. Не говоря уже о стандартах, можем констатировать, что ширина большинства дорожек магнитных билетов и карт близка к 2,8 мм, хотя можно часто встретить и более широкие дорожки (например, у билетов в метро).

Рекомендуемая высота воздушного зазора для считывающей головки составляет 1–2 мм, что сопоставимо с величиной в 1,4 мм монофонических головок кассетных магнитофонов (использующих полосу шириной 3,8 мм). Поэтому их можно прекрасно использовать, для создания экспериментальных считывающих устройств магнитных карт, естественно, при условии, что с них снят направляющий ограничитель. Что касается монофонических головок двухдорожечных катушечных магнитофонов (лента 6,3 мм), то у них воздушный зазор составляет 2,3 мм, что немного превышает ширину дорожки распространенных магнитных карт. Если производить предварительное стирание карт с помощью постоянного магнита, то такие головки можно вполне использовать для записи. Следует воздерживаться от применения стереофонических головок, расположение и высота двух воздушных зазоров которых сильно отличаются от аналогичных параметров головок двухдорожечных считывающих устройств для карт.

Стирающие головки также пригодны, но только для стирания информации карт, поскольку их воздушный зазор значительно шире требуемого, иногда даже вдвое.

Активное сопротивление головок зависит от числа витков обмотки, которое должно быть достаточным, чтобы обеспечить качественное преобразование электрических сигналов в магнитный поток и наоборот. Приемлемой может считаться величина от 200 до 500 Ом, хотя нам удалось получить также неплохие результаты с помощью несколько необычной головки с сопротивлением 2700 Ом.

С точки зрения намагничивания наиболее требовательными необходимо быть к головкам, предназначенным для записи. Для качественной двоичной записи, ведущейся до насыщения, нужно, чтобы в головке циркулировали токи, значительно превосходящие токи, которые используются в аудиозаписи.

В случае записи HiCo нередко приходится превышать значение тока в 50 мА (в случае LoCo обычно достаточно 1–2 мА), в то время как ток записи, используемый в аудиомагнитофонах, часто составляет порядка нескольких десятков мкА. Естественно, необходимо, чтобы головка была в состоянии выдерживать такую перегрузку без вхождения ее сердечника в состояние насыщения.

Понятие насыщения иллюстрируется на рис. 1.10. Индукция насыщения Bs достигается, когда поле в материале больше не в состоянии увеличиваться, даже если значение напряженности поля Н продолжает возрастать. Поскольку Н пропорциональна току, протекающему в обмотке возбуждения, а также числу ее витков (закон «амперов-витков»), становится ясно, что любое насыщение будет подавлять эффект увеличения тока.

Рис. 1.10. Определение насыщения магнитного материала

Обычно головки, имеющие слоистую структуру (выполняемые из пластин), насыщаются не слишком резко, однако отмечены значительные расхождения от одного сплава к другому. Личный опыт авторов подсказывает, что часто наиболее устойчивыми к насыщению оказываются самые старые головки. Головки с ферритовыми сердечниками насыщаются достаточно быстро, вследствие этого они не могут вести запись на дорожках HiCo. Тем не менее такие головки могут дать весьма неплохие результаты в записи, а также в считывании дорожек LoCo. Хотя эти головки сильно изнашивают магнитные носители, но обладают большой механической твердостью и потому имеют исключительно большой срок службы.

ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАГНИТНЫЕ НОСИТЕЛИ

Наряду со стандартными магнитными картами, к разряду которых принадлежат практически все карты для ведения оплаты или кредитные карты, существует большое число «информационных носителей», в той или иной степени выходящих за традиционные нормы, но также широко распространенных. Наиболее известным примером тому может послужить билет на парижское метро и его более сложные производные, как, например, carte orange (проездной на месяц).

Магнитная дорожка шириной 5 мм достаточно грубо наносится непосредственно на бумагу. Это исключительно экономный, но в то же время эффективный способ, учитывая очень низкие требования к плотности записи. Встречаются также и другие варианты карт различных размеров, например пропуска для парковки или разнообразные билеты на посещение аттракционов.

В большинстве случаев дорожка расположена по продольной оси билета, что позволяет считывать его в обоих направлениях без большого увеличения числа необходимых головок. Когда речь заходит о более серьезных приложениях, то в таких случаях целесообразно применение карт с магнитными дорожками, нанесенными на пластиковую или картонную основу. При этом получается более качественная поверхность дорожки, позволяющая увеличить плотность записи и надежность. Часто встречаются карты с магнитными зонами, ширина которых соответствует стандартному размеру видеопленок, начиная с 12,7 мм, а также пленок других стандартных информационных носителей. Указанная ширина магнитной полоски может вместить три дорожки данных с достаточными защитными промежутками между ними.