ДАТЧИК ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕННОГО ДОКУМЕНТА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО ДАТЧИКА
SENSOR FOR ANALYSING VALUABLE DOCUMENT AND METHOD OF MAKING SAID SENSOR

Настоящее изобретение относится к датчику для исследования ценного документа, а также к способу изготовления такого датчика.
Под ценными документами при этом подразумеваются листовые объекты, которые, например, обладают денежной стоимостью или предоставляют те или иные полномочия и поэтому не должны изготавливаться любыми не уполномоченными на это лицами. По этой причине подобные ценные документы снабжены защитными признаками, которые невозможно изготовить простым путем, прежде всего невозможно сымитировать путем простого копирования, и наличие которых является подтверждением подлинности ценных документов, т.е. подтверждением их изготовления уполномоченным на это учреждением. В качестве важных примеров таких ценных документов можно назвать чип-карты, купоны, талоны, ордера, чеки и прежде всего банкноты.
Подобные ценные документы во многих случаях должны подвергаться автоматической проверке на подлинность и/или на их физическое состояние, например, на ветхость или на наличие разрывов, дыр или клейких лент.
Для этого в устройствах для обработки ценных документов используются предназначенные для их исследования или анализа датчики, под которыми согласно настоящему изобретению подразумеваются устройства для определения по меньшей мере одного свойства по меньшей мере одного участка ценного документа и для формирования отражающих такое свойство измерительных сигналов. Подобные датчики при этом не обязательно должны иметь электрическую схему для обработки измерительных сигналов или для управления.
Обычно такие датчики имеют по меньшей мере один электрический компонент, назначение которого состоит в преобразовании электрической энергии в звуковые волны и/или магнитные либо электромагнитные поля, прежде всего в оптическое излучение, для исследования ценного документа и/или в регистрации, соответственно детектировании звуковых волн и/или магнитных либо электромагнитных полей, прежде всего оптического излучения, от ценного документа с формированием измерительных сигналов. В первом случае датчик обычно имеет также чувствительный элемент для регистрации эффектов, проявляющихся при воздействии звуковых волн и/или магнитных, соответственно электромагнитных полей на ценный документ. Для снабжения электрической энергией, соответственно для обмена сигналами, такие электрические компоненты обычно соединены с печатной платой, на которой находятся контакты или выводы электрического разъема для подключения ведущего к электрической схеме обработки соединительного кабеля с ответной частью электрического разъема. Каждый электрический компонент датчика обычно закреплен в держателе в оптимальном для исследования ценных документов положении и кабелем соединен с отдельной печатной платой.
Подобные датчики, поскольку они часто применяются в устройствах для автоматической обработки ценных документов, должны иметь минимально возможные размеры и должны быть экономичны в изготовлении, лишь с минимальными затратами. Однако датчик рассмотренной выше конструкции требует выполнения нескольких монтажных операций, а также занимает сравнительно много места.
Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача разработать датчик для исследования ценного документа, имеющий простую и компактную конструкцию, а также разработать соответствующий способ изготовления такого датчика.
Указанная задача решается с помощью датчика для исследования ценного документа в зоне действия этого датчика, имеющего по меньшей мере один электрический компонент для преобразования электрической энергии в звуковые волны для исследования ценного документа и/или для детектирования звуковых волн и/или магнитных полей от ценного документа с формированием измерительных сигналов и держатель для электрического компонента, имеющий углубление или отверстие для по меньшей мере частичного помещения в него и закрепления в нем электрического компонента и по меньшей мере один проходящий на или в держателе печатный проводник, с которым электрически соединен по меньшей мере один электрический контактный вывод электрического компонента.
Положенная в основу изобретения задача решается также с помощью способа монтажа электрического компонента для преобразования электрической энергии в звуковые волны для исследования ценного документа и/или для детектирования звуковых волн и/или магнитных полей от ценного документа с формированием измерительных сигналов путем установки этого электрического компонента в углубление или отверстие в держателе, заключающегося в том, что электрический компонент по меньшей мере частично помещают в углубление или отверстие в держателе и по меньшей мере один электрический контактный вывод электрического компонента электрически соединяют с печатным проводником на или в держателе.
Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения и его модификации представлены в последующем описании, а также в формуле изобретения и на прилагаемых к описанию чертежах.
Электрический компонент может представлять собой прежде всего излучающий элемент, который излучает звуковые или электромагнитные волны, главным образом электромагнитное излучение в диапазоне длин волн оптического излучения, или же соответствующий приемный элемент.
Предлагаемый в изобретении датчик отличается прежде всего наличием держателя, который одновременно выполняет по меньшей мере две следующие функции: во-первых, служит для закрепления по меньшей мере одного электрического компонента, и, во-вторых, обеспечивает по меньшей мере одно его электрическое подсоединение, и поэтому для электрического компонента помимо держателя не требуется никакая дополнительная печатная плата. Благодаря этому удается придать исключительно компактную конструкцию предлагаемому в изобретении датчику и одновременно с этим упростить также его сборку благодаря меньшему количеству деталей и элементов. Печатный проводник может быть соединен прежде всего с электрическим соединителем (разъемом), через который электрический компонент или весь датчик может соединяться с внешними устройствами.
Помимо этого электрический компонент по меньшей мере частично расположен в углублении или отверстии в держателе, т.е. прежде всего частично утоплен в такое углубление или отверстие. Сказанное означает, что в углублении или отверстии расположена по меньшей мере одна часть электрического компонента, в которой находятся не только его электрические контактные выводы. Еще одно связанное с этим преимущество состоит в возможности повысить стабильность закрепления электрического компонента в держателе и в возможности улучшить защиту электрического компонента, прежде всего при его полном утапливании в углубление или отверстие в держателе, от внешних механических воздействий.
В принципе держатель можно выполнять состоящим из нескольких частей. Более же предпочтительно выполнять держатель цельным. Выполнение держателя цельным прежде всего упрощает его изготовление. При цельном выполнении держатель не обязательно должен состоять только из одного слоя, а может также иметь многослойную структуру.
Держатель в принципе можно изготавливать из любых материалов, которые обеспечивают соблюдение функциональных требований, предъявляемых к держателям. Материал для изготовления держателя в сочетании с его формой в предпочтительном варианте должен обеспечивать достаточную жесткость держателя, т.е. его деформация при воздействии на него возникающих в нормальных условиях эксплуатации нагрузок должна отсутствовать либо должна быть допустима лишь в исключительно малой степени.
В особо простом варианте держатель можно изготавливать из сшитых полимерных материалов, главным образом из смол или композиционных материалов на их основе. Так, например, держатель можно изготавливать аналогично классическим печатным платам, прежде всего толщиной от 2 до 10 мм, предпочтительно от 4 до 8 мм, например, из пертинакса либо из пропитанных эпоксидной смолой стекломатов, соответственно из армированной ими эпоксидной смолы (например, из стеклотекстолита FR4). Подобные держатели можно изготавливать исключительно простым путем классическими методами обработки материалов, такими, например, как фрезерование и/или сверление.
В другом предпочтительном варианте держатель имеет по меньшей мере один слой керамического материала. Преимущество, связанное с использованием керамических материалов, состоит в наличии у них высокой теплостойкости и высокой механической стабильности. В качестве керамического материала предпочтительно использовать материал с хорошей теплопроводностью, например оксид алюминия, или материал с высокой теплопроводностью, например нитрид алюминия. Использование таких материалов позволяет эффективно отводить от электрического компонента возможно выделяющееся при его работе тепло.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения предлагаемого в изобретении датчика держатель представляет собой изделие, полученное литьем под давлением или литьевым прессованием, или содержит по меньшей мере одно такое изделие, полученное литьем под давлением или литьевым прессованием. Соответственно при осуществлении предлагаемого в изобретении способа держатель изготавливают литьем под давлением или литьевым прессованием. Преимущество этого варианта состоит в возможности исключительно простого изготовления держателя даже сложной геометрической формы. Наиболее прост в изготовлении держатель с поверхностью без поднутрений. Литьем под давлением можно прежде всего изготавливать изделие из по меньшей мере одного термопласта. Однако держатель можно изготавливать и из иных допускающих их переработку литьем под давлением или литьевым прессованием полимерных материалов или их смесей. Предпочтительно при этом использовать полимерные материалы, которые допускают также их металлизацию для выполнения на них или в них печатного проводника. В качестве полимерных материалов можно в первую очередь использовать технические пластмассы, такие, например, как полиамиды, сложные полиэфиры, полиэфиркетоны, полиэфирэфиркетоны, полиоксиметилен, жидкокристаллические полимеры либо - главным образом при применении оптического датчика - прозрачные полимеры, такие как поликарбонаты.
Держатель в принципе может иметь любую форму. Однако при необходимости размещения нескольких электронных компонентов в виде двумерной матрицы или на одном уровне держатель предпочтительно выполнять в основном в форме пластины. Сказанное означает, в частности, что держатель можно выполнять в виде пластины с по меньшей мере одним углублением или отверстием. Этот вариант обеспечивает особо простое изготовление держателя, прежде всего из вышеуказанных материалов.
Печатные проводники в принципе можно выполнять на одной из двух противоположных поверхностей держателя. Однако для защиты печатного проводника его предпочтительно располагать на той поверхности держателя, которая при исследовании ценного документа обращена от него или от излучающей или приемной поверхности электрического компонента. Под излучающей или приемной поверхностью электрического компонента при этом подразумевается та его поверхность, на которой при излучении происходит излучение, соответственно при приеме происходит прием волн, соответственно поля.
При необходимости обеспечить только механическую защиту электрического компонента его можно любым образом располагать в углублении, соответственно в отверстии в держателе. Однако наиболее предпочтительно, чтобы в предлагаемом в изобретении датчике его электрический компонент удерживался в требуемой ориентации относительно держателя по меньшей мере одним участком поверхности, образующей углубление, соответственно отверстие, стенки и/или ориентирующей структурой стенки держателя. В этом случае держатель может выполнять третью функцию, а именно: функцию по ориентированию электрического компонента. Хотя известные из уровня техники печатные платы и позволяют располагать электрический компонент в плоскости, тем не менее они не позволяют с достаточно высокой точностью ориентировать его в пространстве.
Указанный выше участок поверхности может представлять собой гладкий или ровный участок поверхности углубления, соответственно отверстия, а в случае цилиндрического отверстия - цилиндрический участок, на который опирается электрический компонент или между стенками которого он защемлен или запрессован. Однако особо точное ориентирование электрического компонента достигается в том случае, когда стенка углубления, соответственно отверстия, имеет ориентирующую структуру, которой электрический компонент удерживается в требуемой ориентации относительно держателя. Подобная ориентирующая структура позволяет с высокой точностью ориентировать электрический компонент в требуемом направлении, которое, например, в случае цилиндрического отверстия не обязательно должно совпадать с направлением его оси. Помимо этого ориентирующую структуру и электрический компонент можно выполнять взаимно согласованными по форме и размерам с достижением тем самым особо точной их пригонки друг к другу.
У предлагаемого в изобретении датчика вышеуказанный участок поверхности, соответственно ориентирующую структуру и электрический компонент, можно прежде всего выполнять таким образом, чтобы направление максимума излучения, испускаемого электрическим компонентом, или направление максимума принимаемого им излучения располагалось наклонно к поверхности держателя. Для этого углубление, соответственно отверстие, в держателе необходимо выполнять соответствующим образом. При наличии ориентирующей структуры сказанное, соответственно, относится и к ней. Этот вариант, несмотря на возможную простоту держателя, позволяет точно ориентировать электрический компонент относительно держателя в любом направлении.
Ориентирующая структура может иметь самое разнообразное исполнение. Так, например, она может иметь направляющий элемент, который позволяет не только ориентировать электрический компонент в пространстве, но и устанавливать электрический компонент в определенное угловое положение, повернутое вокруг направления максимума испускаемого излучения или направления максимума принимаемого излучения. Речь при этом может идти, например, об уступе, канавке или гребне, ориентированной/ориентированном в направлении, в котором электрический компонент вставляется в углубление, соответственно в отверстие.
В особенно предпочтительном варианте ориентирующая структура представляет собой проходящий по окружности углубления, соответственно отверстия, кольцевой уступ или канавку. Преимущество этого варианта состоит в том, что уступ, соответственно канавка, может одновременно выполнять две функции, одна из которых состоит в позиционировании электрического компонента в углублении, соответственно в отверстии, в направлении, в котором электрический компонент вставляется в это углубление, соответственно отверстие, а другая - в ориентировании электрического компонента.
В принципе углубление, соответственно отверстие, можно выполнять только на одной поверхности держателя, как это имеет место, например, в случае глухого отверстия. Однако особые преимуществе позволяет получить вариант, в котором углубление, соответственно отверстие, образует канал, проходящий сквозь держатель. Этот вариант позволяет, в частности, располагать электрический компонент в канале в положении, в котором электрический компонент в одном направлении канала можно электрически соединить с печатным проводником, а в другом направлении электрический компонент может испускать, соответственно с другого направления принимать, излучение. Канал может быть прежде всего образован сквозным отверстием в держателе.
Для упрощения изготовления держателя углубление, соответственно отверстие, в нем наиболее предпочтительно выполнять вращательно-симметричным относительно оси с заданным относительно держателя положением. Подобные углубления, соответственно отверстия, можно выполнять особо простым путем, например, сверлением или фрезерованием.
Отверстие, соответственно углубление, в держателе в принципе может иметь любую форму. В одном из особенно предпочтительных вариантов углубление, соответственно отверстие, расположено наклонно к поверхности держателя. Подобное наклонное расположение отверстия, соответственно углубления, в держателе позволяет особо простым путем точно устанавливать и ориентировать электрический компонент также в наклонном к поверхности держателя положении.
Для ориентирования электрического компонента не обязательно наличие ориентирующей структуры. В другом предпочтительном варианте углубление, соответственно отверстие, имеет расположенное наклонно к поверхности держателя дно, на котором расположен электрический компонент. Этот вариант также позволяет простым путем ориентировать электрический компонент относительно держателя.
В принципе вполне достаточно, чтобы электрический компонент по меньшей мере частично располагался в углублении, соответственно отверстии, в держателе, при этом между образованной углублением, соответственно отверстием, внутренней поверхностью держателя и компонентом могут иметься полости. В предлагаемом в изобретении датчике прежде всего в том случае, когда электрический контактный вывод электрического компонента расположен в углублении, соответственно отверстии, электрический компонент предпочтительно по меньшей мере частично заделывать или заливать соответствующим материалом в углублении, соответственно отверстии. Благодаря этому повышается надежность закрепления электрического компонента в углублении, соответственно отверстии, а при выборе приемлемого материала для заделки, соответственно заливочного материала, обеспечивается также защита электрического компонента от влаги, масел или иных обладающих отрицательным действием на него веществ и материалов. В качестве материала для заделки, соответственно заливки, электрического компонента предпочтительно далее использовать таковой, обладающий демпфирующим действием. Наличие подобного демпфирования предпочтительно прежде всего в том случае, когда электрический компонент представляет собой электроакустический компонент, такой как излучатель или приемник звуковых колебаний. В качестве заливочной массы можно использовать прежде всего упругий, предпочтительно эластичный, материал, не допускающий образования трещин или разрывов при обусловленном колебаниями температуры изменении размеров держателя и электрического компонента. Помимо этого для заливки, соответственно заделки, электрического компонента предпочтительно использовать электроизоляционные материалы. Соответствующие материалы, например гели, хорошо известны.
Держатель, как уже указывалось выше, может кроме печатного проводника иметь несколько слоев. В предпочтительном варианте на поверхности держателя или в нем выполнен электропроводный экранирующий слой. Преимущество этого варианта состоит в возможности экранировать экранирующим слоем электромагнитные поля и в возможности тем самым по меньшей мере частично защитить электрический компонент от электромагнитных помех извне. Тем самым удается значительно ограничить отрицательное влияние внешних электромагнитных полей на работу датчика и прежде всего также на его отношение сигнал/шум. В соответствии с этим держатель берет на себя выполнение еще одной функции. В подобном случае особенно предпочтительно, чтобы электрический компонент своей чувствительной к воздействию электрических или электромагнитных полей частью располагался в углублении, соответственно в отверстии, в держателе. В этом случае именно эта часть электрического компонента оказывается надежно экранирована. Экранирующий слой также предпочтительно выполнять из металла или сплава металлов. Помимо этого экранирующий слой может иметь электрический контактный вывод, который для улучшения экранирующего действия позволяет соединять экранирующий слой с заземляющим проводом.
В одном из наиболее предпочтительных вариантов экранирующий слой содержит магнитомягкий материал и благодаря этому позволяет также экранировать магнитные поля.
В общем случае экранирующий слой нет необходимости выполнять сплошным, покрывающим всю поверхность держателя, а вместо этого в этом слое можно предусматривать пустые или пробельные участки, которые, однако, не должны значительно ослаблять экранирующее действие.
В принципе в качестве электрического компонента в предлагаемом в изобретении датчике можно использовать любой электрический компонент при условии выполнения им указанных выше функций.
Наиболее предпочтителен, однако, вариант выполнения предлагаемого в изобретении датчика, у которого электрический компонент представляет собой ультразвуковой преобразователь. Такой ультразвуковой преобразователь может служить при этом излучателем и/или приемником ультразвуковых волн. В этом случае размещение преобразователя в углублении или отверстии при его соответствующем исполнении может в качестве дополнительного положительного побочного эффекта способствовать также лучшему фокусированию излученного ультразвука.
В другом варианте электрический компонент может представлять собой чувствительный элемент, позволяющий определять величину и/или направление магнитных полей либо магнитный поток. В качестве примера таких электрических компонентов можно назвать датчики Холла, магниторезистивные чувствительные элементы или чувствительные элементы с гигантским магнетосопротивлением (ГМС).
В принципе электрический контактный вывод электрического компонента можно непосредственно или опосредованно электрически соединять с печатным проводником любым путем.
В одном из предпочтительных вариантов электрический компонент соединен с печатным проводником проволочным выводом. Речь при этом может идти о простом паяном соединении либо о присоединении проволочных выводов микросваркой. Преимущество этого варианта состоит в том, что проволока позволяет простым путем компенсировать обусловленные, например, нагревом датчика изменения размеров электрического компонента и его положения относительно держателя. Помимо этого электрические компоненты, которые для их электрического подсоединения снабжены проволочными выводами, широко представлены на рынке.
В другом варианте держатель может иметь электрически соединенный с печатным проводником втычной или зажимный контакт, а электрический компонент может иметь ответный вставной или зажимный контакт, который вставным, соответственно зажимным, соединением соединен со вставным, соответственно зажимным, контактом держателя. Преимущество этого варианта состоит в том, что электрический компонент для его электрического подсоединения к печатному проводнику необходимо лишь вставить в ответную часть разъема, что позволяет существенно упростить монтаж.
В еще одном варианте электрический компонент может быть выполнен в виде компонента поверхностного монтажа и может быть непосредственно электрически соединен с печатным проводником. Подобный электрический компонент позволяет быстро и надежно электрически соединять его с печатным проводником.
Предлагаемый в изобретении датчик не обязательно должен иметь только один закрепленный в держателе электрический компонент. Более того, предлагаемый в изобретении датчик в предпочтительном варианте имеет еще один электрический компонент для преобразования электрической энергии в звуковые волны и/или электрические или электромагнитные поля, прежде всего оптическое излучение, для исследования ценного документа и/или для детектирования звуковых волн и/или магнитных или электромагнитных полей, прежде всего оптического излучения, от ценного документа с формированием измерительных сигналов, а держатель имеет по меньшей мере еще одно углубление или отверстие, в котором по меньшей мере частично расположен указанный еще один электрический компонент, а также имеет еще один печатный проводник, с которым электрически соединен по меньшей мере один электрический контактный вывод указанного еще одного электрического компонента.
В отношении такого датчика по меньшей мере один из рассмотренных выше или в последующем вариантов, относящихся к выполнению электрического компонента и углубления, соответственно отверстия, можно распространить и на еще один электрический компонент и/или еще одно углубление, соответственно отверстие, при этом вариант выполнения одного электрического компонента, соответственно одного углубления, соответственно одного отверстия, может отличаться от варианта выполнения другого электрического компонента, соответственно другого углубления, соответственно другого отверстия. Преимущество этого варианта состоит помимо прочего в возможности простого и исключительно точного ориентирования одного электрического компонента и другого электрического компонента относительно друг друга и относительно держателя. При этом прежде всего может отпасть необходимость в дополнительной юстировке положения обоих электрических компонентов для их направления друг на друга или ориентирования относительно друг друга.
Наиболее предпочтительным является, например, вариант выполнения предлагаемого в изобретении датчика, у которого по меньшей мере один электрический компонент выполнен в виде излучателя с зависящей от направления диаграммой направленности передачи, а еще один электрический компонент, выполненный в виде приемника с зависящей от направления диаграммой приема, по меньшей мере частично расположен в еще одном углублении или отверстии в держателе и электрически соединен с еще одним печатным проводником на или в держателе, при этом указанные электрические компоненты закреплены друг относительно друга в положении, в котором приемник при исследовании ценного документа способен по меньшей мере приблизительно принимать наивысшую интенсивность. Выполненный по этому варианту датчик, который имеет исключительно простую и компактную конструкцию, позволяет при высокой точности взаимной ориентации обоих электрических компонентов, один из которых выполнен в виде излучателя, а другой - в виде приемника, исследовать ценный документ в режиме переизлучения, соответственно отражения.
В принципе единственными элементами, которые должен иметь предлагаемый в изобретении датчик, являются только держатель с печатным проводником и электрически соединенный с ним электрический компонент, по меньшей мере частично расположенный в углублении или отверстии в держателе. В более же предпочтительном варианте предлагаемый в изобретении датчик имеет также электрическую схему для управления электрическим компонентом или для обработки сигналов датчика. При этом датчик особо компактной конструкции можно получить, разместив электрическую схему для управления электрическим компонентом или для обработки сигналов датчика на держателе и электрически соединив эту электрическую схему с печатным проводником. Подобная электрическая схема может представлять собой аналоговую, цифровую либо смешанную аналого-цифровую схему, которая прежде всего может также иметь микропроцессор или микроконтроллер. Благодаря исключительно короткому по своей протяженности соединению между электрическим компонентом и указанной электрической схемой наряду с компактной конструкцией датчика он обладает также особо малой чувствительностью к паразитным электрическим или электромагнитным полям. При размещении в углублениях или отверстиях в держателе нескольких однотипных электрических компонентов каждый из печатных проводников преимущественно имеет длину, которая менее чем на 10% отличается от среднего значения длин всех печатных проводников. В результате удается простым путем уменьшить различия во времени прохождения сигналов от электрических компонентов. Помимо этого электрическую схему можно выполнить на чипе, что позволяет получить датчик особо простой конструкции.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении датчика он отличается тем, что держатель имеет по меньшей мере один предназначенный для его закрепления на соответствующем устройстве крепежный элемент. В простейшем случае такими крепежными элементами могут быть отверстия в пластинчатом держателе, однако, например, при его изготовлении в виде изделия, полученного литьем под давлением, в качестве крепежного элемента можно использовать элемент в виде защелки или фиксатора. Связанное с этим преимущество состоит в возможности простого монтажа держателя без применения специальных инструментов.
Предлагаемые в изобретении датчики могут наиболее эффективно использоваться в устройствах для обработки ценных документов. В соответствии с этим объектом настоящего изобретения является также устройство для обработки ценных документов, оснащенное предлагаемым в изобретении датчиком. В предпочтительном варианте такое устройство для обработки ценных документов имеет транспортировочное устройство для перемещения ценных документов к датчику, прежде всего в или через зону его действия, и для последующего перемещения ценных документов от датчика, а точнее говоря, из зоны его действия.
Объектом изобретения является далее датчик для исследования ценного документа в зоне своего действия, прежде всего оптический датчик, имеющий по меньшей мере один электрический компонент для преобразования электрической энергии в электромагнитные поля, прежде всего оптическое излучение, для исследования ценного документа и/или для детектирования электромагнитных полей, прежде всего оптического излучения, от ценного документа с формированием измерительных сигналов и держатель для электрического компонента, имеющий углубление или отверстие для по меньшей мере частичного помещения в него и закрепления в нем электрического компонента и по меньшей мере один проходящий на или в держателе печатный проводник, с которым электрически соединен по меньшей мере один электрический контактный вывод электрического компонента.
Еще одним объектом изобретения является способ монтажа электрического компонента для преобразования электрической энергии в электромагнитные поля, прежде всего в оптическое излучение, для исследования ценного документа и/или для детектирования электромагнитных полей, прежде всего оптического излучения, от ценного документа с формированием измерительных сигналов путем установки этого электрического компонента в углубление или отверстие в держателе, заключающийся в том, что электрический компонент по меньшей мере частично помещают в углубление или отверстие в держателе и по меньшей мере один электрический контактный вывод электрического компонента электрически соединяют с печатным проводником на или в держателе.
Электрический компонент может представлять собой источник оптического излучения. В этом случае для исследования ценного документа может использоваться испускаемое таким источником оптическое излучение. В качестве источников оптического излучения можно прежде всего использовать полупроводниковые элементы, такие как светодиоды, лазерные диоды или светодиоды на основе органических материалов, например, органические светоизлучающие диоды. Преимущество подобных источников оптического излучения состоит в том, что по сравнению с мощностью излучения они выделяют лишь небольшое количества тепла.
В этом варианте выполнения предлагаемого в изобретении датчика наиболее предпочтительно, чтобы его держатель по меньшей мере в зоне электрического компонента был выполнен прозрачным для излучения от его источника в по меньшей мере одной заданной спектральной области и имел в этой зоне оптику для воздействия на оптическое излучение от его источника. Преимущество этого варианта состоит в возможности выполнения держателем еще одной, оптической функции. Этот вариант позволяет простым путем получить источник излучения с точно направленным лучом, соответственно пучком лучей. Указанную оптику можно прежде всего интегрировать в цельный держатель. Так, например, держатель можно выполнять вместе с оптикой в виде цельного изделия, получаемого литьем под давлением из пригодного для этой цели полимера, например поликарбоната. Помимо этого подобное выполнение держателя с интегрированной в него оптикой позволяет по меньшей мере значительно упростить юстировку электрического компонента и оптики относительно друг друга или даже полностью исключить необходимость в такой юстировке.
Электрический компонент может также представлять собой фотоприемник. В этом случае соответствующая часть датчика может служить приемником оптического излучения.
В соответствии с описанным непосредственно выше вариантом держатель по меньшей мере в зоне электрического компонента может быть выполнен прозрачным для детектируемого излучения в по меньшей мере одной заданной спектральной области и иметь в этой зоне оптику для фокусирования детектируемого оптического излучения на фотоприемник. Этот вариант обладает теми же преимуществами, что и предшествующий вариант. При этом спектральную область для детектируемого излучения можно задавать в зависимости от типа исследуемого ценного документа и при необходимости от типа излучения, используемого для освещения ценного документа.
Альтернативно этому или дополнительно к этому у предлагаемого в изобретении датчика его держатель может иметь крепежный участок для оптического элемента. В качестве таких оптических элементов могут использоваться прежде всего дифракционные решетки и иные дифракционно-оптические элементы либо фильтры.
В еще одном предпочтительном варианте держатель по меньшей мере в зоне электрического компонента может быть выполнен в виде фильтра или дифракционного элемента для воздействия на излучение, исходящее от электрического компонента, соответственно идущее к нему. Подобный фильтр можно выполнять главным образом в виде интерференционного фильтра или простого цветного слоя. Дифракционный элемент может быть образован путем структурирования поверхности держателя или путем нанесения на нее соответствующей дифракционной структуры, например, из металла. Преимущество этого варианта также наряду с простым изготовлением датчика состоит в исключительно высокой компактности его конструкции, которая прежде всего не требует никакой юстировки электрического компонента и оптического элемента относительно друг друга.
Другие предпочтительные варианты выполнения оптического датчика соответствуют таковым, относящимся к первому из рассмотренных выше датчиков.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид устройства для обработки банкнот,
на фиг.2 - схематичный вид сбоку выполненного по первому варианту ультразвукового датчика устройства для обработки банкнот, показанного на фиг.1,
на фиг.3 - схематичный вид в плане держателя ультразвукового датчика и закрепленных в этом держателе ультразвуковых преобразователей,
на фиг.4 - схематичный вид снизу держателя, показанного на фиг.3,
на фиг.5 - схематичный вид фрагмента, показанного на фиг.3 держателя в разрезе плоскостью, перпендикулярной его поверхности,
на фиг.6 - схематичный вид в разрезе фрагмента держателя, выполненного по второму варианту ультразвукового датчика,
на фиг.7 - схематичный вид в плане держателя, выполненного по третьему варианту ультразвукового датчика с закрепленными в этом держателе ультразвуковыми преобразователями,
на фиг.8 - схематичный вид в разрезе фрагмента держателя, выполненного по четвертому варианту ультразвукового датчика,
на фиг.9 - схематичный вид в разрезе фрагмента держателя, выполненного по пятому варианту ультразвукового датчика,
на фиг.10 - схематичный вид фрагмента, выполненного по шестому варианту ультразвукового датчика,
на фиг.11 - схематичный вид в разрезе фрагмента держателя, выполненного по шестому варианту ультразвукового датчика, показанного на фиг.10,
на фиг.12 - схематичный вид в разрезе фрагмента держателя, выполненного еще по одному варианту ультразвукового датчика, показанного на фиг.3,
на фиг.13 - схематичный вид в разрезе фрагмента держателя для светодиодов, выполненного по первому варианту оптического датчика,
на фиг.14 - схематичный вид фрагмента, выполненного по второму варианту оптического датчика,
на фиг.15 - схематичный вид в разрезе фрагмента держателя для светодиодов, выполненного по второму варианту оптического датчика и
на фиг.16 - схематичный вид в разрезе фрагмента держателя для чувствительного ГМС-элемента магнитного датчика.
На фиг.1 показано устройство 10 для определения состояния ценных документов, в данном случае устройство для обработки банкнот, которое помимо прочего предназначено для определения состояния ценных документов 12, представляющих собой банкноты. Такое устройство 10 имеет загрузочный лоток 14, в который стопкой помещаются обрабатываемые ценные документы 12, узел 16 поштучного отделения ценных документов от их стопки, способный по одному захватывать из загрузочного лотка 14 находящиеся в нем ценные документы 12, транспортировочное устройство 18 с распределительной стрелкой 20 и размещенные после распределительной стрелки 20 приемный лоток 26 и шредер 28 для уничтожения ценных документов, соответственно банкнот. Вдоль задаваемого транспортировочным устройством 18 транспортировочного пути 22 перед распределительной стрелкой 20 и после узла 16 поштучного отделения ценных документов от их стопки расположена измерительная система 24, которая предназначена для регистрации свойств поштучно подаваемых ценных документов 12 и для формирования отражающих их свойства измерительных сигналов. По меньшей мере с измерительной системой 24 и распределительной стрелкой 20 сигнальными линиями соединено устройство 30 управления и обработки, предназначенное для обработки измерительных сигналов от измерительной системы 24 и для управления по меньшей мере распределительной стрелкой 20 в зависимости от результата обработки таких измерительных сигналов.
Для выполнения этих функций измерительная система 24 имеет по меньшей мере один датчик, а в рассматриваемом варианте она имеет три датчика, а именно: первый датчик 32, который в данном варианте представляет собой оптический датчик для выявления цветовых свойств, регистрирующий отраженное от ценного документа оптическое излучение, второй датчик 34, который в данном варианте также представляет собой оптический датчик для выявления особых спектральных защитных признаков ценных документов, регистрирующий прошедшее через ценный документ оптическое излучение, и третий датчик 36, который в данном варианте представляет собой акустический датчик, а точнее ультразвуковой датчик, регистрирующий исходящие от ценного документа, прежде всего прошедшие через него, ультразвуковые сигналы.
При прохождении ценного документа 12 мимо датчиков 32, 34 и 36 они соответственно их назначению регистрируют свойства сканируемых участков на ценном документе, определяемых положением датчиков относительно него, и формируют соответствующие измерительные сигналы. Каждый из датчиков может при этом обладать отличным от других датчиков пространственным разрешением, т.е. размеры и распределение охватываемых каждым из датчиков сканируемых участков на ценном документе могут варьироваться в зависимости от характеристик конкретного датчика и от заданной скорости перемещения анализируемых ценных документов. Каждому из сканируемых участков при этом поставлено в соответствие определенное место, которое характеризует положение сканируемых конкретным датчиком участков друг относительно друга и/или относительно ценного документа.
На основании поступающих от датчиков 32, 34, 36 аналоговых или цифровых измерительных сигналов при их обработке устройство 30 управления и обработки определяет по меньшей мере одно свойство по меньшей мере одного сканируемого участка и/или по меньшей мере одно свойство ценного документа, имеющее существенное значение для проверки состояния ценных документов. Предпочтительно определять несколько таких свойств. Помимо этого на основании сигналов датчика 34 проверяется подлинность ценных документов. Свойства ценных документов характеризуют их состояние, а в рассматриваемом варианте - состояние банкнот, которым определяется пригодность банкнот к дальнейшему их нахождению в обращении, т.е. пригодность банкнот для дальнейшего их использования в качестве платежного средства. В качестве соответствующих свойств ценных документов в рассматриваемом варианте проверяется прежде всего наличие на них загрязнений или пятен, а также наличие разрывов, клейкой ленты, загнутых углов и/или дыр и/или отсутствие фрагментов ценных документов. Подобные свойства ценных документов могут в зависимости от измерительных сигналов регистрироваться только одним из датчиков или по меньшей мере двумя из них.
Для выполнения этих функций устройство 30 управления и обработки наряду с соответствующими интерфейсами для датчиков прежде всего имеет также процессор 38 и соединенную с ним память 40, в которой хранится по меньшей мере одна компьютерная программа с программным кодом, при исполнении которого процессор 38 управляет устройством, соответственно обрабатывает измерительные сигналы, прежде всего для определения общего состояния проверяемого ценного документа, и в соответствии с результатом такой обработки управляет транспортировочным устройством 18.
Устройство 30 управления и обработки, а точнее его процессор 38, после определения свойств ценного документа может прежде всего проверять некоторый критерий, который характеризует общее состояние ценного документа и в который входит по меньшей мере одно из свойств ценного документа, соответственно который зависит от по меньшей мере одного из свойств ценного документа. В подобный критерий могут также входить, в частности, эталонные данные, которыми определяется еще допустимое состояние ценного документа и которые заданы и хранятся в памяти 40. Общее состояние ценного документа можно оценивать, например, двумя категориями как "еще пригодный для обращения", соответственно "пригодный для нахождения в обращении" или как "подлежащий уничтожению". В зависимости от выявленного состояния ценного документа устройство 30 управления и обработки, прежде всего его процессор 38, выдает на транспортировочное устройство 18, а точнее на распределительную стрелку 20, управляющий сигнал, по которому ценный документ соответственно его выявленному общему состоянию направляется либо на вывод в приемный лоток 26, либо на уничтожение в шредер 28.
Для обработки ценные документы 12, помещенные стопкой или по отдельности в загрузочный лоток 14, по одному отделяются от их стопки предназначенным для этого узлом 16 и поштучно подаются в транспортировочное устройство 18, которым отделенные от стопки ценные документы 12 подаются к измерительной системе 24. Эта измерительная система регистрирует по меньшей мере одно свойство ценных документов 12 и формирует измерительные сигналы, отражающие свойство ценного документа. Устройство 30 управления и обработки принимает измерительные сигналы, определяет в зависимости от них состояние конкретного ценного документа и в зависимости от полученного результата выдает на распределительную стрелку 20 управляющий сигнал, по которому, например, она направляет еще годные ценные документы в приемный лоток 26, а подлежащие уничтожению ценные документы - в шредер 28 на уничтожение.
Наличие клейких лент на ценных документах 12 может распознаваться, например, датчиком 36. В этом случае для характеризации состояния ценных документов, в частности банкнот, устройство 30 управления и обработки может, например, на основании измерительных сигналов от датчика 36 определять количество клейких лент или их суммарную протяженность, соответственно суммарную площадь.
Для определения общего состояния банкнот устройство 30 управления и обработки использует уже упомянутый выше критерий, в который может входить по меньшей мере одно из свойств. Отдельные значения в предпочтительном варианте можно логически связывать между собой в одном указанном выше в качестве примера критерии, например, в виде линейной комбинации. В этом случае для определения общего состояния банкнот устройство 30 управления и обработки сравнивает линейную комбинацию свойств, характеризующих состояние банкнот, с заданным значением и принимает решение, является ли, например, состояние банкнот хорошим или плохим, т.е. пригодны ли они для дальнейшего нахождения в обращении или нет. При таком подходе состояние банкноты, которая уже имеет значительное загрязнение, которого, однако, как такового еще оказалось бы не достаточным для квалификации состояния банкноты как плохое, и которая дополнительно имеет также, например, лишь несколько пятен и/или разрывов и иных повреждений, расценивается как плохое.
На фиг.2-5 отчасти более подробно показан ультразвуковой датчик 36, который представляет собой датчик по первому предпочтительному варианту осуществления изобретения.
Подобный ультразвуковой датчик 36 имеет два держателя 42 и 42' одинакового зеркально-симметричного в перпендикулярной их поверхностям плоскости исполнения, каждый из которых имеет с одной своей стороны печатные проводники 44 и в которых закреплены электрически контактирующие с печатными проводниками 44 ультразвуковые преобразователи 46, а также имеет устройство 48 управления и обработки сигналов, которое электрическими соединениями с электрическими соединителями (разъемами) 50 соединено с печатными проводниками 44 на держателях 42, 42' и с не показанным на фиг.2 устройством 30 управления и обработки для обмена сигналами и для электропитания.
Держатели 42 и 42' имеют в основном форму пластин с расположенными параллельно друг другу поверхностями 52, которые поэтому в перпендикулярном им направлении совмещены друг с другом. Через образованную между держателями 42 и 42' зону 54 действия датчика проходит транспортировочный путь 22, перемещаемые по которому ценные документы 12 при их прохождении через зону действия датчика могут исследоваться в ней с помощью ультразвука.
Для этого ультразвуковые преобразователи 46 в держателе 42 используются, соответственно управляются, как ультразвуковые излучатели, тогда как ультразвуковые преобразователи 46 в держателе 42' служат приемниками ультразвука, прошедшего через ценный документ 12, соответственно излученного им. Служащие приемниками ультразвука ультразвуковые преобразователи выдают при детектировании ультразвука соответствующие измерительные сигналы. Как показано на фиг.2, ультразвуковые преобразователи 46 расположены по такой схеме, что образованные между излучателями и приемниками ультразвуковые измерительные участки можно с достаточно хорошим приближением считать ориентированными перпендикулярно ценному документу 12, соответственно поверхностям 52 пластин, форму которых имеют держатели.
На фиг.3 и 4 более подробно показан держатель 42, который, как уже указывалось выше, выполнен зеркально-симметричным держателю 42'.
В рассматриваемом варианте держатель 42 выполнен в виде печатной платы из армированной стекловолокном синтетической смолы и имеет толщину 8 мм.
Помимо этого держатель 42 имеет со своей показанной на фиг.4 стороны, соответственно на своей поверхности, ниже для упрощения называемой рабочей стороной, полностью покрывающий ее поверхность экранирующий слой 56, соответственно сплошное экранирующее припрессованное покрытие из электропроводного материала, в данном случае из металла, в частности меди. В этом экранирующем слое 56 предусмотрен присоединительный участок 58, через который экранирующий слой 56 можно соединить с заземляющим проводом. Рабочая сторона держателя представляет собой ту его сторону, которая при исследовании ценных документов обращена к анализируемому ценному документу.
В держателе 42 выполнены проходящие перпендикулярно его поверхностям 52 одинаковые сквозные отверстия 60, которые расположены тремя смещенными друг относительно друга рядами на равном удалении друг от друга и которые образуют каналы или гнезда для закрепления или фиксации в них ультразвуковых преобразователей 46. При описанном выше расположении держателей 42 и 42' относительно друг друга отверстия в одном из них совмещены с отверстиями в другом из них.
На фиг.5 схематично в разрезе показан фрагмент держателя 42 в зоне одного из отверстий в нем. Другие соответствующие участки держателя 42 имеют аналогичное исполнение.
Каждое отверстие 60 имеет по два участка разных диаметров, больший из которых имеет тот участок, который оканчивается на рабочей стороне. Тем самым на образующей отверстие 60 внутренней поверхности, соответственно стенке 65, держателя 42 в средней части 62 образуется выравнивающая или ориентирующая структура 64 в виде кольцевого уступа.
Ультразвуковой преобразователь 46, который в рассматриваемом примере выполнен цилиндрической формы, имеет на своей окружности крепежную канавку 66. Помимо этого со своего обращенного от рабочей стороны торца ультразвуковой преобразователь 42 имеет два электрических контактных вывода 68, в данном случае в виде проволочных выводов, для его непосредственного или опосредованного электрического соединения с устройством 48 управления и обработки сигналов.
Ультразвуковой преобразователь 46 вставленным с натягом в крепежную канавку 66 крепежным элементом, в данном случае кольцом 70 круглого сечения, из эластичного, обладающего в предпочтительном варианте звукоизолирующими свойствами материала, ориентируется на ориентирующей структуре, соответственно на уступе 64, в направлении, задаваемом положением уступа 64 и положением крепежной канавки 66 относительно держателя 42, а в показанном на фиг.2-5 примере - в направлении по меньшей мере приблизительно перпендикулярно поверхностям 52 держателя. Тем самым обеспечивается соответствующее ориентирование диаграммы приема ультразвука, соответственно диаграммы направленности его передачи (чувствительности) относительно держателя 42, максимум которой при этом оказывается обращен приблизительно в направлении, которое по меньшей мере примерно перпендикулярно поверхностям 52 держателя. В результате при показанном на чертежах взаимном расположении держателей 42 и 42' диаграммы приема ультразвука и диаграммы направленности его передачи ультразвуковыми преобразователями на каждом ультразвуковом измерительном участке направлены точно друг на друга.
Прием, соответственно излучение, ультразвука происходит в основном через приемную, соответственно излучающую поверхность ультразвукового преобразователя, которая параллельна поверхности держателя с его рабочей стороны, т.е. на фиг.3 обращена вверх.
На обращенной от рабочей стороны поверхности держателя в соответствующем проводящем слое из приемлемого металла, соответственно приемлемого сплава металлов, выполнены печатные проводники 44, соответственно печатные проводящие структуры 72. На фиг.3 черными линиями обозначены те участки поверхности, на которых отсутствует проводящий слой и которые поэтому образуют изолирующие участки. В печатных проводящих структурах 72 для каждого из отверстий 60, соответственно для каждого из электрических компонентов 46 в виде ультразвуковых преобразователей, предусмотрено по два печатных проводника 74 и 76, которые у края соответствующего отверстия имеют контактные площадки для электрического подсоединения электрических контактных выводов 68 соответствующего электрического компонента 46, в данном случае ультразвукового датчика. В рассматриваемом примере электрические контактные выводы ультразвукового преобразователя соединены с печатными проводниками 74 и 76 пайкой.
На других концах печатных проводников 74 и 76 также предусмотрены контактные площадки, в которые запрессованы контактные элементы 78 разъемных контактных соединений, в данном случае их гнездовые части, в которые вставляются соответствующие ответные контактные элементы разъемных контактных соединений в электрических соединителях 50, в данном случае контактные штырьки. Благодаря подобному выполнению держателя 42 можно отказаться от применения отдельной соединительной печатной платы.
Печатные проводники 74 и 76 выполнены примерно одинаково короткими для всех ультразвуковых преобразователей, что позволяет для всех них добиться примерно одинакового уменьшения воздействия паразитных сигналов на печатные проводники и тем самым на передаваемые по ним сигналы.
Электропроводные участки между этими печатными проводниками образуют слоистую сплошную электропроводную экранирующую структуру 80, которая, как и экранирующий слой 56, имеет вывод 82 для подсоединения к заземляющему проводу.
По этой причине печатные проводники 74 и 76 расположены на той поверхности держателя, которая при исследовании ценного документа обращена от него и от излучающей или приемной поверхности электрического компонента, т.е. расположены на обращенной вниз на фиг.3 поверхности.
Крепежная канавка 66 и средняя часть 62, соответственно ориентирующая структура 64, с учетом толщины держателя 42 выполнены таким образом, что ультразвуковой преобразователь 46 по меньшей мере частично, а в рассматриваемом примере полностью утоплен в отверстие 60, благодаря чему прежде всего и электрически чувствительные части ультразвукового преобразователя, такие, например, как ведущие к его пьезоэлементу соединительные проводники рядом с электрическими контактными выводами 68 для подсоединения ультразвукового преобразователя 46, расположены в держателе 42 и тем самым, за исключением смещения в направлении к поверхностям держателя, между экранирующим слоем 56 и экранирующей структурой 80. Благодаря этому частично контакты 68 и ультразвуковой преобразователь 42, главным образом его электрически чувствительная часть, надежно экранируются от электрических и электромагнитных полей вне держателя 42.
Помимо этого ультразвуковые преобразователи 46 благодаря их утапливанию в отверстия 60 надежно защищены от механического воздействия в направлении, параллельном поверхностям держателя.
Кроме того, при соответствующем исполнении образованные отверстиями каналы могут положительно влиять и на диаграммы приема ультразвука, соответственно на диаграммы направленности его передачи ультразвуковыми преобразователями.
В качестве необязательного варианта для защиты электрических контактных выводов 68 от механических и химических воздействий и для создания дополнительной механической опоры для ультразвукового преобразователя 42 в отверстии 60 его участок от ультразвукового преобразователя 42 вплоть до поверхности 58 держателя с печатными проводящими структурами можно залить электроизолирующим полимерным материалом 83, который по меньшей мере настолько эластичен, что способен компенсировать обусловленное колебаниями температуры различие в изменениях размеров ультразвуковых преобразователей и сквозных отверстий. Такой материал для упрощения чертежа на фиг.3 не показан.
Держатель 42 имеет далее крепежные отверстия 84 для его крепления в устройстве для обработки ценных документов.
Еще одно преимущество держателя состоит в исключительной простоте монтажа в нем ультразвуковых преобразователей. Для монтажа электрического компонента, в данном случае ультразвукового преобразователя, его после надевания на него кольца 70 круглого сечения и его перемещения в крепежную канавку 66 вставляют в отверстие 60 до упора кольца 70 в ориентирующую структуру. Диаметр отверстия 60 и размеры уступа 64, а также диаметр кольца 70 и его размеры в поперечном сечении подобраны в зависимости от диаметра ультразвукового преобразователя 46 с таким расчетом, чтобы ультразвуковой преобразователь удерживался в требуемом положении по посадке с защемлением. Затем электрические контактные выводы 68 электрического компонента, соответственно ультразвукового преобразователя 46, электрически соединяют, в данном случае пайкой, с соответствующими печатными проводниками 74 и 76 на держателе 42. Подобная операция по созданию электрических соединений исключительна проста в осуществлении, поскольку соответствующий электрический компонент уже точно сориентирован и позиционирован относительно держателя 42, а тем самым и относительно печатных проводников 74 и 76.
После этого участок между ультразвуковым преобразователем 46 и поверхностью держателя с печатными проводниками 44 заливают материалом 83. При этом кольцо 70 круглого сечения совместно с уступом 64 выполняют функцию уплотнения.
Подобную последовательность монтажных операций выполняют с обоими держателями 42 и 42' и всеми ультразвуковыми преобразователями 46. Затем держатели 42 и 42' закрепляют параллельно друг другу в положении, в котором их экранирующие слои обращены друг к другу.
Показанный на фиг.6 второй вариант отличается от первого варианта лишь выполнением держателей 42 и 42'.
Как показано на фиг.6 на примере держателя 42", держатели в этом варианте не имеют экранирующего слоя 56 и выполнены меньшей толщины, в связи с чем электрический компонент, в данном случае ультразвуковой преобразователь 46, лишь частично входит в держатель, но ориентирован таким же образом, что и в первом варианте. В остальном второй вариант по другим аспектам и прежде всего касательно также конструктивного исполнения держателя соответствует первому варианту. Монтаж также выполняется аналогичным образом.
Показанный на фиг.7 третий вариант также отличается от первого варианта выполнением держателя 42'" с используемыми в качестве приемников ультразвука ультразвуковыми преобразователями и выполнением устройства 48' управления и обработки сигналов.
Устройство 48' управления и обработки сигналов, предусмотренное на держателе 42'" с используемыми в качестве приемников ультразвука ультразвуковыми преобразователями, имеет схемы 86 обработки сигналов, с каждой из которых электрически соединено по три ультразвуковых преобразователя 46, усилители для усиления сигналов от соединенных с ними ультразвуковых преобразователей 46, аналого-цифровые преобразователи для оцифровки или дискретизации усиленных сигналов и мультиплексор для передачи оцифрованных усиленных сигналов от трех ультразвуковых преобразователей по соединительной линии в другую, не показанную на чертежах часть устройства 48' управления и обработки сигналов. В этой части устройства управления и обработки сигналов имеются устройства для обработки принятых сигналов таким же путем, что и в первом варианте. В остальном устройство 48' управления и обработки сигналов выполнено таким же образом, что и устройство 48 управления и обработки сигналов в первом варианте.
Таким образом, держатель 42'" отличается от держателей 42', соответственно 42 из первого варианта лишь выполнением печатных проводящих структур 72' и выполнением крепежных средств, которые представляют собой не крепежные отверстия 84, а прорези 88 под фиксирующие язычки, что позволяет закреплять держатель путем простого защелкивания.
У держателя 42'" ряды отверстий 60 отстоят друг от друга на несколько большее расстояние, чем в первом варианте, а от каждого из отверстий 60 к схемам 86 обработки сигналов проходят печатные проводники 74' и 76'.
Для каждой из схем 86 обработки сигналов предусмотрено, кроме того, по два дополнительных печатных проводника 90. Такие печатные проводники 90 расположены таким образом, что не соединенные со схемами 86 обработки сигналов концы печатных проводников, ведущих к каждым трем расположенным с одной стороны держателя схемам 86 обработки сигналов, проходят рядом друг с другом и соединены с запрессованными контактными элементами 92 разъемных контактных соединений. Такие контактные элементы образуют разъемное соединение с ответными контактными элементами электрического соединителя на проводнике, ведущем в другую часть устройства 48' управления и обработки сигналов.
Преимущество рассмотренного выше варианта состоит в возможности усиления и оцифровки сигналов ультразвуковых преобразователей, используемых в качестве приемников ультразвука, непосредственно на держателе 42'", и в повышении благодаря этому отношения сигнал/шум.
(4)
Показанный на фиг.8 четвертый вариант отличается от первого варианта выполнением держателей 42 и ультразвуковых преобразователей 46'. Помимо этого ультразвуковые преобразователи не залиты, однако в принципе их заливка соответствующим материалом вполне возможна.
От ультразвуковых преобразователей 46 ультразвуковые преобразователи 46' отличаются наличием у них штырьковых выводов 94 в качестве электрических контактных выводов и выполнением с плоским торцом, из которого выступают указанные штырьковые выводы 94.
(4)
От держателей 42 и 42' держатели 42 отличаются меньшей толщиной, а также тем, что вместо сквозных отверстий 60 предусмотрены цилиндрические углубления, соответственно глухие отверстия 96, в дне 95 которых выполнены проходящие перпендикулярно ему сквозные отверстия 98, идущие к поверхности держателя с печатными проводящими структурами 72. Такие сквозные отверстия 98 ведут к контактным площадкам печатных проводников 74 и 76.
В остальном же этот вариант не отличается от первого варианта, в связи с чем одинаковые в обоих вариантах элементы обозначены одними и теми же позициями, а все пояснения, относящиеся к первому варианту, соответственно справедливы и в данном случае.
(4)
Ультразвуковые преобразователи 46' можно, таким образом, вставить их штырьковыми выводами 94 в сквозные отверстия 98 до упора торца ультразвукового преобразователя в поверхность дна 95 соответствующего глухого отверстия 96 в держателе. Этот участок поверхности держателя, соответственно углубления, служит тем самым для ориентирования или выравнивания ультразвуковых преобразователей 46' относительно держателя 42. В рассматриваемом примере поверхности дна углублений в держателе располагаются в основном параллельно его поверхностям 52. Сквозные же отверстия 98 предназначены для позиционирования ультразвуковых преобразователей в направлении поверхности 52 держателя. Электрический контакт и в этом варианте обеспечивается путем припаивания пропущенных через сквозные отверстия 98 штырьковых выводов 94 к соответствующим участками печатных проводников 74 и 76. Тем самым наряду с преимуществами первого варианта обеспечивается дополнительное преимущество, состоящее в особо простом монтаже ультразвукового преобразователя.
(4)
Показанный на фиг.9 пятый вариант отличается от четвертого варианта тем, что вместо держателей 42 используются держатели 42. Все остальные элементы остаются неизменными и поэтому они обозначены теми же позициями, а все пояснения, относящиеся к предыдущему варианту, соответственно справедливы и в данном случае.
(4)
(5)
От держателя 42 держатель 42 отличается его выполнением многослойным. Параллельно поверхностям 52 держателя располагается слой с находящимися в нем печатными проводящими структурами 72, выполненными так же, как и в первом варианте. В контактные площадки печатных проводников в соответствующие отверстия запрессованы гнездовые части 102 разъемных контактных соединений, расположенные соосно сквозным отверстиями 98. Тем самым электрическое подсоединение ультразвуковых преобразователей 46' может обеспечиваться просто путем их втычного подключения, что дополнительно упрощает монтаж.
(6)
Показанный на фиг.10 и 11 шестой вариант отличается от первого варианта лишь выполнением держателей 42, которые отличаются от держателей 42 ориентацией отверстий 60' и тем самым ультразвуковых преобразователей 46. Отверстия 60', а тем самым и находящиеся в них ультразвуковые преобразователи 46, в этом варианте расположены наклонно к поверхностям 52 держателя. Выполнение электрических соединений ультразвуковых преобразователей с печатными проводниками на держателях остается неизменным. В остальном ультразвуковой датчик выполнен в соответствии с первым вариантом, в связи с чем на фиг.10 и 11 для обозначения элементов используются те же позиции, а все пояснения, касающиеся оставшихся неизменными аспектов первого варианта, справедливы и в данном случае.
Преимущество этого варианта состоит в отсутствии возможности возникновения стоячих ультразвуковых волн или многократно отраженных ультразвуковых импульсов между ультразвуковыми преобразователями и исследуемым ценным документом, что позволяет повысить частоту, при которой можно исследовать ценные документы. Помимо этого появляется также возможность проводить измерения с непрерывным излучением ультразвука.
Еще один показанный на фиг.12 вариант отличается от показанного на фиг.5 варианта только размещением электропроводного экранирующего слоя 56', который в данном случае расположен внутри держателя. Все остальные элементы датчика соответствуют таковым в показанном на фиг.3 варианте, в связи с чем они обозначены теми же позициями, а все относящиеся к ним пояснения справедливы и в данном случае.
Расположенный внутри держателя 46 слой 56' может представлять собой главным образом медный слой, который соединен с не показанным на чертеже выводом для подсоединения к корпусу.
На фиг.13 показан вариант, в котором используется оптический датчик и который отличается от показанного на фиг.1 варианта, во-первых, тем, что в данном случае речь идет об оптическом датчике для исследования ценных документов на просвет, например, о датчике 34, у которого вместо ультразвуковых преобразователей в качестве источников света предусмотрены полупроводниковые источники 104 (оптического) излучения, в данном примере светодиоды, а в качестве приемников используются фотоприемники. Во-вторых, в этом варианте используются иные держатели. В остальном идентичные в обоих вариантах элементы обозначены теми же позициями, что и в первом варианте, а все относящиеся к ним пояснения соответственно справедливы и в данном случае.
(7)
От держателей 42 держатели 42 отличаются, кроме того, тем, что они выполнены в виде изделий, полученных литьем под давлением из прозрачного полимера, в данном примере - поликарбоната.
(7)
В отличие от держателей 42 и 42' в рассматриваемом варианте отсутствует также экранирующий слой 56. Помимо этого держатели 42 по сравнению с держателями 42 выполнены иначе в зоне отверстий 60. В остальном же в обоих вариантах держатели имеют идентичное исполнение.
Выполнение держателей в зоне отверстий ниже для упрощения рассмотрено на примере одного из держателей со ссылкой на фиг.13. Держатель для фотоприемников имеет аналогичное исполнение.
Вместо сквозных отверстий 60 предусмотрены углубления 106, каждое из которых сначала, если смотреть по направлению внутрь, начиная от поверхности с печатными проводниками, имеет первый цилиндрический участок и примыкающий к нему второй цилиндрический участок, которые расположены соосно друг другу. Помимо этого диаметр второго участка меньше диаметра первого участка и поэтому на поверхности держателя, соответственно углубления 106, образуется кольцевой уступ 108 в качестве ориентирующей структуры.
(7)
Полупроводниковый источник 104 излучения имеет основание, которое во вставленном в углубление положении полупроводникового источника излучения прилегает к уступу 108 и таким путем выравнивает полупроводниковый источник 104 излучения относительно держателя 42, т.е. в рассматриваемом примере ориентирует направление максимума излучения полупроводникового источника излучения перпендикулярно поверхности 52 держателя. Для закрепления полупроводниковый источник излучения можно, например, вклеивать в углубление.
(7)
В держателе 42 над каждым углублением выполнена далее собирательная (фокусирующая) оптика 110, в данном примере линза, оптическая ось которой совпадает с осью углубления 106. Такая линза представляет собой линзу, которая фокусирует оптическое излучение, испускаемое полупроводниковым источником излучения.
Полупроводниковые источники 104 излучения имеют проволочные выводы 109 в качестве электрических контактных выводов, которые припаяны к контактным площадкам печатных проводников 74 и 76.
Держатель для фотоприемников, углубления в котором расположены зеркально-симметрично углублениям в держателе для полупроводниковых источников излучения, отличается от него тем, что оптика 110 предназначена для фокусирования оптического излучения на соответствующий фотоприемник.
Прием, соответственно испускание, оптического излучения происходит в основном через приемную, соответственно излучающую, поверхность преобразователя, которая параллельна поверхности держателя с его рабочей стороны, т.е. на фиг.13 обращена вверх. В соответствии с этим печатные проводники расположены на той поверхности держателя, которая при исследовании ценного документа обращена от него.
Подобный датчик, поскольку ему присущи те же отличительные особенности, что и датчику, выполненному по первому варианту, обладает теми же преимуществами и отличается прежде всего простотой и компактностью конструкции, а также простотой монтажа.
(8)
Еще один показанный на фиг.14 и 15 вариант отличается от предыдущего варианта тем, что датчик предназначен для исследования ценных документов в отраженном свете и поэтому имеет лишь один держатель 42, в котором размещены и полупроводниковые источники 104 излучения, и фотоприемники 112. Идентичные с седьмым вариантом элементы обозначены при этом теми же позициями, а все относящиеся к ним пояснения соответственно справедливы и в данном случае.
(8)
Держатель 42 за исключением отсутствующего в данном случае экранирующего слоя 56 и за исключением выполнения сквозных отверстий 60 в остальном имеет такое же исполнение, что и держатель 42 в первом варианте.
(8)
Как схематично показано на фиг.14 и 15, оси отверстий 114, соответствующих сквозным отверстиям 60, расположены наклонно к поверхностям 52 держателя. Отверстия 114 расположены при этом парами и наклонены относительно друг друга и относительно держателя 42 таким образом, что оптическое излучение от одного его полупроводникового источника 104, расположенного в первом отверстии 114 одной их пары, после отражения от ценного документа 12 в зоне 54 действия датчика падает на фотоприемник 112, расположенный во втором отверстии этой же их пары.
Сквозные отверстия 114, образующие каналы, также имеют два цилиндрических, соосно расположенных участка разных диаметров, благодаря чему и в этом случае в каждом таком сквозном отверстии образуется по ориентирующей структуре 116 в виде кольцевого уступа. Поскольку тот участок каждого отверстия 114, который оканчивается на поверхности 52 держателя, на которой расположены печатные проводящие структуры 72, имеет меньший диаметр, уступ обращен к рабочей стороне. Тем самым полупроводниковый источник 104 излучения опирается своим основанием на ориентирующую структуру 116 и поэтому он, а вместе с ним и направление максимума его излучения ориентированы соосно отверстию 114.
Электрические соединения выполнены в этом варианте таким же образом, что и в предыдущем варианте.
С рабочей стороны каждое из отверстий 114 закрыто фильтром 118, позволяющим отфильтровывать паразитное фоновое излучение.
Подобный датчик отличается тем, что все его элементы, кроме устройства управления и обработки сигналов, расположены на держателе и электрически соединены на нем, благодаря чему удается избежать всяких расходов на юстировку датчика и существенно упростить его сборку. Помимо этого датчик имеет исключительно компактную и занимающую мало места конструкцию.
В других вариантах вместо оптики 110 или дополнительно к ней на держателе можно разместить интерференционный фильтр, дифракционно-оптический элемент или дифракционную решетку.
В еще одном показанном на фиг.16 варианте на пластинчатом держателе 122 в клиновидном углублении 124 расположен электрический компонент 120 для регистрации направления магнитного поля, в данном случае выполненный в виде компонента поверхностного монтажа ГМС-элемент, который установлен наклонно к плоскости держателя 122 и частично находится в нем, соответственно утоплен в него.
Электрические контактные выводы 128 такого компонента поверхностного монтажа электрически соединены с соответствующими печатными проводниками 126 на держателе 122.
Подобный датчик также отличается исключительно простой конструкцией и исключительной простотой сборки при одновременной прецизионной ориентации электрического компонента 120 относительно держателя 122.
Различные представленные выше в описании вариантов и примеров осуществления изобретения конструктивные особенности предлагаемого в изобретении датчика можно также комбинировать между собой в иных сочетаниях. Так, например, и в случае ультразвукового датчика можно использовать держатель, изготовленный литьем под давлением или литьевым прессованием.