CN105321254B - 检测被测物体厚度的设备、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测被测物体厚度的设备、方法及装置。其中，该设备包括：平行板电容包括对应设置的带电电极和检出电极对；采样装置，与检出电极对连接，用于在被测物体从带电电极与检出电极对之间通过时，采样检出电极对的两个电压信号；处理装置，与采样装置连接，用于基于两个电压信号确定被测物体的厚度。通过本发明，解决了现有技术无法准确检测物体厚度的技术问题，从而能够准确检测出物体的厚度，以判断出物体上是否有异物，且该设备具有体积小和重量轻的特点。

Description

检测被测物体厚度的设备、方法及装置

技术领域

本发明涉及厚度检测领域，具体而言，涉及一种检测被测物体厚度的设备、方法及装置。

背景技术

在纸币鉴伪领域，点钞机、验钞机、清分机可以通过各种手段对纸币真伪进行鉴别，在鉴别纸币真伪的同时，也对纸币的厚度进行在线测量，然而当纸币上贴有异物，特别是透明胶带时，通过光和磁的检测手段往往不能准确判断出纸币上是否贴有异物。

为了能够根据对纸币厚度的准确检测判断出纸币上是否贴有异物，目前普遍所采用的是接触式方法，即纸币通过压轮，压轮产生位移带动霍尔元件磁场的变化，该磁场的变化转换为电压的变化，在被检测纸币上可能有不同种类的异物或者无异物的各种的情况下，纸币的厚度不同，基于对应的检测到的电压的变化不同，确定纸币厚度，以判断纸币上是否有异物，从而达到准确检测纸币厚度，并准确判断出纸币上是否贴有异物的目的。但是该方法需使用庞大的机械设备进行检测，并且该机械设备中的压轮在生产和使用过程中存在一定的误差，无法保证其形状为规则的圆形，因此可能导致对纸币厚度的检测结果不正确，并且该机械设备存在体积大，成本高、安装、调试不方便等缺点。

针对现有技术无法准确检测物体厚度的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种检测被测物体厚度的设备、方法及装置，以至少解决现有技术无法准确检测物体厚度的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种检测被测物体厚度的设备，该设备包括：平行板电容包括对应设置的带电电极和检出电极对；采样装置，与检出电极对连接，用于在被测物体从带电电极与检出电极对之间通过时，采样检出电极对的两个电压信号；处理装置，与采样装置连接，用于基于两个电压信号确定被测物体的厚度。

进一步地，处理装置包括：差分放大电路，与采样装置连接，用于将两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；模数转换器，与差分放大电路连接，用于将差分放大信号转换为脉冲数字信号；数据处理器，与模数转换器连接，用于基于脉冲数字信号生成用于表示被测物体厚度的可视化数据。

进一步地，设备还包括：传感器，与控制器连接，用于采集设备当前的环境温湿度；存储器；控制器，分别与存储器和差分放大电路连接，用于从存储器中读取与当前的环境温湿度对应的修正参数，并使用修正参数修正差分放大信号。

进一步地，控制器，与存储器连接，用于基于存储器中存储的当前连接的检出电极对的补正电压数据，确定差分放大电路的基准电压数据；设备还包括：数模转换器，分别与控制器和差分放大电路连接，用于将基准电压数据转换为模拟基准信号。

进一步地，检出电极对为多个，各个检出电极对与带电电极对应设置，采样装置包括：采样电路；移位开关，与采样电路连接，用于依次连接各个检出电极对与采样电路。

进一步地，移位开关包括：移位寄存器或MOS开关。

进一步地，带电电极的带电方式为直流带电或脉冲带电。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种检测被测物体厚度的方法，该方法包括：在被测物体从平行板电容的带电电极与检出电极对之间通过时，采样检出电极对的两个电压信号；基于两个电压信号确定被测物体的厚度。

进一步地，基于两个电压信号确定被测物体的厚度包括：通过差分放大电路将两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；将差分放大信号转换为脉冲数字信号；基于脉冲数字信号生成被测物体的可视化数据。

进一步地，基于脉冲数字信号生成被测物体的可视化数据包括：在未检测到脉冲数字信号的峰值之前，保持当前可视化数据的值；在检测到脉冲数字信号的峰值的情况下，计算峰值与标准值的差值；按照预设缩放比例，对差值进行缩放处理，得到缩放数据；计算当前可视化数据和缩放数据的和，得到峰值对应的可视化数据，其中，标准值为预先确定的脉冲数字信号的起始值。

进一步地，检出电极对为多个，其中，采样检出电极对的两个电压信号包括：依次采样当前与采样装置连接的检出电极对的两个电压信号；基于脉冲数字信号生成被测物体的可视化数据包括：将各个检出电极对所采集的被测物体可视化数据融合，得到融合数据；生成融合数据对应的灰度图像。

进一步地，在被测物体从带电电极与多个检出电极对之间通过之前，方法还包括：获取差分放大电路的输出电压，并获取差分放大电路的标准输出电压；计算输出电压与标准输出电压的差值，得到检出电极对的电压偏差；计算标准输出电压与电压偏差的和，得到检出电极对的补正电压；将补正电压保存入存储器，在通过差分放大电路将两个电压信号进行差分放大之前，方法还包括：获取当前采样的检出电极对的补正电压；将该当前采样的检出电极对的补正电压设置为差分放大电路的基准电压。

进一步地，在得到差分放大信号之后，方法还包括：检测当前的环境温湿度；从存储器中读取与当前的环境温湿度对应的修正参数；使用该修正参数修正差分放大信号。

根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种检测被测物体厚度的装置，该装置包括：采样单元，用于在被测物体从平行板电容的带电电极与检出电极对之间通过时，采样检出电极对的两个电压信号；确定单元，用于基于两个电压信号确定被测物体的厚度。

进一步地，确定单元包括：差分放大模块，用于通过差分放大电路将两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；转换模块，用于将差分放大信号转换为脉冲数字信号；生成模块，用于基于脉冲数字信号生成被测物体的可视化数据。

进一步地，生成模块包括：第一生成子模块，用于在未检测到脉冲数字信号的峰值之前，保持当前可视化数据的值；计算子模块，用于在检测到脉冲数字信号的峰值的情况下，计算峰值与标准值的差值；按照预设缩放比例，对差值进行缩放处理，得到缩放数据；计算当前可视化数据和缩放数据的和，得到峰值对应的可视化数据，其中，标准值为预先确定的脉冲数字信号的起始值。

进一步地，检出电极对为多个，其中，采样单元包括：依次采样模块，用于依次采样当前与采样装置连接的检出电极对的两个电压信号；生成模块包括：融合子模块，用于将各个检出电极对所采集的被测物体可视化数据融合，得到融合数据；第二生成子模块，用于生成融合数据对应的灰度图像。

在本发明实施例中，当被测物体从检出电极对与带电电极对之间通过物体时，检出电极对的两个检出电极的电压信号发生变化，采样装置采样该两个电压信号，处理装置对采样装置采样的检出电极对的该两个电压信号进行处理，得到用于表示物体厚度的数据。采用上述实施例，利用本发明通过平行板电容原理，在被测物体通过平行板之间时，根据两极板间的电压变化信号确定被测物体的厚度，解决了现有技术无法准确检测物体厚度的技术问题，从而能够准确检测出物体的厚度，以判断出物体上是否有异物，且上述实施例的检测被测物体厚度的设备具有体积小和重量轻的特点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种检测被测物体厚度的设备的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的检测被测物体厚度的设备的示意图；

图3是根据本发明实施例的另一种可选的检测被测物体厚度的设备的示意图；

图4是根据本发明实施例的又一种可选的检测被测物体厚度的设备的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种检测被测物体厚度的方法的流程图；

图6是根据本发明实施例的一种确定差分放大电路的基准电压数据的示意图；

图7是根据本发明实施例的一种确定被测物体厚度的可视化数据的示意图；

图8是根据本发明实施例的一种检测被测物体厚度的装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

图1是根据本发明实施例的一种检测被测物体厚度的设备的示意图，如图1所示，该设备可以包括：平行板电容10、采样装置30以及处理装置50。

其中，平行板电容10包括对应设置的带电电极11和检出电极对。如图1中的检出电极12和检出电极13组成一个检出电极对。

采样装置30，与检出电极对连接，用于在被测物体从带电电极与检出电极对之间通过时，采样检出电极对的两个电压信号。

处理装置50，与采样装置连接，用于基于两个电压信号确定被测物体的厚度。

采用本发明实施例，当被测物体从检出电极对与带电电极对之间通过物体时，检出电极对的两个检出电极的电压信号发生变化，采样装置采样该两个电压信号，处理装置对采样装置采样的检出电极对的该两个电压信号进行处理，得到用于表示物体厚度的数据。采用上述实施例，利用本发明通过平行板电容原理，在被测物体通过平行板之间时，根据两极板间的电压变化信号确定被测物体的厚度，解决了现有技术无法准确检测物体厚度的问题，从而能够准确检测出物体的厚度，以判断出物体上是否有异物，且上述实施例的检测被测物体厚度的设备具有体积小和重量轻的特点。

具体地，检出电极对与带电电极形成平行板电容，当平行板电容之间介质常数变化时(如物体通过时)，两极板间的电压信号会发生变化，通过该发生变化的电压信号可以确定被测物体的介质性质和厚度。

可选的，检出电极的大小可以根据检测分辨率和感度不同而有所不同；带电电极为一个面积较大的平面电极，其面积至少要覆盖住对应设置的检出电极对，带电电极的带电电压大小可以根据被测物体和后续电路检测效果进行调整。

可选地，带电电极的带电方式可以为直流带电或脉冲带电。

如图2所示的实施例中，处理装置50可以包括：差分放大电路51，与采样装置连接，用于将两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；模数转换器53，与差分放大电路连接，用于将差分放大信号转换为脉冲数字信号；数据处理器55，与模数转换器连接，用于基于脉冲数字信号生成用于表示被测物体厚度的可视化数据。

可选地，差分放大电路可以包括前级全差分放大电路和后续一级或多级放大电路。差分放大电路将采样装置采样的两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号。

在一种可选的实施例中，差分放大电路包括前级全差分放大电路和两级放大电路，差分放大电路的供电电源的电压记为U，两级放大电路的参考基准电压可以固定为电源电压中间值U/2，差分放大电路的输出信号的幅值可以在U/2±u的范围内。

可选地，模数转换器可以是通用的串行模数转换器(精度可以为8位)，通过该模式转换器可以将差分放大信号(如上述的幅值范围U/2±u的模拟电压)转换为0至255的数字信号。

可选地，数据处理器可以是FPGA(Field-Programmable Gate Aeeay，即现场可编辑门阵列)、ARM(Advanced RISC Machines，简称ARM处理器)、DSP(Digital signalprocessing，即数字信号处理器)。数据处理器可以对转换后的数字信号进行分析处理，生成代表被测物体厚度的可视化数据，可视化数据的数值范围可以为0至255，即基于该可视化数据得到可视化视图，该可视化视图利用可视化数据的数值(如255个等级的数值)表示物体的厚度等级(如灰度等级)，数值越大，则表示代表物体厚度的图像越明亮，即物体的厚度越厚。

在本发明的上述实施例中，检出电极对可以为多个，各个检出电极对与带电电极对应设置，如图3所示，采样装置30可以包括：采样电路31；移位开关33，与采样电路连接，用于依次连接各个检出电极对与采样电路。

可选地，移位开关可以包括：移位寄存器或MOS开关。

具体地，检出电极间隔一定距离平置于带电电极对面，与带电电极形成平行板电容，检出电极为复数个、成对分布的，互相独立的两行多列电极，每一列的两个检出电极组成检出电极对，带电电极的面积至少要覆盖住对应设置的全部检出电极。采样装置通过移位开关与检出电极对连接，依次将各个检出电极对的电压信号接通到差分放大电路。

可选地，采样装置可以具有复位功能，能够定时消除各个检出电极对多余的电荷。采样装置还可以包括驱动电路，用于将各个检出电极对的电压信号输送到下一单元(即差分放大电路)。

具体地，采样装置的采样开关按照一定的顺序依次选择各个检出电极对的其中一对与采样电路连接，通过采样电路采集当前与采样电路连接的检出电极对的两个电压信号。

可选地，差分放大电路将两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号，模数转换器将差分放大信号转换为数字信号，数据处理器对该数字信号进行分析处理，得到代表被测物体厚度的可视化数据。采样电路依次采样各个检出电极对的电压信号，并通过差分放大电路、模数转换器和数据处理器分时处理各个检出电极对的电压信号，得到多个检出电极对的一系列可视化数据，然后通过对一系列可视化数据进行绘图处理，得到代表被测物体厚度的灰度等级图像。

在本发明的上述实施例中，如图3所示，控制器70，与存储器80连接，用于基于存储器中存储的当前连接的检出电极对的补正电压数据，确定差分放大电路的基准电压数据；该设备还可以包括：数模转换器90，分别与控制器和差分放大电路连接，用于将基准电压数据转换为模拟基准信号。

可选地，厚度可视化装置(即该实施例的检测被测物体厚度的设备)还可以包括存储器和数模转换器，用于将存储器存储的检出电极对的补正电压数据模拟化后作为差分放大电路的基准电压。

可选地，上述的差分放大电路中的后续一级或多级放大电路的每一级基准电压可由控制器进行调整。

具体地，控制器从存储器中获取检出电极对的补正电压数据，配合采样装置，将数模转换器转换后的模拟基准信号作为对应的检出电极对后续差分放大电路的基准电压，从而修正初始状态时检出电极对上的两个电压偏差。

具体地，当需要得到高精度的厚度可视化数据时，无物体通过状态下的检出电极对的两个电极的不对称性便不可忽略，这种不对称性(即检出电极对的电压偏差)经过差分放大电路放大后使输出电压偏离标准输出电压。数据处理器计算出偏离值和标准输出电压的矢量和，得到该检出电极对的补正电压(即上述的从存储器中获取的检出电极对的补正电压数据)，并将该补正电压设置为该检出电极对后续的差分放大电路的基准电压。

如图3所示，在图2的基础上增加存储器和数模转换器，存储器存储各个检出电极对后续的差分放大电路的基准电压的数字化值(即上述的补正电压数据)，数模转换器将存储器中存储的数字化值转换为模拟值作为差分放大电路的基准电压，从而消除检出电极对的两个电压的微小差异，使检出电极对下无物体通过或者通过相同厚度物体时，差分放大电路的输出电压为标准输出电压，使该检测被测物体厚度的设备更为精确。

在本发明的上述实施例中，如图4所示，该设备还可以包括：传感器100，与控制器连接，用于采集设备当前的环境温湿度；存储器80；控制器70，分别与存储器和差分放大电路连接，用于从存储器中读取与当前的环境温湿度对应的修正参数，并使用修正参数修正差分放大信号。

可选地，该设备还可以包括温度湿度补正单元，用于校正由于环境温度和环境湿度造成的被测物体的厚度偏差。如图4所示，在图3的基础上增加温度湿度检测单元(即上述的传感器100)。当检测同一物体时，检出电极对下相同的物质厚度差在不同的温度湿度条件下经过差分放大电路之后，输出的相应峰值也不同；经过大量实验采样数据，得出不同温度湿度相对于标准温度湿度环境下的修正参数，并将修正参数存储在存储器中。当开始检测被测物体时，首先由温度湿度检测单元确定周围环境的温度湿度，控制器根据温度湿度检测结果选用存储器中适当的修正参数，并使用修正参数修正差分放大信号。在检测被测物体的过程中，温度湿度检测单元不停检测周围环境变化，并将检测到的环境温湿度数据输入给控制器，控制器则根据该环境温湿度从存储器中选择最合适的修正系数，使输出的可视化数据更为精确。

可选地，控制器可以是FPGA、ARM、DSP等微处理器。控制器整体控制整个设备的各单元，使各单元协调工作，连续输出厚度可视化数据。其中，各单元包括：采样装置、差分放大电路、模数转换器以及数据处理器。

在一种可选的应用场景中，通过本发明实施例的检测被测物体厚度的设备检测纸币的厚度，并判断出纸币上是否贴有异物。首先，经过多次试验，可以得到代表纸币厚度的标准可视化数据，标准可视化数据用于表示纸币的标准厚度。采用上述的设备对被测纸币的厚度进行检测，得到代表被测纸币的可视化数据，与标准可视化数据进行对比，当对比结果相同时，则代表被测纸币的厚度为标准厚度，当比较得出被测纸币的可视化数据与标准可视化数据存在差异时，则代表被测纸币上贴有异物。

通过本发明的上述实施例，平行板电容的检出电极对与带电电极之间通过物体时，检出电极对的两个电压信号会发生变化，采样装置依次成对采样检出电极对的电压信号，经差分放大之后由模数转换器将电压信号转换为数字信号，数据处理器根据各单元电路的特点，将具有特定规律的数字信号处理为厚度可视化数据，解决了现有技术无法准确检测物体厚度的问题，从而能够准确检测出物体的厚度，以判断出物体上是否有异物，且上述实施例的检测被测物体厚度的设备具有体积小和重量轻的特点。

实施例2

根据本发明实施例，提供了一种检测被测物体厚度的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图5是根据本发明实施例的检测被测物体厚度的方法的流程图，如图5所示，该方法包括如下步骤：

步骤S501，在被测物体从平行板电容的带电电极与检出电极对之间通过时，采样检出电极对的两个电压信号。

步骤S503，基于两个电压信号确定被测物体的厚度。

采用本发明实施例，通过平行板电容原理，在被测物体从平行板电容的带电电极与检出电极对之间通过时，根据两极板间的电压变化信号确定被测物体的厚度，解决了现有技术无法准确检测物体厚度的问题，从而能够准确检测出物体的厚度，以判断出物体上是否有异物。

具体地，检出电极对与带电电极形成平行板电容，当平行板之间介质常数变化时(如物体通过时)，两极板间的电压信号会发生变化，通过该发生变化的电压信号可以确定被测物体的介质性质和厚度。

可选地，检出电极的大小可以根据检测分辨率和感度不同而有所不同；带电电极为一个面积较大的平面电极，其面积至少要覆盖住对应设置的检出电极，带电电极的带电电压大小可以根据被测物体和后续电路检测效果进行调整。

可选地，带电电极的带电方式可以为直流带电或脉冲带电。

在一种可选的应用场景中，通过本发明实施例的检测被测物体厚度的方法检测纸币的厚度，并判断出纸币上是否贴有异物。首先，经过多次试验，可以得到代表纸币厚度的标准可视化数据，标准可视化数据用于表示纸币的标准厚度。采用上述方法对被测纸币的厚度进行检测，得到代表被测纸币的可视化数据，与标准可视化数据进行对比，当对比结果相同时，则代表被测纸币的厚度为标准厚度，当比较得出被测纸币的可视化数据与标准可视化数据存在差异时，则代表被测纸币上贴有异物。

在本发明的上述实施例中，在被测物体从带电电极与多个检出电极对之间通过之前，方法还包括：获取差分放大电路的输出电压，并获取差分放大电路的标准输出电压；计算输出电压与标准输出电压的差值，得到检出电极对的电压偏差；计算标准输出电压与电压偏差的和，得到检出电极对的补正电压；将补正电压保存入存储器，在通过差分放大电路将两个电压信号进行差分放大之前，方法还包括：获取当前采样的检出电极对的补正电压；将该当前采样的检出电极对的补正电压设置为差分放大电路的基准电压。

具体地，当检出电极对下无物体通过或检出电极对的两个电极下物体厚度相同时，差分放大电路的输出电压值作为差分放大电路的输出中间值，当检出电极对两个电极下的物体厚度不同时，差分放大电路的输出电压值在该中间值上下波动。

优选地，上述中间值通常设置为电源电压的中间值，也即，差分放大电路的标准输出电压可以为电源电压的中间值。

可选地，上述实施例的方法还可以包括差分放大电路的输出中间值补正方法。当需要得到高精度的厚度可视化数据时，无物体通过状态下的检出电极对的两个电极的不对称性便不可忽略，这种不对称性(即检出电极对的电压偏差)经过差分放大电路放大后使输出电压偏离标准输出电压。数据处理器计算出偏离值和标准输出电压的矢量和，得到该检出电极对的补正电压，并将该补正电压设置为该检出电极对后续的差分放大电路的基准电压。

在一种可选的实施例中，检出电极对可以为多对，上述实施例中的采样装置依次采样检出电极对的电压信号的同时，控制器将得到的各个检出电极对的补正电压作为差分放大电路的基准电压，从而消除检出电极对的两个电极之间不对称性造成的偏差。

如图6所示，下面以5个检出电极对为例详述差分放大电路的初始化输出电压(即上述的输出中间值)的补正方法。首先电源电压记为U，则固定差分放大电路的基准电压为电源电压的中间值U/2，相应的差分放大电路的标准输出电压为U/2。在被测物体从带电电极与多个检出电极对之间通过之前，采样此时5个检出电极对的电压信号；由于每个检出电极对的两个电极及电极连接的后续电路不可能完全一样，因此检出电极对的两个电压通常不同，经过差分放大后的初始化输出电压便偏离标准输出电压U/2，对应图6中的实测折线1。数据处理器此时计算每个检出电极对后续的差分放大电路的初始化输出电压相对于标准输出电压的差值Δx＝U/2-Vx(x＝1,2,3,4,5)，然后计算每个检出电极对对应的补正电压Mx＝U/2+Δx(x＝1,2,3,4,5),对应图6中的补正折线2，并将每个检出电极对的补正电压作为后续的差分放大电路的基准电压。当开始检测物体厚度时，配合采样装置，控制器依次提取存储器中存储的各个检出电极对的补正电压，将补正电压进行数模转换后的模拟基准信号作为对应检出电极对后续差分放大电路的基准电压。这样当检出电极对下没有物体通过时，5个检出电极对后续的差分放大电路的初始化输出电压如图6中的标准直线3，即所有检出电极对后续的差分放大电路的初始化输出电压都补正在标准输出电压。

通过上述实施例，采用上述的差分放大电路的输出中间值补正方法，将差分放大后的输出电压都补正在标准输出电压，以消除检出电极对的两个电极之间不对称性造成的偏差，从而得到高精度的厚度可视化数据。

在本发明的上述实施例中，基于两个电压信号确定被测物体的厚度包括：通过差分放大电路将两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；将差分放大信号转换为脉冲数字信号；基于脉冲数字信号生成被测物体的可视化数据。

具体地，基于脉冲数字信号生成被测物体的可视化数据包括：在未检测到脉冲数字信号的峰值之前，保持当前可视化数据的值，生成脉冲数字信号中当前脉冲数据的可视化数据；在检测到脉冲数字信号的峰值的情况下，计算峰值与标准值的差值；按照预设缩放比例，对差值进行缩放处理，得到缩放数据；计算当前可视化数据和缩放数据的和，得到峰值对应的可视化数据，其中，标准值为预先确定的脉冲数字信号的起始值。

在一种可选的实施例中，差分放大电路包括前级全差分放大电路和两级放大电路，电源电压记为U，两级放大电路的参考基准电压固定为电源电压中间值U/2，则差分放大电路的输出幅值为U/2±u。模数转换器为通用的串行模数转换器，将差分放大电路输出的差分放大信号转换为脉冲数字信号，模数转换器的精度为8位，即可以将输入范围U/2±u的模拟电压信号转换为0至255的数字信号。在该实施例中，控制器和数据处理器为FPGA，控制器整体控制各个单元协同工作，各个单元有序地处理检出电极对的电压信号，最终输出厚度可视化数据。

下面结合图7详述被测物体的厚度可视化数据的生成过程。如图7所示，在初始状态下，即检出电极对的两个电极下均没有物体通过的状态，两个电极(如图2中的检出电极12和检出电极13)的电压相同，差分放大电路输出电压为U/2，对应模数转换器输出的数字信号为中间值127(即模数转换器输出的数字信号的起始值)，对应的厚度可视化数据为某一起始值M。当被测物体A开始进入检出电极12与带电电极之间时，检出电极12与带电电极之间的介质不同于检出电极13与带电电极之间的介质，检出电极12和检出电极13上的电压信号便产生差异(假定此时检出电极12上的电压大于检出电极13上的电压)。采样装置采样检出电极12和检出电极13上的两个电压信号，并将两个电压信号输入差分放大电路，得到差分放大信号，差分放大信号经过模数转换器后，得到大于中间值127的数字信号。随着被测物体A完全进入检出电极12与带电电极之间时，检出电极12上的电压达到了该阶段的最高值，即检出电极12与检出电极13之间的电压差值达到正的最大值；随着被测物体A开始进入检出电极13与带电电极之间时，检出电极12与检出电极13之间的正电压差值开始减小，当被测物体A完全进入检出电极13与带电电极之间时，检出电极12和检出电极13与带电电极之间的介质完全一样，检出电极12上的电压和检出电极13上的电压也相同，差分放大电路的输出电压为U/2，对应模数转换器的输出也回到中间值127。该过程中，采样装置不间断地采样该检出电极对的电压信号，经过差分放大电路和模数转换器之后，得出图7中标号为①的正向脉冲，数据处理器判断该正向脉冲的峰值，并计算峰值与中间值的差值，将该差值按照某一固定比例进行缩放处理，得到缩放数据，并计算缩放数据与当前时刻的可视化数据的和，得到该峰值对应的可视化数据，可视化数据的值一直保持不变(如图7中的可视化数据a)，直到数据处理器检测出下一个峰值为止。同样道理，当叠加在被测物体A上的物体B进入检出电极对与带电电极之间时，会出现图7中的正向脉冲②，正向脉冲②出现在正向脉冲①之后，表示通过该检出电极对检测的物体继续变厚；正向脉冲②的峰值大小与物体B的材料和厚度有关。同样计算正向脉冲②的峰值与中间值的差值，将该差值按照某一固定比例进行缩放处理，得到缩放数据，并计算缩放数据与当前时刻的可视化数据的和，得到该峰值对应的可视化数据，可视化数据的值一直保持不变(如图7中的可视化数据b)，直到数据处理器检测出下一个峰值为止。

如图7中的可视化数据b，此时该检出电极对的两个电极下为被测物体A和叠加物体B，检出电极12和检出电极13上的电压信号相同，对应模数转换器输出的数字信号为中间值127。被测物体继续移动，当物体B开始脱离检出电极12，此时检出电极12的电压开始变小，检出电极12与检出电极13之间的电压差值为负值，差分放大电路的输出电压值小于U/2，对应模数转换器输出的数字信号也小于中间值127。当物体B完全脱离检出电极12时，检出电极12和检出电极13之间的电压差值达到负的最大值，对应模数转换器输出的数字信号达到最小值；随后物体B开始脱离检出电极13，检出电极13上的电压开始变小，检出电极12和检出电极13之间的电压差值也变小，对应模数转换单元输出的数字信号开始变大，直到物体B完全脱离检出电极13时，检出电极12和检出电极13之间的电压信号相等，对应模数转换单元输出的数字信号又回到中间值127，形成对应的图7中的负向脉冲③。同样数据处理器判断该负向脉冲③的峰值，并计算峰值与中间值的差值(该差值为负值)，将该差值按照某一固定比例进行缩放处理，得到缩放数据，并计算缩放数据与当前时刻的可视化数据的和，得到该峰值对应的可视化数据，可视化数据的值一直保持不变(如图7中的可视化数据c)，直到下一个负向脉冲④到来；当数据处理器检测到负向脉冲④时，继续计算该负向脉冲④的峰值与中间值的差值(该差值为负值)，将该差值按照某一固定比例进行缩放处理，得到缩放数据，并计算缩放数据与当前时刻的可视化数据的和，得到该峰值对应的可视化数据，可视化数据的值一直保持不变(如图7中的可视化数据d),这样可视化数据又回到了检出电极对下没有物体时的起始值M。

上述的厚度可视化数据的起始值M可以预先设置。

在一种可选的应用场景中，图7被测物体A可以为中间有残缺的纸币，物体B可以为胶带，物体C可以为另一张纸币时，通过上述实施例的方法能够准确检测出胶带和层叠，并生成对应该纸币特性的可视化数据。

在本发明的上述实施例中，检出电极对为多个，其中，采样检出电极对的两个电压信号包括：依次采样当前与采样装置连接的检出电极对的两个电压信号；基于脉冲数字信号生成被测物体的可视化数据包括：将各个检出电极对所采集的被测物体可视化数据融合，得到融合数据；生成融合数据对应的灰度图像。

在一种可选的实施例中，检出电极对可以为多对，采样装置依次采样多个检出电极对的电压信号，按照上述图7详述的生成被测物体的厚度可视化数据的方法分时处理不同检出电极对的电压数据，得到多个检出电极对的一系列可视化数据，然后通过对一系列可视化数据进行绘图处理，生成代表被测物体厚度的灰度等级图像。

通过上述实施例，在得到多个检出电极对的一系列可视化数据之后，生成代表物体厚度的灰度等级图像，从而能够将物体的厚度直观示出，并能够准确判断出物体上的异物。

在本发明的上述实施例中，在得到差分放大信号之后，方法还包括：检测当前的环境温湿度；从存储器中读取与当前的环境温湿度对应的修正参数；使用该修正参数修正差分放大信号。

具体地，当检测同一物体时，检出电极对下相同的物质厚度差在不同的温度湿度条件下经过差分放大电路之后，输出的相应峰值也不同；经过大量实验采样数据，得出不同温度湿度相对于标准温度湿度环境下的修正参数，并将修正参数存储在存储器中。当开始检测被测物体时，首先由温度湿度检测单元确定周围环境的温度湿度，控制器根据温度湿度检测结果选用存储器中适当的修正参数，并使用修正参数修正差分放大信号。

通过上述实施例，在检测被测物体的过程中，温度湿度检测单元不停检测周围环境变化，并通知控制器采用最合适的修正系数，使输出的可视化数据更为精确。

通过本发明的上述实施例，平行板电容的检出电极对与带电电极之间通过物体时，检出电极对的两个电压信号会发生变化，采样装置依次成对采样检出电极对的电压信号，经差分放大之后由模数转换器将电压信号转换为数字信号，数据处理器根据各单元电路的特点，将具有特定规律的数字信号处理为厚度可视化数据，解决了现有技术无法准确检测物体厚度的问题，从而能够准确检测出物体的厚度，以判断出物体上是否有异物。

实施例3

图8是根据本发明实施例的一种检测被测物体厚度的装置的示意图，如图8所示，该装置可以包括：采样单元20和确定单元40。

其中，采样单元20，用于在被测物体从平行板电容的带电电极与检出电极对之间通过时，采样检出电极对的两个电压信号。

确定单元40，用于基于两个电压信号确定被测物体的厚度。

采用本发明实施例，通过平行板电容原理，在被测物体从平行板电容的带电电极与检出电极对之间通过时，根据两极板间的电压变化信号确定被测物体的厚度，解决了现有技术无法准确检测物体厚度的问题，从而能够准确检测出物体的厚度，以判断出物体上是否有异物，且上述实施例的检测被测物体厚度的装置具有体积小和重量轻的特点。

具体地，检出电极对与带电电极形成平行板电容，当平行板之间介质常数变化时(如物体通过时)，两极板间的电压信号会发生变化，通过该发生变化的电压信号可以确定被测物体的介质性质和厚度。

可选地，检出电极的大小可以根据检测分辨率和感度不同而有所不同；带电电极为一个面积较大的平面电极，其面积至少要覆盖住对应设置的检出电极，带电电极的带电电压大小可以根据被测物体和后续电路检测效果进行调整。

可选地，带电电极的带电方式可以为直流带电或脉冲带电。

在一种可选的应用场景中，通过本发明实施例的检测被测物体厚度的方法检测纸币的厚度，并判断出纸币上是否贴有异物。首先，经过多次试验，可以得到代表纸币厚度的标准可视化数据，标准可视化数据用于表示纸币的标准厚度。采用上述方法对被测纸币的厚度进行检测，得到代表被测纸币的可视化数据，与标准可视化数据进行对比，当对比结果相同时，则代表被测纸币的厚度为标准厚度，当比较得出被测纸币的可视化数据与标准可视化数据存在差异时，则代表被测纸币上贴有异物。

在本发明的上述实施例中，确定单元包括：差分放大模块，用于通过差分放大电路将两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；转换模块，用于将差分放大信号转换为脉冲数字信号；生成模块，用于基于脉冲数字信号生成被测物体的可视化数据。

具体地，生成模块包括：第一生成子模块，用于在未检测到脉冲数字信号的峰值之前，保持当前可视化数据的值，生成脉冲数字信号中当前脉冲数据的可视化数据；计算子模块，用于在检测到脉冲数字信号的峰值的情况下，计算峰值与标准值的差值；按照预设缩放比例，对差值进行缩放处理，得到缩放数据；计算当前可视化数据和缩放数据的和，得到峰值对应的可视化数据，其中，标准值为预先确定的脉冲数字信号的起始值。

可选地，差分放大电路将两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号，模数转换器将差分放大信号转换为数字信号，数据处理器对该数字信号进行分析处理，得到代表被测物体厚度的可视化数据。

通过上述实施例，采用生成被测物体的厚度可视化数据的方法分时处理不同检出电极对的电压数据，得到能够表示被测物体的厚度的可视化数据，从而能够准确检测出物体上的异物(如胶带和层叠)。

在本发明的上述实施例中，检出电极对为多个，其中，采样单元包括：依次采样模块，用于依次采样当前与采样装置连接的检出电极对的两个电压信号；生成模块包括：融合子模块，用于将各个检出电极对所采集的被测物体可视化数据融合，得到融合数据；第二生成子模块，用于生成融合数据对应的灰度图像。

在一种可选的实施例中，检出电极对可以为多对，采样装置依次采样各个检出电极对的电压信号，并通过差分放大电路、模数转换器和数据处理器分时处理各个检出电极对的电压信号，得到多个检出电极对的一系列可视化数据，然后通过对一系列可视化数据进行绘图处理，得到代表被测物体厚度的灰度等级图像。

通过上述实施例，在得到多个检出电极对的一系列可视化数据之后，生成代表物体厚度的灰度等级图像，从而能够将物体的厚度直观示出，并能够准确判断出物体上的异物。

通过本发明的上述实施例，平行板电容的检出电极对与带电电极之间通过物体时，检出电极对的两个电压信号会发生变化，采样装置依次成对采样检出电极对的电压信号，经差分放大之后由模数转换器将电压信号转换为数字信号，数据处理器根据各单元电路的特点，将具有特定规律的数字信号处理为厚度可视化数据，解决了现有技术无法准确检测物体厚度的问题，从而能够准确检测出物体的厚度，以判断出物体上是否有异物，且上述实施例的检测被测物体厚度的装置具有体积小和重量轻的特点。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可采样存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种检测被测物体厚度的设备，其特征在于，包括：

平行板电容包括对应设置的带电电极和检出电极对；

采样装置，与所述检出电极对连接，用于在被测物体从所述带电电极与所述检出电极对之间通过时，采样所述检出电极对的两个电压信号；

处理装置，与所述采样装置连接，用于基于所述两个电压信号确定所述被测物体的厚度；

所述采样装置具有复位功能，所述复位功能定时消除各个所述检出电极对多余的电荷；

所述处理装置包括：差分放大电路，与所述采样装置连接，用于将所述两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；

所述设备还包括：

存储器，用于存储当前连接的检出电极对的补正电压数据；

控制器，与所述存储器连接，用于基于所述存储器中存储的所述当前连接的检出电极对的补正电压数据，确定所述差分放大电路的基准电压数据；

其中，带电电极的带电方式可以为直流带电或脉冲带电。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理装置包括：

差分放大电路，与所述采样装置连接，用于将所述两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；

模数转换器，与所述差分放大电路连接，用于将所述差分放大信号转换为脉冲数字信号；

数据处理器，与所述模数转换器连接，用于基于所述脉冲数字信号生成用于表示所述被测物体厚度的可视化数据。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

传感器，与控制器连接，用于采集所述设备当前的环境温湿度；

所述控制器，分别与所述存储器和所述差分放大电路连接，用于从所述存储器中读取所述当前的环境温湿度对应的修正参数，并使用所述修正参数修正所述差分放大信号。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

数模转换器，分别与所述控制器和所述差分放大电路连接，用于将所述基准电压数据转换为模拟基准信号。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检出电极对为多个，各个所述检出电极对与所述带电电极对应设置，所述采样装置包括：

采样电路；

移位开关，与所述采样电路连接，用于依次连接各个所述检出电极对与所述采样电路。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述移位开关包括：移位寄存器或MOS开关。

7.一种检测被测物体厚度的方法，其特征在于，包括：

在被测物体从平行板电容的带电电极与检出电极对之间通过时，采样检出电极对的两个电压信号；

基于所述两个电压信号确定所述被测物体的厚度；

其中，所述检出电极对的多余的电荷通过复位功能定时消除；

基于所述两个电压信号确定所述被测物体的厚度包括：通过差分放大电路将所述两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；

其中，在被测物体从所述带电电极与多个所述检出电极对之间通过之前，所述方法还包括：获取所述差分放大电路的输出电压，并获取所述差分放大电路的标准输出电压；计算所述输出电压与所述标准输出电压的差值，得到所述检出电极对的电压偏差；计算所述标准输出电压与所述电压偏差的和，得到所述检出电极对的补正电压；将所述补正电压保存入存储器，

在通过差分放大电路将所述两个电压信号进行差分放大之前，所述方法还包括：

获取当前采样的检出电极对的补正电压；

将该当前采样的检出电极对的补正电压设置为所述差分放大电路的基准电压；

其中，带电电极的带电方式可以为直流带电或脉冲带电。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于所述两个电压信号确定所述被测物体的厚度包括：

通过差分放大电路将所述两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；

将所述差分放大信号转换为脉冲数字信号；

基于所述脉冲数字信号生成所述被测物体的可视化数据。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，基于所述脉冲数字信号生成所述被测物体的可视化数据包括：

在未检测到所述脉冲数字信号的峰值之前，保持当前可视化数据的值；

在检测到所述脉冲数字信号的峰值的情况下，计算所述峰值与标准值的差值；按照预设缩放比例，对所述差值进行缩放处理，得到缩放数据；计算当前可视化数据和所述缩放数据的和，得到所述峰值对应的可视化数据，其中，所述标准值为预先确定的所述脉冲数字信号的起始值。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检出电极对为多个，其中，

所述采样检出电极对的两个电压信号包括：依次采样当前与采样装置连接的检出电极对的两个电压信号；

基于所述脉冲数字信号生成所述被测物体的可视化数据包括：将各个所述检出电极对所采集的被测物体可视化数据融合，得到融合数据；

生成所述融合数据对应的灰度图像。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在得到差分放大信号之后，所述方法还包括：

检测当前的环境温湿度；

从存储器中读取与所述当前的环境温湿度对应的修正参数；

使用该修正参数修正所述差分放大信号。

12.一种检测被测物体厚度的装置，其特征在于，包括：

采样单元，用于在被测物体从平行板电容的带电电极与检出电极对之间通过时，采样检出电极对的两个电压信号；

确定单元，用于基于所述两个电压信号确定所述被测物体的厚度；

其中，所述检出电极对的多余的电荷通过复位功能定时消除；

所述确定单元包括：

差分放大模块，用于通过差分放大电路将所述两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；

所述装置还包括：

存储单元，用于存储当前连接的检出电极对的补正电压数据；

确定单元，与存储单元连接，用于基于所述存储单元中存储的所述当前连接的检出电极对的补正电压数据，确定所述差分放大电路的基准电压数据；

其中，带电电极的带电方式可以为直流带电或脉冲带电。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述确定单元包括：

差分放大模块，用于通过差分放大电路将所述两个电压信号进行差分放大，得到差分放大信号；

转换模块，用于将所述差分放大信号转换为脉冲数字信号；

生成模块，用于基于所述脉冲数字信号生成所述被测物体的可视化数据。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述生成模块包括：

第一生成子模块，用于在未检测到所述脉冲数字信号的峰值之前，保持当前可视化数据的值；

计算子模块，用于在检测到所述脉冲数字信号的峰值的情况下，计算所述峰值与标准值的差值；按照预设缩放比例，对所述差值进行缩放处理，得到缩放数据；计算当前可视化数据和所述缩放数据的和，得到所述峰值对应的可视化数据，其中，所述标准值为预先确定的所述脉冲数字信号的起始值。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述检出电极对为多个，其中，

所述采样单元包括：

依次采样模块，用于依次采样当前与采样装置连接的检出电极对的两个电压信号；

所述生成模块包括：

融合子模块，用于将各个所述检出电极对所采集的被测物体可视化数据融合，得到融合数据；

第二生成子模块，用于生成所述融合数据对应的灰度图像。