用於紙幣處理中膠條、重張的超聲波檢測裝置製造方法

2023-09-24 02:00:25 2

用於紙幣處理中膠條、重張的超聲波檢測裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及用於紙幣處理中膠條、重張的超聲波檢測裝置，包括：超聲波發射單元和超聲波接收單元；超聲波接收單元包括第一電路板以及通過第一支架固定在第一電路板上的超聲波接收傳感器；超聲波發射單元包括第二電路板以及通過第二支架固定在第二電路板上的超聲波發射傳感器；所述超聲波發射單元和超聲波接收單元相對應。本實用新型檢測速度快，準確度高，和紙幣之間無接觸，接收的信號強度只與穿過收發傳感器之間的紙幣有關，不受膠條是否反光等因素的影響。
【專利說明】用於紙幣處理中膠條、重張的超聲波檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及紙幣處理設備，具體地說是一種用於紙幣處理機的紙幣檢測識別裝置。
【背景技術】
[0002]在工農業生產及人們的商業活動中，紙幣在流通領域中極易受損，人們一般是將受損的紙幣用用透明膠帶粘貼後繼續使用；也有不法商販利用拼接粘貼的方式製作假幣。在紙幣處理中時常有重張的發生，影響紙幣處理過程中的計數精度。金融部門在對紙幣清分處理時都要將帶膠條的紙幣或重張的紙幣準確、有效的區分開來。超聲波檢測裝置能夠快速準確的檢測並識別出單張紙幣、膠條紙幣或是重張紙幣。
[0003]現有的紙幣處理設備對重張及膠條紙幣的檢測方法主要有兩種，一種是使用機械的檢測方法，紙幣在兩個靠在一起的金屬滾軸之間通過，其中一個軸是非剛性安裝的，因紙幣的厚度不同，非剛性安裝的軸位移會因紙幣的厚度不同而不同，利用此不同的位移即可檢測出膠條或重張紙幣。這種機械檢測裝置的缺點是體積大，笨重，噪音大，滾軸表面掛上油垢對測量精度的影響很嚴重。另一種方法是利用紙幣對紅外光透射的衰減特性來檢測重張，這種方法的缺點是紙幣的髒汙程度會對檢測結果影響較大，而且不能檢測到膠條紙幣。
實用新型內容
[0004]針對現有技術的不 足，本實用新型的目的在於提供一種利用超聲波穿過不同介質其衰減不同的原理檢測膠條紙幣或是重張紙幣的一種檢測裝置。
[0005]本實用新型為實現上述目的所採用的技術方案是:
[0006]用於紙幣處理中膠條、重張的超聲波檢測裝置，包括:超聲波發射單元和超聲波接收單元；超聲波接收單元包括第一電路板以及、通過第一支架固定在第一電路板上的超聲波接收傳感器；超聲波發射單元包括第二電路板以及、通過第二支架固定在第二電路板上的超聲波發射傳感器；所述超聲波發射單元和超聲波接收單元對應設置。
[0007]所述第一電路板和第二電路板平行且所述超聲波接收傳感器和超聲波發射傳感器相對設置，所述超聲波接收傳感器和超聲波發射傳感器的軸線重合，且與紙幣的法線形成的夾角為15~20度。
[0008]所述超聲波接收傳感器和超聲波發射傳感器相對的表面平行，且間距為15~20mmo
[0009]所述超聲波發射傳感器與第二電路板設置的超聲波發射電路連接；所述超聲波發射電路包括CPU以及、與其連接的超聲波信號驅動器，超聲波信號驅動器與超聲波發射傳感器連接。
[0010]所述超聲波信號驅動器採用三極體；兩個輸入端分別與CPU連接；第一輸入端依次通過電阻R1、電容Cl、電阻R2與三極體Ql的基極連接，三極體Ql的發射極與電源連接，電阻R3 —端連接電源，另一端與電容Cl和電阻R2的結點連接，集電極通過電阻R4接地，集電極與發射極之間連有二極體；第二輸入端依次通過電阻R5、電容C2、電阻R6與三極體Q2的基極連接，三極體Q2的發射極與電源連接，電阻R7 —端連接電源，另一端與電容C2和電阻R6的結點連接，集電極通過電阻R8接地，集電極與發射極之間連有二極體；三極體Ql集電極與Q2集電極之間連有超聲波發射傳感器。
[0011]所述第二電路板設有多個超聲波信號驅動器，分別與多個超聲波發射傳感器連接，其輸入端均與CPU連接；所述第一電路板(I)設有與第二電路板(5)的超聲波發射傳感器相同數量的超聲波接收傳感器。
[0012]本實用新型具有以下有益效果及優點:
[0013]1.本實用新型檢測速度快，準確度高。由於本實用新型是利用超聲波穿過不同介質時信號強度衰減不同的原理工作的，和紙幣之間無接觸，接收的信號強度只與穿過收發傳感器之間的紙幣有關，不受膠條是否反光等因素的影響。
[0014]2.由於本實用新型無機械裝置，工作時節能，無噪音，不受紙幣表面髒汙程度的影響，不會卡鈔或撕鈔，提高了紙幣處理系統的穩定性和可靠性；便於普及推廣應用。
[0015]3.本實用新型在結構上很簡單，超聲波發射單元的整體電路元器件(圖4a?圖4c的部分)安裝在一塊177mm*17mm的PCB板上，與母機只有電源的兩根接線。超聲波接收單元的整體電路元器件(圖6a?圖6b的部分)同樣安裝在另一塊177mm*17mm的PCB板上，與母機的接線除了電源線還有左右兩路超聲波信號輸出線，共四根線；因此接線方便，易於安裝，並可設置於各類型的紙幣處理機中。
[0016]4.本實用新型在最終為數據處理方面提供了靈活性，由於送給CPU的不是一個開關量，而是一組(約77個)代表超聲波衰減特性的數據，在處理這些數據時可以採用平均值法，滑動濾波極值法等方法來處理這些數據，以達到最終得到正確的結果。本發方法的數據處理過程簡單，計算速度快，準確率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1a為本實用新型的超聲波發射接收部分結構示意圖；
[0018]圖1b為本實用新型的超聲波傳感器結構圖；
[0019]圖2為屏蔽罩及安裝方式示意圖；
[0020]圖3為超聲波發射電路框圖；
[0021]圖4a為超聲波信號驅動器電路圖；
[0022]圖4b為超聲波發射單元單片機電路圖；
[0023]圖4c為超聲波發射單元電源轉換電路圖；
[0024]圖5為超聲波接收電路框圖；
[0025]圖6a為超聲波接收單元的模擬信號處理電路圖；
[0026]圖6b為超聲波接收單元電源轉換電路圖；
[0027]圖7為超聲波驅動信號波形圖；
[0028]圖8為超聲波掃描驅動信號波形圖；
[0029]圖9為單張紙幣、膠條紙幣、重張紙幣測試輸出電壓差示意圖；
[0030]圖10為超聲波陣列檢測裝置安裝於紙幣清分機的結構示意圖；
[0031]圖11為圖10的局部放大圖；[0032]圖12為超聲波陣列檢測裝置結構示意圖一；
[0033]圖13為超聲波陣列檢測裝置結構示意圖二 ；
[0034]其中，I第一電路板，2支架，3超聲波接收傳感器，4超聲波發射傳感器，5第二電路板，6屏蔽罩，7接地線端子，8正接線端子，9中心線，10清分機中的本裝置，11超聲波信號發生器，12超聲波信號調理器,13超聲波信號驅動器,14超聲波信號放大器,15超聲波信號整流濾波器，16A/D轉換器，17信號處理器，18超聲波傳感器引線孔，19定位銷，21信號A，22信號B, 31上靠輪,32下靠輪,33紙幣。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖及實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0036]本實用新型為安裝於紙幣清分機或點鈔機等紙幣處理機中的一種紙幣檢測裝置，本實施例以安裝於紙幣清分機中為實施例。
[0037]本實用新型的檢測裝置安裝於紙幣處理機中，具有發射和接收兩部分組成，發射和接收傳感器同軸安裝，同軸度偏差≤+Imm ;兩個傳感器的端面相距15~20mm ;兩個傳感器的軸線與紙幣平面法線的夾角約15~20度；超聲波傳感器的諧振頻率300KHz ;發射和接收傳感器的端子與信號處理電路相連。
[0038]所述信號處理電路包括發射和接收兩個部分的電路，分別設置於發射部分的電路板和接收部分的電路板上。發射部分負責300KHZ超聲波信號的產生、處理、放大及輸出驅動；接收部分是將經過紙幣衰減的300KHz超聲波信號放大，整流濾波後送A/D轉換電路，將模擬量轉換成數字量供ARM單片機對信號分析處理，最終得出單張紙幣，膠條紙幣或是重張紙幣。
[0039]本裝置安裝於紙幣 清分 機時，兩個電路板固定於紙幣清分機的檢測箱上，發射部分固定於下測量箱，接收部分固定於上測量箱。超聲波檢測裝置兩側安裝有靠輪組，工作時，靠輪組一方面驅動紙幣運行，另一方面由靠輪組固定紙幣的運動軌跡，使紙幣的運動軌跡位於超聲波檢測裝置的中心線上，見圖10，圖10中的圓圈部分10即為本實用新型的裝置。圖11為圖10的局部放大圖，31是上靠輪，32是下靠輪，3是超聲波接收傳感器，4是超聲波發射傳感器，33是被檢測的紙幣，紙幣在靠輪驅動下運動。
[0040]如圖1a所示，圖1a為超聲波發射接收部分結構示意圖，整個裝置由超聲波發射單元和超聲波接收單元組成，工作時紙幣以水平的方式通過超聲波發射單元和超聲波接收單元的中心線9 (即兩個平行的電路板的中心線)。超聲波檢測裝置由PCB電路板I (第一電路板)、5(第二電路板)，支架2，諧振頻率為300KHz的超聲波接收傳感器3，超聲波發射傳感器4組成；其中兩個支架均為三角型，結構形狀相同，見圖lb。在圖1b中，18是超聲波傳感器引線孔，19是定位銷，傾角15~20度必須保證。支架的作用是使超聲波傳感器與PCB板之間形成一個夾角，這個夾角使得超聲波發射單元和超聲波接收單元的兩個超聲波傳感器的軸線與紙幣的法線形成一個夾角A，這個夾角A要保證在15~20度之間，設計這個夾角的目的是防止超聲波信號在紙幣和超聲波傳感器之間反覆的反射，而影響到接收的信號；為了使穿過紙幣的超聲波是一個波束，要保證兩個超聲波傳感器之間的有一定的距離B，距離B在15~20mm之間。為保證超聲波傳感器接收信號具有一定的靈敏度,在超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器的同軸度上應保證最大偏差< ±lmm。[0041]如圖2所示，為保證超聲波傳感器不受周圍環境及電磁場的影響，需加一個屏蔽罩，此屏蔽罩是0.2?0.3mm的紫銅萡，包裹於傳感器外側面，屏蔽罩6結合處不閉合；屏蔽罩和超聲波傳感器的接地線端子7，一同接PCB板上的信號地線；超聲波傳感器的正接線端子8是信號輸出端，接超聲波信號放大器14的輸入端。為避免超聲波發射單元對周圍電路產生影響，發射部分的超聲波換能器同樣需要安裝一個屏蔽罩，該屏蔽罩與電路板上的信號參考接地點即GND端連接。
[0042]如圖3所示，圖3是超聲波發射單元的電路框圖，該電路設置於第二電路板5上，主要由超聲波信號發生器11，超聲波信號調理器12，超聲波信號驅動器13，超聲波發射傳感器(超聲波換能器)4組成。
[0043]圖4是對應圖3的原理圖，如圖4a、4b、4c所示，超聲波信號發生器11及超聲波信號調理器12由單片機STC12C5412完成，輸出300KHz的超聲波信號的波形見圖7，是一組互補的控制信號，這種驅動方式的優點是消除了超聲波換能器兩端的直流分量，防止造成超聲波換能器諧振器件表面的金屬鍍層的脫落，延長超聲波換能器的使用壽命，信號A21由單片機的5號腳輸出，接至驅動電路Ql的基極，信號B22由單片機的6號腳輸出，接至驅動電路Q2的基極，由驅動電路Q1，Q2完成驅動超聲波發射器UT5的工作，由UT5把300KHz的電信號轉換成聲波信號發射出去；超聲波驅動信號是掃描的方式輸出，見圖8，每組6個脈衝，掃描頻率1.25KHz,由於超聲波器件工作的特殊性，當對其施加連續的驅動信號時，會造成超聲波換能器的諧振器件很快的進入疲勞狀態，使其發送及接收的靈敏度下降，掃描方式驅動的優點是克服了這個缺點，保證超聲波發送及接收傳感器的靈敏度最高。超聲波信號驅動器13由三極體Ql和三極體Q2完成，圖4c中的DC/DC變換器LT3580將+5V電源轉換成+9V的電源給超聲波換能器供電，超聲波換能器將300KHz的電信號轉換成相同頻率的聲信號並發射出去。LT3580將5V直流電源升壓至9V，供驅動電路以及Ql、Q2使用。
[0044]圖5為超聲波接收單元的電路框圖，該電路設置於第一電路板I上，主要由超聲波接收傳感器(超聲波換能器)3，超聲波信號放大器14，超聲波信號整流濾波器15，A/D轉換器16，信號處理器17組成，其中A/D轉換器16和信號處理器17由單片機實現。
[0045]圖6是超聲波接收單元的模擬信號處理電路原理圖，如圖6a、6b。圖6a是超聲波接收放大電路，圖6b中的DC/DC變換器LT3580將VCC的+5V電源轉換成-5V的電壓，給放大器供電-5V的電源。超聲波換能器URAl將經過紙幣衰減後的300KHz聲波信號轉換成相應的電信號，經電容CAl耦合到3級綜合放大器U1、UA2A、UA2B的Ul的輸入端第4引腳，這個電信號很微弱，經過38800倍左右的綜合放大後，由綜合放大器UA2B的7號引腳輸出，經過耦合電容CA IO接至由DAI，DA2，RA 13，RA 14，CA 11組成的半波整流濾波電路處理後即得到經過單張紙幣、膠條紙幣或重張紙幣衰減後的信號的平均值。單張紙幣對超聲波的衰減較小，得到的信號電壓相對較高；膠條紙幣相對於單張紙幣增加了膠條部分的厚度，對超聲波的衰減要大一些，得到的信號電壓較單張紙幣的信號小一些；重張紙幣是兩張紙幣的重疊，對超聲波信號的衰減比膠條紙幣又要大一些，得到的信號電壓較膠條紙幣的信號小一些，整個測試信號呈一個階梯狀態，見圖9。將這個信號送至超聲波接收單元中單片機的AIN輸入端，經片內的A/D轉換器轉換成數位訊號並經CPU分析處理後，識別出單張、膠條或是重張的紙幣。
[0046]超聲波接收單元的CPU接收經紙幣衰減後的信號後，分析處理包括以下步驟:[0047](I)對收到的信號進行A/D轉換，在掃描的紙幣寬度範圍內採集得到一組相對於模擬量信號的數位訊號。以面額為100元的人民幣為例，100元面額的人民幣寬度是77_，每Imm採集一個數據，則至少可採集75個有效的數位訊號量，靠近邊沿的數據不一定準確，所以放棄。
[0048](2)根據選擇的算法對數位訊號量進行處理；
[0049](2-1)如果僅檢測單張、重張紙幣，則可採用平均值法。由於紙幣的前邊沿進入檢測區和後邊沿離開檢測區時，是過度區域，檢測到的值誤差較大，為了保證檢測的準確性，首先要去掉前後邊沿附近的一些數據(根據實際使用情況確定其數量，本實施例中，前邊沿去掉20個數據點，後邊沿去掉10個數據點)，對餘下的數據計算平均值；如果平均值大於設定的閾值時，該紙幣為重張，否則為單張；
[0050](2-2)如果需要檢測單張、膠條、重張紙幣，對於重張紙幣的檢測，可採用(2-1)的方法，即平均值法。對於膠條幣的檢測，平均值法是不適用的。這裡可以採用滑動濾波的方法，即在有效的數據範圍(紙幣範圍內)內，查找連續的低於閾值的點數，當這個連續的點數大於某一設定值時，即認為此張紙幣是膠條幣。如對於ECB (歐洲中央銀行)標準，要求能夠檢出的最小的膠條是10mm*40mm，考慮到膠條前後邊沿的誤差，當這個連續的點數大於6個點時，即可判定為膠條幣。
[0051](3)系統檢測中閾值的確定。這個閾值需要根據不同的幣種的實際情況確定(膠條幣和重張幣的閾值的確定方法是相同的)，如對於人民幣，需要用新的人民幣作為標準幣，多次反覆採集其對超聲波的衰減值，將這個值作為標準幣的標差值存儲以備後用，當需要檢測膠條幣或重張幣時，以這個標差值再加上一定的偏移量(根據實際情況確定，本實施例中實際的偏移量為+10)作為閾值，根據這個閾值，再以上述(I)或(2)方法，即可檢測出膠條幣或重張幣。
[0052]上述步驟為一對發射或接收超聲波單元的數據處理步驟，多對發射或接收超聲波單元時，至少一對發射或接收超聲波單元的檢測結果是膠條或重張時，該紙幣即為膠條或重張紙幣；如果多對發射或接收超聲波單元的檢測結果均為正常紙幣，該紙幣為正常紙幣。
[0053]實施例1
[0054]在本實施例的應用中，重點是重張紙幣的檢測，這樣的應用使用兩對超聲波傳感器即可滿足要求，具體結構見圖12。兩個發射或接收超聲波傳感器間隔小於紙幣的長度，紙幣的長邊通過兩對超聲波傳感器組成的陣列作橫向運動。
[0055]超聲波發射單元的兩個超聲波換能器的信號接線端接至各相應的兩路超聲波發射驅動電路；超聲波接收單元的兩個超聲波換能器的信號端子接至兩路超聲波信號放大器的信號輸入端，放大後的信號經過各自對應的整流濾波電路平滑後，連接至超聲波接收單元的CPU (這裡選擇的是內帶A/D的CPU)。
[0056]超聲波發射單元是在單片機(本實施例中採用STC12C5412)的協調下工作的，單片機完成超聲波信號的產生，掃描信號的合成等工作，掃描信號由第5，6引腳輸出，接至每路驅動電路中驅動三極體的基極，經驅動電路、超聲波換能器，完成超聲波發射工作。超聲波接收單元中的兩路超聲波傳感器將兩路信號送至兩路綜合放大器的輸入端，經放大、整流濾波平滑後，送至超聲波接收單元即主單片機(在本實施例中採用STM32F207VGT6)的A/D收入端AINl?AIN2，對模擬信號進行A/D轉換，數據分析處理，最終得出需要的結果，即判斷出正常單張紙幣或是重張紙幣。
[0057]實施例2
[0058]在本實施例的應用中，不僅要檢測重張紙幣，而且需要檢測膠條紙幣，因此需要掃描整個紙幣。為達到這個目的，超聲波發射組由15個超聲波發射單元組成發射陣列；同樣，超聲波接收組由15個接收單元組成接收陣列，見圖13，兩排對應的超聲波發射單元和超聲波接收單元平行。這樣，可以覆蓋目前商業流通領域的所有紙幣。超聲波發射單元的各個超聲波換能器的信號接線端接至各相應的15路超聲波發射驅動電路；超聲波接收單元的各個超聲波換能器的信號端子接至15路超聲波信號放大器的信號輸入端，放大後的信號經過各自對應的15路整流濾波電路平滑後，連接至超聲波接收單元的CPU (這裡選擇的是內帶A/D的CPU)。
[0059]超聲波發射單元是在單片機(本實施例中採用STC12C5412)的協調下工作的，單片機完成超聲波信號的產生，掃描信號的合成等工作，掃描信號由第5，6引腳輸出，接至每路驅動電路中驅動三極體的基極，經驅動電路、超聲波換能器，完成超聲波發射工作。超聲波接收單元中的15路超聲波傳感器將15路信號送至15路綜合放大器的輸入端，經放大、整流濾波平滑後，送至超聲波接收單元即主單片機(在本實施例中採用STM32F407VFT6)的A/D收入端AINl?AIN15，對模擬信號進行A/D轉換，數據分析處理，最終得出需要的結果，SP判斷出正常單張紙幣、膠條紙幣或是重張紙幣。
【權利要求】
1.用於紙幣處理中膠條、重張的超聲波檢測裝置，其特徵在於包括:超聲波發射單元和超聲波接收單元；超聲波接收單元包括第一電路板(I)以及、通過第一支架(2)固定在第一電路板(I)上的超聲波接收傳感器(3);超聲波發射單元包括第二電路板(5)以及、通過第二支架(2)固定在第二電路板(5)上的超聲波發射傳感器(4);所述超聲波發射單元和超聲波接收單元對應設置。
2.根據權利要求1所述的用於紙幣處理中膠條、重張的超聲波檢測裝置，其特徵在於:所述第一電路板(I)和第二電路板(5)平行且所述超聲波接收傳感器(3)和超聲波發射傳感器(4)相對設置，所述超聲波接收傳感器(3)和超聲波發射傳感器(4)的軸線重合，且與紙幣的法線形成的夾角為15?20度。
3.根據權利要求1所述的用於紙幣處理中膠條、重張的超聲波檢測裝置，其特徵在於:所述超聲波接收傳感器(3)和超聲波發射傳感器(4)相對的表面平行，且間距為15?20mm。
4.根據權利要求1所述的用於紙幣處理中膠條、重張的超聲波檢測裝置，其特徵在於:所述超聲波發射傳感器(4)與第二電路板(5)設置的超聲波發射電路連接；所述超聲波發射電路包括CPU以及、與其連接的超聲波信號驅動器(13)，超聲波信號驅動器(13)與超聲波發射傳感器(4)連接。
5.根據權利要求1所述的用於紙幣處理中膠條、重張的超聲波檢測裝置，其特徵在於:所述超聲波信號驅動器(13)採用三極體；兩個輸入端分別與CPU連接；第一輸入端依次通過電阻R1、電容Cl、電阻R2與三極體Ql的基極連接，三極體Ql的發射極與電源連接，電阻R3 —端連接電源，另一端與電容Cl和電阻R2的結點連接，集電極通過電阻R4接地，集電極與發射極之間連有二極體；第二輸入端依次通過電阻R5、電容C2、電阻R6與三極體Q2的基極連接，三極體Q2的發射極與電源連接，電阻R7 —端連接電源，另一端與電容C2和電阻R6的結點連接，集電極通過電阻R8接地，集電極與發射極之間連有二極體；三極體Ql集電極與Q2集電極之間連有超聲波發射傳感器(4)。
6.根據權利要求1所述的用於紙幣處理中膠條、重張的超聲波檢測裝置，其特徵在於:所述第二電路板(5)設有多個超聲波信號驅動器(13)，分別與多個超聲波發射傳感器(4)連接，其輸入端均與CPU連接；所述第一電路板(I)設有與第二電路板(5)的超聲波發射傳感器(4)相同數量的超聲波接收傳感器(3)。
【文檔編號】G07D7/08GK203535713SQ201320622082
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月9日 優先權日:2013年10月9日
【發明者】柳長慶, 柳永詮, 牛作琴, 陳智博, 汪玉坤, 許哲源 申請人:遼寧聚龍金融設備股份有限公司