CN104390611A - 一种超声波纸张检测系统及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种超声波纸张检测系统，包括：超声波发射单元，包括超声波发射探头阵列，用以发射超声波激励信号；超声波接收单元，包括超声波接收探头阵列，用以接收所述超声波信号并输出超声波响应信号；控制单元，与所述超声波发射单元和所述超声波接收单元相连，控制所述超声波发射单元的发射部位和/或所述超声波接收单元的接收部位，并对超声波接收单元输出的超声波响应信号进行分析运算以检测通过的纸张数目；显示单元，与所述控制单元相连，用以显示纸张通过信息。本发明通过阵列式的多点检测技术，能够对检测目标的各个部分分区域地进行细致全面扫描，有效防止纸张当中夹带或贴附小纸条的现象发生。
Description
技术领域
本发明属于自动化办公技术领域，特别涉及一种阵列式超声波纸张检测系统及应用该检测系统的检测方法。
背景技术
在大宗文件的扫描、复印等自动化处理过程中，如何准确有效地进行重张或多张文件的检测一直是业内人士非常关注的问题。现有的纸张检测技术主要包括红外线检测、电容式检测和超声波检测三种。红外多页检测利用的是红外线穿透物体后剩余的光源强度判定是否重张，但是红外属于光学传感器，检测物体的本身颜色对透光性有着很大的影响力，黑色和白色的纸的透光差别很大，所以产生误报的几率很高。电容式的检测方法是固定距离的两个极性，中间进入不同介质或多层介质来改变输出的电压，缺点是灰尘对电容式的纸厚检测有很大影响。超声波检测是近年来较为常见的纸张检测手段。现有的超声波检测一般均为单点检测，对相同幅面的纸张检测有效，但是对于大小差异悬殊的两页纸张，特别是纸张内夹带小纸条的情况无法识别，特别是试卷扫描过程中，小纸条检测尤为重要，因为集中扫描的工作量非常大，如果扫描过后发现考生试卷的图像被遮挡，再到卷库中查找考场重扫试卷，这对扫描的过程增加了很大的难度，而且考生还有可能通过夹带小纸条、贴标签等方式对试卷进行标记作弊。因此如何解决上述问题就具有特别重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用超声波的纸张检测装置及其检测方法，以期对通过的纸张进行准确全面地检测，杜绝任何部位出现的重张、多张情况。
为达上述目的，本发明公开一种超声波纸张检测系统，包括：
超声波发射单元，包括超声波发射探头阵列，用以发射超声波激励信号；
超声波接收单元，包括超声波接收探头阵列，用以接收所述超声波信号并输出超声波响应信号；
控制单元，与所述超声波发射单元和所述超声波接收单元相连，控制所述超声波发射单元的发射部位和/或所述超声波接收单元的接收部位，并对超声波接收单元输出的超声波响应信号进行分析运算以检测通过的纸张数目；
显示单元，与所述控制单元相连，用以显示纸张通过信息。
根据本发明提出的超声波纸张检测系统，其中，还包括设置电路，根据通过不同的纸张数目时的标准值设定检测阈值，从而确定实际通过的纸张数目。
根据本发明提出的超声波纸张检测系统，其中，控制所述超声波发射单元的发射部位和/或所述超声波接收单元的接收部位，是通过控制超声波发射探头阵列中各个发射探头的工作状态和/或控制超声波接收探头阵列中各个接收探头的工作状态来实现的。
根据本发明提出的超声波纸张检测系统，其中，还包括与所述控制单元相连的发射升压电路，接收所述控制单元传输的超声波脉冲和电源电压，控制所述超声波发射单元发射超声波信号。
根据本发明提出的超声波纸张检测系统，其中，还包括连接在所述超声波接收单元和所述控制单元之间的信号处理电路，用于对所述超声波接收单元输出的超声波信号进行放大和整形之后传送给所述控制单元。
根据本发明提出的超声波纸张检测系统，其中，所述超声波发射探头阵列或所述超声波接收探头阵列的排布为线性阵列、矩形阵列、三角形阵列、多边形阵列其中的任一种。
另外，发明还提供了一种利用上述超声波纸张检测系统进行检测的纸张检测方法，包括以下步骤：
S1:根据超声波信号通过不同数量的纸张时所需的时间确定检测标准；
S2:根据检测标准设定检测阈值；
S3:对通过的纸张进行不同部位的检测，确定通过的纸张张数；
S4:显示纸张通过情况，当出现重张或多张时报警。
根据本发明提出的纸张检测方法，其中，步骤S3中对通过的纸张进行不同部位的检测，是通过控制超声波发射探头阵列中多个发射探头的工作状态和/或控制超声波接收探头阵列中多个接收探头的工作状态来实现的。
根据本发明提出的纸张检测方法，其中，步骤S1中不同数量的纸张包括无纸、单张纸和双张纸的情况。
与现有技术相比，本发明提出的超声波纸张检测系统及其检测方法，能够实现高精度、宽幅面的纸张厚度检查。本发明通过阵列式的多点检测技术，能够对检测目标的各个部分分区域地进行细致全面扫描，有效防止纸张当中夹带或贴附小纸条的现象发生。
附图说明
图1为本发明的超声波纸张检测系统的具体实施例的结构框图；
图2A-图2F为本发明的超声波纸张检测系统中检测阈值的确定过程；
图3为本发明的超声波纸张检测方法的具体实施例的流程图。
具体实施方式
以下结合附图，就本发明上述的和另外的技术特征和优点作进一步地说明。
图1为本发明的超声波纸张检测系统的具体实施例的结构框图。如图1所示，本发明的超声波纸张检测系统的核心控制元件采用FPGA可编程门阵列，用以控制超声波脉冲的发射、接收，并对超声波检测信号进行计算分析，最终得出纸张通过情况的检测结果。FPGA在单位时间内以超声波频率发送一定数量的脉冲，控制MOS管将电源的电压提供给发射升压电路。多个超声波发射探头经由发射升压电路接收到FPGA的超声波脉冲信号后发射超声波信号，与多个超声波发射探头相对设置的是多个超声波接收探头，用以接收多个超声波发射探头发出的超声波得到超声波检测信号。在输送过程中纸张从超声波发射探头和超声波接收探头之间通过，从而本发明的纸张检测系统通过检测纸张厚度来判断通过的纸张张数。
从超声波接收探头输出的超声波检测信号经过信号放大电路的放大和波形整理电路的整形之后被输送至FPGA。此时设置电路已通过按键输入预先设定的检测阈值。FPGA对该超声波检测信号进行计算后与检测阈值进行对比，从而确定通过的纸张数目情况，并经由液晶处理器在液晶屏上显示检测结果。
本发明的超声波纸张检测系统在实施过程中有两个关键点，一是检测部位的设定，二是检测阈值的设定。
本发明中应用的多个超声波发射探头和超声波接收探头为阵列式的排布方式，可根据实际应用情况选择线性阵列、矩形阵列、三角形阵列、多边形阵列等其中的任一种。图1所示的实施例中超声波发射探头和超声波接收探头采用的都是线性阵列方式，每组包括五个线性均匀排列的探头，横向平行固定于纸道上方，每个探头的工作状态可由FPGA单独控制。如，选择每组最左边的两个探头工作，其它探头关闭，则当纸张左侧夹带有小纸条或者贴有长条形标签时就会被检测出来。相应地可根据需要选择不同位置相隔不同距离的探头，从而能够检测纸张中不同区域范围内的纸条夹带情况。当然也可以选择每组只有一个相对应的探头工作，这样也就相当于现有技术中的单点检测方式了。
本发明中的检测阈值是预先设定的，而且由于纸张的薄厚程度不同，阈值范围也相应地有所区别。图2通过时序图的形式详细描述了检测阈值的设定过程。图2A是超声波发射探头发出的超声波脉冲信号，假定5毫秒为一个单位时间，每个时间单位内发射脉冲10次，故每个脉冲的单位时间是50微秒，此时记录发送的第一个脉冲的时间点。图2B、图2C分别为经过放大后的超声波检测信号和经过整形后的超声波检测信号，根据图2A的超声波脉冲信号和图2C的整形后的超声波检测信号，可得到如图2D所示的计时信号，即从发射探头发出超声波脉冲信号到接收探头接收到超声波脉冲信号所需要的时间。本发明就是根据超声波通过不同厚度的纸张时需要不同的时间来设定阈值的。如图2E所示，分别为无纸张、单张纸通过、双张纸通过情况下所得到的计时信号，由图中可知，各信号的时间逐渐延长。图2F为在图2E基础上设置的报警阈值，凡计时信号的范围落到A-B之内的视为重张纸张，进行报警。当然，也可进一步地划分通过三张纸、四张纸的情形，设定更为多样化的阈值，本发明并不限定具体的阈值设定情形。
另外，本发明还提供了一种超声波纸张检测方法，如图3所示，包括如下步骤：
S1:根据超声波信号通过不同数量的纸张时所需的时间确定检测标准；
S2:根据检测标准设定检测阈值；
S3:对通过的纸张进行不同部位的检测，确定通过的纸张张数；
S4:显示纸张通过情况，当出现重张或多张时报警。
其中，步骤S1中不同数量的纸张可包括无纸、单张纸和双张纸的情况。步骤S3中对纸张进行不同部位的检测，是通过控制超声波发射探头阵列中多个发射探头的工作状态和/或控制超声波接收探头阵列中多个接收探头的工作状态来实现的。当纸张在纸道中运行时，操作人员可针对要检测的不同部位控制某些探头关闭，某些探头正常工作，从而能够实现对纸张位置的精准检测。
综上所述，本发明提供的超声波纸张检测系统及其检测方法比起现有的超声波纸张检测技术来对纸张的处理更为细腻全面，且能够对纸张的特殊部位进行单独调节。同时本发明的超声波纸张检测系统及其检测方法采集速度快，采集频率可达200次/s，数据信息从0-9999之间精准显示，且具有较宽的检测范围，适用于A3幅面。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种超声波纸张检测系统，其特征在于，包括：
超声波发射单元，包括超声波发射探头阵列，用以发射超声波激励信号；
超声波接收单元，包括超声波接收探头阵列，用以接收所述超声波信号并输出超声波响应信号；
控制单元，与所述超声波发射单元和所述超声波接收单元相连，控制所述超声波发射单元的发射部位和/或所述超声波接收单元的接收部位，并对超声波接收单元输出的超声波响应信号进行分析运算以检测通过的纸张数目；
显示单元，与所述控制单元相连，用以显示纸张通过信息。
2.根据权利要求1所述的超声波纸张检测系统，其特征在于，还包括设置电路，根据通过不同的纸张数目时的标准值设定检测阈值，从而确定实际通过的纸张数目。
3.根据权利要求1所述的超声波纸张检测系统，其特征在于，控制所述超声波发射单元的发射部位和/或所述超声波接收单元的接收部位，是通过控制超声波发射探头阵列中各个发射探头的工作状态和/或控制超声波接收探头阵列中各个接收探头的工作状态来实现的。
4.根据权利要求1所述的超声波纸张检测系统，其特征在于，还包括与所述控制单元相连的发射升压电路，接收所述控制单元传输的超声波脉冲和电源电压，控制所述超声波发射单元发射超声波信号。
5.根据权利要求1所述的超声波纸张检测系统，其特征在于，还包括连接在所述超声波接收单元和所述控制单元之间的信号处理电路，用于对所述超声波接收单元输出的超声波信号进行放大和整形之后传送给所述控制单元。
6.根据权利要求1所述的超声波纸张检测系统，其特征在于，所述超声波发射探头阵列或所述超声波接收探头阵列的排布为线性阵列、矩形阵列、三角形阵列、多边形阵列其中的任一种。
7.一种利用权利要求1所述的超声波纸张检测系统进行的纸张检测方法，包括以下步骤：
S1:根据超声波信号通过不同数量的纸张时所需的时间确定检测标准；
S2:根据检测标准设定检测阈值；
S3:对通过的纸张进行不同部位的检测，确定通过的纸张张数；
S4:显示纸张通过情况，当出现重张或多张时报警。
8.根据权利要求7所述的纸张检测方法，其特征在于，步骤S3中对通过的纸张进行不同部位的检测，是通过控制超声波发射探头阵列中多个发射探头的工作状态和/或控制超声波接收探头阵列中多个接收探头的工作状态来实现的。
9.根据权利要求7所述的纸张检测方法，其特征在于，步骤S1中不同数量的纸张包括无纸、单张纸和双张纸的情况。
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