ES2214008T3 - Sensor para evaluar las propiedades dielectricas de papeles con usos especificos. - Google Patents
Sensor para evaluar las propiedades dielectricas de papeles con usos especificos.Info
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Abstract
Un dispositivo (2) para detectar las propiedades dieléctricas de un sustrato (7) de papel a medida que el sustrato de papel se mueve a través de un canal de evaluación, comprendiendo dicho dispositivo: ¿ un electrodo (11) de generación en un primer lado de dicho canal conectado a una fuente (9) de señal de alta frecuencia; ¿ un electrodo (12) de recepción situado en dicho primer lado de dicho canal y separado con respecto a dicho electrodo de generación; ¿ un electrodo pasivo (13) de conducción situado en un segundo lado de dicho canal, opuesto a dicho primer lado, y durante el funcionamiento en una posición fija con respecto a dicho electrodo de recepción y dicho electrodo generador y en superposición con dicho electrodo de generación y dicho electrodo de recepción; y ¿ un dispositivo (20, 21, 25) de procesamiento electrónico conectado a dicho electrodo de generación y dicho electrodo de recepción que evalúa las señales de los mismos en relación con cambios de los acoplamientos capacitivosde dichos electrodos a través del electrodo pasivo de conducción.
Description
Sensor para evaluar las propiedades dieléctricas
de papeles con usos específicos.
La presente invención se refiere a validadores
que tienen sensores para evaluar propiedades dieléctricas de papeles
especializados. La invención se puede aplicar específicamente en la
evaluación de papel moneda y la evaluación de aspectos de
seguridad.
Los validadores de moneda están diseñados para
recibir un billete de banco y mover el billete de banco a través de
un canal evaluador antes de aceptar y almacenar el billete de banco
aceptado. Ocasionalmente un billete de banco puede llegar a quedar
atascado en el validador lo cual crea problemas, particularmente
para instalaciones no supervisadas.
Frecuentemente el atasco de un validador es
debido a un billete de banco mojado o con un grado de humedad
elevado, o debido al papel de alta densidad que se encuentra a veces
en billetes de banco falsos. Estas condiciones pueden ser
reconocidas por un sensor de condensador.
Cuando el billete pasa entre los electrodos del
condensador, la capacidad del condensador aumenta en concordancia
con el efecto de las propiedades dieléctricas del billete de banco.
Las desviaciones con respecto a este valor serán observadas cuando
las muestras con una densidad mayor o menor se prueben en el
validador.
El agua tiene una constante dieléctrica casi diez
veces mayor que la constante dieléctrica del papel moneda. Cuando el
papel moneda mojado pasa entre las placas del condensador, su
capacidad es mayor que el papel seco, cuanto más mojado el papel,
mayor será la capacidad (en comparación con el papel moneda
auténtico). Por lo tanto, cuando el papel moneda está siendo
evaluado por el validador, el sensor capacitivo puede determinar la
"humedad" del papel moneda y se puede usar para evaluar la
autenticidad del papel.
Muchos validadores se usan en una aplicación
generalmente no supervisada, tal como una máquina expendedora.
Frecuentemente los billetes falsos tienen una densidad elevada y,
si son procesados enteramente por un validador, pueden llegar a
quedar atascados o causar desperfectos en el validador.
En los validadores es importante rechazar
billetes falsos aunque también es importante rechazar billetes que
pueden llegar a quedar atascados en el validador o que pueden
causar desperfectos en el validador. Un validador atascado provoca
problemas para el operario y además frustra al usuario.
Para el funcionamiento del validador es
importante la información sobre la humedad y otros parámetros del
papel evaluado por un validador.
El diseño de validadores automáticos plantea
exigencias contradictorias. El tamaño del sensor debería ser
pequeño. Se debería diseñar de tal manera que se pueda colocar en
cualquier lugar dentro del canal del validador. Las conexiones
mecánicas y eléctricas rígidas entre los elementos del sensor
situados en los lados opuestos del canal del validador conducen a
configuraciones complejas. Los resultados de la medición no
deberían variar significativamente con las ondulaciones del papel
en el canal del validador. También es deseable que el validador
rechace billetes que tienen una alta probabilidad de quedar
atascados en el validador.
El documento DE 42 32 185A (Chemnitz Textiltech
Forsch) del 31 de marzo de 1994 da a conocer un sistema para medir
las propiedades dieléctricas del papel que utiliza una serie de
elementos electrochapados dispuestos en lados opuestos del papel.
Desafortunadamente, este tipo de sistema es complejo y provoca
dificultades con respecto a validadores en los que es deseable
proporcionar un acceso fácil al canal de evaluación.
La patente de Estados Unidos 4.355.300 (Weber,
Harold J.) del 19 de octubre de 1982, da a conocer un sistema para
medir la capacidad o las propiedades dieléctricas de un papel
moneda por medio de electrodos provistos únicamente en un lado del
sustrato de papel. Desafortunadamente, esta segunda estructura,
aunque simplifica la instalación en un validador de moneda, conduce
a fluctuaciones significativas en las señales producidas, debido a
la distancia de separación cambiante del papel moneda con respecto
a los electrodos.
Sigue existiendo una necesidad de proporcionar un
sensor fiable para detectar las propiedades dieléctricas del papel
moneda que además resulte adecuado para aplicaciones de validadores
de moneda en las que se requiere un acceso al canal de moneda.
La presente invención se refiere a un dispositivo
para detectar las propiedades dieléctricas de un sustrato de papel a
medida que el sustrato de papel se mueve a través de un canal de
evaluación, según se describe en la reivindicación 1.
Según un aspecto de la invención, el dispositivo
incluye además un electrodo de apantallamiento situado en el primer
lado del canal y conectado al dispositivo de procesamiento
electrónico de manera que se reduce la capacidad debido al
acoplamiento directo del electrodo de generación y el electrodo de
recepción.
Según otro aspecto de la invención, el electrodo
de generación está provisto de una señal de alta frecuencia de
voltaje alterno.
Según otro aspecto más de la invención, el
electrodo pasivo de conducción no tiene conexión eléctrica con el
dispositivo de procesamiento electrónico.
Según otro aspecto más de la invención, el
dispositivo de procesamiento convierte cualquier señal de alta
frecuencia recibida por el electrodo de recepción en un voltaje
c.c. que proporciona una medida del acoplamiento capacitivo de los
electrodos de generación y recepción que varía notablemente según
el billete de banco.
Según otro aspecto más de la invención, el
dispositivo de procesamiento electrónico utiliza el voltaje c.c.
para estimar la humedad de un sustrato situado en el canal de
evaluación.
El dispositivo de procesamiento electrónico en un
aspecto preferido de la invención usa una medición de la capacidad
para determinar la humedad del sustrato y rechaza el sustrato
cuando la humedad determinada es mayor que un nivel predeterminado.
Además rechaza billetes falsos secos con desviaciones de las
propiedades dieléctricas con respecto a propiedades dieléctricas
conocidas de billetes auténticos.
Unas realizaciones preferidas de la invención se
muestran en los dibujos, en los cuales:
la Figura 1 es una vista en perspectiva del
sistema sensor de electrodos, situado en un canal de evaluación del
validador;
la Figura 2 es el esquema de bloques del
dispositivo sensor; y
la Figura 3 es un esquema del dispositivo para
procesar las señales del dispositivo sensor.
Los validadores de moneda o de billetes de banco
mueven un billete de banco a lo largo de un camino específico y
suponiendo que el billete de banco sea aceptado, típicamente
almacenan el billete de banco en un dispositivo de apilamiento. El
camino a través del validador tiene una serie de sensores situados a
lo largo del mismo para evaluar los billetes de banco a medida que
pasan por el sensor. Varias ruedas accionadoras hacen avanzar el
billete de banco desde la entrada al validador hacia el dispositivo
de apilamiento de billetes de banco. En nuestra patente de los
Estados Unidos 5.657.846 se muestra un ejemplo de un validador de
este tipo.
En la Figura 1 se muestra un sensor capacitivo 2
y éste está situado en el canal 4 a través del cual se hace pasar
el billete 7 de banco para su evaluación en la dirección de la
flecha B. El canal 4 incluye paredes opuestas 5 y 6 del canal que
están realizadas con un material plástico o un material aislante
dieléctrico similar. Las paredes 5 y 6 del canal incluyen ranuras
realizadas en dichas paredes para recibir el electrodo generador 11
y el electrodo 12 de recepción así como el electrodo 14 de
apantallamiento en la pared 5 del canal. Directamente frente a
estos electrodos hay un electrodo pasivo, grande y plano 13 situado
en una ranura en la pared 6 del canal. Este electrodo pasivo plano
13 está situado directamente sobre él y es paralelo al electrodo
generador 11 y al electrodo 12 de recepción.
El electrodo pasivo 13 tiene tales dimensiones y
está situado dentro de las paredes 6 del canal de tal manera que la
proyección del electrodo 13 sobre la pared 5 del canal cubre tanto
el electrodo generador 11 como el electrodo 12 de recepción. El
propósito del electrodo pasivo es acoplar los electrodos de manera
que se vean influidos directamente por el cambio de la capacidad
provocado por las propiedades dieléctricas del billete 7 de banco
al pasar entre los electrodos.
El electrodo 14 de apantallamiento sirve para
reducir el acoplamiento directo entre el electrodo 11 de generación
y el electrodo 12 de recepción.
Cuando el billete 7 de banco es transportado a lo
largo del canal 4, queda situado entre los electrodos, y de este
modo influye sensiblemente en la magnitud del acoplamiento
capacitivo de los electrodos. Generalmente, el billete de banco es
paralelo a los electrodos 11, 12 y 13, no obstante es posible que
sea no paralelo debido a alguna ondulación en el billete de banco.
La posición exacta del billete de banco entre los electrodos no es
crítica ya que la red es tolerable gracias a que la capacidad
depende principalmente de la presencia del billete de banco entre
los electrodos y la ubicación exacta del billete de banco entre los
electrodos no es tan significativa.
Se puede apreciar que el dispositivo sensor de la
Figura 1 es bastante compacto y resistente y no existe ningún
requisito de cableado eléctrico del electrodo pasivo 13 con la
circuitería de procesamiento. Esto simplifica la conexión eléctrica
del sensor de capacidad ya que los validadores se abren típicamente
dividiéndose a lo largo del camino 4 para el mantenimiento de los
sensores y la extracción de cualquier billete de banco que pueda
haber quedado atascado. Con un validador dividido, los componentes
a un lado del camino permanecen fijos y los componentes en el lado
opuesto del camino se mueven cuando el validador se abre. En este
caso, la pared 5 del canal puede estar situada en la parte fija del
validador y por lo tanto, su conexión eléctrica con la circuitería
de procesamiento es sencilla y directa, y no es necesario que
disponga de movimiento para el mantenimiento. El electrodo pasivo
13 está situado en la parte movible del receptáculo.
En la Figura 2, un generador 9 de alta frecuencia
está conectado con el electrodo 11 de generación; la señal
suministrada del generador de alta frecuencia se proporciona
también al detector 20 de sincronización y se utiliza como señal de
referencia. El electrodo 12 de recepción está conectado con una de
las entradas diferenciales del detector 20 de sincronización. A otra
entrada diferencial del detector 20 de sincronización se le
suministra la señal de alta frecuencia de compensación formada por
el divisor C1-C2 de capacidad.
El electrodo 14 de apantallamiento está conectado
con la masa del sistema. La señal formada por el detector 10 de
sincronización es amplificada por el amplificador 11 y
posteriormente es convertida en una señal digital que puede ser
analizada por el programa de la unidad 25 de procesamiento central.
A ciertos niveles de la señal, el billete de banco es rechazado por
tener un nivel de humedad demasiado alto, en caso contrario la
señal se compara con el estándar adecuado de moneda auténtica.
La Figura 3 muestra un esquema de la capacidad de
los diversos electrodos del sensor y los elementos del dispositivo
de procesamiento electrónico que están asociados directamente a los
electrodos. C11-12 es la capacidad entre el
electrodo 11 de generación y el electrodo pasivo 12;
C13-12 es la capacidad entre el electrodo pasivo 13
y el electrodo 12 de recepción. Tal como se pone de manifiesto a
partir de la Figura 1, estas capacidades son las de condensadores
planos. C11-12 es insignificantemente pequeña en el
caso del electrodo instalado 14 de apantallamiento. La Figura 3
ilustra además el divisor C1, C2 de capacidades para la señal del
generador 9 de alta frecuencia, la capacidad C de entrada y las
resistencias activas R de entrada de las entradas del detector 20
de sincronización. Puede observarse que los condensadores forman un
puente capacitivo con el generador 9; las salidas del puente están
conectadas a las entradas del detector 10 de sincronización. El
puente se puede equilibrar ajustando el divisor C1, C2 de
capacidades.
Cuando el puente se desequilibra, se produce un
voltaje c.c. en la salida del detector 10 de sincronización. El
voltaje resultante es una función directa del estado desequilibrado
del puente.
Como el sensor tiene unas placas de dimensiones
pequeñas, las capacidades entre los electrodos son pequeñas,
generalmente menores de 10 pF. Las capacidades de entrada del
detector de sincronización son del mismo orden de magnitud. Para
conseguir una sensibilidad útil, se utiliza una frecuencia de
generación alta. Se ha determinado que el intervalo de frecuencias
preferido está entre 50 y 150 MHz. En estas frecuencias, las
impedancias de las capacidades del puente son menores que las
resistencias activas R de entrada del detector de sincronización y,
por lo tanto, las resistencias de entrada influyen solo
marginalmente en las características de fase y amplitud del
puente.
Se debería indicar que los elementos C1 y C2 se
pueden excluir del circuito si su ausencia no satura el detector 10
de sincronización. En su ausencia, el sistema se puede equilibrar
variando el desplazamiento del voltaje de entrada del amplificador
c.c. 11.
Cuando el papel moneda se mueve entre los
electrodos del sensor, las capacidades C11-13 y
C13-12 aumentan y desequilibran el puente de
capacidades. Como el papel moneda está situado prácticamente en el
campo constante de los condensadores C11-13 y
C13-12, la magnitud de la señal de desequilibrio
queda aislada con respecto a los efectos de ondulaciones del papel
en el canal del validador y depende esencialmente de las
propiedades dieléctricas del papel moneda. De este modo, midiendo
la magnitud de la señal desequilibrada, el sistema determina la
autenticidad de las propiedades dieléctricas del papel moneda.
Un papel moneda mojado suministrado al validador
puede atascar el mecanismo de transporte. Por esta razón, es
importante evaluar lo antes posible el contenido de humedad del
papel moneda. La constante dieléctrica del agua es aproximadamente
10 veces mayor que la constante dieléctrica del papel moneda seco.
Como tal, el papel moneda con una gran humedad proporciona una
capacidad alta y produce una señal grande en el sensor. De este
modo, la magnitud de las señales de salida proporciona información
sobre la humedad del papel moneda. Si la señal medida es demasiado
alta, el billete de banco es rechazado.
Aquellos expertos en la técnica deberían entender
que se pueden realizar modificaciones sin desviarse del ámbito de la
invención según se define en las reivindicaciones. Por consiguiente,
para determinar el ámbito de la invención, se debería hacer
referencia principalmente a las reivindicaciones adjuntas, en lugar
de a la especificación anterior.
Claims (14)
1. Un dispositivo (2) para detectar las
propiedades dieléctricas de un sustrato (7) de papel a medida que
el sustrato de papel se mueve a través de un canal de evaluación,
comprendiendo dicho dispositivo:
- \bullet
- un electrodo (11) de generación en un primer lado de dicho canal conectado a una fuente (9) de señal de alta frecuencia;
- \bullet
- un electrodo (12) de recepción situado en dicho primer lado de dicho canal y separado con respecto a dicho electrodo de generación;
- \bullet
- un electrodo pasivo (13) de conducción situado en un segundo lado de dicho canal, opuesto a dicho primer lado, y durante el funcionamiento en una posición fija con respecto a dicho electrodo de recepción y dicho electrodo generador y en superposición con dicho electrodo de generación y dicho electrodo de recepción; y
- \bullet
- un dispositivo (20, 21, 25) de procesamiento electrónico conectado a dicho electrodo de generación y dicho electrodo de recepción que evalúa las señales de los mismos en relación con cambios de los acoplamientos capacitivos de dichos electrodos a través del electrodo pasivo de conducción.
2. Un dispositivo según la reivindicación 1, en
el que dicho dispositivo incluye además un electrodo (14) de
apantallamiento situado en dicho primer lado de dicho canal entre
dichos electrodos de generación y de recepción y conectado a dicho
dispositivo de procesamiento electrónico de manera que se reduce la
capacidad directa entre dicho electrodo de generación y dicho
electrodo de recepción.
3. Un dispositivo según la reivindicación 2, en
el que dicho electrodo de generación está provisto de una señal de
alta frecuencia de voltaje alterno teniendo una frecuencia en el
intervalo de 50 a 150 MHz.
4. Un dispositivo según la reivindicación 1, en
el que dichos electrodos de generación y de recepción están situados
en el mismo plano y dicho canal de evaluación está realizado con un
material aislante dieléctrico.
5. Un dispositivo según la reivindicación 4, en
el que dicho electrodo pasivo no tiene conexión eléctrica directa
con dicho dispositivo de procesamientos electrónicos.
6. Un dispositivo según la reivindicación 4, en
el que dicho dispositivo de procesamiento electrónico convierte
cualquier señal de alta frecuencia recibida por dicho electrodo de
recepción en un voltaje c.c. que proporciona una medida del
acoplamiento capacitivo entre dichos electrodos de generación y
recepción a través del electrodo pasivo.
7. Un dispositivo según la reivindicación 6, en
el que dicho dispositivo de procesamiento electrónico utiliza el
voltaje c.c. para estimar la humedad de un sustrato situado en dicho
canal de evaluación.
8. Un dispositivo según la reivindicación 7, en
el que dicho dispositivo de procesamiento electrónico utiliza una
medición de la capacidad para determinar la humedad del sustrato y
rechazar el sustrato cuando la humedad determinada es mayor que un
nivel predeterminado.
9. Un dispositivo según la reivindicación 1, en
el que dicho electrodo pasivo tiene un tamaño que es por lo menos
dos veces el de dicho electrodo de generación.
10. Un dispositivo según la reivindicación 1, en
el que dicho electrodo de generación y dicho electrodo de recepción
están situados en un plano común y dicho electrodo pasivo está
situado en un plano paralelo a dicho plano común.
11. Un dispositivo según la reivindicación 1, en
el que dicho dispositivo de procesamiento electrónico utiliza la
señal de alta frecuencia proporcionada a dicho electrodo de
generación en combinación con la señal de dicho electrodo de
recepción como parte de la evaluación de las señales en relación con
cambios del acoplamiento capacitivo de dichos electrodos.
12. Un dispositivo según la reivindicación 11, en
el que dicho dispositivo incluye además un electrodo de
apantallamiento situado en dicho primer lado de dicho canal entre
dichos electrodos de generación y de recepción y conectado a dicho
dispositivo de procesamiento electrónico de manera que se reduce la
capacidad directa entre dicho electrodo de generación y dicho
electrodo de recepción.
13. Un dispositivo según la reivindicación 1, en
el que dicha disposición de procesado electrónico incluye un
detector (20) de sincronización utilizado para convertir el voltaje
de alta frecuencia del electrodo de recepción.
14. Un dispositivo según la reivindicación 13, en
el que dicho electrodo de generación está conectado a la salida de
un generador de alta frecuencia y una salida atenuada del generador
se aplica a una entrada diferencial de dicho detector de
sincronización y se usa como señal de compensación cuando no hay
papel moneda en el espacio entre los electrodos.
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