ДАТЧИК ХОЛЛА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА
HALL SENSOR TO DETERMINE THE SHEET MATERIAL THICKNESS

[0001] В настоящей заявке испрашивается приоритет по заявке на патент КНР " 201510543807.4 "ДАТЧИК ХОЛЛА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА", поданной в государственной ведомство КНР по интеллектуальной собственности 28 августа 2015 года, все содержание которой включено в настоящее описание путем ссылки.
Область изобретения
[0002] Настоящее изобретение относится к технологии обработки листового материала и, в частности, к датчику Холла для определения толщины листового ценного документа в устройстве финансового самообслуживания.
Предпосылки к созданию изобретения
[0003] В устройстве финансового самообслуживания для проверки ценных документов (например, банкноты, чека, векселя и пр.), которые обрабатываются пакетами один да другим, всю пачку листовых ценных документов нужно разделить на отдельные документы. Затем один отделенный ценный документ подвергают процессу идентификации, например, процессу распознавания образа, процессу определения толщины и процессу считывания магнитной информации, чтобы обеспечить аутентичность листового ценного документа. Процесс измерения толщины банкноты является одним существенным процессом идентификации. В нестоящее время листовые ценные документы обычно изготавливают из особых материалов, формируемых в листовой материал, имеющий определенные характеристики толщины. Клейкая лента, прилепленная к банкноте, и перегиб банкноты могут быть идентифицированы по характеристикам толщины листового ценного документа, тем самым устраняя неподходящие банкноты. Следовательно, в устройстве финансового обслуживания надежная идентификация толщины ценного документа имеет большое значения для проверки аутентичности ценного документа.
[0004] Принцип конструкции известного датчика толщины показан на фиг. 1. Один магнит 01 установлен напротив линейного датчика 05 Холла. Вход листового ценного документа 02 в транспортный канал, сформированный между эталонным валом 03 и плавающим роликом 04. может привести к смещению плавающего ролика 04 вверх, что, в свою очередь, приводит к смещению магнита 01 также вверх. Поэтому магнитное поле, действующее на датчик 05 Холла, усиливается. Датчик 05 Холла расположен на печатной плате 06 и электрически соединен с модулем управления и расчета. Смещение магнита 01 рассчитывается по измерению изменения магнитного поля, чтобы определить толщину листового ценного документа 02. Поскольку изменение магнитного поля происходит нелинейно, то есть, изменения магнитного поля неодинаковы, когда магнит сдвигается на одно и то же расстояние от проксимального конца и дистального конца магнита, соответственно, изменения выхода линейного датчика Холла также неодинаковы. Поэтому, то, что определяет датчик, не является линейным отношением. Однако, когда измеряемая толщина листового ценного документа рассчитывается на основе фактического изменения измеренного магнитного поля, можно применять линейный способ расчета для удобства расчетов. Поэтому, возникает большая ошибка результата измерений, полученного таким способом.
Краткое описание изобретения
[0005] Для решения проблемы малого размера области, в которой происходит нелинейное изменение магнитного потока, измеряемого датчиком Холла, что приводит к неточности результатов измерений, предлагается устройство Холла для измерения толщины листового материала, которое эффективно увеличивает линейный диапазон, измеряемый датчиком Холла, и может обеспечить по существу линейное изменение магнитного потока, измеряемого датчиком Холла.
[0006] Предлагается устройство Холла для измерения толщины листового материала, содержащее:
монтажную раму, выполненную с возможностью установки и несения следующих компонентов и деталей:
эталонный вал, имеющий два конца, установленных на монтажной раме в подшипниках,
узел плавающего ролика, содержащий:
держатель, и
по меньшей мере один плавающий ролик, при этом один конец держателя установлен фиксировано относительно монтажной рамы через вал поворота плавающего ролика, другой конец держателя собран с возможностью вращения с плавающим роликом для образования свободного конца, и между валом поворота плавающего ролика и держателем установлена торсионная пружина, позволяющая плавающему ролику упруго упираться в эталонный вал;
измерительный блок, фиксировано установленный на стороне держателя, обращенной от плавающего ролика; и
датчик, расположенный напротив измерительного блока и установленный фиксировано относительно монтажной рамы для бесконтактного измерения смещения измерительного блока,
при этом линия, соединяющая осевой центр плавающего ролика и осевой центр эталонного вала находится на одной линии с центром измерения измерительного блока и центром измерения датчика; точка упругого упора плавающего ролика в эталонный вал образует точку касания, расстояние от осевого центра вала поворота плавающего ролика до точки касания равно расстоянию от осевого центра вала поворота плавающего ролика до центра измерения поверхности измерительного блока, и линия, соединяющая точку касания и осевой центр вала поворота плавающего ролика проходит под углом 45 градусов к направлению транспортировки листового материала.
[0007] Предпочтительно, измерительный блок является круглым магнитом радиусом R2 и находящимся на расстоянии D от центра магнита до точки измерения датчика, при этом D<(2/3)*R2.
[0008] Кроме того, расстояние от центра магнита до точки касания равно R1 где R1>10*D.
[0009] Кроме того, расстояние D от центра магнита и точки измерения датчика превышает стандартную толщину Т листового материала в 5 раз.
[0010] По сравнению с известной технологией устройство Холла для измерения толщины листового материала дает следующие преимущества.
[0011] В этом устройстве задано такое взаимное расположение эталонного вала, плавающего ролика, оси поворота плавающего ролика, измерительного блока и датчика и выбраны такие размеры компонентов, чтобы когда листовой материал проходит между эталонным валом и плавающим роликом, изменение измеренных данных, вызванное измерительным блоком из-за движения вверх плавающего ролика, оставалось по существу линейным, что делает расчет структуры измерений более точным.
Краткое описание чертежей
[0012] Фиг. 1 - схематический вид структуры известного устройства Холла для измерения толщины листового материала.
[0013] Фиг. 2 - схематический вид устройства по фиг. 1 с направления, показанного стрелкой А.
[0014] Фиг. 3 - схематический вид компонентов устройства Холла для измерения толщины листового материала по настоящему изобретению.
[0015] Фиг. 4 - схематический вид устройства по фиг. 3 с направления, показанного стрелкой А.
[0016] Фиг. 5 - схематический вид, иллюстрирующее начальное взаимное расположение измерительного блока и датчика в устройстве по фиг. 3 во время измерения.
[0017] Фиг. 6 - схематический вид, иллюстрирующий взаимное расположение измерительного блока измерительного блока и датчика в устройстве по фиг. 3, когда обнаружен листовой материал.
[0018] Фиг. 7 - схематический вид, иллюстрирующий отношение между интенсивностью магнитного поля, измеренной датчиком, и положением измерительного блока в устройстве по фиг. 3.
Подробное описание вариантов
[0019] Для дополнительной иллюстрации устройства Холла для измерения толщины листового материала по настоящему изобретению, далее следует более подробное описание со ссылками на чертежи одного предпочтительного варианта настоящего изобретения.
[0020] Как показана на фиг. 3, предпочтительное устройство Холла для измерения толщины листового материала по настоящему изобретению содержит монтажную раму, эталонный вал 1, узел 2 плавающего ролика, измерительный блок 3 и датчик 4. Монтажная рама выполнена с возможностью установки и несения эталонного вала 1, узла 2 плавающего ролика, измерительного блока 3 и датчика 4. Два конца эталонного вала 1 установлены на монтажной раме в подшипниках. Узел 2 плавающего ролика содержит держатель 21 и по меньшей мере один плавающий ролик 22. Один конец держателя 21 фиксировано установлен на монтажной раме через вал 23 поворота плавающего ролика. Другой конец держателя 21 собран с возможностью поворота с плавающим роликом 22 для образования свободного конца. Между валом 23 поворота плавающего ролика и держателем установлена торсионная пружина 24, которая позволяет плавающему ролику упруго прижиматься к эталонному валу. На стороне держателя 21, обращенной от плавающего ролика 22, фиксировано установлен измерительный блок 3. Измерительный блок 3 в этом варианте является круглым магнитом. Датчик 4 расположен напротив измерительного блока 3 и закреплен фиксировано относительно монтажной рамы для бесконтактного измерения смещения измерительного блока 3. Датчик 4 электрически соединен с устройством обработки данных, например, печатной платой 5, показанной на чертеже. Устройство обработки данных выполнено с возможностью обрабатывать информацию, собранную датчиком 4 и рассчитывать расстояние движения вверх плавающего ролика 22.
a
a
b
a
p
[0021] Более конкретно, линия, соединяющая осевой центр плавающего ролика 22 и осевой центр эталонного вала 1 находится на одной линии с центром измерений измерительного блока 3 и с центром измерений датчика 4. Точка упругого прижимания плавающего ролика 22 к эталонному валу 1 образует точку  касания. Расстояние от осевого центра вала 23 поворота плавающего ролика до точки касания  равно расстоянию от осевого центра вала 23 поворота плавающего ролика до центра  измерений на поверхности измерительного блока 3. Угол между линией, соединяющей точку  касания и осевой центр вала 23 поворота плавающего ролика, и направлением  транспортировки листового материала равен 45 градусам.
b
[0022] Как показано на фиг. 4, для обеспечения по существу линейного изменения магнитного потока, измеряемого датчиком 4 в результате подъема измерительного блока 3 листовым материалом, измерительный блок 3 предпочтительно является круглым магнитом с радиусом R2. Расстояние D от центра  круглого магнита до точки измерений датчика 4 описывается следующим неравенством: D<(2/3)*R2.
[0023] Кроме того, расстояние от осевого центра вала поворота плавающего ролика до точки касания равно R1 где R1>10*D.
Т
[0024] Кроме того, расстояние D от центра магнита до точки измерений датчика превышает стандартную толщину  листового материала более чем в 5 раз.
[0025] Далее следует описание технического принципа устройства Холла с расширенным линейным диапазоном для измерения толщины со ссылками на фиг. 5-7.
Т
y
[0026] Изменение расстояния между датчиком и магнитом приводит к нелинейному изменению магнитного потока, измеряемого датчиком. Это вызвано тем, что магнитные силовые линии на поверхности магнита расположены плотно, а с увеличением расстояния магнитные силовые линии становятся все более разреженными и интенсивность магнитного поля уменьшается, при этом интенсивность магнитного поля находится в нелинейной зависимости от расстояния. Как показано на фиг. 3, взаимное расположение эталонного вала 1, плавающего ролика 22, вала 23 поворота плавающего ролика, измерительного блока 3 и датчика 4 и размеры компонентов заданы так, чтобы состояние измерений, в котором находятся измерительный блок 3 и датчика 4, было начальным состоянием, показанным на фиг. 5, и центр измерительного блока 3 и центр датчика 4 Холла находились на оси y. Если измерительный блок 3 движется в направлении, наклоненном под углом 45 градусов к оси х, то есть в направлении А на фиг. 3, то конечное состояние показано на фиг. 6. Отношение между интенсивностью магнитного поля, измеренной датчиком 4 Холла и положением измерительного блока 3 показано на фиг. 7, и является близким к линейному. Горизонтальная ось  представляет интенсивность магнитного поля, наводимого датчиком Холла, а вертикальная ось представляет положение по оси  поверхности магнита.
Т
Т
a
b
a
b
Т
Т
Т
Т
b
[0027] Для этого варианта устройства Холла для измерения толщины поскольку эталонный вал 1 прикреплен к монтажной раме, биение этого вала при вращении минимальны. Плавающий ролик 22 поворачивается вокруг вала 23 поворота плавающего ролика. Измерительный блок 3 зафиксирован относительно плавающего ролика 22 и поворачивается вместе с плавающим роликом 22. Когда листовой материал толщиной  проходит между плавающим роликом 22 и эталонным валом 1, плавающий ролик 22 поднимается на расстояние , а измерительный блок, ограничиваемый валом 23 поворота, поворачивается с радиусом R1. Как показано на фиг. 3, и точка касания  (нулевая точка и оси х, и оси y), в которой эталонный вал 1 и плавающий ролик 22 4касаются друг друга, и центр  измерительного блока 3 расположены на окружности и на оси y, а точка измерения датчика 4 также лежит на оси y. Линия, соединяющая точку  касания, в которой эталонный вал 1 и плавающий ролик 22 касаются друг друга, и центр вращения, проходит под углом 45 градусов к оси х. Расстояние D от центра  измерительного блока до точки измерений датчика 4 удовлетворяет неравенству D<2/3*R2, где R2 - радиус круглого магнита. Предполагая, что листовой материал имеет толщину , в теории, если R1 значительно больше , когда листовой материал поднимает плавающий ролик 22 вверх на , этот плавающий ролик 22 может иметь траекторию движения по окружности радиусом R1 и движется в направлении под углом прибл. 45 градусов к оси х, то есть, плавающий ролик 22 движется на  и в направлении х, и в направлении y. В этом случае центр  измерительного блока 3 также может двигаться по окружности радиусом R1 в направлении под углом прибл. 45 градусов к оси х, и измерительный блок 3 движется на Т и в отрицательном направлении -х, и в направлении y, поэтому отношение между изменением магнитного поля, измеренного датчиком 4 и толщиной листового материала близко к линейному и линейный диапазон представлен D. На практике размер устройства нельзя увеличивать до бесконечности. Поэтому в реальной конструкции невозможно, чтобы радиус R1 был значительно больше Т. В этом варианте предпочтительно R1>10*D и D>5*T.
[0028] Описанные выше варианты являются лишь предпочтительными вариантами настоящего изобретения. Следует отметить, что эти предпочтительные варианты не должны толковаться как ограничивающие настоящего изобретения и объем защиты настоящего изобретения определяется его формулой. Специалистам понятны некоторые изменения и усовершенствования, которые могут быть внесены в изобретения, не выходя за пределы изобретательской идеи и объема изобретения, и такие изменения и усовершенствования также должны считаться входящими в объем защиты настоящего изобретения.