Brevet FR2496873A1 — publié le 19820625

La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil de contrôle destinés à déterminer sans contact le poids par unité de surface ou bien l'épaisseur d'une matière mince, telle que du papier, une matière en feuilles ou matières analogues, dans lesquels un émetteur diffuse sur la matière des ondes ultrasonores sous la forme d'impulsions et un récepteur enregistre le son prove- nant de ladite matière. L'utilisation d'ondes sonores pour déterminer la densité de matières de types les plus différents est connue depuis longtemps. Ainsi, la demande de brevet DE-1 548 170 décrit par exemple un appareil grâce auquel, sans aucun contact, il doit être possible de déterminer le gramTage ou poids superficiel du papier-au-royen d'ondes.sonores. Le papier à examiner est soumis à un champ sonore à l'aide d'un émetteur de sons et l'on choisit'dans ce cas,une fréquence acoustique de 15 kHz. Un récepteur, disposé vis-à-vis de l'émetteur ou bien du même côté que ce dernier, enregistre les sons partiels provenant du papier. L'intensité acoustique ainsi reçue est utilisée comme mesure du grammage du papier. Lorsque des ondes sonores sont associées, par l'intermédiaire de l'air, à un objet considérablement plus dense que l'air, comme le papier par exemple, les sons partiels renvoyés par ce papier sont précisément très importants à de grandes fréquences acoustiques.Cela signifie que, par suite de réflexions multiples entre l'émetteur et le papier ou le papier et le récepteur, des sons partiels se superposent au son primaire ou direct engendré par l'émetteur et qui traverse le papier et parvient à un récepteur disposé à la face opposée dudit papier; ces sons partiels sont du même ordre de grandeur que le son primaire. En fonction de la position du papier entre l'émet- 2 2496873 teur et le récepteur, la position de phase des sons partiels parasites varie par rapport à la position de phase du son primaire. Il en résulte des superpositions et des variations considérables d'amplitude du signal enregistré par le récepteur. Il s'est avéré que les appareils ou le procédé proposés par la demande précitée ne permettent pas d'obte- nir des résultats suffisamment précis et,notamment, susceptibles d'être reproduits. L'isolation acoustique à l'intérieur du boîtier de l'émetteur ou du récepteur, comme le propose la demande précitée, n'apporte aucune solution car, indépendamment du fait que cette isolation acoustique ne peut pas être effectuée de manière très efficace, elle n'exerce aucune influence sur la réflexion entre l'émetteur et le papier ou le papier et le récep- teur. Lorsque, comme l'illustre un exemple de réalisation proposé par la demande précitée, l'isolation est assurée sur le e trajet des rayonnements " entre l'émetteur et le récepteur disposés en regard l'un de l'autre, l'énergie primaire est affaiblie dans la même proportion. Le mauvais rapport entre le signal utile et le signal de réflexion t ou signal parasite) reste inchangé. Le rapport entre signal utile et signal parasite devient encore plus défavorable lorsque, comme le propose la demande précitée, le récepteur est disposé du.même côté que l'émetteur. Dans ce cas, les sons partiels qui traversent le papier ( et qui sont de toute façon très faibles) sont réfléchis en direction de l'émetteur par une plaque située derrière le papier, puis ils sont affaiblis une seconde fois dans la même proportion en traversant ce papier. Avec un tel agencement et en appli- quant les mesures proposées par la demande précitée, une détermination fiable du grammage est pratiquement exclue pour les raisons mentionnées ci-dessus. L'invention a par conséquent pour objet de propo- ser un procédé et un appareil de contrôle du type préci- té, grâce auxquels il est possible d'obtenir une détermi- 3 249687. nation très précise et reproductible du poids par unité de surface d'une matière mince. Selon les caractéristiques essentielles de l'inven- tion, le récepteur est enclenché de manière temporisée, de la durée de propagation du son entre l'émetteur et le récepteur, puis il est de nouveau déclenché avant que des perturbations partielles inhérentes au système n'aient atteint ledit récepteur. Ainsi, une caractéristique-essentielle conformé- ment à l'invention réside dans le fait qu'un intervalle de temps est déterminé pour l'interprétation du signal reçu. Cet intervalle de temps débute en fonction de la durée de propagation entre l'émetteur et le récepteur lorsque le son primaire atteint ledit récepteur, et il s'achève avant que les premières perturbations partiel- les inhérentes au système ( part réfléchie du son émis ou part réfléchie des émetteurs voisins) n'atteignent ledit récepteur. Le signal de mesure parvenant au stade de son interprétation est ainsi exempt d'altérations de signal dues au système. En outre, grâce a cette élimina- tion des perturbations partielles inhérentes au système, le signal de mesure reste, dans de larges limites, enti- èrement indifférent aux variations de position du papier. En plus des perturbations partielles inhérentes au système, des bruits parasites externes peuvent égale- ment fausser le résultat de la mesure. Grâce à la haute fréquence acoustique choisie dans le procédé selon l'invention, ainsi qu'à un procédé particulier d'évalua- tion décrit plus en détail ci-après, l'influence exercée par les bruits environnants est également réduite à une proportion quasiment négligeable. Selon des perfectionnements et d'autres avantages du procédé conformément à l'invention: - l'intervalle de temps englobe une ou plusieurs périodes des vibrations reçues: - le signal transmis à l'intégrateur est inverti 4 2496873 à l'achèvement d'une demi-période de vibration reçue; - la durée de propagation est déterminée lorsqu' aucune matière ne se trouve entre l'émetteur et le récep- teur; et - après chaque mesure de l'épaisseur, la durée de propagation est à nouveau déterminée dans l'espace libre séparant deux billets de banque. Selon les caractéristiques essentielles de l'appa- reil de contrôle proposé par l'invention - pour explorer la matière sur une grande surface, on utilise plusieurs paires d'émetteurs et de récepteurs, dont l'écartement mutuel est tel que le son primaire d'un émetteur voisin ne parvienne au récepteur correspon- dant qu'après l'achèvement de l'intervalle d'intégration; et - les récepteurs et/ou les émetteurs consistent en des convertisseurs à électrète. L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexes à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est la représentation schématique d'un appareil de contrôle pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; -la figure 2 représente en détail les composants. électroniques dudit appareil de contrôle; -la figure 3 illustre schématiquement des impulsions de signaux; et -la figure 4 représente schématiquement un exemple de réalisation de l'appareil de contrôle pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. - L'appareil peut être utilisé, par exemple, dans des dispositifs de-tri automatique de billets de banque, afin de déterminer le poids par unité de surface ou grammage de ces billets. Dans la foulée de la détermina- tion du grammage, il est également possible, dans ce cas d'applications d'identifier des rubans adhésifs appliqués sur des billets de banque, ou bien des parties manquan- tes de ces billets. Une autre fonction importante des dispositifs de tri automatique de billets de banque consiste à repérer ce qu'on appelle des " prises doubles ou multiples " ( lorsque deux ou plus de deux billets sont saisis en même temps), de manière à garantir la fiabilité de comptage des dispositifs automatiques. Le procédé selon l'invention peut, précisément, être avan- tageusement utilisé pour remplir cette fonction, comme décrit plus en détail ci-après. Pour obtenir une grande résolution lors du contrô- le,alors que les vitesses d'acheminement des billets de banque sont les plus grandes possibles, il convient de choisir en conséquence une grande fréquence de répéti- tion des impulsions, qui détermine le nombre des mesures effectuées par unité de longueur sur chaque billet de banque dans sa direction d'acheminement. Cette fréquence est toutefois limitée par la durée de décroissance de la vibration émise et des sons partiels réfléchis et superposés. La durée de décroissan- ce d'une vibration sonore engendrée par une impulsion est inversement proportionnelle à la largeur de bande du système provoquant cette vibration. Outre la fréquence de répétition des impulsions. la fréquence de la vibration émise joue un grand rôle. Conformément à l'invention, lors de chaque impulsion émise, l'impulsion sonore qui parvient au récepteur est exploitée pendant l'intervalle de temps déjà défini ci-avant. En vue d'obtenir un bon rapport signal/bruit, la fréquenced'l:mission devrait être le plus élevée que possible lorsque l'émetteur est de forte puissance, de telle sorte qu'iau moins un train de vibrations du signal reçu puisse être interprété pendant l'intervalle de temps. Il s'est avéré que des convertisseurs d'ultrasons à électrète sont particulièrement bien appropriés au procédé selon l'invention. Lorsque l'émetteur est de grande puissance, ces convertisseurs présentent une fréquence de résonance également élevée avec une répon- se en fréquence à large bande. Un convertisseur à élec- trète sollicité par des impulsions appropriées engendre, du fait de sa largeur de bande, une vibration fortement atténuée à sa fréquence de résonance. Comme l'illustre la figure 1, un billet de banque 1 passe au centre d'un groupe comprenant un émetteur 2 et un récepteur 3. Dans une unité 4 de commande ( ou générateur d'impulsions J de l'émetteur, des impulsions individuelles appropriées sont engendrées à intervalles réguliers pour solliciter l'émetteur 2, en obéissant à une unité 6 de commande séquentielle. L'impulsion sonore qui est alors délivrée par l'émetteur est réfléchie en grande partie par le billet de banque. Par l'intermédi- aire du papier constituant ce billet, qui est mis en mouvement par l'impulsion sonore. la part non réfléchie du son émis se propage du côté du récepteur. Le récepteur 3 engendre un signal analogique qui est traité dans un étage 5 de mise en forme. Dans cet étage, la part non réfléchie est intégrée pendant un intervalle de temps prédéterminé par l'unité 6. La valeur finale de l'intégrateur est évaluée dans un modu- le d'évaluation des signaux, renfermé dans l'unité 6, puis elle est affichée. La valeur d'intégration détermi- née dans l'étage 5 de mise en forme est inversement proportionnelle à la densité superficielle du papier, ce qui peut être par exemple directement affiché en uni- tés correspondantes ( g/m J dans un appareil d'afficha- ge 7 après un étalonnage approprié. La détermination et la formation de l'intervalle d'intégration ainsi que d'autres caractéristiques essen- tielles de l'invention vont à présent être décrites en regard des figures 2 et 3. Le début de l'intervalle de temps pour l'interpré- tation du son reçu est déterminé par la durée de propaga- 2496C7 tion entre l'émetteur 2 et le récepteur 3. La durée de propagation est toujours mesurée dans un bloc 10 de l'unité 6 lorsqu' aucun papier ne se trouve entre l'émetteur 2 et le récepteur 3. Dans ce cas, bloc 10 enregistre un signal fortement surchargé à la sortie d'un amplificateur 11. Cette durée est ensuite déterminée par une mesure du temps entre l'impulsion suivante, parvenant à l'émetteur 2 en provenance du géné- rateur d'impulsions 4, et l'impulsion correspondante qui se manifeste dans le récepteur après temporisation. Dans des dispositifs de tri automatique de billets de banque, la mesure de cette durée peut être effectuée à chaque fois dans l'espace libre compris entre deux billets de banque. Grâce à cette détermination de la durée, un ajus- tement mécanique précis d'une distance d entre l'émetteur et le récepteur devient superflu. La détermination continue de la durée de propaga- tion présente en outre l'avantage que des modifications intervenant dans cette durée par suite de variations de la température de l'air entre l'émetteur et le récepteur sont automatiquement prises en considération et, de ce fait, n'influencent pas le résultat de la mesure. La temporisation est réglée dans l'unité 6 en fonction de la durée déterminée à chaque fois et cette temporisation permet d'amorcer l'intégration du signal reçu après une impulsion émise. La commande de l'appareil est assurée par une impulsion d'horloge " A " appliquée à l'unité de commande séquentielle t voir aussi la figure 3). Cette impulsion peut être synchronisée avec le déplacement de chaque billet de banque. En fonction de l'impulsion " A ", un signal " B " est engendré dans l'unité de commande séquentielle. Ce signal est appliqué au générateur 4 d'impulsions de l'émetteur, qui émet les impulsions de tension appropriées aux convertisseurs d'ultrasons signal " C "]. Le flanc ascendant à pente raide des impulsions assure la sollicitation à la fréquence de résonance de l'émetteur. L'impulsion émise se manifeste dans le récep- teur après une durée Td. Le signal reçu amplifié dans l'amplificateur 11 est désigné par la lettre " D ' sur la figure 3. Du fait de la mesure de la durée préala- blement effectuée, un signal de porte ' F " peut coIn- cider avec l'instant précis de l'apparition du signal sonore dans le récepteur. Ce signal parvient à un inter- rupteur 13, qui déclenche ainsi l'intégration. Lorsque le billet de banque passe au centre entre l'émetteur et la récepteur, la première part sonore réfléchie ( émetteur-billet-émetteurrécepteur l se manifeste après une durée 2 Td. car le trajet est égal au double. Dans le procédé selon l'invention, l'intégra- tion est interrompue avant l'apparition de la première part sonore réfléchie après la durée 2-Td. Dans l'exemple de réalisation illustré, la fin de la porte d'intégration ( signal j F ") est choisie de telle sorte que soit précisément englobée une durée de période du signal reçu. Pour pouvoir-compenser des écarts de position du billet de banque, la distance d séparant l'émetteur et le récepteur est ajustée en fonction de la fréquence de résonance, de telle sorte que les sons partiels parasites réfléchis ne se mani- festent qu'après une distance de sécurité compensant ces écarts, une fois l'intégration achevée. L!intégra- tion d'une période complète constitue un cas parti- culier et, dans l'exemple de réalisation considéré, elle a été choisie pour obtenir un rapport meilleur. D'autres formes sont également possibles. Aprêsla remise à zéro d'un intégrateur 15 par un signal "-E ". le signal reçu-est tout d'abord inté- gré positivement. Une fois écoulée la moitié de la durée d'intégration, ce qui, dans les circonstances choisies, correspond normalement à la moitié de la durée de période.du signal reçu, le signal est inver- ti. A cet effet, un signal " G ' est transmis à un 9 2496873 circuit inverseur 14, de sorte que l'intégrateur addi- tionne le signal inverti ( signal " H " J dans la secon- de moitié de l'intégration. Ce mode d'intégration présente d'une part l'avan- tage que des bruits parasites sont filtrés. D'autre part, il est tenu comptedes décalages de phase du signal au cours de l'intégration. En effet, il s'est révélé que, lors d'une " prise double " pendant laquelle les billets de banque sont très rapprochés l'un de l'autre, la phase du signal reçu est décalée, cependant que l'amplitude de ce signal ne varie que très faiblement par rapport à l'examen d'un billet individuel. Dans ce cas particulier, l'intégrateur parvient à une valeur finale faible malgré une amplitude d'entrée quasiment inchangée, à cause de l'inversion du signal au milieu de la porte d'intégra- tion, si bien qu'une information claire est également possible dans ce cas. L'évaluation d'une seule période du signal reçu est particulièrement très avantageuse pour déceler de telles " prises doubles ". La réponse en fréquence de l'étage d'évaluation est comparable à la réponse d'un amplificateur de type lock-IN " ou à verrouillage t réponse de filtre passe- bande). En conséquence,des bruits parasites externes ne jouent un râle que dans la plage de la fréquence de résonance. La valeur finale du signal d'intégrateur ( signal I ") est délivrée à un étage évaluateur 17 contenu dans l'unité 6 de commande séquentielle et non décrit en détail dans le cadre du présent mémoire. Cette valeur finale peut, selon la fonction de contrôle de l'appareil, tre livrée en valeur absolue t par exem- ple convertie en g/m2) ou bien, après comparaison avec des valeurs standards prédéterminées, sous la forme d'une information oui/non, par exemple pour affi- cher une " prise double ". La figure 4 illustre une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention approprié pour balayer par exemple des billets de banque sur une grande surface. Du fait du procédé d'évaluation particulier décrit ci-avant, il est possible de disposer les unes à côté des autres les paires individuelles d'émetteurs et de récepteurs 2, 3, dans un espace réduit et de manière qu'elles couvrent une surface, sans que les signaux de ces groupes individuels d'émetteurs et de récepteurs se gênent mutuellement. L'écartement minimal A' des émetteurs individuels dépend de la distance d séparant les groupes individuels d'émetteurs et de récepteurs. Cet écartement A' est choisi suffisamment grand pour que le son provenant d'un émetteur voisin ne parvienne au récepteur correspondant qu'une fois franchie la porte d'intégration. La diffé- rence de durée de propagation du son ( d2 - dl]/C ( C = vitesse du son) doit être par conséquent supé- rieure à la longueur de la porte d'intégration. Dans l'exemple de réalisation mentionné, le procé- dé selon l'invention a été décrit conjugué au contrôle de billets de banque dans des dispositifs de tri auto- matique de ces billets. L'invention peut être appliquée avec la même réus- site au contrôle du poids superficiel de bandes de papier ou de matières en feuilles, ou bien d'autres matières minces analogues. Il va donc de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et à l'appareil décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'inven- tion. 249687? REVENDICATIONS 1. Procédé destiné à déterminer sans aucun contact le poids superficiel ou l'épaisseur d'une matière mince, telle que du papier, une matière en feuilles ou matiè- res analogues, dans lequel un émetteur (2) diffuse sur l matière des ondes ultrasonores sous forme d'impulsions et un récepteur (3) enregistre les vibrations sonores prove nant de ladite matière, procédé caractérisé par le fait que ledit récepteur est enclenché de manière temporisée de la durée de propagation du son entre l'émetteur et le récepteur, puis est de nouveau déclenché avant que des perturbations partielles inhérentes au système n'atteignent ledit récepteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le récepteur (3) intègre les vibrations sonores pendant un intervalle de temps qui débute lorsque le son primaire atteint ledit récepteur et qui s'achève avant que les parts sonores réfléchies ou sons partiels provenant d'émetteurs voisins n'attei- gnent ledit récepteur. 3. Procédé selon l'une des revendications t et 2, caractérisé par le fait que l'intervalle de temps englobe une ou plusieurs périodes des vibrations reçues. 4. Procédé selon la revendication 3. caractérisé par le fait que le signal délivré à l'intégrateur est inverti à l'achèvement d'une demi-période de vibra- tion reçue. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé par le fait que la durée de propagation est déterminée lorsqu' aucune matière (1) ne se trouve entre l'émetteur (2) et le récepteur (3). 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel des billets de banque ou objets analogues passent entre l'émetteur et le récepteur, procédé caractérisé par le fait que, après chaque mesure de l'épaisseur, la durée de propagation du son est à nouveau déterminée dans l'espace libre séparant deux billets de banque. 7. Appareil de contrôle destiné à déterminer sans aucun contact le poids superficiel ou l'épaisseur d'une Patièrenince (1),telle que du papier, une matière en feuilles ou matières analogues, dans lequel un émetteur (2) diffuse-sur la matière des ondes ultrasonores sous forme d' inpulsions et un récepteur (3) enregistre les vibrations sonores provenant de ladite-matière. appareil caractéri- sé par le fait que, pour balayer la matière sur une grande surface, on utilise plusieurs paires d'émetteurs et de récepteurs ( 2,3), dont l'écartement mutuel ( A') est dimensionné de telle sorte que le son primai- re d'un émetteur voisin (2) ne parvienne au récepteur correspondant (3] qu'à la fin de l'intervalle d'intégra- tion. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé 2.0 par le fait que les récepteurs (3) et éventuellement ou en variante les émetteurs (2] sont des convertisseurs à électrète.