CN1187719C - 鉴定专业纸张介电性质的传感器 - Google Patents

Abstract

用于估计钞票纸的介电性质的电容传感器，使用鉴定器通道第一侧上的发送介电极和鉴定器通道相同第一侧上的接收电极。无源电极位于鉴定器通道的对面侧上并与发送和接收电极交叠放置。电处理装置连接到发送和接收电极上并鉴定电极电容耦合中的信号变化。该耦合与通过一侧上的无源电极和另一侧上的发送和接收电极间的纸张的性质直接有关。

Description

鉴定专业纸张介电性质的传感器

发明领域

本发明涉及具有传感器用于鉴定专业纸张介电性质的鉴定器。本发明对纸币鉴定和证券外表鉴定具有特殊应用。

发明背景

设计货币鉴定器以在接受和存储接受的纸币之前接收纸币并移动纸币通过鉴别器通道。纸币可不时地卡在鉴定器中，从而引起问题，特别是对未监控的设备。

卡住鉴定器通常是由于湿或高湿度纸币引起的或由于有时在假钞中发现的高密度纸张引起的。这些情况可被电容传感器识别。

当纸币在电容器电极间经过时，电容器的电容根据纸币介电性质的影响而增加。当在鉴定器中测试具有高或低密度的样品时，将观察到数值的偏差。

水的介电常数几乎比钞票纸的介电常数大十倍多。当我们将钞票纸经过电容器极板之间时，它的电容比干燥的纸张大，纸张越湿，电容越大(与真钞票纸相比)。因此，当鉴定器正在鉴定钞票纸时，电容传感器可确定钞票纸的“湿度”并可被用于鉴定该纸张的真实性。

许多鉴定器被用在诸如自动售货机的通常无人监控的应用中。假钞通常具有高密度，并且如果全部被鉴定器处理，可卡住或损害鉴定器。

在鉴定器中拒绝假钞是重要的，然而，拒绝可卡在鉴定器中或可损害鉴定器的钞票也是重要的。卡住的鉴定器引起操作问题而且也妨碍了用户。

被鉴定器鉴定的纸张的湿度和其它参数的信息对鉴定器的操作是重要的。

自动鉴定器的设计造成自相矛盾的要求。传感器的尺寸应该是小的。应该以其可被放置在鉴定器通道中任何地方的方式对其进行设计。放置在鉴定器通道相对侧的传感器元件间的刚性机械和电连接导致复杂的配置。测量结果不应该随着鉴定器通道中的纸张的摆动而显著变化。对鉴定器来说，还要求拒绝可能卡在鉴定器中的钞票。

1994年3月31的DE 42 32 185A(Chemnitz Textiltech Forsch)公开了一种用于测量纸张的介电性质的系统，其使用一系列提供在该纸张相对侧上的电镀物。遗憾的是，该类型系统是复杂的并且对于要求提供容易地进入鉴定通道的鉴定器遇到了困难。

1982年10月19的美国专利4,355,300(Weber，Harold J.)公开了通过只提供在纸质基底一侧上的电极测量钞票纸的电容或介电性质的系统。遗憾的是，该第二种结构，尽管它简化了钞票鉴定器中的装置，但是由于钞票纸距电极的变化的隔离距离而导致了产生的信号的显著波动。

因此仍然需要提供一种可靠的传感器，用于检测钞票纸的介电性质，其适合于需要进入检测通道的钞票鉴定器的应用。

发明概述

本发明导致一种用于当纸质基底(8)通过鉴定通道(4)时，检测该纸质基底(8)介电性质的设备(2)，所述设备(2)包括：连接到高频信号源(9)的在所述通道(4)第一侧上的发生电极(11)；位于所述通道(4)的所述第一侧上并与所述发生电极(11)隔开的接收电极(12)；位于所述通道(4)的与所述第一侧相对的第二侧上并与所述发生电极(11)和所述接收电极(12)交叠的无源导电电极(13)；所述无源电极(13)形成所述发生电极(11)和所述接收电极(12)的电容耦合的一部分；以及连接到所述发生电极(11)和所述接收电极(12)上的电处理装置(20，21，25)，其针对所述发生电极和所述接收电极(11，12)的电容耦合的变化鉴定其中的信号。

上述设备的实施例中，还包括位于发生电极(11)和接收电极(12)之间的屏蔽电极(14)，所述屏蔽电极(14)连接到电处理装置，并减小发生电极和接收电极(11，12)之间的静电容。

上述设备的实施例中，所述电处理装置(20，21，25)包括锁定探测器(20)，所述电处理装置(20，21，25)用于转换接收电极(12)的高频电压。

上述设备的实施例中，当鉴定通道(4)中没有纸质基底(8)时，发生电极的衰减输出被施加到所述锁定探测器(20)的一个差动输入端并被用作补偿信号。

上述设备的实施例中，电处理装置(20，21，25)位于发生电极和接收电极(11，12)附近的鉴定通道(4)的第一侧上。

上述设备的实施例中，所述设备(2)还包括位于所述发生电极和接收电极(11，12)之间的所述鉴定通道(4)的所述第一侧上的屏蔽电极(14)，该屏蔽电极以减小所述发生电极(11)和所述接收电极(12)之间的静电容的方式连接到所述电处理装置(20，21，25)。

上述设备的实施例中，所述发生电极(11)被提供以频率在50至150MHz范围的交流电压高频信号。

上述设备的实施例中，所述发生电极和所述接收电极(11，12)位于同一平面中，并且所述鉴定通道(4)由介电绝缘材料作成。

上述设备的实施例中，所述无源电极(11)与所述电处理装置(20，21，25)电隔离。

上述设备的实施例中，所述电处理装置(20，21，25)把所述接收电极(12)接收的任何高频信号转换为直流电压，该直流电压提供所述发生电极和接收电极(11，12)之间的电容耦合的量度。

上述设备的实施例中，所述电处理装置(20，21，25)使用直流电压来估算位于所述鉴定通道(4)中的纸质基底(8)的湿度。

上述设备的实施例中，当确定湿度大于一个预定水平时，所述电处理装置(20，21，25)拒绝该纸质基底(8)。

上述设备的实施例中，所述无源电极(13)的尺寸至少是所述发生电极(11)的两倍。

在本发明的实施例中，其中上述设备是货币鉴定器的部件，并且所述纸质基底是纸币。

在本发明优选方面中的电处理装置使用电容的测量，用于确定纸基的湿度，并在确定湿度大于预定程度时拒绝该纸基。它也拒绝相对已知真钞介电特性具有介电特性偏差的干燥假钞。

附图简述

在图中示出了本发明的优选实施方案，其中：

图1是位于鉴定器鉴定通道中的传感器电极系统的透视图；

图2是检测装置的框图；以及

图3是处理检测装置信号的装置的示意图。

优选实施方案详述

货币或纸币鉴定器沿着特定路径移动纸币，假定该纸币是已验收的，典型地在堆积装置中存储纸币。通过鉴定器的通道具有很多沿着那里放置的传感器，用于在纸币经过传感器时鉴定该纸币。各种驱动轮推动纸币从入口进入到鉴定器直到纸币堆积装置。在我们的美国专利5,657,846中示出了所述鉴定器的实施例。

图1示出了电容传感器2，其位于通道4中，为了鉴定，纸币7以箭头8的方向通过该通道。通道4包括由塑料或相似的介电绝缘材料作成的相对的通道壁5和6。通道壁5和6包括其中的开槽，用于接收发生器电极11和接收电极12，以及在通道壁5中的屏蔽电极14。和这些电极直接相对的是位于通道壁6的开槽中的大的平板无源电极13。该平无源电极13直接位于发生器电极11和接收电极12的上方并于它们平行。

无源电极13的尺寸设计成放置在通道壁6中，使得通道壁5上的电极13的投影尺寸覆盖发生器电极11和接收电极12。无源电极的目的在于以被电容的变化直接影响的方式耦合这些电极，该电容由通过电极间的纸币7的介电性质引起。

屏蔽电极14用于减小发生电极11和接收电极12间的直接耦合。

当纸币7沿着通道4输送时，它位于电极之间，因此显著影响电极的电容耦合的大小。通常，纸币是平行于电极11，12和13的，然而，由于纸币的摆动它可能是不平行的。在湿度(net)可允许的情况下，电极间的纸币的精确位置不是关键性的，因为电容主要依靠电极间的纸币的出现，而电极间的纸币的精确位置不是至关重要的。

应当理解图1的检测装置是相当紧凑和结实的，并且不需要硬布线无源电极13到处理电路上。这就简化了电容传感器的电连接，因为鉴定器典型地沿着通道4分离打开，用于传感器的维护，并除去可能卡住的任何纸币。当鉴定器打开时，对于打开的鉴定器，通道的一侧上的元件保持静止，在通道另一侧上的元件移动。在本例情况下，通道壁5可位于鉴定器的静止部件中，因此它与处理电路的电连接是简单和直接的，并且不需要适应为维护而进行的移动。无源电极13位于外壳的移动部件中。

在图2，高频发生器9连接产生电极11，高频发生器的馈送也被提供给锁定探测器20并被用作参考信号。接收电极12连接锁定探测器20的一个差动输入。以电容分压器C1-C2形成的补偿高频信号提供给锁定探测器20的另一差动输入。

屏蔽电极14连接到该系统的接地。由锁定探测器20形成的信号被放大器21放大，并随后被转换为可被中心处理单元25的程序分析的数字信号。在信号的某种电平上，纸币由于具有太高的水分含量而拒绝，否则与真钞的适当标准比较该信号。

图3示出了传感器各种电极的电容和直接联合电极的电处理装置的元件的示意图。C11-12是产生电极11和无源电极12间的电容；C13-12是无源电极13和接收电极12间的电容。从图1可以明白，这些电容是平板电容器的电容。在安装屏蔽电极14的情况中，C11-12小到可被忽略。图3也示出了用于高频发生器9的信号的电容分压器C1，C2，锁定探测器20的输入端的输入电容C和输入有效电阻R。可见，这些电容器形成与发生器9的电容电桥；电桥的输出连接到锁定探测器20的输入。可通过调整电容分压器C1，C2平衡该电桥。

当电桥不平衡时，在锁定探测器20的输出中产生直流电压。由此引起的该电压是电桥的不平衡状态的直接函数。

由于传感器具有小的平板尺寸，电极间的电容是小的，通常不超过10pF。锁定探测器的输入电容是相同的数量级。为得到有用的灵敏度，使用高的发生频率。已确定优选频率的范围在50-150MHz之间。在这些频率时，电桥电容的阻抗小于锁定探测器的输入有效电阻R，因此，输入电阻对电桥的相位和振幅特性只有边际性影响。

应当指出，如果元件C1和C2的缺少没有使锁定探测器20饱和，它们可排除在电路之外。在缺少它们的情况中，可通过变化直流放大器21的输入电压漂移平衡该系统。

当钞票纸通过传感器的电容之间时，C11-13和C13-12的电容增加并且使电容电桥失去平衡。由于钞票纸实际上是位于电容器C11-13和C13-12的恒定场中，平衡差度信号的大小被从鉴定器通道中的摆动该纸张的效果中隔离出去，并且该信号基本上依靠钞票纸的介电性质。因此，通过测量不平衡信号的大小，该系统确定钞票纸的介电性质的真实性。

供给鉴定器的湿钞票纸可卡住输送装置。因此，尽快地估计钞票纸的湿度含量是重要的。水的介电常数大约比干燥钞票纸的介电常数大10倍。如所述，具有高湿度的钞票纸提供高电容并在传感器中产生大信号。因此，输出信号的大小给出了钞票纸的湿度的信息。如果测量的信号太高，该纸币被拒绝。

本领域中的普通技术人员应当明白，在不脱离权利要求中限定的本发明的精神和范围的基础上可作出修改。因此，为确定本发明的范围，应当首先参考权利要求，而不是上述的说明书。

Claims (14)

1.一种用于当纸质基底(8)通过鉴定通道(4)时，检测该纸质基底(8)介电性质的设备(2)，所述设备(2)包括：

连接到高频信号源(9)的在所述通道(4)第一侧上的发生电极(11)；

位于所述通道(4)的所述第一侧上并与所述发生电极(11)隔开的接收电极(12)；

位于所述通道(4)的与所述第一侧相对的第二侧上并与所述发生电极(11)和所述接收电极(12)交叠的无源导电电极(13)；

所述无源电极(13)形成所述发生电极(11)和所述接收电极(12)的电容耦合的一部分；以及

连接到所述发生电极(11)和所述接收电极(12)上的电处理装置(20，21，25)，其针对所述发生电极和所述接收电极(11，12)的电容耦合的变化鉴定其中的信号。

2.如权利要求1的设备，还包括位于发生电极(11)和接收电极(12)之间的屏蔽电极(14)，所述屏蔽电极(14)连接到电处理装置，并减小发生电极和接收电极(11，12)之间的静电容。

3.如权利要求1的设备，其中所述电处理装置(20，21，25)包括锁定探测器(20)，所述电处理装置(20，21，25)用于转换接收电极(12)的高频电压。

4.如权利要求3的设备，其中当鉴定通道(4)中没有纸质基底(8)时，发生电极的衰减输出被施加到所述锁定探测器(20)的一个差动输入端并被用作补偿信号。

5.如权利要求1的设备，其中电处理装置(20，21，25)位于发生电极和接收电极(11，12)附近的鉴定通道(4)的第一侧上。

6.如权利要求3的设备，其中所述设备(2)还包括位于所述发生电极和接收电极(11，12)之间的所述鉴定通道(4)的所述第一侧上的屏蔽电极(14)，该屏蔽电极以减小所述发生电极(11)和所述接收电极(12)之间的静电容的方式连接到所述电处理装置(20，21，25)。

7.如权利要求6的设备，其中所述发生电极(11)被提供以频率在50至150MHz范围的交流电压高频信号。

8.如权利要求1的设备，其中所述发生电极和所述接收电极(11，12)位于同一平面中，并且所述鉴定通道(4)由介电绝缘材料作成。

9.如权利要求8的设备，其中所述无源电极(11)与所述电处理装置(20，21，25)电隔离。

10.如权利要求8的设备，其中所述电处理装置(20，21，25)把所述接收电极(12)接收的任何高频信号转换为直流电压，该直流电压提供所述发生电极和接收电极(11，12)之间的电容耦合的量度。

11.如权利要求10的设备，其中所述电处理装置(20，21，25)使用直流电压来估算位于所述鉴定通道(4)中的纸质基底(8)的湿度。

12.如权利要求11的设备，其中当确定湿度大于一个预定水平时，所述电处理装置(20，21，25)拒绝该纸质基底(8)。

13.如权利要求1的设备，其中所述无源电极(13)的尺寸至少是所述发生电极(11)的两倍。

14.如权利要求1-13中任一项的设备，其中该所述设备是货币鉴定器的部件，并且所述纸质基底是纸币。

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