CN101371278A

CN101371278A - 文件监控装置

Info

Publication number: CN101371278A
Application number: CNA2006800526294A
Authority: CN
Inventors: A·格里特; R·B·布莱尔
Original assignee: De la Rue International Ltd
Current assignee: De la Rue International Ltd
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2009-02-18
Also published as: EP1964072A1; RU2008130401A; GB0526381D0; US20090133502A1; WO2007072026A1

Abstract

一种文件监控装置包括设置在文件检测位置的超声发射机(20)和超声接收机(22)。控制系统(5)连接到所述超声发射机(20)和超声接收机(22)，用于使得超声信号经过检测位置从所述发射机发射到所述接收机，以及用于监控由所述接收机接收的超声信号。所述接收机(20)和发射机(22)中至少一个包括压电聚合物膜(32、34)。

Description

文件监控装置

本发明涉及一种文件监控装置，该文件监控装置包括设置在文件检测位置的超声发射机和超声接收机；以及控制系统，该控制系统耦接到超声发射机和接收机，用于使得超声信号从发射机经过检测位置发射到接收机，以及用于监控由接收机接收的超声信号。这种装置就是下文所要描述的。

最近已开发了所述的这种利用了超声信号的文件监控装置来检测诸如钞票等的文件。

对纸厚度和/或钞票上的带子(tape)的测量利用了空气和钞票/带子对超声的高阻抗对比。因此，反射能量的百分比是钞票密度的量度。该方法可区分单张钞票和两张钞票，以及检测带子、孔、破损和缺损。

当超声接触钞票时，其中一些能量将被反射以及一些能量将传播穿过钞票。反射能量和透射能量之间的比率近似是阻抗对比的量度。值得注意的是吸收依赖于频率。因此，设计和压电材料的选择将影响被测量的频带以及空气和钞票纸的相关吸收。

常规地，超声利用压电材料产生，该压电材料可将电能转换为超声能，以及将超声能转换为电能。通常使用的压电换能器由陶瓷材料(例如，PZT、BaTiO₂)或石英制成。

在PCT/GB 06/002947中描述了一种传统的基于超声的用于监控钞票的系统的实施例。

基于陶瓷等的传统压电换能器具有壳体，该壳体围绕陶瓷材料以便对其进行支撑，并且穿过该壳体形成到控制系统的连接。壳体的尺寸意味着不可能将一组压电换能器并排放置，以及对发送和接收超声具有连续的敏感区域。为了处理这个问题，已知提供许多线阵列换能器，其中一个阵列的换能器相对于邻近阵列的换能器横向错开，使得错开的阵列的每个换能器与第一阵列的换能器之间的间隙对齐。然而，即使采用这种配置，也有可能遗漏文件中的某些缺陷，尤其是破损，因为不能在实现对文件进入方向的横截方向上的完全覆盖。

传统换能器存在的另一问题是它们被设计为发射具有很小频率带宽的超声并因此具有高Q因子。在对文件的监控中，尤其是在对钞票的监控中，这是不理想的，因为已经发现诸如纸的文件材料以不同方式对不同频率作出响应，并且能监控文件对宽的频率范围的响应是很重要的。

根据本发明，所述的这种文件监控装置的特征在于接收机和发射器中至少一个包括压电聚合物膜。

我们已经发现通过利用压电聚合物膜构成接收机和发射机中的一个或两个，可显著改进传统文件监控装置。在医学和地震领域已知对这种膜的使用，但在文件监控领域先前还没注意到该材料的重要性。特别地，与已知陶瓷换能器阵列形成对比的是，利用膜可以实现对文件的完全覆盖，因为膜可以完全延伸跨过文件路径，而没有任何间隙。另外，该膜本身具有低Q因子并可产生宽的频率带宽，这使其尤其适合于以不同频率检测文件。这也使得能够获得高分辨率的图像。

使用压电聚合物膜的另一优点是与传统陶瓷换能器的相对刚性特征相比，膜的形状可适用于各种应用。这对于其中文件路径围绕曲线等延伸的文件处理装置来说是很重要的，压电材料可设计成符合这些曲线。

压电聚合物膜的低Q因子的另一优点是振铃时间(ring-downtime)比陶瓷换能器短得多。这显著提高线分辨率并传输宽带数据。

虽然在一些情况下，接收机和发射机的其中之一可利用传统陶瓷或石英换能器制成，优选地，接收机和发射机每个都包括压电聚合物膜。

适宜的膜的实施例包括聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride)、偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride)和三氟乙烯(trifluoroethylent)的共聚物、偏氟乙烯和四氟乙烯(tetrafluoroethylene)的共聚物，以及偏二氰乙烯与醋酸乙烯共聚物。

压电聚合物膜可以以多种不同方式构造。在优选的方式中，所述的接收机和发射机中的至少一个包括限定空腔的支撑构件，延伸跨过该空腔的压电聚合物膜。空腔允许膜振动并且空腔的尺寸影响主振动频率。

在替代设置中，所述的接收机和发射机中的至少一个包括限定凸表面的支撑构件，其中压电聚合物膜在该凸表面上延伸。

在任一情况下，支撑构件优选地导电以便提供一种能够与膜的邻近表面电接触的方便方式。适宜的实施例是铝。可选地，导线可穿过支撑构件，例如，以接触膜的邻近表面。

发射机和接收机中一个或两者，如果是由压电聚合物膜制成的，则可包括一系列各自的聚合物膜，但在优选的实施例中，发射机和接收机中的至少一个，优选地的是发射机，包括单个压电聚合物膜。实际上，该单膜将延伸跨过文件传送路径，优选地垂直该文件传送路径延伸。

可设置发射机和接收机以便检测从文件反射的超声，但优选地，将它们设置在文件检测位置的相对侧。

如以上已提到的，本发明尤其适合用于文件处理装置中，该文件处理装置包括用于传送文件通过检测位置的文件传送器，文件监控装置位于检测位置处。

在该情形下，控制系统优选地对监控到的超声信号作出响应以提供与被监控文件的特征相关的输出信号。例如，控制系统可识别文件上或文件中一个或多个带子或者破损的存在，或者可识别有一个以上的文件以重叠的方式通过。

合宜地，文件处理装置另外包括位于检测位置下游的选路装置(routing device)，诸如换向器，该选路装置对来自控制系统的输出信号作出响应，以根据文件的确定特征以预定方式发送文件。

文件处理装置可包括文件接收器、文件分配器或文件回收器，并且本发明尤其可应用于适于处理诸如钞票等的有价文件的装置。

将参照附图描述根据本发明的文件的一些实施例，其中:

图1是钞票处理装置的部分示意图；

图2更详细地说明了图1的检测位置的发射机和接收机布置，为清楚起见，省去一些部件；

图3a是图2所示的发射机的示意透视图；

图3b是图2所示的发射机的示意剖面图；

图4是图2的发射机和接收机使用的发射机和接收机电路的示意电路图；

图5示出用于发射机或接收机的替代结构；

图6示出用于发射机或接收机的替代阵列结构；

图7a示出发射机的实施例，而图7b和7c示出与图7a的发射机一起使用的接收机的替代结构；以及

图8是穿过压电膜的示意剖面图。

在该说明书中，我们将结合诸如钞票接收器、回收器、分拣器等的钞票处理装置说明文件监控装置的实施例。在此装置中，钞票1(图1)由诸如接收器槽之类的源头(未示出)来供应，并在箭头3的方向上沿传送路径2传送。钞票经过由虚线4指示的检测位置(将在下文描述)，在该检测位置它们接受超声检测以便检测不予接受的情况，诸如钞票上或中带子或者破损的存在，重叠的钞票等。产生的信息通过控制系统5处理，该控制系统5然后选择性激活换向器构件6。如果钞票是可接受的，则换向器构件6被移动到实线所示的位置，并且钞票沿传送路径输送以便进一步处理。或者，如果检测到不合格情况，则换向器构件6移动到虚线所示的位置并且钞票被导向丢弃位置(未示出)。

在图2中更详细地示出检测位置的结构。上和下引导构件10、12贯穿检测位置，在其二者之间钞票以传统方式输送，诸如通过利用传送带系统。引导构件10、12具有相应对齐的检测孔14、16。发射机组件20设置在上引导构件10上方以及相应的接收机组件22设置在下引导构件12下方。每个组件分别包括导电支撑块24、26，该导电支撑块例如由铝制成并限定细长的凹空腔28、30。

细长压电聚合物膜32、34越过各个空腔28、30固定。图2中未示出固定方法的细节。

将看到空腔28、30和膜32、34与引导构件10、12中的孔14、16对齐。这说明由(将在下文描述的)发射机组件产生的超声信号，朝孔14发射，然后将穿过空腔14、16之间存在的任何钞票。所发射的超声然后穿过空腔16并由接收机22接收。

为了使得发射机发射超声，需要引起膜32振动。这通过在压电聚合物膜的厚度上施加一电压来实现。有多种不同方式可将电压施加在膜上，图3中示出了一种方法。在该方法中，电压源40通过电线42和螺钉46连接到支撑块24的下侧。由于支撑块24导电，因此电压将施加到压电聚合物膜32的下侧。为了实现这一点，膜32必须通过导电粘合剂粘接到支撑块24。

可使用弹簧接触条形夹具(spring contact strip clamp)35(图3a和3b)实现与压电聚合物膜32的上表面的接触，该弹簧接触条形夹具35通过不导电螺钉36(图3a中仅示出一个)固定到支撑块24的上表面。弹簧接触条形夹具35经由电线43连接到电压源40。

为了保证夹具35的固定端与支撑块24之间不存在电接触，在它们之间设置绝缘垫44。

压电膜32的与通过夹具35夹持的一侧相对的那侧，通过导电粘合剂45固定到支撑块24的表面。

图8示意性说明压电膜32的典型结构，显示所述膜在相对表面上涂覆有导电涂层49。

为了使得发射机发射，在控制系统5的控制下通过源40向压电聚合物膜32的相对表面施加一高电压(一般为几百伏特)。这导致聚合物膜伸长以及由于施加交流电压，膜将在空腔28上振动并产生由空气传播的超声。该波的频率与施加的电压信号的频率和幅度以及空腔28的形状和尺寸有关。

图4示出发射和接收组件使用的电路的实施例。在发射机方面，将通常产生最大约20Vpp的低电压信号的信号发生器40应用于HV放大器50，在该放大器处，电压在被施加到聚合物膜32之前被放大到300Vpp。然后，具有已知能量级别的宽带超声信号以脉冲模式发射。接收机22处接收的超声引起压电聚合物膜34的振动。该振动转换成电压信号，该电压信号是利用类似于图3a、3b中用于发射机的接触而拾取的。电压信号被输送到信号放大器52并从该处输送到对信号进行积分以及确定功率等级的测量电路54。然后将来自测量电路54的信号数字化并然后输送到控制系统5，该控制系统5然后处理该信号以确定监控的钞票是否可接受。在一些情况下，时间“窗口”可以应用于所接收的信号以确保在测量中没有残留回声。如在我们的共同待决的国际专利申请No.PCT/GB 06/002947中更详细描述的，如果钞票进入空腔28、30之间的间隙，则仅小部分能量发射到接收机并且该部分与钞票的材料性质相关并可用于检测带子、破损等的存在。

从图2中看出，发射机和接收机25、22凭借引导装置10、12避免了与钞票的接触。另外，在该情形下不需要吸声材料，因为压电膜32、34具有低Q，因而膜34将吸收所有进入的超声能量。

在典型实施例中，膜32、34具有约25微米的厚度，同时超声频率通常在10和300KHz之间。空腔28、30通常是半柱状的，半径在1和2mm之间。

在以上所述的实施例中，每个膜32、34被设置跨过各个空腔28、30。图5示出替代结构，其中膜60包裹凸起的导电支撑块62并通过不导电的U型沟槽构件64固定在位置上。膜60将类似于扬声器膜以径向模式振动。与膜60的相对表面的电接触可以以多种方式实现。通常，一个接触通过导电支撑构件62实现，而与膜60的另一外侧的接触通过沟槽构件64的其中一侧来实现。这未在图5中示出。

图5中所示的换能器当然可以用于发射机或接收机模式。

图6示出换能器组件，其由图5中所示的类型的三个换能器组成但具有单个U型沟槽构件66。在发射机方面，该换能器阵列可用于形成比单个膜更窄的光束图案。类似阵列可通过利用图2和图3的实施例中的附加膜和空腔实现。

在目前所描述的实施例中，单一压电聚合物膜已经用于每个发射机和接收机。这在垂直于传输路径上，完全延伸跨过了传送路径，从而提供钞票的完全覆盖。通过适当采样所接收的超声，当钞票经过检测位置时，可得出钞票的完全形貌。然而，虽然这能检测到带子或破损的缺陷的存在，但不能确定正交于传送方向上的带子或破损的位置。

为了提高正交于传送方向上的分辨率，可以将接收机和发射机中的一个分解为更小的部件，这些部件的聚合物膜沿一个方向偏振。这样，不与偏振方向对齐的超声能将不会被检测到。这在图7中示出。图7a示出图5所示类型的发射换能器。

图7b示出基于图5中所示类型的多个换能器70A-70F的接收机结构的一个实施例，并且每个膜60的细长轴线共轴，所述膜安装在普通U型沟槽构件72内的各个构件(图7b中未示出)上。

图7c示出接收机换能器的替代设置，其中图5中所示类型的接收换能器71A-71F的阵列设置为使压电聚合物膜60的轴线彼此平行。另外，膜60和支撑块62(图7c中未示出)安装在普通U型沟槽构件74中。

在每种情况中，单个换能器70A-70F和71A-71F分别连接到图4中所示类型的各个放大器和测量电路52、54，从而每个换能器接收的超声信号可被单独检测和处理。然后这使得正交于传送方向上的检测位置可被识别。

当然，可以反过来布置，使图7b和图7c中所示阵列中的一个用作发射机以及图7a中的阵列用作接收机。

另外，可以设置两个检测器阵列，一个根据图7a以及一个根据图7b。

通常，在钞票处理装置的情形下，正交于被监控的传送方向上的尺寸约是190mm，对应于16个通道将使用16个单独接收换能器。

Claims

1.一种文件监控装置，包括设置在文件检测位置的超声发射机和超声接收机；以及控制系统，该控制系统耦接到所述超声发射机和超声接收机，用于使得超声信号经过检测位置从所述发射机传输到所述接收机以及用于监控由所述接收机接收的超声信号，其特征在于，所述该收机和发射机中的至少一个包括压电聚合物膜。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述接收机和发射机中每个都包括压电聚合物膜。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述压电聚合物膜是聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物、偏氟乙烯和四氟乙烯的共聚物，以及偏二氰乙烯与醋酸乙烯共聚物的其中之一。

4.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述压电聚合物膜或者每个压电聚合物膜的相对表面连接到所述控制系统的各个电极。

5.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述接收机和发射机中的所述至少一个包括限定空腔的支撑构件，所述压电聚合物膜延伸跨过该空腔。

6.根据权利要求1至4中任一个所述的装置，其中所述接收机和发射机中的所述至少一个包括限定凸表面的支撑构件，所述压电聚合物膜延伸在该凸表面上。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其中所述压电聚合物膜至少部分粘接到支撑构件。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述粘合剂是导电粘合剂。

9.根据权利要求5至8中任一个所述的装置，其中所述压电聚合物膜部分粘接到所述支撑构件并部分通过电极抵靠在所述支撑构件的表面上。

10.根据权利要求5至9中任一个所述的装置，其中所述支撑构件导电。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述支撑构件由铝制成。

12.根据前述任一权利要求所述的装置，所述装置包括一个超声接收机阵列，每个超声接收机包括各自的压电聚合物膜，所述阵列与所述发射机对齐。

13.根据权利要求12所述的装置，其中每个压电聚合物膜围绕一个轴弯曲，该轴与所述发射机的轴对齐。

14.根据权利要求12所述的装置，其中每个压电聚合物膜围绕一个轴弯曲，该轴与所述发射机的轴垂直。

15.根据权利要求12至14中任一个所述的装置，其中所述发射机包括细长的压电聚合物膜，该膜与所述超声接收机线性阵列对齐延伸。

16.根据权利要求1到12中任一个所述的装置，所述装置包括所述发射机的一个阵列，每个所述发射机包括各自的压电聚合物膜，该阵列与所述接收机对齐。

17.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述检测位置设置在文件传送路径上，其中在使用时将文件在传送方向上沿该文件传送路径传送，所述发射机包括压电聚合物膜，该压电聚合物膜延伸跨过所述传送方向，优选地正交于所述传送方向延伸。

18.根据权利要求17的装置，其中所述接收机包括压电聚合物膜，该压电聚合物膜与发射机对齐地延伸跨过传送路径。

19.根据根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述超声发射机和超声接收机设置在文件检测位置的相对侧。

20.一种文件处理装置，包括文件传送器，用于传送文件经过检测位置；以及根据前述任一权利要求的设置在检测位置处的文件监控装置。

21.根据权利要求20所述的装置，其中所述控制系统对监控到的超声信号作出响应以提供与被监控文件的特征相关的输出信号。

22.根据权利要求21所述的装置，其中所述控制系统识别文件上或文件中一个或多个带子或破损的存在或者一个以上的文件以重叠的方式通过。

23.根据权利要求21或22所述的装置，还包括位于检测位置下游的选路装置，诸如换向器，该选路装置对来自该控制系统的输出信号作出响应以根据文件的确定特征以预定方式发送文件。

24.根据权利要求20至23中任一个所述的装置，所述装置包括文件接收器、文件分配器和文件回收器中的一个。

件接收器、文件分配器和文件回收器中的一个。

25.根据权利要求20至24中任一个所述的装置，所述装置适于处理诸如钞票等的有价文件。