СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШИРИНЫ БАНКНОТ В ТРАКТЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MEASURING WIDTH OF BANKNOTES IN MOVEMENT PATH AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD

Изобретение относится к способам измерения ширины банкнот в тракте перемещения и может быть использовано в способах и устройствах для определения подлинности и пересчета банкнот.
Известен способ измерения ширины банкноты в тракте перемещения, основанный на получении видимого печатного изображения с последующим измерением ее ширины и сравнением ее с контрольным значением (RU 2169393 C2, ГИЗЕКЕ УНД ДЕВРИЕНТ ГМБХ(ВЕ), 09.05.1996). Устройство, реализующее известный способ, включает осветительную систему, приемник оптического излучения с возможностью формирования видимого изображения, в качестве которого использованы ПЗС-матрицы, и блок обработки (см. там же). Данное устройство является слишком дорогостоящим.
Наиболее близким аналогом является известный способ измерения ширины движущегося листового материала, реализуемый устройством для измерения и заключающийся в том, что с помощью расположенных по краям тракта симметрично друг другу датчиков положения кромок листового материала, каждый из которых включает измерительную линейку из n светодиодов и приемник оптического излучения, через равные промежутки времени Δt измеряют отклик приемников датчиков положения на включение каждого светодиода, осуществляют преобразование измеренного сигнала, по отклику определяют количество незатемненных светодиодов измерительных линеек каждого датчика положения и с учетом общего количества незатемненных светодиодов обоих датчиков вычисляют ширину листового материала (SU 1776979 А1 Новосибирский филиал Московского технологического института легкой промышленности, 23.11.92). В данном способе точность измерения определяется шагом, с которым расположены излучатели в каждой линейке, что не дает достаточной точности измерения в случае, когда измеряются размеры банкнот. Кроме того, данная конструкция устройства требует размещения приемников на значительном расстоянии от излучателей, что приводит к увеличению габаритов.
Задача, решаемая изобретением, заключается в создании способа измерения ширины банкноты в тракте перемещения и устройства для его осуществления, позволяющих с большей точностью измерять ширину движущейся в тракте перемещения банкноты.
Технический результат заключается в повышении точности измерения за счет обнаружения частичного перекрытия светодиодного сегмента и оценки величины перекрытия, а также устранения влияния различной светимости светодиодов и чувствительности приемников, уменьшении влияния погрешностей измерения ширины за счет учета возможного перекоса листового материала при движении в тракте.
Дополнительным техническим результатом является обеспечение компактности устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе измерения ширины движущегося листового материала с помощью расположенных вблизи правого и левого краев тракта перемещения датчиков положения листового материала, каждый из которых включает измерительную линейку из n раздельно управляемых светодиодных сегментов, а также приемника оптического излучения, через последовательные промежутки времени измеряют отклик приемника на включение светодиодов, преобразуют величину отклика приемника в цифровой код с последующей его обработкой, при этом сначала измеряют отклик приемников на включение каждого сегмента в отсутствие листового материала и в зависимости от измеренных значений задают значения калибровочных уровней отклика - низкий, по меньшей мере, один промежуточный и высокий, характеризующих положение листового материала относительно каждого сегмента измерительной линейки, соответственно: листовой материал перекрывает сегмент полностью, частично и не перекрывает сегмент, затем измеряют отклик приемников на включение светодиодных сегментов измерительных линеек при движении листового материала в тракте перемещения, сравнивают измеренные значения откликов с калибровочными уровнями, по результатам сравнения определяют количество и расположение полностью и частично перекрытых листовым материалом сегментов измерительной линейки каждого датчика положения, оценивают степень перекрытия частично перекрытых сегментов, на основании полученных данных определяют координаты краев листового материала с дискретностью, меньшей расстояния между соседними сегментами измерительной линейки, затем определяют ширину листового материала с учетом угла перекоса, оценивая величину смещения перекрытой зоны датчика при продвижении листового материала по тракту.
При этом излучение включенных светодиодных сегментов перед приемниками может пропускаться через оптическую систему.
В одном из вариантов реализации способа оптические приемники могут осуществлять преобразование освещенности в напряжение.
В другом варианте реализации способа оптические приемники могут осуществлять преобразование освещенности во временной интервал.
В предпочтительном варианте реализации способа обеспечивают импульсное включение светодиодов каждого датчика положения, при этом оптический приемник каждого датчика положения осуществляет преобразование импульсной освещенности в заряд с последующим преобразованием в напряжение.
В любом из вариантов реализации способа при определении ширины зоны банкноты, перекрываемой измерительной линейкой каждого датчика, возможно осуществлять последовательное включение светодиодов в направлении от центра тракта перемещения банкноты к его краю.
В любом из вариантов реализации способа при определении ширины зоны банкноты, перекрываемой измерительной линейкой каждого датчика, можно осуществлять последовательное включение светодиодов в направлении от края тракта перемещения банкноты к его центру.
В любом из вариантов реализации способа при определении ширины зоны банкноты, перекрываемой измерительной линейкой каждого датчика, можно осуществлять включение светодиодов в соответствии с методом последовательного приближения.
В любом из вариантов реализации способа возможно предварительно измерять выходной сигнал приемника при всех отключенных светодиодах, осуществлять его преобразование в цифровой код, при этом полученное значение на каждом шаге измерения вычитают из значения отклика приемников на включение каждого светодиода как в присутствии банкноты, так и в ее отсутствие.
В любом из вариантов реализации способа возможно одновременно осуществлять преобразование в цифровой код отклика приемника датчика положения правого края банкноты на включение соответствующего светодиода и включение соответствующего светодиода измерительной линейки датчика положения левого края банкноты и наоборот.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство измерения ширины движущегося листового материала содержит датчики положения краев листового материала, расположенные вблизи правого и левого краев тракта перемещения на линии, перпендикулярной направлению перемещения материала в тракте, блок управления датчиками положения, преобразователь выходной величины приемника в цифровой код и процессор, при этом каждый из датчиков положения краев листового материала включает линейку из n светодиодных сегментов, размещенную вблизи направляющей поверхности тракта перемещения, причем направление линейки ориентировано перпендикулярно направлению перемещения листового материала в тракте, и расположенный с противоположной стороны тракта приемник, включающий, по меньшей мере, две приемные площадки, соединенные в схему суммирования входного сигнала и размещенные таким образом, чтобы поле зрения совокупности площадок покрывало все светодиодные сегменты датчика, выход приемника через преобразователь выходной величины приемника подключен к соответствующему входу процессора, управляющими выходами соединенного с входами блока управления датчиками положения, к выходам которого подключены светодиоды датчиков положения краев листового материала, вход синхронизации процессора связан с выходом импульсного датчика линейного перемещения банкноты, а информационный выход - с выходом устройства.
В одном из вариантов исполнения между направляющей поверхностью тракта перемещения листового материала и приемными площадками приемников может быть установлена оптическая система.
При этом приемник каждого датчика может быть выполнен с возможностью преобразования освещенности в напряжение.
В другом варианте исполнения устройства приемник каждого датчика может быть выполнен с возможностью преобразования освещенности во временной интервал.
Блок управления датчиков положения может быть выполнен с возможностью обеспечения импульсного включения светодиодов каждого датчика положения, а его приемник - с возможностью преобразования импульсной освещенности в заряд, а затем в напряжение.
В процессоре при определении координат краев банкноты может быть использован метод последовательного приближения.
Процессор может быть выполнен с возможностью хранения значения сигнала приемника каждого датчика положения при всех отключенных светодиодах, характеризующего уровень внешней засветки устройства и определения истинного отклика приемника на включение светодиода как при наличии банкноты, так и в ее отсутствие путем вычитания из сигнала приемника сигнала, характеризующего уровень внешней засветки из сигнала приемника.
Задание индивидуальных калибровочных уровней отклика для каждого светодиодного сегмента позволяет учесть разницу в уровне светимости светодиодов, а также чувствительности приемников. Измерение отклика приемников при наличии в тракте банкноты и сравнение полученных значений с калибровочными уровнями позволяет установить, какая доля светового потока светодиодного сегмента перекрыта банкнотой, на основании чего оценивается положение края банкноты относительно центров соседних сегментов, и соответственно, определить координаты краев банкноты с высокой точностью. Обеспечиваемая дискретность измерений будет меньше расстояния между соседними сегментами линейки светодиодов. Кроме того, результаты измерения положения краев банкноты, снимаемые синхронно с сигналами датчика линейного перемещения банкноты, позволяют определить величину перекоса банкноты в тракте и учесть поправку на перекос при вычислении ширины, улучшив таким образом точность конечного результата.
В качестве приемников оптического излучения светодиодов в устройстве использованы фототранзисторы, количество и расположение которых выбрано таким образом, чтобы их поля зрения перекрывались и в сумме покрывали бы все сегменты измерительной линейки, при этом они электрически объединены так, что на выходе приемника получают единственный суммарный выходной сигнал. Данное решение позволяет выполнить устройство компактным без использования дорогостоящих комплектующих.
Пропускание излучения от светодиодных сегментов после пересечения плоскости перемещения банкноты через оптическую систему обеспечивает концентрирование излучения на приемных площадках приемников. Это позволяет повысить точность и быстродействие устройства.
Выполнение приемников с возможностью преобразования освещенности в напряжение или во временной интервал позволяет избежать в конструкции устройства применения дополнительных схемотехнических элементов. А выполнение приемников с возможностью преобразования освещенности во временной интервал, кроме того, позволяет повысить быстродействие устройства.
Использование импульсного включения светодиодов с последующим преобразованием импульсной освещенности в заряд также позволяет повысить быстродействие устройства за счет сокращения времени процесса преобразования освещенности в цифровой код.
Процессор выполнен с возможностью выполнения дополнительных функций - хранения значения сигнала приемника каждого датчика положения при всех отключенных светодиодах, характеризующего уровень внешней засветки устройства и определения истинного отклика приемника на включение светодиода как при наличии банкноты, так и в ее отсутствии путем вычитания из сигнала приемника сигнала, характеризующего уровень внешней засветки из сигнала приемника.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения ширины банкноты; на фиг.2 (А, В) представлена схема размещения приемных площадок и светодиодных сегментов относительно поверхности перемещения банкноты; на фиг.3 (А, В, С, D) представлены варианты выполнения каскодной схемы включения фототранзисторов на выходе приемников.
Способ осуществляется с помощью предлагаемого устройства.
Устройство содержит датчики положения правого и левого краев банкноты, каждый из которых включает измерительную линейку 1(2) со светодиодными сегментами 3(4) и приемник 5(6). Измерительные линейки 1 и 2 датчиков размещены вблизи краев поверхности тракта 7 перемещения. С противоположной стороны поверхности тракта 7 перемещения размещены приемники 5(6), образованные отдельными площадками таким образом, что поле зрения совокупности площадок перекрывает все светодиодные сегменты 3(4). При отсутствии банкноты 8 в тракте перемещения излучение каждого светодиодного сегмента 3 (4) достигает приемника 5(6) и вызывает отклик его выходного сигнала. Устройство содержит также преобразователь 9 выходной величины приемника в цифровой код, процессор 10, блок 11 управления датчиками положения и блок 12 питания светодиодных сегментов. Выход каждого из приемников 5 и 6 соединен с соответствующим входом преобразователя 9, выходы которого подключены к информационным входам процессора 10, управляющими выходами соединенного с входами блока 11 управления датчиками положения. Светодиодные сегменты 3 и 4 подключены через блок 11 управления датчиками к выходу блока 12 питания. Вход 13 синхронизации процессора 10 связан с выходом импульсного датчика линейного перемещения банкноты (на чертеже не показан), а информационный выход - с выходом устройства. Схема включения фототранзисторов 14 на выходе приемников 5(6) содержит нагрузочный 15 резистор, усилительный 16 транзистор, токоограничивающий 17 резистор, накопительный 18 конденсатор, управляемый 19 переключатель.
Процессор 10 выполняет следующие функции:
- задание порядка включения светодиодных сегментов 3 и 4 как в отсутствие банкноты, так и при ее наличии в тракте 7 перемещения;
- определение значений калибровочных уровней отклика каждого приемника 5, 6 на включение соответственно светодиодных сегментов 3 и 4 - низкого, промежуточного и высокого, характеризующих положение банкноты 8 относительно каждого сегмента измерительных линеек 1, 2;
- хранение в памяти значений калибровочных уровней откликов приемников 5, 6;
- определение количества полностью и частично перекрытых банкнотой сегментов измерительной линейки 1(2) путем сравнения отклика приемника 5(6) со значениями калибровочных уровней;
- оценка степени перекрытия частично перекрытых банкнотой сегментов измерительной линейки 1(2);
- вычисление ширины зоны банкноты, перекрываемой измерительной линейкой 1 датчика положения правой кромки банкноты;
- вычисление ширины зоны банкноты, перекрываемой измерительной линейкой 2 датчика положения левой кромки банкноты;
- определение совместного смещения положения краев банкноты в сторону одного из краев тракта синхронно с сигналом датчика линейного перемещения банкноты в тракте;
- вычисление угла перекоса банкноты при ее движении по тракту перемещения ширины банкноты,
- определение ширины банкноты с учетом перекоса;
- передача значений ширины банкноты и угла перекоса во внешнее устройство.
Кроме того, процессор 10 может выполнять следующие дополнительные функции:
- перед началом измерений формировать сигнал включения датчиков положения при обесточенных светодиодах измерительных линеек;
- хранение в памяти значений показаний датчиков при обесточенных светодиодах измерительных линеек, характеризующих уровень внешней засветки;
- в пределах каждого измерения вычитание из результатов измерения значения уровня внешней засветки.
Устройство работает следующим образом.
При движении по тракту перемещения банкноты ее края проходят в зазоре между измерительными линейками 1, 2 и оптическими приемниками 5, 6. Измерительная линейка 1(2) в конкретном примере выполнения состоит из 30 светодиодных сегментов 3(4). Сегменты имеют фиксированную ширину. В конкретном примере выполнения ширина сегмента используемой измерительной линейки составляет 1,8 мм, а шаг сегментов 2,5 мм. При этом очевидно, что расстояние между измерительными линейками в тракте перемещения банкнот не должно быть меньше минимальной ширины проверяемой банкноты. Приемник 5(6) оптического излучения состоит, по меньшей мере, из шести фототранзисторов 14, электрически объединенных таким образом, что на выходе приемника формируют единственный суммарный выходной сигнал. Количество и расположение фототранзисторов 14 выбирают таким образом, чтобы их поля зрения перекрывались и в сумме покрывали бы все сегменты 3(4) измерительной линейки. Банкнота может располагаться вплотную к оптическим поверхностям светодиодных сегментов, в этом случае расстояние d близко к нулю (фиг.2А). Однако для наиболее точной оценки степени перекрытия сегмента расстояние d желательно увеличить до той степени, чтобы пучки света, идущие от соседних сегментов к приемникам, перекрывались бы при пересечении плоскости перемещения банкноты, как, например, показано на фиг.2.
Процессор 10 через последовательные промежутки времени формирует управляющие сигналы, в соответствии с которыми блок 11 управления задает последовательность включения светодиодных сегментов 3(4). В каждый промежуток времени в каждой линейке включается только один светодиодный сегмент. В одном из вариантов блок 11 управления одновременно осуществляет последовательное подключение светодиодных сегментов 3(4) измерительных линеек датчиков к источнику 12 питания в направлении от центра тракта перемещения к его краю. В другом варианте выполнения подключение светодиодных сегментов 3(4) осуществляют от края к центру. Отклик приемника 5(6) на включение светодиодных сегментов 3(4) преобразуется в преобразователе 9 выходной величины в цифровую форму и поступает в процессор 10 для последующей его обработки. В качестве преобразователя 9 выходной величины в цифровую форму в одном из вариантов выполнения устройства используют аналого-цифровой преобразователь. В случае, когда приемники 5(6) осуществляют преобразование освещенности в напряжение, их можно подключать напрямую к преобразователю 9 выходной величины без дополнительных схемотехнических элементов. При преобразовании освещенности во временной интервал вместо аналого-цифрового преобразователя может быть использовано устройство для измерения временных интервалов (таймер). Это позволяет сократить время получения цифрового кода выходного сигнала, поскольку процесс измерения временного интервала происходит одновременно с преобразованием освещенности во временной интервал.
В случае, когда светодиоды включаются в импульсном режиме, освещенность на выходе фотоприемника 5(6) преобразуется в заряд, который заряжает накопительный 18 конденсатор, напряжение на котором преобразуется в цифровой код. Уменьшение емкости накопительного 18 конденсатора повышает быстродействие схемы и при этом оно, как правило, существенно выше, чем при прямом преобразовании освещенности в напряжение.
Отклик приемника 5(6) на включение различных сегментов 3(4) в отсутствие банкноты может достаточно сильно различаться. Это связано с различной светимостью светодиодов 3(4), разницей в чувствительности фототранзисторов 14, а также переменным расстоянием от измерительной линейки 1(2) до приемника 5(6). В связи с этим сначала в отсутствие банкноты 8 в тракте 7 перемещения проводят измерение отклика приемника 5(6) каждого датчика на включение светодиодных сегментов 3(4). Значения отклика на включение каждого светодиодного сегмента 3(4) процессор 10 использует как эталонное для задания калибровочных уровней отклика - низкого, промежуточных и высокого, характеризующих положение банкноты относительно каждого сегмента измерительной линейки. Например, при реализации способа с одним промежуточным уровнем уровень от 0 до 25% эталонного сигнала задают «низким», при этом сегмент измерительной линейки 1(2) считают полностью перекрытым банкнотой, уровень от 26 до 75% - промежуточным, а сегмент - частично перекрытым банкнотой, уровень более 75% - высоким, сегмент - полностью открыт. Процессор 10 в зависимости от измеренного эталонного сигнала для каждого светодиодного сегмента 3(4) задает значения калибровочных уровней и сохраняет их в памяти. Для повышения точности измерения ширины банкноты процессор 10 при ее отсутствии в тракте 7 перемещения периодически подает команду блоку 11 управления на включение светодиодов, обрабатывает отклик приемника и корректирует значения калибровочных уровней.
1
2
1
2
1
1
1
1
0
1
1
2
2
0
0
1
2
1
2
1
2
1
2
банкноты
1
2
3
3
При перемещении банкноты 8 по тракту 7 значение отклика на включение каждого светодиодного сегмента 3(4) процессор 10 сравнивает со значениями калибровочных уровней. По результатам сравнения процессор 10 определяет количество n (n) полностью и k и (k) частично перекрытых банкнотой сегментов измерительных линеек 1(2) и вычисляет ширину зоны банкноты 8, перекрываемой измерительными линейками 1 и 2 по формулам L=(n+k·p)·l и L=(n+k·p)·l, где l - ширина сегмента измерительной линейки датчиков, a p и р - соответственно степени перекрытия частично перекрытых датчиков, принимающие значения меньше 1. Результаты вычислений для каждого измерения заносятся в память процессора 10. Если при, по меньшей мере, двух измерениях (L+L)=const, то процессор 10 определяет угол перекоса банкноты 8 по формуле α=arctg Δx/Δу, где Δx=(ΔL-ΔL)/2, где ΔL - приращение координаты правой кромки банкноты, ΔL - приращение координаты левой кромки банкноты, Δy - величина перемещения банкноты в тракте в течение времени измерения. При вычислении ширины банкноты 8 учитывают угол перекоса. Ширину банкноты вычисляют по формуле: L=(L+L,+L)·cos α, где L - ширина зоны между измерительными линейками 1 и 2 датчиков положения.
Процесс измерения ширины банкноты в тракте перемещения 7 должен происходить с максимальным быстродействием 3500 раз в секунду, что позволяет обрабатывать до 1800 банкнот в минуту при оцифровке ширины банкноты на каждый ее миллиметр.
Для дальнейшего повышения скорости измерения возможен другой вариант подключения светодиодных сегментов 3(4) к блоку 12 питания. Линейка светодиодов разбивается на две половины - ближнюю к центру банкноты А и дальнюю от центра (ближнюю к краю) В. Вначале включается ближний к центру светодиодный сегмент на половине В. Его полное перекрытие означает, что край банкноты находится на половине В. Если он не перекрыт, значит край банкноты находится на половине А. Случай частичного перекрытия означает, что край банкноты обнаружен и находится в пределах включенного сегмента. На следующем этапе такие же операции производятся на той половине, на которой обнаружен край банкноты. Затем они повторяются на четверти банкноты. Процесс разбиения и проверки продолжается до тех пор, пока не будет обнаружен частично перекрытый сегмент либо разбиение не дойдет до последнего оставшегося сегмента. Максимально возможное количество выполненных шагов при таком последовательном приближении равно пяти для каждой линейки светодиодов. Таким образом, оно в любом случае меньше, чем при осуществлении последовательного включения светодиодов вдоль линейки, что обеспечивает повышение скорости измерения и, соответственно, быстродействия устройства.
1
4
При использовании одного промежуточного уровня в результате выполненного алгоритма формируется 6-битный результат измерения. Старшие 5 битов определяют в двоичной системе счисления положением самого ближнего к центру полностью перекрытого сегмента. Младший бит определяется степенью перекрытия частично перекрытого сегмента. Единица в этом бите соответствует сегменту, перекрытому наполовину. Все 6 битов вместе дают координаты краев банкноты в двоичной системе с дискретностью, равной половине шага сегментов. Возможность уменьшения дискретности измерения определяется достижимой точностью оценки перекрытия сегмента по измеренной доле светового потока, приходящего от этого сегмента на приемники датчиков. Зависимость степени перекрытия каждого из сегментов от доли светового потока может быть вычислена из конструктивных характеристик датчика. Либо эта зависимость может быть определена экспериментальным путем. Затем она может применяться в программе процессора для определения значения промежуточных уровней. Точность оценки перекрытия будет определяться точностью и стабильностью данной зависимости во времени и от внешних условий. На практике достаточно легко достигается дискретность, равная / шага сегментов.
В каждом шаге процесса измерений имеются две последовательные операции, проводимые независимо в левом и правом датчиках:
- экспозиция и установление сигнала на выходе приемника 1(2), длительность которого определяется инерционностью светодиодных сегментов 3, 4 и фототранзистора, а также параметрами измерительной схемы приемника 5 и 6.
- аналого-цифровое преобразование.
В связи с этим для достижения максимального быстродействия объединяют эти операции, выполняя их одновременно. В момент аналого-цифрового преобразования отклика приемника 5 датчика положения правого края производят экспозицию (включение светодиодных сегментов 4 измерительной линейки 2) датчика положения левой кромки. Соответственно, во время осуществления аналого-цифрового преобразования отклика приемника 6 датчика положения левого края производят включение светодиодных сегментов 3 светодиодной линейки 1. Это позволяет сократить время измерения ширины банкноты 8.
L
В одном из вариантов выполнения устройства на выходе приемника 5(6) применяют параллельное включение фототранзисторов 14 с суммированием тока на нагрузочном 15 резисторе (фиг.3А). Коллекторы фототранзисторов 14 подключены к источнику питания напряжением +12 В. Эмиттеры фототранзисторов 14 соединены с нагрузочным 15 резистором (R), второй вывод которого подключен к общему проводу. Выходное напряжение приемника формируется как падение напряжения на нагрузочном 15 резисторе.
L
L
L
В другом варианте выполнения устройства на выходе приемника 5(6) применяют каскодную схему включения фототранзисторов с суммированием фототоков в нагрузке R (см. фиг.3В). Фототранзисторы 14 (VT1,…VTn) соединены параллельно. Коллекторы фототранзисторов 14 подключены к источнику питания напряжением +12 В. Эмиттеры фототранзисторов 14 соединены с эмиттером усилительного 16 транзистора (VTC), включенного по схеме с общей базой. База усилительного 16 транзистора через токоограничивающий 17 резистор (RB) подключена к источнику питания напряжением +5 В. Коллектор усилительного 16 транзистора соединен с нагрузочным 15 резистором (R), второй вывод которого подключен к общему проводу. Выходной сигнал приемника 5(6) снимается с нагрузочного 15 резистора. Фототок всех фототранзисторов 14 суммируется в эмиттерной цепи усилительного 16 транзистора (VTC). Практически тот же ток протекает через нагрузочный 15 резистор (R), вызывая падение напряжения на нем. Это напряжение является выходным напряжением приемника.
Такое включение фототранзисторов 14 позволяет уменьшить время установления сигнала на выходе приемника 5(6). Время установления уменьшается, так как в сравнении со схемой, изображенной на фиг.3А, напряжение на фототранзисторах 14 мало изменяется и находится в интервале 6,2-7,0 В. Соответственно, напряжение на емкостях коллектор-база фототранзисторов 14 (VT1,…VTn) также изменяется незначительно. Вследствие этого при открытии и закрытии фототранзисторов 14 указанные емкости практически не вносят свой вклад в затягивание фронтов выходного сигнала. Это позволяет нейтрализовать как прямое влияние коллекторной емкости на быстродействие, так и значительно более весомое противодействие фотоэффекту через емкость Миллера.
Возможен вариант использования каскодной схемы с отдельными усилительными 16 транзисторами (VTC1,…VTCn) для каждого фототранзистора 14 (VT1,…VTn) (фиг.3С), который позволяет достигнуть еще большего быстродействия. В таком варианте выполнения каскодной схемы фототоки суммируются в общей коллекторной цепи усилительных 16 транзисторов, при этом фототок одного фототранзистора не заряжает емкости других фототранзисторов. Таким образом, увеличение числа фототранзисторов практически не ухудшает быстродействие приемника 5(6).
Такие варианты схемы включения фототранзисторов в приемнике 5(6) оптического излучения осуществляют преобразование освещенности фототранзисторов в напряжение.
L
Для увеличения быстродействия используют преобразование освещенности во временной интервал. Схема такого приемника представлена на фиг.3D. Эта схема аналогична схеме на фиг.3А, однако в ней вместо нагрузочного 15 резистора используется накопительный 18 конденсатор (С).
L
При работе такого варианта схемы сигнал с выхода приемника 5(6) непосредственно подается на цифровой вход таймера процессора 10. Отсчет времени таймером запускается одновременно с включением светодиодного сегмента. Время заряда конденсатора до уровня срабатывания цифрового входа таймера будет обратно пропорционально фототоку. В этом случае результаты измерения могут быть получены ранее, чем фототок достигнет стабилизации. Паразитные емкости схемы суммируются с емкостью измерительного конденсатора и таким образом с пользой включаются в работу схемы. Это позволяет существенно улучшить быстродействие измерения по сравнению с измерением установившегося напряжения. Для эффективного проведения измерений необходимо в промежутках между измерениями фототока обеспечивать полный разряд накопительного 18 конденсатора (С), для чего в схему между конденсатором 18 и земляной шиной включен управляемый 19 переключатель (SW), замыкаемый по команде процессора 10 на короткий интервал времени после завершения очередного измерения сигнала. Дополнительное ускорение процесса измерения освещенности достигается благодаря тому, что преобразование освещенности во временной интервал и измерение длительности временного интервала происходят одновременно. Для сравнения, преобразование освещенности в установившийся уровень напряжения и преобразование этого напряжения в код происходят последовательно.
L
Схема, изображенная на фиг.3D, может быть также использована в режиме преобразования освещенности в заряд, а затем в напряжение. Для этого светодиодный сегмент 3(4) включают на определенный промежуток времени, формируя световой импульс. В фототранзисторе 14 происходит преобразование энергии светового импульса, полученного от светодиодного сегмента 3(4), в заряд. Полученный заряд стекает в конденсатор 18 (С), создавая на нем напряжение. Это напряжение затем может быть преобразовано в код при помощи аналого-цифрового преобразователя. Достоинством данного варианта по сравнению с преобразованием освещенности во временной интервал является ограниченное время преобразования, не зависящее от уровня освещенности.
Свет, проникающий от внешних источников в место расположения приемников 5(6), суммируется с излучением светодиодных сегментов 3(4) и может вызвать ошибочное определение края банкноты 8. Для компенсации влияния внешней засветки возможен вариант устройства, в котором процессор 10 формирует команду для проведения перед началом измерений дополнительного цикла измерений освещенности при всех обесточенных сегментах измерительных линеек 1 и 2 обоих датчиков. На выходе преобразователя 9 формируют сигнал, характеризующий уровень внешней засветки. Процессор 10 запоминает его значение. При последующих измерениях процессор 10 вычитает из полученных результатов измерения замеренный уровень внешней засветки. Это позволяет получить значение истинного отклика приемника 5(6) на включение светодиода 3(4) соответствующего сегмента измерительной линейки 1(2).
Кроме того, при проведении калибровки необходимо учитывать уровень сигнала приемника, достаточный для уверенного измерения положения левого и правого края банкноты. Снижение уровня сигнала обнаруживается в момент калибровки, если отклик приемника оказывается ниже допустимого значения, и может быть связано, например, с загрязнением оптических поверхностей излучателя и приемника. В случае недостаточного сигнала процессор 10 передает сообщение об ошибке.
Для повышения эффективности работы устройства перед приемниками 5 и 6 может быть установлена оптическая система (не показана). С ее помощью собирают излучение, пересекшее плоскость перемещения банкноты 8, на приемные площадки приемников для повышения уровня выходного сигнала. В результате снижается относительный уровень шумов, что позволяет определять степень перекрытия сегмента 3(4) с более высокой точностью и в итоге повышает возможную точность измерения. Кроме того, более высокий уровень сигнала позволяет увеличить быстродействие приемников. К оптической системе не предъявляется требование построения изображения, поэтому она может быть реализована достаточно простыми средствами. Например, в качестве оптической системы может применяться один световод либо группа световодов.