CN102713501A - 用于检测片状票证的厚度的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于检测票证传输路径上的片状票证的厚度的片材厚度检测装置。所述装置包括：第一检测器单元，其具有与所述票证传输路径邻近的片状票证接触点，所述检测器单元包括压电元件，所述压电元件的第一部分相对于所述票证传输路径被固定，并且所述压电元件被布置为使得当片状票证沿着所述票证传输路径穿过所述检测器单元时，所述片状票证与所述片状票证接触点之间的接触造成所述压电元件的第二部分相对于所述压电元件的第一部分发生挠曲；以及感测电路，其连接至所述压电元件，用于基于所述压电元件在挠曲时生成的电荷来输出电信号，所输出的信号与所述片状票证的厚度相关。还提供了一种对应的方法。

Description

用于检测片状票证的厚度的装置和方法
本发明涉及用于检测片状票证（sheet document）的厚度的技术，既包括测量票证厚度又包括感测票证厚度的变化。
在许多片材（sheet）处理业中，检测片状票证的厚度或厚度变化是有用的。例如，在货币处置领域中，感测钞票的厚度具有许多应用，包括：对重叠钞票的检测（“双层检测（doubles detection）”），其中对钞票厚度明显高于预定阈值的检测被用于识别重叠钞票的存在；条带检测（tape detection），即，对附着至钞票的异物的识别，其可指示欺诈性构造或者该钞票不再适于重新流通；以及，在鉴定/度量面额（authentication/denomination）时，从钞票测出的厚度可与已知的真钞的值或范围进行比较，以帮助查明票证的类型和/或真实性。类似的应用也存在于其他片材处理领域，包括印刷以及处置其他片状票证，例如表格、卡、支票、凭证等。
典型的钞票厚度因构造而异，但是作为一个实例，英国的20英镑钞票的平均厚度在100至120微米的范围内。可被附着至钞票的异物（例如粘合带）一般具有大约40微米的厚度。因而，为了检测这一量级的厚度或厚度变化，必须采用高度灵敏的厚度检测技术。
在货币处理中使用的一种常规的厚度检测方法包括提供两个辊，它们被配置为跨越钞票路径的宽度且彼此对置（oppose），从而在它们之间形成钳隙（nip），钞票被传送穿过所述钳隙。所述辊中的一个被固定，而另一个被安装为允许在垂直于所述票证路径的平面的方向上移动。在所述片状票证穿过所述钳隙时，所述可移动地安装的传感器辊移位，从而在所述钳隙内容纳片状票证的厚度。自始至终，所述传感器辊被驱向（urge toward）所述钳隙，使得如果票证厚度减小，则所述传感器辊将朝所述参考辊返回。所述传感器辊的移动被如下的线性可变差动变压器（LVDT）检测器所感测，所述线性差动变压器检测器采用围绕铁磁芯（ferro-magnetic core）布置的螺管线圈，所述铁磁芯被布置为随同所述传感器辊而移动。所述芯相对于所述螺管线圈的移动改变了所述螺管线圈之间的互感，导致感生电压改变，从中可得出所述传感器辊的位移量，从而得出票证厚度的测量。在一些实施方式中，在传感器辊的每一端可设置一个LDVT传感器，从而提供两个位移测量或“通道”。如果这两个通道之间的差超出特定阈值，则可推测出跨越所述票证宽度的厚度变化，所述厚度变化例如可指示折叠的钞票角。通过识别处于“钞票高地（note plateau）”（限定在钞票的前边缘与后边缘之间的区域，排除与每个边缘接近的部分，以考虑到拐角折叠）之上的反常的厚度增大区域，来检测附着至票证的异物（例如条带）的存在。超出所述高地的厚度的值大于特定阈值的区域被识别为条带。
在EP-A-0130824中公开了通常用在双层检测中的厚度检测技术的另一实例。这里再一次利用了对置的辊对，其中一个辊被可移动地安装，并且使用光传感器来检测它的位移。在这个实例中设置了两对辊，从而如果来自每个辊对的信号不同，则有可能推测出钞票被折叠，或者仅传送了钞票的一部分。
根据本发明，提供了一种用于检测票证传输路径上的片状票证的厚度的装置，所述装置包括：
第一检测器单元，其具有与所述票证传输路径邻近的片状票证接触点，所述检测器单元包括压电元件，所述压电元件的第一部分相对于所述票证传输路径被固定，并且所述压电元件被布置为使得当片状票证沿着所述票证传输路径穿过所述检测器单元时，所述片状票证与所述片状票证接触点之间的接触造成所述压电元件的第二部分相对于所述压电元件的第一部分发生挠曲（flexing）；以及
感测电路，其连接至所述压电元件，用于基于所述压电元件在挠曲时生成的电荷来输出电信号，所输出的信号与所述片状票证的厚度相关。
本发明还提供了一种用于检测票证传输路径上的片状票证的厚度的方法，包括：
沿着所述票证传输路径将片状票证传送穿过第一检测器单元，所述第一检测器单元具有与所述票证传输路径邻近的片状票证接触点，所述检测器单元包括压电元件，所述压电元件的第一部分相对于所述票证传输路径被固定，所述片状票证与所述片状票证接触点之间的接触造成所述压电元件的第二部分相对于所述压电元件的第一部分发生挠曲；以及
基于所述压电元件在挠曲时生成的电荷，经由感测电路来输出电信号，所输出的信号与所述片状票证的厚度相关。
压电材料响应于机械变形而产生电势差（即，电荷）。本发明人已经发现，以上述方式利用压电元件来检测片状票证的厚度，实现了多种优势。
首先，常规系统（例如上面提及的那些系统）中没有的一个特征是，将所获得的厚度测量解析为在垂直于票证传输方向的方向上的位置的可行性。在上述LVDT技术中，由于每个辊都跨越票证路径的整个宽度，所以当检测到厚度变化时，无法确定它在票证上的范围或位置。于是，该技术固有地受到限制，无法区分由例如折角（其原本可以适于重新流通）造成的厚度变化和由条带或类似物（其必须被移除）造成的厚度变化。而且EP-A-0130824技术在横向分辨率方面几乎没有贡献。在这两种情况下，传感器的机械复杂性、其零件数目以及随之的高成本意味着，在任何一个机器中提供大量传感器是不可行的；因此，必须用尽可能少的传感器来检测钞票路径的全宽，从而横向分辨率是不能实现的。
相对比，本文公开的压电元件提供了一种简单得多的机械布置：用于传感器自身的零件数目被减少到一个，使得制造时间和成本显著减少。因此，使得有可能为每个机器提供显著更大数目的传感器，实现高的横向分辨率，进而增强该装置辨别被观察的厚度特征的能力。另外，压电元件尤其适于被结合到紧凑型检测器单元设计中，使得能够沿着窄得多的通道测量厚度，或者测量可与一个或多个其他通道紧密接近的通道，如下面将进一步讨论的。本质上，这是压电元件的尺寸和形状可容易适于配合可用空间的结果，然而例如在常规系统中使用的那些传感器设备不具有这样的灵活性。
第二，由于辊甚至LVDT或光传感器部件自身的惯性，上面讨论的这类常规系统遭受固有的慢响应时间的困扰。这可导致测量精确度的不可接受的减小，因为在高的票证传输速度，该传感器不能够跟随票证轮廓。例如，在高速度，测量辊通常将上升得比钞票的前边缘更高，然后慢慢下降离开后边缘。因而，该票证处理机器的运行速度受到限制。另一方面，压电元件本质上是重量轻的，这样，与运行在同等恢复力下的较重传感器相比，显著减少了响应时间。已发现该技术的灵敏性超过所需。一个额外的益处是，由于跨越压电元件形成的电压与该压电元件的变形的变化率（rate of change）成比例（而非与变形的量成比例），所以该系统不要求针对传感器绝对位置的任何基线校准。
可按多种方式配置所述检测器单元，使得正在穿过的片状票证能够经由片状票证接触点造成压电元件的挠曲。在一个优选的实施方案中，所述票证接触点由所述压电元件的第二部分提供，所述压电元件的第二部分被布置为在使用中被片状票证直接接触。这使得移动零件的数目以及它们的集体尺寸和质量处于最小。有利地，所述压电元件的第二部分被驱向所述票证传输路径，优选地使用所述压电元件的固有弹性。这有助于抑制振荡，从而使所述元件快速返回休止（rest）。
在其他优选的实施例中，所述第一检测器单元还包括具有接触表面的中介组件（intermediary assembly），所述接触表面相对于所述票证传输路径被可移动地安装，并且被布置为在使用中被片状票证接触，从而提供所述片状票证接触点，所述中介组件适于将所述接触表面的移动传递至所述压电元件的第二部分。所述中介组件的使用增强了该设备的稳健性，这是由于在所述片状票证与所述压电元件之间不存在直接接触，因此可通过所述中介组件的配置更容易地控制挠曲模式。还使得有可能将所述压电元件自身与所述票证传输路径分隔开，如果期望，以便于访问和维护。所述接触表面应是在所述接触表面与所述参考表面之间的钳隙处（至少）在垂直于所述片状票证的平面的方向上可移动的。然而，所述压电元件可被布置为以任何方便的取向挠曲。
在尤其优选的实施方式中，所述中间元件包括被安排在所述票证传输路径与所述压电元件之间的可移动地安装的接触构件，所述接触构件的与所述票证传输路径相邻的第一区域提供了所述接触表面，并且所述接触构件的第二区域接触所述压电元件的第二部分，从而将所述接触构件的移动传递至所述压电元件的第二部分。这样的布置提供了从所述片状票证至所述压电元件的移动的近似直接传递，从而保持所述设备的效率。优选地，所述接触构件相对于所述参考表面被可枢转地（pivotably）安装，尽管许多其他配置也是可行的。
另一个合适的实施方式是：所述中介组件包括可移动地安装的接触构件，所述接触构件的面向所述参考表面的区域提供了所述接触表面，并且一个或多个链接构件机械地联接至所述接触构件，所述链接构件之一的一个区域接触所述压电元件的第二区域，从而经由所述一个或多个链接构件将所述接触构件的移动传递至所述压电元件的第二区域。当期望将所述压电元件定位在远处（即，远离所述片状票证接触点）时，例如不与所述票证传输路径一致，甚至在所述票证传输路径的另一侧，这样的布置可以是优选的。
优选地，所述检测单元还包括驱策设备（urging device），所述驱策设备被配置为将所述接触表面驱向所述参考表面。
所述中介组件可按多种方式将移动传递至所述压电元件。在一个优选的实施方式中，所述压电元件的第二部分被联接至所述中介组件。例如，这可通过提供如下的驱策元件（urging element）（例如弹簧）来实现，所述驱策元件被配置为作用于所述压电元件的第二部分，使得它保持与所述中介组件接触。替代地，所述压电元件可与所述中介组件接合。
在某些优选的实施方案中，所述检测器单元与所述票证传输路径的一个固定参考表面对置，在使用中在所述固定参考表面与所述片状票证接触点之间传送的片状票证造成所述压电元件挠曲。所述固定参考表面可通过例如引导板、辊或传输路径的其他固定装置来提供。在这个配置中，优选地，所述片状票证接触点被配置为在没有片状票证的情况下接触所述参考表面。例如，当所述装置被配置为使得所述片状票证直接接触所述压电元件时，所述压电元件的第二部分在没有片状票证的情况下倚靠所述参考表面。类似地，在所述片状票证接触点由中介组件提供的情况下，所述接触表面可倚靠所述参考表面。这样，当所述片状票证被引入所述检测器单元与所述参考表面之间的钳隙时，所述压电元件的第二部分被所述片状票证接触并且移位，使得所述片状票证能够从中穿过。因而，所述压电元件的变形与所述票证的整个厚度直接相关。优选地，所述接触点被驱策靠在所述参考表面上，以确保所述压电元件快速恢复至其休止位置。
替代地，所述片状票证接触点可与所述参考表面间隔开一个固定距离，使得只有具有特定最小厚度的票证才会导致它挠曲。这可被用来检测/测量出现在阈值之上的厚度变化，或者（如果所述压电元件与所述参考表面之间的间隔尺寸是已知的）仍可确定整个票证的绝对厚度。
在其他优选的实施方式中，所述装置还包括与上面限定的第一检测器单元形式相同的第二检测器单元，所述第二检测器单元被布置在所述票证传输路径的与所述第一检测器单元对立的一侧，使得所述第一检测器单元的片状票证接触点与所述第二检测器单元的片状票证接触点对置，所述票证传输路径穿过它们之间，并且所述感测电路被附加地连接至所述第二检测器单元的压电元件，从而输出由所述第一压电元件和/或所述第二压电元件生成的一个或多个电信号。
通过使片状票证在对置的检测单元之间穿过，可按相等的精度检测所述票证的两个面上遇到的厚度变化。相对比，在对照参考表面来测量票证厚度的情况下，如果局部厚度变化（例如，条带的存在）出现在面向所述参考表面的票证表面上，则所述装置检测到的厚度轮廓将被票证基底本身修改，从而可能不代表实际的厚度变化。
优选地，在没有片状票证的情况下，所述第一检测器单元的片状票证接触点和所述第二检测器单元的片状票证接触点被布置为彼此接触。有利地，这两个接触点被驱向彼此，在所述票证传输路径的位置相遇。然而，如同在利用了参考表面的实施方案的情况下，这不是必要的，并且这两个接触点可被配置为返回至彼此间隔开一个已知量的休止位置。
在尤其优选的实施方案中，在片状票证穿过时，所述第一压电元件和所述第二压电元件被布置为以相反方向挠曲，并且所述感测电路适于对由所述第一检测器单元的压电元件生成的电信号和由所述第二检测器单元的压电元件生成的电信号进行求和。这样，求和得到的输出信号代表这两个元件的净偏转。
在最简单形式中，所述压电元件可单纯包括压电材料块。然而，在优选的实施方案中，所述压电元件或每个压电元件包括至少一层从所述元件的第一部分延伸至第二部分的压电材料，并且优选地，还包括被安排在这层压电材料的至少一部分上的保护性覆盖层。这增强了所述装置的稳健性，并且在所述压电元件被布置为被所述片状票证直接接触的情况下是尤其期望的。一般，所述保护性覆盖可被布置为仅覆盖所述元件的将被片状票证（或被中介组件）冲击（impact）的部分，或者它可在该元件的更大范围上延伸。所述保护性覆盖可具有额外的功能。例如，在使用导电材料的情况下，所述覆盖可作为用于将所述压电材料连接至所述感测电路的电极。附加地或替代地，所述覆盖可由弹性材料形成，并且可被布置为作为用于向所述元件施加恢复驱策力的叶片弹簧。
所述压电元件可采用任何使得所述压电元件能够响应于所述片状票证的穿过而发生挠曲的形式。在一个优选的实施方式中，所述压电元件是细长的（elongate），所述压电元件的第一部分包括所述元件的第一端部，并且所述压电元件的第二部分包括所述元件的第二端部，即远端。这样的配置是优选的，因为由所述片状票证给予所述压电元件的弯曲力矩（bending moment）将是高的，导致增大的变形以及相应的高信号。然而，所述压电元件的任何其他部分也可被利用，例如中央或中间部分，如果是优选的。
优选地，所述压电元件被布置为使得在由片状票证的穿过引起挠曲时经受弯曲（bending）和/或扭曲（twisting）。所述挠曲的优选性质可依赖于所采用的压电材料的类型。
在优选的实施方式中，所述压电元件是平面的（planar），它的厚度远小于它的至少一个横向尺度。这类薄元件的使用还增大了针对任何给定的片状票证的厚度或厚度变化会发生的挠曲量。
在尤其优选的实施例中，所述压电元件包括聚合压电材料，优选地为压电聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride）。已发现该材料尤其适合用于在此描述的应用。然而，可使用任何压电材料，并且在其他优选的实施例中，所述压电元件包括陶瓷压电材料，优选地为锆钛酸铅（lead zirconate titanate）（PZT）。
所述输出信号的性质将依赖于目标应用。在一些情况下，输出识别了厚度变化的发生的信号（例如当所述片状票证的前边缘或后边缘穿过所述钳隙时）就足够了。在这样的情况下，所述传感器电路输出的信号可对应于所述压电元件在挠曲时生成的电压或电流。由于压电材料生成的电压或电流与它的变形的变化率（而非它的绝对形变）成比例，这样的信号将显示出于所述装置遇到的票证厚度变化对应的峰。这对于如下的许多应用可以足够了：在所述应用中，厚度变化的发生率（incidence）或位置（而非变化的实际尺寸）是关键的，例如识别票证边缘的经过，或者附着至票证的物品（例如一片条带）。相反，如果预期的是厚度变化（例如，票证的前边缘和后边缘），则所述装置可被用来测量片状票证的横向尺度，例如它平行于传输方向的长度，或者它的传输速度（如果所述横向尺度也是已知的）。
然而，在其他情况下，期望获得厚度的绝对测量，在这样的情况下，所述感测电路优选地还包括积分器，所述积分器适于在时间上对所述压电元件生成的信号进行积分，使得所述感测电路输出的信号对应于所述片状票证的厚度。通过在时间上对来自所述压电元件的信号进行积分，所述输出信号将提供所检测到的实际厚度（或厚度变化）的测量。
可按多种方式来实施积分。在一个优选的实施例中，所述积分器包括模拟积分电路，优选地包括积分放大器。在其他优选的实施例中，所述积分器包括：模数转换器，其被配置为对所述压电元件生成的信号进行采样；以及，处理器，其适于从所采样的信号计算积分。
可按多种方式使用所述输出信号，如将由目标应用确定的。例如，在所述输出信号对应于所述压电元件生成的电流或电压的情况下，与厚度变化对应的峰的出现可被用来触发警报。替代地，可记录随时间检测到的票证厚度的踪迹。然而，优选地，所述装置还包括如下的处理器，所述处理器适于：基于所输出的信号以及对所述片状票证穿过所述参考表面与所述检测器单元之间的速度的认识，生成所述片状票证沿着平行于穿过方向的维度的厚度轮廓。类似地，该方法优选地还包括：基于所输出的信号以及对所述片状票证穿过所述参考表面与所述检测器单元之间的速度的认识，生成所述片状票证沿着平行于穿过方向的维度的厚度轮廓。以这种方式生成厚度轮廓提供了与所述片状票证自身上的位置可直接相关的数据。应注意，使用积分的信号，所述厚度轮廓可示出票证厚度（或票证厚度变化）的量，或者可以替代地使用未积分的信号来识别存在厚度变化的位置。
可使用任何已知的用于票证传送的装置来将所述片状票证传输穿过所述装置，所述已知的用于票证传送的装置可在所述厚度检测装置之外。然而，在优选的实施例中，所述装置还包括传输组件，所述传输组件被配置为将所述参考表面与所述检测器单元之间的片状票证传送穿过所述装置。
根据本发明的又一方面，提供了一种二维片材厚度检测组件，其包括多个如上面描述的片材厚度检测装置，相应的片状票证接触点彼此横向间隔开，使得来自每个相应的感测电路的输出信号与片状票证的对应的横向间隔开的区域的厚度相关。在一个对应的方法中，所述片状票证被传送穿过彼此横向间隔开的多个第一和/或第二检测单元，并且被连接至对应的多个感测电路，所述方法还包括经由相应的感测电路输出所述压电元件在挠曲时生成的电信号，所输出的信号与所述片状票证的对应的横向间隔开的区域的厚度相关。“横向间隔开”意味着在与所述传输路径的平面平行的平面内间隔开的点。
通过提供多于一个的厚度检测装置，可输出多个通道，从而提供关于两个维度上的票证厚度的信息。如前面描述的，所述装置尤其适于紧凑型实施，使得众多检测单元能够紧密间隔开，从而实现高的空间分辨率。与跨越所述钞票的前边缘的宽度相比，所述片状票证的每个与相应检测单元对应的区域优选地是窄的：每个“通道”越窄，横向分辨率就越大。优选地，所述多个片状票证接触点被部署为在基本垂直于所述片状票证的穿过方向的方向上彼此横向间隔开。如果期望，检测单元也可被部署为在平行于所述片状票证的穿过方向的方向上彼此间隔开。
在一个优选的实施方案中，所述组件包括第一阵列的片材厚度检测装置，所述第一阵列在基本垂直于所述片状票证的穿过方向的方向上延伸经过所述片状票证路径的至少一部分。这个配置使得它以高分辨率检测跨越所述片状票证的第一部分的厚度。
还优选的是，所述多个检测单元还包括第二阵列的片材厚度检测装置，所述第二阵列在票证传输方向上与所述第一阵列间隔开，并且在基本垂直于所述片状票证的穿过方向的方向上延伸经过所述片状票证路径的宽度的至少一部分，所述第二阵列在基本垂直于所述片状票证的穿过方向的方向上与所述第一阵列偏置（offset）。因而，所述第二阵列的检测单元可被用来检测所述片状票证的至少第二部分的厚度，所述第一阵列和所述第二阵列相结合可被用来检测跨越所述片状票证的整个宽度的厚度。如果是优选的，可利用多于两个的这样的阵列。所述阵列优选地是线性的。
在尤其优选的实施例中，所述第一阵列和所述第二阵列的片材厚度检测装置的延伸都小于所述片状票证路径的全宽，并且所述组件还包括与对应阵列协调部署的第一票证传输模块和第二票证传输模块。通过以这种方式提供第一和第二传输模块（其可被驱动或不被驱动，并且被配置为沿着所述传输路径引导所述票证），可在所述票证穿过所述装置的路径的所有点处控制所述片状票证的传输。在一个尤其优选的实施方式中，每个阵列内的检测单元通过传输部件（例如辊）彼此间隔开，使得邻近于每个检测通道严密控制所述片状票证的穿过。这两个阵列优选地相对于彼此被偏置，使得一个阵列的传输部件与另一阵列的检测单元对准。
在尤其优选的实施方案中，所述组件还包括如下的处理器，所述处理器适于：基于所输出的信号中的至少一些、对应的检测器单元的相对位置，以及对片状票证穿过参考表面与检测器单元之间的速度的认识，生成片状票证的至少一部分的厚度的二维空间图。对应的方法优选地还包括：基于所输出的信号中的至少一些、对应的检测器单元的相对位置，以及对所述片状票证穿过参考表面与检测器单元之间的速度的认识，生成片状票证的至少一部分的厚度的二维空间图。所述空间图可被用来提供关于票证的厚度轮廓的详细信息，识别例如与第二票证的任何重叠的范围，或者附着至票证的任何条带或其他异物的位置和尺寸，以及识别可影响票证的局部厚度的安全特征（securityfeature）（例如安全线、全息图及类似物）的位置。
在某些优选的实施例中，所述处理器还可适于将所述输出信号或所生成的二维空间图与对应于已知片状票证的至少一个预定的信号轮廓或图进行比较，从而确定所检测的片状票证与所述已知片状票证之间的相似水平。这可被用来实现先前不可实现的鉴别和/或鉴定校验。
本发明还提供了一种片状票证处置装置，包括：输入模块，其用于将片状票证馈入所述装置；票证传输组件，其用于沿着票证传输路径将片状票证从所述输入模块传送至输出模块；以及，片材厚度检测装置或二维片材厚度检测组件（每个都如上面描述），其被布置为检测所述票证传输路径上的片状票证的厚度。
现在将参考附图来描述用于检测片状票证的厚度的装置及其方法的实施例，其中：
图1示出了一个包括用于检测片状票证的厚度的装置的票证处置装置；
图2描绘了一个示例性片状票证；
图3示意性示出了一个用于检测片状票证的厚度的装置的功能性部件；
图4描绘了用于检测片状票证的厚度的装置的第一实施方案的部件；
图4a和图4b分别以立体图和截面示出了在所述第一实施方案中使用的示例性压电元件；
图5a、图5b和图5c每个都描绘了在片状票证穿过图4的装置时所述装置的选定的部件，连同示出了对应情形中的示例性输出信号的示意性曲线图；
图6是示出了针对第一示例性片状票证穿过图4的装置的随时间的输出信号的示例性曲线图；
图7是示出了针对第二示例性片状票证使用图4的装置的随时间的输出信号的示例性曲线图；
图8是使用图4的装置在不同传输速度针对具有不同厚度的两个示例性片状票证获得的峰输出信号的示例性曲线图；
图9示出了用于检测片状票证的厚度的装置的第二实施方案的部件；
图10示意性示出了在测试图9的装置的实验中使用的部件；
图11a和图11b分别示出了使用图10中描绘的布置获得的针对第一示例性片状票证的输出信号，以及对应的积分信号；
图12a和图12b示出了使用图10的布置获得的针对第二示例性片状票证的输出信号，以及对应的积分信号；
图13a和图13b示出了使用图10的布置获得的针对第三示例性票证的输出信号，以及对应的积分信号；
图14描绘了用于检测片状票证的厚度的装置的第三实施方案的部件；
图15以立体图示意性示出了用于在两个维度上检测片状票证的厚度的组件的第一实施方案的选定部件；
图16以平面图更详细地示意性示出了图15的实施方案；
图17以平面图示意性示出了用于在两个维度上检测片状票证的厚度的组件的第二实施方案的部件；
图18是使用用于检测片状票证的厚度的装置生成的图的图解实施例，示出了厚度变化的位置；以及
图19是使用用于检测片状票证的厚度的装置生成的图的图解实施例，示出了一个片状票证的实际厚度。
片状票证厚度检测装置的一个主要应用是票证处置机，例如货币处置机，它的一个示意性实施例在图1中示出。在该实施例中，票证处置装置100包括输入模块110以及一个或多个存储模块140a、140b。传输路径TP将片状票证（例如钞票）从输入模块110传送至存储模块140a、140b，所述存储模块140a、140b用作从所述传输路径的输出。沿着所述传输路径设置有传感器模块120，所述传感器模块120包括被配置为检测票证的特性和/或它们沿着所述传输路径的位置的传感器。例如，所述传感器模块可包括磁性传感器、光学图像传感器和/或UV检测器，仅列举几例。在传输路径TP上还设置有厚度检测装置1，下面将更详细地描述。来自传感器模块120和/或厚度检测装置1的输出可被处理器150使用，以控制转向器130，从而调整每个片状票证在所述装置内采取的路径，以及尤其将每个票证引导至存储模块140a、140b中特定的一个存储模块。当然，票证处置装置的许多其他布置是可行的，并且尤其传输路径TP可反向运行，将票证从存储模块分配至用户。
厚度检测装置1可被用来测量任何片状票证（例如打印纸、表格、卡等）的厚度或者检测厚度变化，但是尤其用在有价票证（包括钞票、支票、凭证、护照及类似物）的领域中。这样，接下来的描述将主要集中在检测钞票厚度的实施例上，但是应理解，本发明的范围并未被如此限制。图2以平面图（图2a）和沿着线X-X’的截面（图2b）示出了钞票形式的示例性片状票证S。
例如图2中示出的片状票证通常会具有对应于其基底厚度的一个合理的恒定“基线”厚度。然而，由于票证自身的固有特征或外部因素，票证也可表现出厚度变化。例如，图2的钞票S被示为具有三个特征91、92和93，使其厚度局部与基线基底厚度有偏差。特征91是一个安全线，它嵌在该票证内，这造成该票证的厚度的局部增大，通常增大10微米到40微米。特征93是一个全息图，它被施加至该钞票的上表面，并且将造成相似量的局部厚度增大。这两个特征都是该票证的整体部件（integral components）。可导致局部厚度变化的其他安全特征包括水印、压纹（embossings）、窗口、转印箔（foiltransfers）及类似物。物品92是一片附着至该票证的表面的粘合带。实践中，钞票上可由于多种原因而存在条带：为了（正当地）修补钞票、意外地、或者为了帮助重构欺诈性钞票。为了辨别这些情形，期望能够精确测量钞票上的有带区域的尺寸和/或位置。然后，可从循环中挑出指示伪造或表示该钞票不再适于重新流通的特定条带尺寸。
图3示意性示出了一个用于检测片状票证的厚度的示意性装置的一些主要部件，下面将根据具体实施方案更详细地讨论其优选的实施方式。在图3中，所述厚度检测装置被标为1，并且包括与参考表面R位置对立的检测单元2。在使用中，片状票证S（例如钞票）被沿着检测单元2与参考表面R之间的传输路径TP传送穿过该装置。应注意，参考表面R并不是必要的，因为它可被替换成下面将描述的替代部件。为清楚起见，图1示出了这些元件彼此间隔开。然而，实践中，片状票证S将抵靠参考表面S，并且如下面描述的，也将在片状票证接触点9处与检测单元2接触。片状票证S被示意性描绘为包括多个厚度增大的区域，实际情况可以是或可以不是这样，因为同样的装置可被用来，例如，测量具有恒定厚度的片状票证的厚度以检测重叠的票证，甚至检测票证的前边缘和后边缘。然而，检测的原理是相同的。
在穿过（可移动的）片状票证接触点9与参考表面R之间限定的钳隙时，片状票证S经由该接触点使得压电元件（总体指示在5处）挠曲。如下面详细描述的，接触点9和压电元件5可按许多不同的方式彼此相关，从而允许元件5与片状票证S直接或间接接触。在这个示意性图示中，压电元件5被描绘为位于检测单元2内，与参考表面R对置。然而，虽然压电元件5形成了检测单元2的一个功能部分，但是压电元件5并不必须被安排在与检测单元2的其余部分相同的位置，尽管实践中常常是这样。如下面描述的，检测单元2可包括一个或多个机械链接部件，用于将由片状票证S的穿过引起的移动从接触点9传递至压电元件5，因而压电元件5可被安排在任何方便的位置，允许远离传输路径TP。
在片状票证S穿过接触点9与参考表面R之间的钳隙时，造成压电元件5挠曲，优选地弯曲或扭曲，尽管可利用任何其他挠曲模式。元件5包括压电材料，例如压电聚偏氟乙烯或锆钛酸铅（PZT）或任何其他合适的压电材料，所述压电材料在机械变形的条件下产生电势。因而，元件5的由片状票证S穿过引起的挠曲导致跨越压电元件5建立电压，使用电连接至压电元件5的电路6来感测该电压。在一些情况下，感测电路6可包括积分器7，其被配置为对来自压电元件5的信号进行积分，出于下面将讨论的原因。可按多种方式使用所述输出信号，例如用于控制包含了本文公开的厚度检测装置的票证处置装置，但是更通常地可由某形式的输出设备8输出。这可采用图形输出的形式，例如监视器或打印机，或者可提供某形式的警报信号。在任一情况下，输出装置8可包括一个用于对该信号执行附加操作的处理器，下面将描述。
图4中更详细地描绘了所述装置的第一实施方案。在此，一个进入的票证（例如钞票S）被布置为直接接触压电元件15。因而，所述片状票证接触点由该压电元件自身提供。所述检测单元包括一个壳体，所述壳体包含夹具12a和12b，它们保持压电元件15相对于所述传输路径（并且在本例中相对于参考表面R）固定。在该实施例中，压电元件15采用平面的细长片（planar,elongate sheet）的形式，图4中示出了它沿着长轴的截面。
压电元件15的厚度（为清楚起见在图中被夸大）远小于它的任一横向尺度（仅有一个横向尺度可见）。该压电元件的第一部分（包括第一端部15a）被夹具元件12a和12b固定。该细长元件的远端15b形成第二部分的一部分，所述第二部分相对于所述第一部分能够自由移动。在该实施例中，所述元件被配置为使得端部15b压靠参考表面R，造成压电元件15在其休止位置采取弧形形状（arcuate shape）（如图4中所示）。在该配置中，借助于该压电材料的天然弹性，所施加的、由所述元件经受的应力导致远端15b被驱向参考表面R。所述元件的弧形形状被布置为使得端部15b处于夹具12a、12b的下游，从而所述元件的曲率协助而非妨碍钞票S穿过。
图4a和图4b中更详细地示出了一个示例性压电元件15。图4a以立体图示出了没有任何保护性覆盖的元件，而图4b以截面示出了完整的元件。在这两种情况下，为清楚起见，元件15被示为处于无应变（unstressed）配置。这类的合适元件可由Hampton,VA,USA的Measurement Specialties,Inc.提供。元件15包括由压电材料17制成的主体，压电材料17从所述元件的第一（固定）区域15a延伸至所述元件的第二区域15b。所述压电材料经由合适导电材料的电极18a和18b连接至感测电路16，感测电路16被施加至所述压电材料的每个表面和连接件16’（例如铆钉）。电极18优选地延伸了元件15的基本全长，如所示出的。可选地，元件15中可包括附加的层。例如，图4b示出了设置有耐磨保护性外层19a和19b的元件，所述耐磨保护性外层19a和19b被设置在所述元件的一侧或两侧。在其他实施例中，保护性覆盖层可仅在在使用中被片状票证接触的区域被结合至所述压电元件。然而，如果期望，也可延伸到所述元件的全长，如所示出的。通过使用合适的耐磨导电材料（例如弹性钢），电极18和保护性覆盖19的功能可被结合。附加地或替代地，该层可被设置以增强所述元件的弹力，与所述压电元件合作变形以及将所述元件恢复至其休止位置。
在最简单的配置中，感测电路16可采用电压计、示波器或其他类似设备的形式，用于测量由压电元件15生成的电压或电流。钞票S被传输组件（未示出）传送穿过所述装置，所述传输组件可形成厚度检测装置1自身的一部分，或者可从外部提供（例如，作为可包含本装置的票证处置机100的一部分）。
由所述感测电路输出的信号将随时间被监测。通常，电路16或附加的处理工具将提供计时器（例如计数器或时钟），使得所述输出信号可与票证穿过所述装置票证直接相关，并且可比较所述输出信号中的特征。然而，这并不是必要的，例如当所述装置被用作重层检测器时，其中要求的只是通知所测量的厚度已超过特定阈值。
图5更详细地示出了压电元件对片状票证S的响应。图5a示出了片状票证S的前边缘LE与压电元件15的第二部分的初始接触。如所示出的，票证S的固有的基线厚度造成所述元件的端部15b移位，如所示出的，远离参考表面R，使得片状票证S穿过其间。所述压电材料的挠曲导致生成电压，所述电压可由电路6检测到。由于感生电压的水平与所述压电元件的变形率（而非变形量）成比例，所以在所述元件挠曲时，前边缘LE的经过将造成所测量的电压中的峰。一旦所述前边缘已经经过，所述元件的弹性造成所述元件的端部15b朝参考表面R返回，使得所述压电元件返回休止在片状票证S的表面上。不可避免地，压电元件15在返回休止之前将存在一些振荡，尽管可通过适当设计元件15以及增大所述元件与所述参考表面之间的压力和增大所述压电元件靠着表面R的角度来抑制所述振荡。图5b示出了在所述压电元件变得休止时所述信号中的振荡。图5c示出了票证S上的三个厚度增大的区域中的第一个区域遇到所述压电元件的端部15b。这导致输出电压中的第二个峰。从图5c中的示意性曲线图中，应注意，尽管在所述第一峰之后压电元件15与参考表面R之间存在票证S的厚度，但是自始至终所述基线电压保持恒定（并且通常为零）。这是由于电压响应与变形率相关，而非与变形量相关。
图6中示出了在约0.1秒的时段上，在压电元件15生成的绝对电压（不考虑符号）方面，从具有约240微米恒定厚度的第一示例性片状票证的穿过获得的示例性输出信号。所述片状票证以速度V1传送穿过所述装置。这个速度可以是已知的，例如通过传输组件的控制或者通过提供常规的轨道传感器（未示出）而得知。在本实施例中，所述片状票证以约0.59m/s的速度行进。在所述片状票证的前边缘遇到压电元件15时，观察到输出信号中的第一峰（在此达到约0.9伏）。在压电元件15返回至休止时，这个峰电压在约0.3秒的时段上衰减。应注意，衰减曲线包括近似周期性的尖峰（spike），这代表所述元件的振荡。通过增大所述压电元件的阻尼（通过提供更大的恢复力）和/或将元件15设计为具有更高的谐振频率（例如通过减小所述元件的长度），可以减小所述衰减曲线的持续时间。在约t=0.09秒处，观察到1.1伏左右的第二峰。这对应于所述片状票证的前边缘。因而，这两个峰代表所述装置遇到厚度变化的位置。第一峰与第二峰之间的时间段T1代表所述片状票证在传输方向上的长度。因而，如果传输速度V1是已知的，则可从时间段T1推断所述票证的长度，如果期望。相反，如果所述片状票证的长度是已知的，则时间T1可被用来确定速度V1。
图7中示出了从第二片状票证获得的第二示例性输出信号。在该实施例中，所述片状票证具有一个约40微米厚的条带，所述条带被施加至所述片状票证的上表面，接近中心，但是其他方面与产生了图6的曲线图的片状票证相同。然而，在本实施例中，速度V2被减小至约0.3m/s。在该信号中，如同以前，在t=0处的第一峰对应于所述片状票证的前边缘遇到所述压电元件。再一次，输出信号随后衰减至接近零。在0.06秒左右的第二峰由所述条带的第一边缘撞击所述压电元件造成。应注意，第二峰的量小于由所述票证的前边缘造成的峰的量，这是因为，与340微米厚的片状票证相比，所述条带的40微米厚度较小，从而所述压电元件经受的变形率相应地较小。在约t=0.14秒处具有近似相同量的第三峰指示所述条带的后边缘。最后，在约0.2秒处的第四峰对应于所述片状票证的后边缘。因而，使用与参照图4讨论的相同的原理，可从对时间段T1和T3以及速度V2的认识推断所述片状票证和所述条带在传输方向上的长度。还可标识所述条带相对于所述片状票证的前边缘和后边缘的位置，以及所述条带的长度。
因而，上面描述的这类直接输出信号可被用来获得关于片状票证的大量信息，潜在地包括所述片状票证自身的尺度以及所述片状票证内的厚度变化的区域的出现。所述变化可由异物（例如条带）的存在引起（如在上面描述的实施例中），或者可由物品（例如，有意地提供至所述票证的安全元件，例如全息图、线、补丁及类似物）的存在引起。可按适合于目标应用的多种方式来使用所述输出信号。例如，所述装置可被布置为，如果识别出未预期的厚度变化（可能指示例如条带或重叠票证），则触发一个警报。替代地，所述信号可与先前已从同类票证获得的预定信号轮廓进行比较。例如，包括特定布置的安全元件的票证（例如钞票）会具备带有与每个安全元件对应的一系列峰的轮廓。通常，将针对所述装置预期遇到的钞票的每种面额或货币把一个或多个这样的轮廓存储在存储器中。然后，这些已存储的轮廓可与在处理中测量的每个片状票证的轮廓进行比较，并且用作鉴定或度量面额处理的一部分。
在一个尤其优选的应用中，将确定未预期的厚度变化（通常指示条带）的范围，并且与预定极限进行比较，以确定票证是否应退出流通。
然而，虽然这类输出信号可以适于许多应用，但是它们不提供对片状票证呈现的实际厚度的精确测量，也不提供对任何厚度变化的量的精确测量。如图7中所示，峰信号的幅度将与实际厚度相关，但并非以直接成比例的方式相关。还已经发现，改变传输速度会影响峰幅度（图8）。然而，本发明人已发现，可通过对输出信号进行积分来获得对厚度（或厚度变化）的真实测量，如下面将参照第二实施方案更详细地描述的。由于压电元件生成的电压与其变形率成比例，所以在时间上积分后的输出电压（或电流）可提供对所遇到的实际厚度的测量。该方法的一个显著优势是，该厚度测量因为基于变化率而不要求任何基线校准。
图9是一个切断的CAD示图，示出了用于检测片状票证厚度的装置的第二实施方案的部件。在该实施方案中，提供了由上板30、上游壁31a和下游壁31b组成的壳体，以支撑沿着参考表面R的多个检测单元20。在此，描绘了五个检测单元20、20i、20ii、20iii和20iv，尽管可采用任何数目。将通过实施例的方式描述最末的检测单元20，但是应理解，相邻的检测单元20i至20iv中的每一个都具有相同的构造。
检测单元20包括压电元件25和中介组件21，在该实施例中，中介组件21被布置在压电元件25与参考表面R之间，使得片状票证与所述压电元件之间没有直接接触。中介组件21用于将由片状票证S的穿过造成的移动传递至压电元件25。在该实施例中，中介组件21是一个由例如模制塑料形成的单一部件（unitary component），其在枢转点22处可枢转地附接至壳壁31a。部件21包括接触表面21a（提供片状票证接触点），其被配置为面向并且优选地邻接（abut）参考表面R。接触表面21a优选地位于枢转点22的下游，在它们之间具有向下弯曲的表面，从而允许片状票证S穿过在接触表面21a与参考表面R之间形成的钳隙。在该实施例中，中介构件21在与其远离枢转点22的端部相邻的上表面上包括块23，块23接触压电元件25的远区（distal region）。在另一端，压电元件25被容纳在附接至壳壁31a的固定装置（fixture）27内，固定装置27保持压电元件25的端部相对于参考表面R固定，并且还提供了与感测电路（未示出）的必要电接触26。因而，部件21绕其枢转点22的移动在压电元件25的远端25b附近向压电元件25施加弯曲力矩。在该实施例中，所述压电元件的远端25b与部件21之间的接触是通过压缩弹簧29（其坐落于所述壳体的上壁30与从块23延伸穿过压电元件25的销之间）来保持的，尽管可按许多其他方式来实现压电元件25与部件21之间的接合。然而，所示出的配置是方便的，因为在使用中弹簧29还用于将接触表面21a驱向所述参考表面。
如同在第一实施方案的情况下，压电元件25可包括附加层，用于例如保护压电材料或刚性。在一个尤其优选的实施方式中，所述压电材料沿着其全长被结合至一个支撑层，所述支撑层提供安全安装点（代替固定装置27）、至少在远区中的耐磨梢部、以及增强的恢复力。
在使用中，片状票证S被传输到参考表面R与接触表面21a之间的钳隙中，所述片状票证的厚度造成部件21移位，以逆时针方式枢转（如图9中所示），从而向压电元件25施加弯曲力矩。如先前讨论的，这样的变形导致跨越压电元件25的表面建立电压，所述电压被所述感测电路检测。响应于沿着与最末的检测单元20的通道横向间隔开但与它平行的对应通道感测到的厚度，第二及后续检测单元20i、20ii等输出同类信号。
图10示出了一个用于测试所述检测装置的实验布置。在此，参考表面R’是由被布置为相对于检测单元20旋转的辊提供的。在该实验中，使用了单个检测单元20，其对应于图9中示出的检测单元20，尽管不存在附加的检测单元20i、20ii等。在参考表面R’上提供了三个示例性片状票证S1、S2和S3，它们轮流（在该实施例中以约2.4m/s的速度）经过检测单元20下方。因而，在该实施例中，参考表面R’相对于检测器单元20旋转，但是检测器单元20与表面R’之间的间隔在所有旋转点处保持基本固定，仅因辊表面的小偏差而有所变化。
图11a示出了在具有恒定约90微米厚度的第一示例性片状票证S1穿过检测器单元20时由压电元件25生成的输出电压（应注意，不同于图6和图7，在图11a中，输出信号是包括符号的实际电压，而非绝对电压量，从而出现了负值：如果期望可使用绝对值）。在约0.04秒处的第一峰（i）指示片状票证S1的前边缘。在约0.06秒处的第二峰（ii）指示其后边缘。所述输出信号可被用于已参照第一实施方案描述的所有应用。然而，在该实施方案中，所述感测电路还包括积分器，所述积分器被布置为在时间上对所述输出电压进行积分，所得到的输出信号在图11b中示出。在此，纵轴上的单位是所述电压信号以毫伏计的累计总和（running summation）的单位，这当然依赖于所述信号的采样率。在该实施例中，可应用1000单位=45微秒的近似关联常数。
可按多种方式执行积分，但是优选地提供了模拟积分电路，例如积分放大器。数字实施也是可行的（并且在本实施例中使用），据此提供模数转换器以用于以预定间隔对输出电压进行采样，并且提供处理器以用于计算所述积分（例如，通过输出累计总和）。积分信号提供了对所述装置遇到的实际厚度的测量。应注意，在图11b中，所述信号的基线在约-2,000和-10,000的值之间表现出曲折。这是由辊R’的表面的轻微变化引起的：关于实验鼓的测试显示，所述表面与完美圆形有300至500微米的偏差。然而，实践中，对于相对于所述检测单元固定的参考表面，基线将是基本平坦的，并且可被设置为零。片状票证S1是用所述信号中的阶跃表示的，由被标记为d1的突然跳跃划界。在约t=0.04秒处的第一个这样的跳跃（i）对应于片状票证S1的前边缘，并且在约t=0.06秒处的第二跳跃（ii）对应于后边缘。量d1提供了对片状票证S1的厚度的测量。
除了提供从电压或电流输出可获得的所有信息，积分信号还可被用来提供对所述片状票证的厚度和/或跨越所述票证的任何厚度变化的量的测量（在本实施例中都没有出现）。这可用于例如双层检测、鉴定/度量面额（如果预期的票证厚度是已知的）、或者区分票证的已知特征和异物（例如条带）。所述“实际”厚度轮廓还可按类似于上面讨论的方式与预先存储的轮廓进行比较。
图12a和图12b提供了针对具有180微米厚度的第二示例性片状票证S2的对应的输出电压信号和积分信号。再一次，第一峰（i）指示所述票证的前边缘，而第二峰（ii）对应于其后边缘。对应的阶跃在该积分信号中是明显的，相对于基线信号的高度d2提供了对票证厚度的测量。注意，在该实施例中，后边缘的厚度表现得小于前边缘的厚度：这是由于在该实验中原始信号（raw signal）在-1伏处的削波（clipping）。在实际的实施中，优选地会减小任何这样的削波以避免这样的影响，甚至即使在所述削波对积分信号的影响小的情况下。
图13a和图13b示出了针对具有约270微米厚度的第三示例性票证S3的对应的输出电压信号和积分信号。再一次，从输出电压峰（i）和（ii）可分别明显看出所述票证的前边缘和后边缘，并且所述积分信号中的明显阶跃的高度d3提供了对票证厚度的测量。
在上述实施方案的每一个中，检测单元都与设置在票证传输路径中的固定参考表面对置。然而，替代的配置也是可设想的。图14中示出了厚度检测装置的第三实施方案。在此，第二检测器单元2b被设置在传输路径TP的与第一检测器单元2a对立的一侧，并且每个检测器单元的接触点被配置为彼此对置。如同以前，通过被安排在所述厚度检测装置的上游和/或下游的引导和传输部件，片状票证S被沿着传输路径TP传送。一旦到达所述装置，所述片状票证就在这两个检测单元2a和2b之间被传送，使得这两个压电元件之一或二者偏转。
在该实施例中，每个检测器单元2a和2b都是以上述第一实施方案的方式来配置的，压电元件15、15’被布置为用于与所述片状票证直接接触。这两个压电元件15、15’优选地彼此接触，并且使用它们固有的弹性彼此抵靠。然而，这并不是必要的，并且这两个元件可彼此分隔开（如果是优选的）从而只检测具有特定最小厚度的物体。在这个情况下，所述压电元件可以是预先应变的（pre-stressed），以保持所示出的弯曲形状，或者可径直朝所述传输路径延伸。
压电元件15、15’中的每一个都被连接至感测电路16，使得所述输出信号基于的是跨越每个元件而生成的电压。优选地，如所示出的，这两个元件被布置为使得在片状票证穿过时每个元件将以相反方向偏转。这样，所生成的这两个电压的总和将代表由所述片状票证造成的净位移。所述总和可通过适当编程的处理工具来计算，但是优选地，所述元件被串联连接至所述感测单元，如所示出的，以自动获得总和电压。
以这种方式在传输路径的每侧都提供检测单元具有如下优势：不管局部厚度变化出现在片状票证的哪个面上，都可按相等的精度进行检测。例如，在第一和第二实施方案中，如果一片条带位于票证的面向参考表面R的表面上，则票证基底将逆着所述参考表面形成弓形，掩盖了所述条带的精确范围。通过在票证的两侧都提供检测器单元，避免了这个问题。
应理解，通过对置参照第二实施方案描述的形式的两个检测器单元，可实现相同的优势。
如参照第一实施方案描述的以及用在图10的实验布置中的单通道厚度检测装置的使用提供了关于票证在传输方向上的厚度轮廓的有用信息。然而，在许多情况下，还期望能够解析所获得的关于在垂直于传输方向的方向上（即，跨越票证的宽度）的厚度的信息。例如，所述票证可带有一个有条带的区域，该区域既位于平行于传输方向的方向上又位于垂直方向上。使用单通道检测单元将提供关于所述条带在平行于传输的方向上的范围的信息（假设所述通道至少部分地与所述条带重合），但是不能获得关于所述条带横向定位的信息以及关于其尺度的信息。
出于这些原因，在优选的实施方案中，提供了多个例如在第一、第二或第三实施方案中利用的检测单元（或检测单元对），它们在垂直于传输的方向上彼此横向间隔开，从而形成能够进行二维厚度检测的组件。每个检测单元或每个检测单元对被配置为，在比所述票证沿着其前边缘的宽度窄的对应区域中感测所述片状票证的厚度。这样的布置的一个实施例先前在图9中示出。每个检测单元20优选地被布置为使得接触表面21a在垂直于传输的方向上远窄于片状票证S的宽度。这样，在票证S被传送通过所述装置时，检测单元20将仅响应于在接触表面21a的宽度限定的窄“通道”内发生的厚度变化。类似地，每个相邻的检测单元20i、20ii等将输出仅与所述票证沿着对应的平行通道的厚度相关的信号。接触表面21a的宽度越窄并且检测单元20的间隔越近，在垂直方向上的解析度就越好。来自每个检测单元20的输出信号可被结合，以检测片状票证在两个维度上的厚度。参照图11、图12和图13讨论的类型的输出信号将是由每个检测单元20、20i、20ii等产生的，并且可彼此进行比较，以基于对所述通道的相对位置的认识来推断任何所检测到的厚度或厚度变化的横向位置。
图15和图16示意性描绘了根据这个原理运行的组件的一个实施方案的部件。图15以立体图示出了所选定的部件。在此，块40代表多个检测单元，块40在近似垂直于传输方向的方向上延伸跨越传输路径的宽度。在该实施例中，检测单元40与参考表面R对置（如同在第一和第二实施方案中），尽管这可被替换成被布置为与检测单元40对置的第二组检测单元40’（如同在第三实施方案中）（如果是优选的）。通过传输组件，票证S被传送穿过所述装置，经过检测单元40。在该实施例中，所述传输组件包括至少一对上游驱动辊35a和35b以及一对下游驱动辊36a和36b，并且可形成所述检测装置的一部分，或者可由包含所述检测装置的票证处置机（例如图1的机器100）提供。替代地可使用任何其他合适的票证传输工具，例如传送带等。票证S以箭头指示的方向进入所述检测装置。
图16以平面图示出了相同的装置，尽管为清楚起见已去除了下游辊对36。多个检测单元40以其构成单元41a、41b…41n的形式示出，并且应看到，这些构成单元41a、41b…41n以直线阵列跨越票证传输路径的宽度而布置，基本垂直于传输方向。块45代表每个检测单元的感测电路，块45可以如先前描述的包括积分工具。输出信号被转移至输出工具或处理器46，其可与票证处置机100的处理器150相结合（如果期望）。积分工具可被包括在处理器46内而非感测电路45内（如果期望）。如先前描述的，在许多情况下，拥有对传输速度的精确指示是有用的，从而可从输出信号推断在平行于票证传输的方向上的尺度和位置。这样，在本实施方案中，控制器37（其构成传输系统的一部分，并且被连接至例如传输辊对35）向处理器46提供关于传输速度的信息。因而，处理器46可编译来自检测器单元41a、41b等的输出信号中的每一个，以推断票证S的厚度，或者在两个维度上识别厚度变化。
应理解，为了获得二维信息，检测器单元41a、41b等没有必要沿着垂直于传输方向的直线布置。如果期望，所述检测器单元可以是交错的（staggered），或者以其他方式平行于传输方向彼此移位。在这样的情况下，已知的在传输方向上的分离程度可被用来向一个或多个输出信号施加适当的时延，使得来自每个检测器单元的输出信号彼此同步。
为了改进票证处置，通常优选的是票证在任一时刻处于多个传输点的控制下。在图16的实施方案中，跨越传输路径的整个宽度来提供一个线性阵列的检测器单元意味着，在票证路径的该点处没有空间用于传输部件。这样，所述票证的控制可仅被所述检测器单元上游和下游的部件影响。
图17中示意性示出的第四实施方案通过在传输方向上使用彼此间隔开的两个阵列51和52的检测器单元克服了这个问题。在该实施例中，第一阵列51的检测器单元包括间隔开的一系列检测器单元53a、53b…53n，其与传输部件61a、61b…61n交替，所述传输部件例如为辊（其可被驱动或不被驱动，或是这两者的结合，并且可通过延伸穿过参考表面R中的孔的对应辊而对置）。因而，组成阵列51的检测单元将提供关于片状票证在平行于其长边缘的间隔开的一系列通道中的厚度的信息，而在厚度检测的同时，片状票证S完全处于所述传输组件的控制下。然而，传输单元61a、61b…61n阻止了在片状票证的全宽上测量厚度，这会限制可实现的横向解析度。通过提供在传输方向上与所述第一阵列间隔开的第二阵列52解决了这个问题，第二阵列52包括被布置在基本垂直于传输方向上的线性阵列中的交替的检测单元54a、54b…54n和传输部件62a、62b…62n。第一阵列51和第二阵列52相对于彼此偏置，从而一个阵列的检测单元与另一个阵列的传输部件对准。阵列51和52的组合确保了在片状票证的全宽上检测厚度而不损害传输控制。
可按这个方式使用任何数目的这样的阵列，每个阵列中具有任何数目的检测单元（包括单个检测单元）。类似地，检测单元和传输部件不需要交替，但是可成组布置。
如同在先前的实施方案中，检测单元53a、53b至53n和54a、54b至54n中的每一个都被连接至由块55代表的相应感测电路（其可包括积分工具）。输出信号被转移至处理器或其他输出工具56。再一次，期望获知票证传输速度，并且在本例中这是通过轨道传感器57（例如光学传感器或其他）来实现的，轨道传感器57可按常规方式使用，从而向处理器56提供对票证传输速度的测量。当然，传输速度也可以是由传输控制系统提供的已知值，或者是硬编码的值。由于阵列52在阵列51的上游，所以阵列52将比阵列51早一小段时间遇到每个票证（从而遇到每个厚度变化）。考虑到这一点，优选地将来自单元52a、54b…54n的输出信号相对于来自单元53a、53b…53n的输出信号延迟一时间滞差，该时间滞差对应于票证的前边缘从阵列52传送至阵列51所要求的时间（等于阵列51、52之间沿着钞票路径的距离除以传输速度）。这可通过感测电路或处理器来执行。
可按多种方式利用输出信号，包括先前参照第一和第二实施方案讨论的所有选择。在一个尤其优选的实施例中，处理器46或56被布置为从所收集的输出信号生成二维图。图18和图19中示出了这样的图的实施例。
在图18中，七个检测单元中的每一个都使用未积分的输出信号，每个检测单元对应于一个通道C1...C7，并且代表垂直于传输方向的区域。应注意，使用图17的装置，可通过从阵列51和阵列52二者中选择的选定的检测单元的组合来提供这些信号。沿着x轴的值可代表时间（如在图11至图13中描绘的曲线图中示出的），或者可基于已知行进速度直接转换为在平行于钞票传输的方向上的距离（即片状票证的长度）。输出信号（可以是电压或电流）中的峰可由阴影代表。在该实施例中，通道C1...C7中的每一个都检测厚度的第一变化（在70处指示）。所述变化在所有七个通道中被同时检测到这个事实指示，厚度变化出现在跨越传输路径的整个宽度上，并且很可能代表，例如，片状票证S的前边缘或诸如安全线等特征。所遇到的下一个特征（在71处指示）仅被通道C2至C5检测到。在每个通道中，第一峰代表厚度增大（或减小）的区域的前边缘，第二峰指示所述区域的结束。七个通道中仅有四个通道出现峰提供了关于特征71垂直于行进方向的位置和范围的信息。类似地，特征72（由通道C5和C6中的对应于其前边缘和后边缘的峰代表）指示了又一个厚度增大（或减小）的区域。
如虚线示出的，可推测在该实施例中特征70、71和72对应于图2中示出的钞票的安全线、条带和全息图。因而，这样的特征的位置和范围可被用作决定所述票证是否为真和/或是否适于重新流通的基础。
图19中示出的图也对应于图2中的票证，但是在此输出信号已被积分。因而，阴影的程度代表实际厚度或厚度变化。这样，容易表达特征70’、71’和72’的位置、范围和厚度。
例如图18和图19中示出的图可经由监视器或打印机输出至操作者，或者可与适当存储器中存储的针对一个或多个已知票证类型的预定图进行比较。这可被用作，例如，鉴定或度量面额处理的一部分。

Claims (48)

1.一种用于检测票证传输路径上的片状票证的厚度的片材厚度检测装置，所述装置包括：
第一检测器单元，其具有与所述票证传输路径邻近的片状票证接触点，所述检测器单元包括压电元件，所述压电元件的第一部分相对于所述票证传输路径被固定，并且所述压电元件被布置为使得当片状票证沿着所述票证传输路径穿过所述检测器单元时，所述片状票证与所述片状票证接触点之间的接触造成所述压电元件的第二部分相对于所述压电元件的第一部分发生挠曲；以及
感测电路，其连接至所述压电元件，用于基于所述压电元件在挠曲时生成的电荷来输出电信号，所输出的信号与所述片状票证的厚度相关。
2.根据权利要求1所述的片材厚度检测装置，其中所述片状票证接触点由所述压电元件的第二部分提供，所述压电元件的第二部分被布置为在使用中被片状票证直接接触。
3.根据权利要求1所述的片材厚度检测装置，其中所述第一检测器单元还包括具有接触表面的中介组件，所述接触表面相对于所述票证传输路径被可移动地安装，并且所述接触表面被布置为在使用中被片状票证接触从而提供所述片状票证接触点，所述中介组件适于将所述接触表面的移动传递至所述压电元件的第二部分。
4.根据权利要求3所述的片材厚度检测装置，其中所述中介组件包括在所述票证传输路径与所述压电元件之间部署的可移动地安装的接触构件，所述接触构件的与所述票证传输路径邻近的第一区域提供所述接触表面，并且所述接触构件的第二区域接触所述压电元件的第二部分，从而将所述接触构件的移动传递至所述压电元件的第二部分。
5.根据权利要求4所述的片材厚度检测装置，其中所述接触构件相对于所述票证传输路径是可枢转地安装的。
6.根据权利要求3至5中任一所述的片材厚度检测装置，其中所述压电元件的第二部分被联接至所述中介组件。
7.根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，其中所述第一检测器单元适于将所述片状票证接触点驱向所述票证传输路径。
8.根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，其中所述检测器单元与所述票证传输路径的固定参考表面对置，在使用中在所述固定参考表面与所述票证接触点之间传送的片状票证造成所述压电元件挠曲。
9.根据权利要求8所述的片材厚度检测装置，其中所述片状票证接触点被布置为在没有片状票证的情况下接触所述参考表面。
10.根据权利要求1至7中任一所述的片材厚度检测装置，还包括如权利要求1至7中任一所限定的第二检测器单元，所述第二检测器单元被布置在所述票证传输路径的与所述第一检测器单元对立的一侧，使得所述第一检测器单元的片状票证接触点与所述第二检测器单元的片状票证接触点对置，所述票证传输路径穿过它们之间，并且所述感测电路还被连接至所述第二检测器单元的压电元件，从而基于由所述第一压电元件和/或所述第二压电元件生成的电荷来输出一个或多个电信号。
11.根据权利要求10所述的片材厚度检测装置，其中在没有片状票证的情况下，所述第一检测器单元的片状票证接触点和所述第二检测器单元的片状票证接触点被布置为彼此接触。
12.根据权利要求10或11所述的片材厚度检测装置，其中当片状票证穿过时，所述第一压电元件和所述第二压电元件被布置为以相反方向挠曲，并且所述感测电路适于对由所述第一检测器单元的压电元件和所述第二检测器单元的压电元件生成的电信号求和。
13.根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，其中所述压电元件或每个压电元件包括至少一层从所述元件的第一部分延伸至第二部分的压电材料，并且优选地还包括布置在这层压电材料的至少一部分上的保护性覆盖层。
14.根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，其中所述压电元件或每个压电元件是细长的，所述压电元件的第一部分包括所述元件的第一端部，并且所述压电元件的第二部分包括所述元件的第二端部，即远端。
15.根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，其中所述压电元件或每个压电元件被布置为在由片状票证的穿过造成挠曲时经受弯曲和/或扭曲。
16.根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，其中所述压电元件是平面的，它的厚度远小于它的至少一个横向尺度。
17.根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，其中所述压电元件包括聚合压电材料，优选地为压电聚偏氟乙烯，或陶瓷压电材料，优选地为锆钛酸铅（PZT）。
18.根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，其中所述感测电路输出的信号对应于所述压电元件在挠曲时生成的电压或电流。
19.根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，其中所述感测电路还包括积分器，所述积分器适于在时间上对所述压电元件生成的信号进行积分，使得所述感测电路输出的信号对应于所述片状票证的厚度。
20.根据权利要求19所述的片材厚度检测装置，其中所述积分器包括模拟积分电路，优选地包括积分放大器。
21.根据权利要求19所述的片材厚度检测装置，其中所述积分器包括：模数转换器，其被布置为对所述压电元件生成的信号进行采样；以及，处理器，其适于从所采样的信号计算积分。
22.根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，还包括如下的处理器，所述处理器适于：基于所输出的信号以及对所述片状票证穿过所述检测器单元的速度的认识，生成所述片状票证沿着平行于穿过方向的维度的厚度轮廓。
23.根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，还包括传输组件，所述传输组件被布置为沿着所述票证传输路径将片状票证传送穿过所述检测器单元。
24.一种二维片材厚度检测组件，其包括多个根据任一前述权利要求所述的片材厚度检测装置，相应的片状票证接触点彼此横向间隔开，使得来自每个相应的感测电路的输出信号与片状票证的对应的横向间隔开的区域的厚度相关。
25.根据权利要求24所述的组件，其中所述多个片状票证接触点在基本垂直于所述片状票证的穿过方向的方向上彼此横向间隔开。
26.根据权利要求24或25所述的组件，包括第一阵列的片材厚度检测装置，其在基本垂直于所述片状票证的穿过方向的方向上延伸经过所述片状票证路径的至少一部分。
27.根据权利要求26所述的组件，还包括第二阵列的片材厚度检测装置，其在票证传输方向上与所述第一阵列间隔开，并且在基本垂直于所述片状票证的穿过方向的方向上延伸经过所述片状票证路径的宽度的至少一部分，所述第二阵列在基本垂直于所述片状票证的穿过方向的方向上与所述第一阵列偏置。
28.根据权利要求27所述的组件，其中所述第一阵列的片材厚度检测装置和所述第二阵列的片材厚度检测装置中的每个阵列的延伸都小于所述片状票证路径的全宽，并且所述组件还包括与对应的阵列协调部署的第一票证传输模块和第二票证传输模块。
29.根据权利要求25至28中任一所述的组件，还包括如下的处理器，所述处理器适于：基于所输出的信号中的至少一些、对应的检测器单元的相对位置以及对所述片状票证穿过所述参考表面与所述检测器单元之间的速度的认识，生成片状票证的至少一部分的厚度的二维空间图。
30.根据任一前述权利要求所述的装置或组件，还包括如下的处理器，所述处理器适于：将所输出的信号或所生成的二维空间图与对应于已知片状票证的至少一个预定的信号轮廓或图进行比较，从而确定所检测的片状票证与所述已知片状票证之间的相似水平。
31.一种片状票证处置装置，包括：输入模块，其用于将片状票证送入所述装置；票证传输组件，其用于沿着票证传输路径将片状票证从所述输入模块传送至输出模块；以及，根据权利要求1至23中任一所述的片材厚度检测装置或者根据权利要求24至30中任一所述的二维片材厚度检测组件，其被配置为检测所述票证传输路径上的片状票证的厚度。
32.一种用于检测票证传输路径上的片状票证的厚度的方法，包括：
沿着所述票证传输路径将片状票证传送穿过第一检测器单元，所述第一检测器单元具有与所述票证传输路径邻近的片状票证接触点，所述检测器单元包括压电元件，所述压电元件的第一部分相对于所述票证传输路径被固定，所述片状票证与所述片状票证接触点之间的接触造成所述压电元件的第二部分相对于所述压电元件的第一部分发生挠曲；以及
基于所述压电元件在挠曲时生成的电荷，经由感测电路来输出电信号，所输出的信号与所述片状票证的厚度相关。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述片状票证接触点由所述压电元件的第二部分提供，使得当所述片状票证穿过所述检测器单元时，所述片状票证与所述压电元件的第二部分直接接触，从而造成所述压电元件挠曲。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述片状票证接触点由中介组件的接触表面提供，所述中介组件被设置在所述至少一个检测器单元中，所述接触表面相对于所述票证传输路径被可移动地安装，从而当所述片状票证穿过所述检测器单元时，所述片状票证造成所述接触表面移动，所述中介组件将所述接触表面的移动传递至所述压电元件的第二部分。
35.根据权利要求34所述的方法，其中通过在所述票证传输路径与所述压电元件之间部署的可移动地安装的接触构件，将所述接触表面的移动传递至所述压电元件的第二区域，所述接触构件的与所述票证传输路径邻近的第一区域提供所述接触表面，并且所述接触构件的第二区域接触所述压电元件的第二部分。
36.根据权利要求32至35中任一所述的方法，其中根据权利要求32至35中任一所限定的第二检测器单元被布置在所述票证传输路径的与所述第一检测器单元对立的一侧，使得所述第一检测器单元的片状票证接触点与所述第二检测器单元的片状票证接触点对置，从而沿着所述票证传输路径在所述第一检测器单元与第二检测器单元之间传送所述片状票证，造成所述第一压电元件和/或所述第二压电元件挠曲，由所述第一压电元件和/或所述第二压电元件生成所输出的电信号。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括：基于由所述第一检测器单元的压电元件和所述第二检测器单元的压电元件生成的电荷来输出所述电信号的总和。
38.根据权利要求32至37中任一所述的方法，其中所述压电元件或每个压电元件是细长的，所述压电元件的第一部分包括所述元件的第一端部，并且所述压电元件的第二部分包括所述元件的第二端部，即远端。
39.根据权利要求32至38中任一所述的方法，其中所述压电元件或每个压电元件在由片状票证的穿过造成挠曲时经受弯曲和/或扭曲。
40.根据权利要求32至39中任一所述的方法，其中所述感测电路输出的信号对应于所述压电元件或每个压电元件在挠曲时生成的电压或电流。
41.根据权利要求32至40中任一所述的方法，还包括在时间上对由所述压电元件或每个压电元件生成的信号进行积分，使得所述感测电路输出的信号对应于所述片状票证的厚度。
42.根据权利要求41所述的方法，其中使用模拟积分电路来执行积分，优选地使用积分放大器来执行积分。
43.根据权利要求41所述的方法，其中使用被布置为对所述压电元件生成的信号进行采样的模数转换器来执行积分，并且使用处理器从所采样的信号计算积分。
44.根据权利要求32至43中任一所述的方法，还包括：基于所输出的信号以及对所述片状票证穿过所述检测器单元之间的速度的认识，生成所述片状票证沿着平行于穿过方向的维度的厚度轮廓。
45.根据权利要求32至44中任一所述的方法，其中将所述片状票证传送穿过多个第一检测单元和/或多个第二检测单元，所述多个第一检测单元和/或多个第二检测单元彼此横向间隔开并且被连接至对应的多个感测电路，所述方法还包括：基于所述压电元件在挠曲时生成的电荷，经由相应的感测电路来输出所述电信号，所输出的信号与所述片状票证的对应的横向间隔开的区域的厚度相关。
46.根据权利要求45所述的方法，还包括：基于所输出的信号中的至少一些、对应的检测器单元的相对位置以及对所述片状票证穿过所述参考表面与所述检测器单元之间的速度的认识，生成所述片状票证的至少一部分的厚度的二维空间图。
47.根据权利要求32至46中任一所述的方法，还包括：将所输出的信号或所生成的二维空间图与对应于已知片状票证的至少一个预定的信号轮廓或图进行比较，从而确定所检测的片状票证与所述已知片状票证之间的相似水平。
48.根据权利要求32至47中任一所述的方法，其中所述片状票证是有价票证，优选地是钞票、支票、凭证、护照或身份证。
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