Настоящее изобретение относится к устройству для излучения и/или приема ультразвука, прежде всего для исследования ценного документа, и к ультразвуковому датчику для исследования ценного документа.
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 подобной проверки ценных документов в известных устройствах для их обработки можно прежде всего использовать ультразвук. Соответствующее устройство имеет в этом случае ультразвуковой датчик, который может содержать прежде всего устройство для излучения и/или приема ультразвука. При подобной проверке ценных документов с использованием ультразвука его можно в непрерывном или импульсном режиме излучать в сторону ценного документа и затем регистрировать ультразвук, отраженный от ценного документа или предпочтительно прошедший сквозь него, с последующей обработкой соответствующих измерительных сигналов.
Подобный ультразвуковой датчик может также использоваться в тех устройствах для обработки ценных документов, в которых ценные документы поштучно отделяются от их стопки с целью обнаружения ошибок в поштучном отделении ценных документов от стопки, прежде всего для обнаружения факта в основном одновременного отделения от стопки двух, по меньшей мере, частично наложенных один на другой ценных документов, называемого также захватом двух либо нескольких слипшихся листов.
Однако в том случае, когда основное, соответственно, среднее направление распространения ультразвука ориентировано, по меньшей мере, приблизительно перпендикулярно поверхности ценного документа, может возникать нежелательный эффект, заключающийся в отражении ультразвука ценным документом в направлении используемого в ультразвуковом датчике ультразвукового преобразователя. При использовании непрерывно излучаемого ультразвука в результате этого и при определенных условиях в результате отражения ультразвука вблизи ультразвукового датчика могут возникать стоячие волны, искажающие результаты проверки ценных документов. При излучении же ультразвука лишь в виде импульсов импульс может отражаться в виде так называемого эхо-сигнала, что также искажает результаты проверки ценных документов.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать устройство для излучения и/или приема ультразвука, прежде всего для исследования ценного документа, соответственно разработать ультразвуковой датчик для исследования ценного документа, которые позволяли бы исследовать ценные документы при минимально возможном искажении результатов их исследования, обусловленном нежелательными отражениями используемого ультразвука.
Указанная задача согласно первому альтернативному варианту осуществления изобретения решается с помощью устройства для излучения и/или приема ультразвука, по меньшей мере, одной заданной частоты, имеющего, по меньшей мере, один ультразвуковой преобразователь для преобразования ультразвука, по меньшей мере, заданной частоты в электрические сигналы и/или для преобразования электрических сигналов в ультразвук, по меньшей мере, заданной частоты и держатель, в котором выполнен, по меньшей мере, один ультразвуковой канал, в котором, по меньшей мере, частично расположен ультразвуковой преобразователь и/или по которому ультразвук может проходить от ультразвукового преобразователя, соответственно к нему, и который имеет, по меньшей мере, один граничащий с ,по меньшей мере, одним участком ультразвукового канала неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя держателя, причем поверхностный слой выполнен из материала, средняя плотность которого, по меньшей мере, на 10% меньше средней плотности материала внутреннего слоя.
Под "средней плотностью" при этом в случае однородных материалов подразумевается обычная их плотность, а в случае неоднородных материалов подразумевается плотность тех их частей, размеры которых много больше существенных размеров структурных неоднородностей, например, в случае матричных композиционных материалов - внедренных в матрицу частей. Связанное с этим преимущество состоит в том, что полное сопротивление материала проще регулировать путем варьирования его плотности, чем путем влияния на скорость распространения в нем ультразвука. В принципе, для выполнения поверхностного слоя можно использовать любые материалы, обладающие соответствующим полным сопротивлением.
Предлагаемое в изобретении устройство предназначено для излучения и/или приема ультразвука, по меньшей мере, одной заданной частоты. В предпочтительном варианте предлагаемое в изобретении устройство, прежде всего для работы с короткими ультразвуковыми импульсами, может быть также выполнено с возможностью преобразования ультразвука в заданном частотном диапазоне, в котором лежит указанная заданная частота. Для работы в импульсном режиме ширина частотного диапазона помимо прочего может зависеть от требуемой длительности импульса. При обработке и/или проверке ценных документов заданная частота, соответственно частотный диапазон преимущественно соответствуют диапазону частот от 100 кГц до 1 МГц, особенно предпочтительно от 100 до 600 кГц. При обработке и/или проверке ценных документов с помощью ультразвуковых импульсов ширину частотного диапазона можно выбирать, например, менее 70 кГц. Для преобразования электрических сигналов в ультразвук заданной частоты и/или для преобразования ультразвука заданной частоты в электрические сигналы служит ультразвуковой преобразователь, выполняемый, соответственно выбираемый, исходя из заданной частоты, соответственно заданного частотного диапазона. При этом можно выбирать любые прежде всего известные ультразвуковые преобразователи, например преобразователи с излучающей ультразвук боковой поверхностью в форме кругового цилиндра. На своей излучающей ультразвук поверхности ультразвуковой преобразователь может прежде всего иметь слой, который специально для создания ультразвуковых волн в воздухе связан с соответствующим возбудителем ультразвуковых колебаний, например, с пьезоэлектрическим элементом.
Ультразвуковой преобразователь может, по меньшей мере, частично располагаться в ультразвуковом канале держателя, т.е. может быть полностью или частично утоплен в него. В этом случае ультразвуковой канал должен быть выполнен таким образом, чтобы предназначенные для преобразования ультразвука части ультразвукового преобразователя могли достаточно свободно совершать колебания. Однако ультразвуковой преобразователь можно также располагать в гнезде в держателе с того конца ультразвукового канала, который обращен от другого его конца, со стороны которого ультразвук может выходить из держателя или попадать в него.
Ультразвуковой канал при этом прежде всего может также влиять на пространственную характеристику излучения, соответственно приема ультразвука устройством в заданном частотном диапазоне и может иметь соответствующее исполнение.
Помимо этого направление излучения ультразвука ультразвуковым преобразователем в принципе можно ориентировать любым образом относительно держателя. При использовании держателя с плоской обращенной к исследуемому ценному документу поверхностью ультразвуковой преобразователь и прежде всего ультразвуковой канал предпочтительно ориентировать таким образом, чтобы направление излучения ультразвука образовывало с перпендикуляром к поверхности ценного документа угол в пределах от 0 до 5°, наиболее предпочтительно от 0 до 1°.
Обычно при воздействии на объект ультразвуком, излучаемым расположенным подобным образом ультразвуковым преобразователем традиционного устройства, по меньшей мере, часть ультразвука отражается обратно в сторону ультразвукового преобразователя, что при работе в непрерывном режиме приводит к возникновению стоячих волн, а при работе в импульсном режиме - к появлению многократного эха (многократно отраженного сигнала).
При создании изобретения неожиданно было установлено, что вероятность возникновения стоячих волн, соответственно вероятность появления интенсивного многократного эха, можно существенно уменьшить, если держатель имеет, по меньшей мере, один граничащий с, по меньшей мере, одним участком ультразвукового канала или, по меньшей мере, частично ограничивающий его неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления соседнего с этим поверхностным слоем, прежде всего примыкающего к нему, внутреннего слоя держателя. Под неволокнистым поверхностным слоем при этом подразумевается слой из не состоящего из волокон материала, прежде всего твердофазный материал, включая упругие материалы или пенопласты. Волокнистый же поверхностный слой образован текстильными изделиями плоской формы, такими как нетканые материалы, например войлок или волокнистый холст, либо ткаными, вязаными или иными аналогичными материалами.
Поверхностный слой может при этом примыкать к внутреннему слою держателя прежде всего в радиальном направлении ультразвукового канала или в направлении, параллельном направлению ультразвукового канала, соответственно направлению распространения в нем ультразвука.
Преимущество, связанное с подобным выполнением держателя, состоит в возможности исключительно простой и точной обработки неволокнистых материалов, тогда как образование участков ультразвукового канала в волокнистом материале прежде всего при малом их диаметре возможно лишь с невысокой точностью.
Согласно настоящему изобретению под термином "полное сопротивление" в общем случае подразумевается акустическое полное сопротивление. В принципе вполне достаточно, чтобы полное сопротивление поверхностного слоя было меньше полного сопротивления внутреннего слоя держателя. Полное сопротивление материала поверхностного слоя предпочтительно должно составлять от 20 до 75% от полного сопротивления материала внутреннего слоя держателя. В этом случае обеспечивается особо эффективное подавление стоячих волн, соответственно, многократного эха.
Под плотностью или полным сопротивлением материала поверхностного слоя в случае неоднородных поверхностных слоев подразумевается среднее значение вдоль перпендикуляра к поверхности поверхностного слоя по его толщине.
В принципе поверхностный слой не обязательно должен образовывать всю ограничивающую ультразвуковой канал поверхность. Предпочтительно, однако, чтобы поверхностный слой доходил до обращенного от ультразвукового преобразователя конца ультразвукового канала. Иными словами, поверхностный слой должен доходить до поверхности держателя в направлении излучения, соответственно, приема ультразвука. Соблюдение подобного условия позволяет также уменьшить отражение ультразвука от держателя в точке, расположенной непосредственно рядом с ультразвуковым каналом.
В плоскости, перпендикулярной направлению излучения ультразвука, вполне может также оказаться достаточным, чтобы поверхностный слой образовывал лишь один сектор ограничивающей ультразвуковой канал поверхности. Подобный вариант целесообразно использовать прежде всего в том случае, когда характеристика излучения, соответственно, приема ультразвука должна различаться для определенных пространственных направлений. Предпочтительно, однако, чтобы поверхностный слой, по меньшей мере, кольцеобразно охватывал участок ультразвукового канала. Тем самым удается добиться более эффективного и менее направленного, если смотреть в плоскости, перпендикулярной направлению распространения излучаемого или принимаемого ультразвука, ослабления стоячих волн или многократного эха. Помимо этого удается упростить изготовление.
В принципе держатель можно изготавливать из цельного куска материала, образуя поверхностный слой путем изменения состава материала держателя. Так, например, держатель может иметь слоистую структуру. Однако в первом варианте держатель может также иметь корпус с гнездом и, по меньшей мере, частично расположенным в нем втулкообразным участком или с, по меньшей мере, частично расположенной в этом гнезде втулкой, который, соответственно которая имеет поверхностный слой и на котором, соответственно в которой, по меньшей мере, частично расположен ультразвуковой преобразователь. Такой участок или такая втулка, на котором, соответственно в которой проходит участок ультразвукового канала, может быть при этом закреплен, соответственно закреплена в гнезде в корпусе соединением с силовым замыканием и/или соединением с геометрическим замыканием и/или присадочным материалом, т.е., например, соединением, образуемым за счет сил трения, соответственно за счет защемления, и/или неразъемным соединением присадочным материалом для образования клеевого соединения.
Втулку или втулкообразный участок соответствующего корпуса можно изготавливать, например, путем обработки заготовки или путем использования соответствующей формы при изготовлении втулки или втулкообразного участка из жидких или пастообразных материалов.
В другом варианте держатель может иметь образующий его корпус из материала поверхностного слоя, вокруг которого, соответственно вокруг гнездовой части в направлении, перпендикулярном направлению излучения, соответственно приема ультразвука, расположен материал с бóльшим полным сопротивлением.
В принципе плотность поверхностного слоя можно выбирать любой при условии, что его полное сопротивление остается меньше полного сопротивления внутреннего слоя держателя. При создании изобретения было установлено, что плотность материала поверхностного слоя предпочтительно должна составлять от 0,3 до 0,8 г/см3. Наиболее эффективное уменьшение вероятности возникновения стоячих волн соответственно появления многократного эха достигается при этом в том случае, когда плотность поверхностного слоя составляет от 0,4 до 0,7 г/см3.
Хотя внутренний слой также в принципе может иметь любую плотность, тем не менее предпочтительно, чтобы она составляла от 0,8 до 1,8 г/см3.
В качестве материала для выполнения поверхностного слоя в принципе можно использовать однородный материал. Однако предпочтителен поверхностный слой, содержащий композиционный материал, на массовую долю которого в этом поверхностном слое приходится более 80%. Особенно предпочтителен при этом поверхностный слой, который в основном, т.е. более чем на 95 мас.%, состоит из композиционного материала.
Под композиционным материалом в принципе могут подразумеваться любые изотропные или анизотропные композиционные материалы. Предпочтительно же использовать композиционный материал, в матрицу которого внедрены мелкие тела, соответственно внедрена часть со свойствами, отличными от свойств матрицы. Особенно предпочтительно использовать композиционный материал, который состоит из матрицы и неупорядоченно распределенных в ней мелких тел, на которых может происходить рассеивание и/или поглощение ультразвука, по меньшей мере, заданной частоты. Тем самым удается дополнительно уменьшить вероятность возникновения стоячих волн, соответственно появления многократного эха.
При создании изобретения неожиданно было установлено, что вероятность возникновения стоячих волн или появления многократного эха можно существенно уменьшить, если материал поверхностного слоя содержит синтактный пенопласт, а предпочтительно полностью выполнен из него. Под синтактным пенопластом, который часто называют также "сферопластом", при этом подразумевается прежде всего материал, состоящий из матрицы и распределенных в ней полых тел (полого наполнителя), преимущественно в виде сфер. Преимущество такого синтактного пенопласта состоит в том, что он, по меньшей мере, частично проницаем для ультразвука заданной частоты, по меньшей мере, небольшая часть которого поэтому может проходить через поверхностный слой к внутреннему слою держателя. Композиционные материалы подобного типа могут обладать тем преимуществом, что полые тела способны частично рассеивать ультразвук, затрудняя тем самым его распространение.
Синтактный пенопласт прежде всего при его применении в устройствах для проверки ценных документов может содержать полые тела, главным образом сферы, диаметром от 5 до 200 мкм. Наряду с полыми телами указанного диаметра, синтактный пенопласт может также содержать полые тела другого диаметра, на долю которых от всего количества полых тел предпочтительно, однако, должно приходиться менее 20% в пересчете на объем пенопласта. Наиболее предпочтительны при этом полые тела диаметром от 5 до 120 мкм. Под диаметром одного из полых тел при этом подразумевается главным образом диаметр наименьшей сферы, в которую можно вписать такое полое тело, т.е. в случае сфер подразумевается прежде всего их обычный диаметр. В указанном интервале значений распределение полых тел по диаметру может быть монодисперсным или равномерным либо, что более предпочтительно, би- либо мультимодальным. Применение полых тел с би- или мультимодальным распределением по диаметру может обладать тем преимуществом, что при предпочтительном использовании сфер в качестве полых тел, соответственно в качестве полого наполнителя удается добиться гораздо более высокой плотности их упаковки, благодаря чему уменьшаются плотность и тем самым полное сопротивление композиционного материала и при определенных условиях повышается рассеивание на нем ультразвука.
Сферы в принципе можно изготавливать из любого материала. Предпочтителен, однако, синтактный пенопласт, содержащий в качестве наполнителя стеклянные сферы, предпочтительно таковые диаметром от 5 до 200 мкм. Преимущество, связанное с применением стеклянных сфер, состоит в их широкой доступности по сравнению со сферами из других материалов.
В качестве матрицы синтактного пенопласта в принципе можно применять любые материалы, допускающие возможность внедрения в них полых тел. В предпочтительном варианте синтактный пенопласт содержит в качестве матрицы полимер, особенно предпочтительно смолу. При этом в зависимости от предъявляемых требований можно использовать, например, эпоксидные или полиуретановые смолы.
Толщину поверхностного слоя можно выбирать, например, в зависимости от заданной частоты ультразвука и полного сопротивления внутреннего слоя держателя. Толщина поверхностного слоя прежде всего может быть больше четверти соответствующей заданной частоте ультразвука длины его волны в поверхностном слое и меньше 10 мм.
Предлагаемое в изобретении устройство не обязательно должно иметь только один ультразвуковой преобразователь. Более того, в предпочтительном варианте предлагаемое в изобретении устройство имеет, по меньшей мере, еще один ультразвуковой преобразователь, а держатель имеет, по меньшей мере, еще один ультразвуковой канал, в котором, по меньшей мере, частично расположен этот еще один ультразвуковой преобразователь, и имеет, по меньшей мере, еще один граничащий с, по меньшей мере, еще одним участком еще одного ультразвукового канала неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления еще одного примыкающего к этому еще одному поверхностному слою внутреннего слоя держателя.
Указанный еще один поверхностный слой в предпочтительном варианте может быть выполнен в соответствии с, по меньшей мере, одним из описанных выше вариантов.
Имеющиеся в этом случае в предлагаемом в изобретении устройстве, по меньшей мере, два ультразвуковых преобразователя, соответствующие ультразвуковые каналы и соответствующие поверхностные, а также внутренние слои не обязательно должны иметь одинаковые свойства и одинаковое исполнение, что, однако, является предпочтительным.
Особенно в подобном случае предпочтительно, чтобы поверхностные слои для, по меньшей мере, двух ультразвуковых каналов, соответственно ультразвуковых преобразователей были образованы участками единственной формованной детали. Этот вариант обладает одновременно несколькими преимуществами. Так, например, последующее снабжение корпуса держателя поверхностными слоями, образуемыми соответствующими втулкообразными участками формованной детали, можно выполнять лишь за одну рабочую операцию.
Для упрощения изготовления может оказаться наиболее целесообразным использовать вариант, в котором держатель имеет, по меньшей мере, два слоя, один из которых образован формованной деталью, в которой могут быть выполнены соответствующие участки ультразвуковых каналов.
Помимо этого при применении синтактных пенопластов с матрицей на основе полимеров подобную формованную деталь часто можно изготавливать особо простым путем без необходимости ее механической обработки.
Предлагаемое в изобретении устройство предпочтительно использовать для ультразвукового исследования ценных документов. Поэтому в соответствии с первым альтернативным вариантом осуществления изобретения положенная в его основу задача решается с помощью ультразвукового датчика для исследования ценных документов, имеющего, по меньшей мере, одно предлагаемое в изобретении устройство.
При этом, например, для обнаружения факта захвата двух либо нескольких слипшихся ценных документов узлом их поштучного отделения от стопки либо для проверки ценных документов предпочтителен прежде всего ультразвуковой датчик, который предназначен для исследования ценных документов с помощью проходящего сквозь них ультразвука и имеет, по меньшей мере, еще одно предлагаемое в изобретении устройство и в котором такие устройства занимают относительно друг друга положение, в котором их держатели образуют зону действия датчика, предпочтительно щелевидную, с возможностью перемещения через нее ценного документа, а ультразвуковые преобразователи устройств, когда один из них рассчитан на работу в качестве излучателя ультразвука, а другой - в качестве приемника ультразвука, образуют, по меньшей мере, один ультразвуковой измерительный участок. Такие ультразвуковые датчики позволяют с высокой надежностью и достоверностью исследовать ценные документы на основе их проницаемости для ультразвука.
При применении подобных ультразвуковых датчиков вероятность возникновения стоячих волн или вероятность появления многократного эха, соответственно его отрицательное влияние можно эффективно дополнительно уменьшить, если держатель устройства, соответственно, по меньшей мере, одного из устройств имеет на обращенной к зоне действия датчика, соответственно к исследуемому ценному документу поверхности, по меньшей мере, один неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя держателя. Поверхностный слой, граничащий с зоной действия датчика, в которой при исследовании находится, соответственно через которую перемещается ценный документ, можно выполнять прежде всего в соответствии с одним или несколькими рассмотренными выше вариантами выполнения поверхностного слоя вокруг ультразвуковых каналов. Помимо этого в еще одном предпочтительном варианте такой поверхностный слой можно выполнять в виде формованной детали, одновременно имеющей втулкообразные участки.
В соответствии со вторым альтернативным вариантом осуществления изобретения положенная в его основу задача решается также с помощью ультразвукового датчика для проверки ценного документа в зоне своего действия с помощью ультразвука, по меньшей мере, одной заданной частоты, имеющего выполняющий функцию излучателя ультразвука первый ультразвуковой преобразователь и выполняющий функцию приемника ультразвука второй ультразвуковой преобразователь, при этом ультразвуковые преобразователи расположены таким образом, что они образуют проходящий через зону действия датчика ультразвуковой измерительный участок, а, по меньшей мере, один из ультразвуковых преобразователей имеет расположенный наклонно к ультразвуковому измерительному участку участок поверхности для излучения и/или приема ультразвука.
Ультразвуковой датчик, выполненный по второму альтернативному варианту осуществления изобретения, имеет, таким образом, два ультразвуковых преобразователя, один из которых рассчитан на излучение ультразвука, по меньшей мере, заданной частоты, а другой - на прием ультразвука, по меньшей мере, заданной частоты. В остальном же оба ультразвуковых преобразователя могут иметь одинаковое или разное исполнение.
Благодаря наклону участка поверхности относительно ультразвукового измерительного участка, прежде всего относительно воображаемой линии, соединяющей между собой колеблющиеся излучающие или принимающие ультразвук поверхности ультразвуковых преобразователей, ультразвук излучается в направлении, соответственно принимается с направления, которое также наклонено к направлению ультразвукового измерительного участка. Поскольку и для отражения ультразвука от ценного документа справедливо условие, согласно которому угол падения примерно равен углу отражения, отраженные составляющие исходящего от наклонного участка поверхности ультразвука распространяются в направлении от ультразвукового измерительного участка, благодаря чему стоячие волны не образуются или образуются, по меньшей мере, в степени, в которой они не могли бы исказить результаты проверки ценных документов, соответственно отраженные импульсы, в том числе прежде всего и многократно отраженные импульсы, не попадают вновь или лишь с малой интенсивностью попадают вновь на один из ультразвуковых преобразователей ультразвукового измерительного участка. Помимо этого попадающие на ультразвуковые преобразователи составляющие ультразвука отражаются наклонным участком поверхности в направлении от зоны, в которой непосредственно находится ультразвуковой измерительный участок.
В отличие от решения с наклонным расположением ультразвукового участка относительно поверхности ценного документа с целью снижения отрицательного влияния отраженных сигналов (эхо-сигналов) выполнение ультразвукового преобразователя с наклонным участком поверхности позволяет уменьшить монтажное пространство, необходимое для размещения ультразвукового датчика.
Несмотря на то что участок поверхности для излучения и/или приема ультразвука в принципе может оказаться достаточным выполнять ровным, более предпочтительно, однако, выполнять указанный участок поверхности, по меньшей мере, одного ультразвукового преобразователя вращательно-симметричным относительно направления ультразвукового измерительного участка. В этом случае либо ультразвуковое поле может излучаться в форме ультразвукового конуса, вследствие чего при отражении, например, от ценного документа составляющие ультразвука, распространяющие под бóльшим углом наклона к направлению ультразвукового измерительного участка, будут в результате отражения отклоняться за пределы ультразвукового измерительного участка и поэтому не смогут более воздействовать на ультразвуковые преобразователи, либо попадающие на ультразвуковые преобразователи составляющие ультразвука будут отражаться наружу в сторону от ультразвукового измерительного участка.
Указанный участок поверхности можно прежде всего выполнять конической или усеченно-конической формы. Преимущество этого варианта состоит в возможности особо простого выполнения подобного участка поверхности с одновременным обеспечением особо высокой эффективности его действия.
С целью улучшить направленность излучаемого ультразвука, соответственно с целью получить не слишком широкую, зависящую от угла характеристику приема угол при вершине конуса, форму которого имеет указанный участок поверхности, предпочтительно должен составлять от 160 до 176°.
Для повышения эффективности передачи, соответственно приема ультразвука указанный участок поверхности в предпочтительном варианте имеет максимальный наружный диаметр, значение которого лежит в интервале между соответствующей заданной частоте ультразвука длиной его волны в воздухе и величиной, в десять раз превышающей указанную длину волны. Речь при этом может идти о воздухе при нормальных условиях согласно стандарту DIN или о воздухе с температурой 20°С при давлении 1 бар и с относительной влажностью 75%.
Уменьшить монтажное пространство, необходимое для размещения ультразвукового датчика, до особо малых размеров позволяет далее вариант, в котором ультразвуковой датчик имеет, по меньшей мере, один транспортировочный элемент для направленного перемещения ценного документа через зону своего действия и в котором ультразвуковые преобразователи расположены таким образом, что ультразвуковой измерительный участок образует с перпендикуляром к поверхности ценного документа угол менее 5°. Под транспортировочным элементом могут подразумеваться, например, ремни или ролики либо иные аналогичные транспортировочные элементы, которыми определяется положение ценного документа относительно ультразвукового датчика.
Как уже упоминалось выше, только один из ультразвуковых преобразователей вполне достаточно выполнять с наклонным участком поверхности. Однако особо высокая эффективность работы ультразвукового датчика обеспечивается в том случае, когда и другой ультразвуковой преобразователь выполнен в соответствии с одним из вариантов или в соответствии с комбинацией из, по меньшей мере, двух вариантов, рассмотренных выше в описании второго альтернативного варианта осуществления изобретения.
В таких ультразвуковых датчиках вероятность возникновения стоячих волн или вероятность появления многократно отраженных сигналов, соответственно их отрицательное влияние можно эффективно дополнительно уменьшить, предусмотрев в зоне ультразвукового канала, по которому проходит излучаемый или принимаемый ультразвуковым преобразователем ультразвук, ослабляющий ультразвуковые колебания слой, например, из волокнистого материала, прежде всего из войлока. Однако альтернативно этому или дополнительно к этому в предлагаемом в изобретении ультразвуковом датчике может быть также предусмотрен, по меньшей мере, один ограничивающий зону его действия элемент с неволокнистым поверхностным слоем, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя указанного элемента. Такой элемент прежде всего может быть выполнен в виде держателя для соответствующего ультразвукового датчика. Граничащий с зоной действия датчика поверхностный слой может быть выполнен далее в соответствии с одним или несколькими из рассмотренных выше вариантов выполнения поверхностного слоя в ультразвуковых каналах. Так, в частности, полное сопротивление материала поверхностного слоя предпочтительно должно составлять от 20 до 75% от полного сопротивления материала внутреннего слоя. В этом случае обеспечивается особо эффективное подавление стоячих волн, соответственно многократно отраженных сигналов.
Помимо этого поверхностный слой в еще одном предпочтительном варианте можно выполнять в виде формованной детали, которая одновременно имеет втулкообразные участки.
Преимущество этого варианта состоит в том, что ультразвук, попадающий на поверхность, ограничивающую зону действия датчика, также не отражается от нее или отражается от нее лишь в существенно ослабленном виде, что существенно ограничивает возможность образования стоячих волн или появления интенсивных многократно отраженных сигналов.
В соответствии с третьим альтернативным вариантом осуществления изобретения положенная в его основу задача решается также с помощью ультразвукового датчика для проверки ценного документа в зоне своего действия с помощью ультразвука заданной частоты, имеющего выполняющий функцию излучателя ультразвука ультразвуковой преобразователь и выполняющий функцию приемника ультразвука ультразвуковой преобразователь, а также, по меньшей мере, один держатель для ультразвуковых преобразователей, который, по меньшей мере, частично ограничивает зону действия датчика и, по меньшей мере, один ограничивающий зону действия датчика участок которого имеет вокруг расположенного в или на держателе ультразвукового преобразователя неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя держателя.
Выполненный по этому варианту ультразвуковой датчик может прежде всего иметь по одному для ультразвуковых преобразователей каждого типа держателю, которые, по меньшей мере, частично ограничивают зону действия датчика и, по меньшей мере, один ограничивающий зону действия датчика участок которых имеет вокруг расположенного в или на держателе ультразвукового преобразователя неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя держателя.
Применительно к свойствам и отличительным особенностям поверхностного слоя в предпочтительном варианте равным образом относятся варианты, рассмотренные выше в описании поверхностного слоя из первого альтернативного варианта осуществления изобретения.
Так, в частности, для выполнения поверхностного слоя в принципе можно использовать любые материалы, обладающие соответствующим полным сопротивлением. Предпочтительно, однако, выполнять поверхностный слой из материала, средняя плотность которого, по меньшей мере, на 10% меньше средней плотности материала внутреннего слоя держателя. Под "средней плотностью" при этом в случае однородных материалов подразумевается обычная их плотность, а в случае неоднородных материалов подразумевается плотность тех их частей, размеры которых много больше существенных размеров структурных неоднородностей, например, в случае матричных композиционных материалов - внедренных в матрицу частей. Связанное с этим преимущество состоит в том, что плотность материала регулировать проще, чем влиять на скорость распространения в нем ультразвука.
В принципе плотность поверхностного слоя можно выбирать любой при условии, что его полное сопротивление остается меньше полного сопротивления внутреннего слоя держателя. При создании изобретения было установлено, что плотность материала поверхностного слоя предпочтительно должна составлять от 0,3 до 0,8 г/см3. Наиболее эффективное уменьшение вероятности возникновения стоячих волн, соответственно появления многократного эха достигается при этом в том случае, когда плотность поверхностного слоя составляет от 0,4 до 0,7 г/см3.
Хотя внутренний слой также в принципе может иметь любую плотность, тем не менее предпочтительно, чтобы она составляла от 0,8 до 1,8 г/см3.
В качестве материала для выполнения поверхностного слоя в принципе можно использовать однородный материал. Однако предпочтителен поверхностный слой, содержащий композиционный материал, на массовую долю которого в этом поверхностном слое приходится более 80%. Особенно предпочтителен при этом поверхностный слой, который в основном, т.е. более чем на 95 мас.%, состоит из композиционного материала.
Под композиционным материалом в принципе могут подразумеваться любые изотропные или анизотропные композиционные материалы. Предпочтительно же использовать композиционный материал, в матрицу которого внедрены мелкие тела, соответственно внедрена часть со свойствами, отличными от свойств матрицы.
При создании изобретения неожиданно было установлено, что вероятность возникновения стоячих волн или появления многократного эха можно существенно уменьшить, если материал поверхностного слоя содержит синтактный пенопласт, а предпочтительно полностью выполнен из него. Под синтактным пенопластом, который часто называют также "сферопластом", при этом подразумевается прежде всего материал, состоящий из матрицы и распределенных в ней полых тел (полого наполнителя), преимущественно в виде сфер. Преимущество такого синтактного пенопласта состоит в том, что он, по меньшей мере, частично проницаем для ультразвука заданной частоты, по меньшей мере, небольшая часть которого поэтому может проходить через поверхностный слой к внутреннему слою держателя. Композиционные материалы подобного типа обладают тем преимуществом, что полые тела способны частично рассеивать ультразвук, затрудняя тем самым его распространение.
Синтактный пенопласт прежде всего при его применении в устройствах для проверки ценных документов может содержать полые тела, главным образом сферы, диаметром от 5 до 200 мкм. Наряду с полыми телами указанного диаметра, синтактный пенопласт может также содержать полые тела другого диаметра, на долю которых от всего количества полых тел предпочтительно, однако, должно приходиться менее 20% в пересчете на объем пенопласта. Наиболее предпочтительны при этом полые тела диаметром от 5 до 120 мкм. Под диаметром одного из полых тел при этом подразумевается главным образом диаметр наименьшей сферы, в которую можно вписать такое полое тело, т.е. в случае сфер подразумевается прежде всего их обычный диаметр. В указанном интервале значений распределение полых тел по диаметру может быть монодисперсным либо би- или мультимодальным. Применение полых тел с би- или мультимодальным распределением по диаметру может обладать тем преимуществом, что при предпочтительном использовании сфер в качестве полых тел, соответственно в качестве полого наполнителя удается добиться гораздо более высокой плотности их упаковки.
Сферы в принципе можно изготавливать из любого материала. Предпочтителен, однако, синтактный пенопласт, содержащий в качестве наполнителя стеклянные сферы, предпочтительно таковые диаметром от 5 до 200 мкм. Преимущество, связанное с применением стеклянных сфер, состоит в их широкой доступности по сравнению со сферами из других материалов.
В качестве матрицы синтактного пенопласта в принципе можно применять любые материалы, допускающие возможность внедрения в них полых тел. В предпочтительном варианте, однако, синтактный пенопласт содержит в качестве матрицы полимер, особенно предпочтительно смолу. При этом в зависимости от предъявляемых требований можно использовать, например, эпоксидные или полиуретановые смолы.
Толщину поверхностного слоя можно выбирать, например, в зависимости от заданного диапазона длин волн ультразвука и полного сопротивления внутреннего слоя держателя. Толщина поверхностного слоя прежде всего может быть больше четверти соответствующей заданной частоте ультразвука длины его волны в поверхностном слое и меньше 10 мм.
Предлагаемый в изобретении ультразвуковой датчик может далее обладать, по меньшей мере, одной или комбинацией, по меньшей мере, двух отличительных особенностей ультразвукового датчика, выполненного по первому альтернативному варианту осуществления изобретения. В этом отношении речь прежде всего идет об ультразвуковом датчике, у которого в, по меньшей мере, одном из держателей выполнен, по меньшей мере, один ультразвуковой канал, в котором, по меньшей мере, частично расположен соответствующий ультразвуковой преобразователь и/или по которому ультразвук может проходить от ультразвукового преобразователя соответственно к нему и у которого держатель имеет, по меньшей мере, один граничащий с, по меньшей мере, одним участком ультразвукового канала неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя держателя. В предпочтительном варианте при этом граничащий с ультразвуковым каналом поверхностный слой и ограничивающий зону действия датчика поверхностный слой выполнены из одинакового материала, что, однако, не является строго обязательным условием.
Преимущество всех рассмотренных выше альтернативных вариантов осуществления изобретения состоит в том, что благодаря значительному ослаблению, соответственно подавлению отраженных от ценного документа импульсов возможно выполнение двух циклов измерений с меньшей паузой между ними. Обычно после излучения ультразвукового импульса, предназначенного для собственно измерения, необходимо дождаться момента, к которому произойдет достаточно полное затухание всех вызванных отражением этого измерительного ультразвукового импульса эхо-сигналов, т.е. затухание его одно- или многократно отраженной составляющей, во избежание их отрицательного влияния на обнаружение прошедшего через ценный документ ультразвукового импульса, излученного в следующем цикле измерения. Поэтому при появлении меньшего количества эхо-сигналов или более слабых эхо-сигналов следующий измерительный ультразвуковой импульс можно излучать через меньший интервал времени.
При значительном ослаблении отраженного импульса можно также уменьшить длину ультразвукового участка, что также позволяет сократить необходимое для выполнения одного цикла измерения и определяемое временем распространения ультразвукового импульса время и уменьшить монтажное пространство, необходимое для размещения соответствующего ультразвукового датчика.
Поставленную в изобретении задачу позволяет далее решить ультразвуковой датчик для проверки ценного документа в зоне своего действия с помощью ультразвука заданной частоты, имеющий выполняющий функцию излучателя ультразвука ультразвуковой преобразователь и выполняющий функцию приемника ультразвука ультразвуковой преобразователь, а также участки держателей, один из каковых участков предназначен для размещения излучателя, а другой - для размещения приемника и на каждом из каковых участков имеется по ультразвуковому каналу, которые расположены на одной линии и полностью утопленные в которые излучатель, соответственно приемник расположены таким образом, что они образуют проходящий через зону действия датчика ультразвуковой измерительный участок, при этом ультразвуковые преобразователи расположены наклонно к осевой линии, на которой расположены ультразвуковые каналы.
Благодаря наклонному расположению ультразвуковых преобразователей достигается аналогичный эффект, что и в ультразвуковом датчике, выполненном по второму альтернативному варианту осуществления изобретения, однако в данном случае можно использовать ультразвуковые преобразователи с плоскими, не наклонными поверхностями, например стандартные ультразвуковые преобразователи.
Описанные выше варианты касательно облицовки ультразвукового канала или поверхности держателя предпочтительно применять и в данном случае, поскольку распространяющиеся в сторону от ультразвукового канала эхо-сигналы при каждом отражении значительно теряют в своей интенсивности.
Поверхности ультразвуковых каналов и поверхность участков держателей и в этом случае наиболее предпочтительно снабжать волокнистым звукопоглощающим или звукоизолирующим материалом или предпочтительно неволокнистым материалом, как это описано выше.
Предлагаемые в изобретении датчики наиболее предпочтительно использовать в устройствах для обработки ценных документов. Поэтому еще одним объектом изобретения является также устройство для обработки ценных документов, имеющее предлагаемое в изобретении устройство и/или предлагаемый в изобретении ультразвуковой датчик. В предпочтительном варианте такое устройство для обработки ценных документов имеет транспортировочное устройство для перемещения ценных документов к предлагаемому в изобретении устройству, соответственно к ультразвуковому датчику, прежде всего для перемещения ценных документов в или через зону действия ультразвукового датчика, и для последующего перемещения ценных документов от ультразвукового датчика, а точнее из зоны его действия. Под обработкой ценных документов при этом в первую очередь подразумеваются проверка подлинности ценных документов, проверка их состояния, например, на пригодность к дальнейшему нахождению в обращении, их сортировка или же подсчет их количества и/или вычисление суммы их номиналов. Ультразвуковой датчик при этом прежде всего может использоваться также для обнаружения факта захвата двух либо нескольких слипшихся ценных документов узлом их поштучного отделения от стопки или для проверки состояния ценного документа, прежде всего также на наличие на ценном документе пленки, например клейкой ленты.
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 ультразвукового датчика устройства для обработки банкнот, изображенного на фиг.1,
на фиг.3 - схематичный вид в плане держателя ультразвукового датчика, изображенного на фиг.2, с закрепленными в этом держателе ультразвуковыми преобразователями,
на фиг.4 - схематичный вид фрагмента изображенного на фиг.3 держателя в разрезе плоскостью, перпендикулярной его поверхности,
на фиг.5 - схематичный вид в плане формованной детали держателя выполненного по второму варианту ультразвукового датчика,
на фиг.6 - схематичный вид в разрезе фрагмента держателя выполненного по второму варианту ультразвукового датчика,
на фиг.7 - схематичный вид фрагмента выполненного по третьему варианту ультразвукового датчика в разрезе плоскостью, перпендикулярной поверхности его держателя,
на фиг.8 - схематичный вид в плане пластины держателя, изображенного на фиг.7,
на фиг.9 - схематичный вид в плане держателя выполненного по четвертому варианту ультразвукового датчика с закрепленными в этом держателе ультразвуковыми преобразователями,
на фиг.10 - схематичный вид фрагмента выполненного по четвертому варианту ультразвукового датчика в разрезе плоскостью, перпендикулярной поверхности его держателя,
на фиг.11 - схематичный вид фрагмента выполненного по пятому варианту ультразвукового датчика в разрезе плоскостью, перпендикулярной поверхности его держателя,
на фиг.12 - схематичный вид в плане пластины держателя, изображенного на фиг.11,
на фиг.13 - схематичный вид фрагмента держателя выполненного по шестому варианту ультразвукового датчика в разрезе плоскостью, перпендикулярной поверхности держателя, и
на фиг.14 - схематичный вид фрагмента выполненного по седьмому варианту ультразвукового датчика в разрезе плоскостью, перпендикулярной поверхности его держателя.
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 в виде стопки 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, т.е. в зависимости от зарегистрированных измерительной системой свойств проверенных ценных документов 12.
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.
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.
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 относительно друг 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 (если ценный документ классифицирован как еще пригодный для обращения), либо на уничтожение в шредер 28 (если ценный документ классифицирован как подлежащий уничтожению).
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.
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 ультразвуковой датчик, выполненный по первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, прежде всего по первому альтернативному варианту осуществления изобретения.
Ультразвуковой датчик 36 предназначен для исследования ценных документов 12 посредством проходящего сквозь них ультразвука и имеет для этого устройства 42 и 42' для излучения, соответственно для приема ультразвука в заданном частотном диапазоне, которые выполнены по первому предпочтительному варианту осуществления изобретения и которые имеют одинаковое зеркально-симметричное в проекции на одну плоскость исполнение.
Устройства 42 и 42' для излучения, соответственно для приема ультразвука в заданном частотном диапазоне имеют, по меньшей мере, по одному ультразвуковому преобразователю, а в рассматриваемом примере по восемнадцать ультразвуковых преобразователей 44 для преобразования электрических сигналов в ультразвук, соответственно для преобразования ультразвука в электрические сигналы и по держателю 46, соответственно 46', в котором в количестве, соответствующем количеству ультразвуковых преобразователей, выполнены ультразвуковые каналы 48, которые в рассматриваемом примере образованы участками сквозных отверстий 50, в каждом из которых, по меньшей мере, частично расположено по ультразвуковому преобразователю 44 и по которым ультразвук может распространяться от соответствующего ультразвукового преобразователя 44, соответственно к нему.
Ультразвуковой датчик 36 имеет далее устройство 52 управления и обработки сигналов, которое лишь схематично обозначенными на чертеже электрическими соединениями 54 соединено с ультразвуковыми преобразователями 44 и с не показанным на фиг.2 устройством 30 управления и обработки для обмена сигналами с ним и для электропитания.
Держатели 46 и 46' имеют в основном форму пластин с расположенными параллельно друг другу поверхностями 56, которые поэтому в перпендикулярном им направлении совмещены друг с другом. Через образованный между держателями 46 и 46' зазор, который одновременно представляет собой зону 58 действия датчика, проходит транспортировочный путь 22, перемещаемые по которому ценные документы 12 при их прохождении через зону 58 действия датчика могут исследоваться в ней с помощью проходящего сквозь них ультразвука. Иными словами, устройства 42 и 42' расположены в таком положении относительно друг друга, в котором ультразвуковые преобразователи устройств образуют ультразвуковые измерительные участки 43, когда один из двух ультразвуковых преобразователей 44, расположенных напротив друг друга в направлении, перпендикулярном поверхностям 56 пластин, форму которых имеют держатели, используется в качестве ультразвукового излучателя, а другой - в качестве приемника ультразвука. Как показано на фиг.2, ультразвуковые преобразователи 44 расположены по такой схеме, что образованные между излучателями и приемниками ультразвуковые измерительные участки 43 можно с достаточно хорошим приближением считать ориентированными перпендикулярно ценному документу 12, соответственно поверхностям 52 пластин, форму которых имеют держатели.
Более конкретно ультразвуковые преобразователи 44 в держателе 46 используются, соответственно управляются как ультразвуковые излучатели, тогда как ультразвуковые преобразователи 44 в держателе 46' служат приемниками ультразвука, прошедшего через ценный документ 12, соответственно излученного им. Служащие приемниками ультразвука ультразвуковые преобразователи выдают при детектировании ультразвука соответствующие измерительные сигналы.
В рассматриваемом примере ультразвуковые преобразователи 44 выполнены с возможностью преобразования ультразвука заданной частоты, которая составляет примерно 400 кГц. Помимо этого ультразвуковые преобразователи для возможности преобразования ими также импульсов длительностью меньше 100 мкс в предпочтительном варианте выполнены с возможностью преобразования ультразвука в частотном диапазоне шириной примерно 70 кГц, в середине которого лежит заданная частота.
Каждый из ультразвуковых преобразователей 44, которые в рассматриваемом примере выполнены цилиндрической формы, имеет на своей окружности крепежную канавку 60. Помимо этого ультразвуковой преобразователь 44 со стороны своего торца, обращенного от зоны 58 действия датчика, имеет два электрических контактных вывода, в данном случае в виде проволочных выводов 54, для его непосредственного или опосредованного электрического соединения с устройством 52 управления и обработки сигналов.
На фиг.3 и 4 более подробно показан держатель 46, который, как уже указывалось выше, выполнен зеркально-симметричным держателю 46'.
Держатель 46 имеет пластинчатый корпус 62, в котором выполнены проходящие перпендикулярно поверхностям 56 пластинчатого держателя 46, соответственно поверхностям корпуса 62 одинаковые гнезда 63, которые в рассматриваемом примере представляют собой сквозные отверстия и которые расположены тремя смещенными относительно друг друга рядами на равном удалении друг от друга.
Помимо этого держатель 46 имеет проходящие на части длины внутренней стороны каждого из сквозных отверстий 50, соответственно на части длины каждого из гнезд 63 втулочные участки, соответственно полые цилиндрические участки 64, которые выполнены из материала, отличного от материала корпуса 62. Полости, ограниченные втулочными участками 64, образуют ультразвуковые каналы 48, по которым может распространяться ультразвук, излучаемый или принимаемый соответствующим ультразвуковым преобразователем.
В рассматриваемом примере корпус 62 изготовлен из армированного стекловолокном полимера, т.е. синтетической смолы, и имеет толщину примерно 8 мм. Используемая армированная стекловолокном синтетическая смола имеет плотность примерно 1,3 г/см3 и полное сопротивление для заданной частоты примерно 3·106 кг/(м2·с).
Втулочные же участки 64 выполнены из композиционного материала и тем самым прежде всего выполнены из композиционного материала, объемная доля которого на втулочном участке 64 составляет более 80% и который в рассматриваемом примере представляет собой, по меньшей мере, частично проницаемый для ультразвука заданной частоты синтактный пенопласт, и образуют неволокнистый поверхностный слой 66, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления корпуса 62 и тем самым полного сопротивления соседнего с поверхностным слоем 66, прежде всего примыкающего к нему, внутреннего слоя 68 корпуса 62, а тем самым и держателя 46.
На фиг.6 схематично в разрезе показан фрагмент держателя 46 в зоне одного из сквозных отверстий 50 в нем. Другие соответствующие участки держателя 46 имеют аналогичное исполнение.
Каждое сквозное отверстие 50 имеет в основном по два участка разных диаметров, больший из которых имеет тот участок 70, который оканчивается на обращенной к зоне действия датчика поверхности 56. Тем самым на образующей сквозное отверстие 50 внутренней поверхности, соответственно стенке 74 держателя 46 в средней части образуется кольцевой уступ 76. На этом же участке 70 расположен также втулочный участок 64.
Ультразвуковой преобразователь 44 вставленным с натягом в крепежную канавку 60 крепежным элементом, в данном случае кольцом 78 круглого сечения, из эластичного, обладающего в предпочтительном варианте звукоизолирующими свойствами материала ориентируется на уступе 76 в направлении, задаваемом положением уступа 76 и положением крепежной канавки 60 относительно держателя 46, а в показанном на фиг.2-5 примере - в направлении, по меньшей мере, приблизительно перпендикулярно поверхностям 56 пластинчатого держателя. Тем самым обеспечивается соответствующее ориентирование диаграммы приема ультразвука, соответственно диаграммы направленности его передачи (чувствительности) относительно держателя 46, максимум которой, а тем самым и направление А излучения ультразвука при этом оказываются обращены приблизительно в направлении, которое, по меньшей мере, примерно перпендикулярно поверхностям 56 пластинчатого держателя. В результате при показанном на чертежах взаимном расположении держателей 46 и 46' диаграммы приема ультразвука и диаграммы направленности его передачи ультразвуковыми преобразователями на каждом ультразвуковом измерительном участке направлены точно друг на друга.
Материал втулочных участков 64, а тем самым и образованных ими поверхностных слоев 66 имеет плотность от 0,3 до 0,8 г/см3, предпочтительно от 0,4 до 0,7 г/см3.
Композиционный материал втулочных участков 64 состоит из матрицы и внедренных в нее полых тел (наполнителя). Речь при этом идет, в частности, о синтактном пенопласте, в матрице которого содержатся полые тела, в данном случае сферы, диаметром от 5 до 200 мкм, преимущественно от 5 до 120 мкм, а также могут содержаться сферы и других размеров. Распределение сфер по диаметру выбрано таким, при котором обеспечивается высокая плотность их упаковки, хотя в других вариантах возможно также использование сфер с монодисперсным распределением по диаметру. Распределение по диаметру прежде всего может быть бимодальным.
В рассматриваемом примере синтактный пенопласт содержит в качестве полых тел стеклянные сферы диаметром предпочтительно от 10 до 200 мкм.
Матрица синтактного пенопласта образована в данном случае полимером, прежде всего смолой. В рассматриваемом примере такой полимер представляет собой эпоксидную смолу.
В рассматриваемом примере синтактный пенопласт, а тем самым и поверхностный слой 66 имеют среднюю плотность 0,5 г/см3, которая тем самым, по меньшей мере, на 10% меньше средней плотности внутреннего слоя 68, и характеризуются скоростью распространения в них ультразвука заданной частоты примерно 2500 м/с, т.е. обладают полным сопротивлением примерно 1,3·106 кг/(м2·с), которое тем самым лежит в пределах от 20 до 75%, а в рассматриваемом примере составляет 43% от полного сопротивления корпуса 62 и тем самым внутреннего слоя 68.
Поверхностный слой 66, образованный соответствующим втулочным участком 64, кольцеобразно охватывает поэтому ультразвуковой канал и благодаря этому обеспечивает равномерное изменение акустической характеристики. Поверхностный слой 66 в свою очередь окружен внутренним слоем 68 с бóльшим полным сопротивлением.
Толщина поверхностного слоя 66, т.е. толщина стенки втулочного участка 64, больше четверти соответствующей заданной частоте ультразвука длины его волны в поверхностном слое 66 и меньше 10 мм, а в рассматриваемом примере составляет примерно 1,5 мм.
Помимо этого втулочный участок 64 и тем самым поверхностный слой 66 в рассматриваемом примере проходят от поверхности 56 вплоть до крепежного устройства для закрепления ультразвукового преобразователя 44, в данном случае до уступа 76, в направлении, перпендикулярном поверхности 56, соответственно параллельном ультразвуковому каналу, соответственно направлению А излучения ультразвука.
В рассматриваемом примере крепежная канавка 60 и уступ 76 с учетом толщины держателя 46 выполнены таким образом, что ультразвуковой преобразователь 44, по меньшей мере, частично, а в рассматриваемом примере полностью утоплен в ультразвуковой канал 48.
Втулочный участок 64 в основном с геометрическим замыканием вставлен в гнездо 63 в корпусе 62 и неразъемно соединен с ним присадочным материалом. В рассматриваемом примере подобное неразъемное соединение обеспечивается эпоксидным клеем, который в своем отвержденном состоянии имеет полное сопротивление, которое соответствует полному сопротивлению внутреннего слоя 68 и прежде всего незначительно превышает его полное сопротивление.
Такое выполнение держателей 46 и 46' позволяет существенно уменьшить амплитуду одно- или многократно отраженных сигналов, соответственно подавить образование стоячих волн при работе ультразвуковых преобразователей в непрерывном режиме.
Помимо этого ультразвуковые преобразователи 44 благодаря их утапливанию в сквозные отверстия 50 надежно защищены от механического воздействия в направлении, параллельном поверхностям пластинчатых держателей.
В качестве необязательного варианта для защиты контактных выводов электрических соединений 54 на ультразвуковом преобразователе 44 от механических и химических воздействий и для создания дополнительной механической опоры для ультразвукового преобразователя 44 в сквозном отверстии 50 его участок от ультразвукового преобразователя 44 вплоть до поверхности 56 пластинчатого держателя можно залить электроизолирующим полимерным материалом 80, 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 46 имеет далее крепежные отверстия 82 для его крепления в устройстве для обработки ценных документов.
Второй вариант, который одновременно является предпочтительным вариантом реализации третьего альтернативного варианта осуществления изобретения, отличается от первого варианта лишь иным исполнением поверхностных слоев 66 и соответствующим модифицированием держателей. Все остальные детали и элементы, а также отличительные особенности идентичны первому варианту, и поэтому все такие детали и элементы обозначены теми же позициями, а их описание и описание их функций соответственно относятся и к данному варианту.
Как схематично показано на фиг.5 и 6, в рассматриваемом варианте предусмотрена формованная деталь 84, которая изготовлена из того же материала, что и поверхностные слои 66 в первом варианте.
Формованная деталь 84 имеет пластинчатую часть 86 с выполненными в ней сквозными отверстиями 88, которые при наложении пластинчатой части 86 на корпус 62 оказываются совмещены, соответственно оказываются на одной оси с выполненными в нем сквозными отверстиями 50. Вокруг сквозных отверстий 88, соответственно соосно с ними расположены цилиндрические втулочные участки 90, размеры которых соответствуют размерам втулочных участков 64 в первом варианте. Однако такие втулочные участки 90 выполнены за одно целое с пластинчатой частью 86, и поэтому формованная деталь 84 является цельной. В рассматриваемом примере формованная деталь 84 выполнена литьем под давлением.
Такая формованная деталь 84 втулочными участками 90, ограничиваемые которыми полости также образуют ультразвуковые каналы, вставлена в гнезда 63 в корпусе 62 и соединена с ним, например приклеена к нему пригодным для этой цели клеем, в частности эпоксидным клеем, с образованием держателя 46”. Таким путем, во-первых, образуются соответствующие поверхностным слоям 66 в первом варианте поверхностные слои 66' на стенках ультразвуковых каналов 48, в которых размещены ультразвуковые преобразователи 44. Во-вторых, корпус 62 с обращенной к зоне 58 действия датчика стороны закрыт пластинчатой частью 86, и поэтому держатель 46” на своей обращенной к ценному документу 12 при его исследовании поверхности 56 имеет образованный пластинчатой частью 86 неволокнистый поверхностный слой 92, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к нему образуемого соответствующей частью корпуса 62 внутреннего слоя 94 держателя 46”. Различия в полных сопротивлениях аналогичны таковым в первом варианте.
Другой, не показанный на чертеже держатель выполнен аналогично первому варианту и имеет зеркально-симметричное держателю 46” исполнение. Однако такое выполнение второго держателя не является строго обязательным условием в других вариантах осуществления изобретения.
Подобное выполнение держателей также позволяет избежать отражений от их поверхностей и тем самым избежать появления эхо-сигналов в образованном в них ультразвуковом канале, что дополнительно позволяет также уменьшить перекрестные помехи между соседними ультразвуковыми измерительными участками.
Помимо этого упрощается изготовление втулочных участков и их монтаж, в чем может заключаться существенное преимущество главным образом при использовании ультразвуковых датчиков с большим количеством ультразвуковых измерительных участков.
В других вариантах можно также использовать синтактные пенопласты с матрицей из иного, прежде всего полимерного, материала. Так, например, в качестве матрицы можно использовать полиуретан.
В еще одних вариантах направление ультразвуковых каналов 48, соответственно основное направление А излучения и приема ультразвука ультразвуковыми преобразователями 44 и тем самым направление ультразвукового измерительного участка можно располагать наклонно к поверхности 56 и тем самым наклонно к исследуемому ценному документу 12.
Следующие варианты могут отличаться от описанных выше тем, что вместо сквозных отверстий 50 можно предусмотреть глухие отверстия, в которых, по меньшей мере, частично располагаются ультразвуковые преобразователи 44.
В других вариантах в сквозных отверстиях на их внутренней поверхности можно также предусмотреть фиксирующие структуры, например выступы в виде приливов или утолщений, непосредственно фиксирующих ультразвуковые преобразователи 44.
Следующие варианты могут отличаться от описанных выше тем, что втулочные участки можно выполнить таким образом, чтобы они выполняли функцию гнезд, соответственно крепежных устройств для закрепления ультразвуковых преобразователей. Для этого втулочные участки можно аналогично гнездам 63 выполнить с фиксирующей структурой, например выступами или кольцевым уступом, на их внутренней поверхности.
Помимо этого другие варианты могут отличаться от описанных выше тем, что ультразвуковые преобразователи частично выступают из ультразвуковых каналов 48.
Во всех рассмотренных выше вариантах корпус 62 может состоять из, по меньшей мере, двух соединенных между собой, прежде всего приклеенных друг к другу или сцепленных между собой, слоев.
На фиг.7 и 8 схематично показан ультразвуковой датчик, выполненный по третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения, а точнее по предпочтительному варианту реализации второго альтернативного варианта осуществления изобретения.
Такой ультразвуковой датчик отличается от выполненного по второму варианту ультразвукового датчика лишь иным исполнением держателя 46'''. Все остальные элементы в этом варианте не отличаются от второго варианта, и поэтому одинаковые в обоих вариантах элементы обозначены одинаковыми позициями, а все приведенные выше пояснения, относящиеся к таким элементам, справедливы и в данном случае. Используемые в третьем варианте материалы не отличаются от материалов во втором варианте.
Как показано на фиг.7 и 8, держатель 46''' отличается от держателя 46'', во-первых, тем, что вместо формованной детали 84 используется пластинчатая формованная деталь 84', которая не имеет втулочных участков 90 и поэтому имеет в основном форму пластины, в которой, наряду с отверстиями 82, выполнены сквозные отверстия 88 для образования соответствующих участков ультразвуковых каналов 48. Толщина формованной детали 84 на чертежах показана без соблюдения масштаба. В рассматриваемом примере толщина формованной детали может составлять примерно 5 мм.
В связи с отсутствием втулочных участков 90 корпус 62' отличается от корпуса 62 тем, что сквозные отверстия 50 имеют на участке 70 внутренний диаметр, который соответствует внутреннему диаметру ультразвуковых каналов и тем самым сквозных отверстий 88.
Как показано на фиг.7, внутренний слой 94' с бóльшим полным сопротивлением располагается в корпусе 62' параллельно формованной детали 84' и тем самым неволокнистому поверхностному слою 66'' с меньшим полным сопротивлением и приблизительно перпендикулярно направлению А ультразвуковых каналов 48, так что внутренний слой 94' непосредственно примыкает к поверхностному слою 66'' в направлении А.
На фиг.9 и 10 схематично показан ультразвуковой датчик, выполненный по четвертому варианту осуществления изобретения, а точнее по предпочтительному варианту реализации второго альтернативного варианта осуществления изобретения.
Такой ультразвуковой датчик 96 используется вместо ультразвукового датчика 36 из первого варианта. В остальном же устройство 10 для определения состояния ценных документов остается без изменений.
Ультразвуковой датчик 96 отличается от ультразвукового датчика 36, во-первых, использованием держателей 98 вместо держателей 46, 46' и, во-вторых, ультразвуковыми преобразователями 100, модифицированными по сравнению с ультразвуковыми преобразователями 44. В остальном же ультразвуковой датчик остается без изменений и представляет собой тем самым ультразвуковой датчик, предназначенный для проверки ценного документа 12 в зоне 58 своего действия с помощью ультразвука, по меньшей мере, одной заданной частоты и имеющий выполняющий функцию излучателя ультразвука ультразвуковой преобразователь и выполняющий функцию приемника ультразвука ультразвуковой преобразователь, каковые ультразвуковые преобразователи расположены таким образом, что они образуют проходящий через зону 58 действия датчика ультразвуковой измерительный участок 102. В отношении остающихся неизменными элементов и отличительных особенностей соответственно справедливы все пояснения, относящиеся к первому варианту выполнения ультразвукового датчика, а одинаковые в обоих вариантах элементы обозначены одними и теми же позициями.
От держателей 46 и 46' держатели 98 (см. фиг.9 и 10) отличаются только тем, что они при той же форме полностью изготовлены из того же материала, из которого прежде всего может быть изготовлен корпус 62 в первом варианте.
От соответствующих ультразвуковых преобразователей из первого варианта ультразвуковые преобразователи 100 отличаются наличием наклонного к ультразвуковому измерительному участку 102 участка 104 поверхности для излучения и/или для приема ультразвука. Благодаря такому наклону, во-первых, излучаемый ультразвук распространяется скорее в виде конуса, благодаря чему отраженные от проверяемого ценного документа 12 ультразвуковые волны отклоняются от ультразвукового измерительного участка. Во-вторых, прошедший через ценный документ и распространяющийся в сторону его приемника ультразвук, который не преобразуется соответствующим ультразвуковым преобразователем, отражается, по меньшей мере, частично в виде конуса, вследствие чего и в данном случае отраженные ультразвуковые волны отклоняются от ультразвукового измерительного участка 102. Отклоняемые от ультразвукового измерительного участка отраженные ультразвуковые волны уже не могут образовывать стоячие волны или приводить к появлению эхо-сигналов.
Указанные наклонные участки 104 поверхности ультразвукового преобразователя, с которыми контактирует воздух, являющийся передающей ультразвук средой, выполнены в форме конуса вокруг принимаемого за его ось направления ультразвукового измерительного участка 102, соответственно (усредненного по поперечному сечению ультразвукового луча) направления А излучения ультразвука и тем самым выполнены вращательно-симметричными относительно направления ультразвукового измерительного участка 102.
Угол α при вершине конуса при этом в предпочтительном варианте составляет от 160 до 176°, а в рассматриваемом примере составляет примерно 170°. За счет такого выбора угла при вершине конуса достигается оптимальный компромисс между направлением распространения излучаемого ультразвука, с одной стороны, и уменьшением вероятности возникновения стоячих волн или уменьшением интенсивности создающих помехи эхо-сигналов при одновременном сохранении все еще достаточной для проверки ценных документов амплитуды прошедших через ценный документ ультразвуковых импульсов.
Участок 104 поверхности, т.е. конический участок, имеет в плоскости, перпендикулярной оси симметрии, относительно которой этот участок поверхности выполнен вращательно-симметричным, максимальный наружный диаметр, значение которого лежит в интервале между соответствующей заданной частоте ультразвука длиной его волны в воздухе и величиной, в десять раз превышающей указанную длину волны. Воздух при этом прежде всего может иметь давление 1 бар, температуру 20°С и относительную влажность75%. В рассматриваемом примере указанный максимальный наружный диаметр составляет примерно 6 мм.
Как показано на фиг.10, ультразвуковой датчик имеет, по меньшей мере, один транспортировочный элемент, предназначенный для перемещения ценного документа 12 через зону 58 своего действия и представляющий собой в рассматриваемом примере ремни 106, между которыми удерживается перемещаемый ими ценный документ 12. Ультразвуковые преобразователи 100 при этом расположены таким образом, что ультразвуковой измерительный участок 102 образует с перпендикуляром к поверхности ценного документа 12 угол менее 5°.
Еще один вариант отличается от четвертого варианта тем, что вместо держателей 98 используются держатели 46, 46' из первого или второго варианта.
На фиг.11 и 12 показан пятый предпочтительный вариант осуществления изобретения, отличающийся от четвертого варианта тем, что вместо держателей 98 используются держатели 108. В остальном этот пятый вариант соответствует предыдущему варианту, и поэтому одинаковые в обоих вариантах элементы обозначены одними и теми же позициями, а в отношении остающихся неизменными элементов и отличительных особенностей соответственно справедливы все пояснения, относящиеся к предыдущему варианту.
От держателей 98 держатели 108 отличаются только наличием на их корпусе 62 прочно соединенной с ним, например приклеенной к нему, пластины 112 с отверстиями в качестве обращенного к зоне действия датчика поверхностного слоя. Подобная пластина, соответственно подобный поверхностный слой выполнена/выполнен из неволокнистого материала, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления материала примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя 114 держателя 108. Такой держатель 108 образует ограничивающий зону действия датчика элемент и поглощает, по меньшей мере, часть попадающего на него ультразвука, что дополнительно снижает влияние создающих помехи эхо-сигналов.
Материал, из которого выполнена пластина 112, а тем самым и образуемый ею поверхностный слой, может иметь плотность прежде всего от 0,3 до 0,8 г/см3, предпочтительно от 0,4 до 0,7 г/см3.
В рассматриваемом примере указанный материал представляет собой композиционный материал, состоящий из матрицы и внедренных в нее полых тел. Речь при этом идет, в частности, о синтактном пенопласте, в матрице которого содержатся полые тела, в данном случае сферы, диаметром от 5 до 200 мкм, преимущественно от 5 до 120 мкм, а также могут содержаться сферы и других размеров. Распределение сфер по диаметру выбрано таким, при котором обеспечивается высокая плотность их упаковки, хотя в других вариантах возможно также использование сфер с монодисперсным распределением по диаметру. Распределение по диаметру прежде всего может быть бимодальным.
В рассматриваемом примере синтактный пенопласт содержит в качестве полых тел стеклянные сферы диаметром предпочтительно от 10 до 200 мкм.
Матрица синтактного пенопласта образована в данном случае полимером, прежде всего смолой. В рассматриваемом примере такой полимер представляет собой эпоксидную смолу.
В рассматриваемом примере синтактный пенопласт, а тем самым и поверхностный слой имеют среднюю плотность 0,5 г/см3, которая тем самым, по меньшей мере, на 10% меньше средней плотности внутреннего слоя 114, и характеризуются скоростью распространения в них ультразвука заданной частоты примерно 2500 м/с, т.е. обладают полным сопротивлением примерно 1,3·106 кг/(м2·с), которое тем самым лежит в пределах от 20 до 75%, а в рассматриваемом примере составляет 43% от полного сопротивления корпуса 62 и тем самым внутреннего слоя 114.
Толщина пластины 112, т.е. поверхностного слоя, больше четверти соответствующей заданной частоте ультразвука длины его волны в поверхностном слое 112 и меньше 10 мм, а в рассматриваемом примере составляет примерно 2 мм.
Данный вариант поэтому прежде всего является и предпочтительным вариантом реализации третьего альтернативного варианта осуществления изобретения, т.е. варианта, в котором ультразвуковой датчик предназначен для проверки ценного документа в зоне своего действия с помощью ультразвука заданной частоты и имеет выполняющий функцию излучателя ультразвука ультразвуковой преобразователь и выполняющий функцию приемника ультразвука ультразвуковой преобразователь, а также имеет по одному для закрепления ультразвуковых преобразователей каждого типа держателю, которые ограничивают зону действия датчика и, по меньшей мере, один ограничивающий зону действия датчика участок, по меньшей мере, одного из которых имеет вокруг расположенного в или на держателе ультразвукового преобразователя неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя держателя.
В еще одном варианте в качестве ультразвукового преобразователя для приема ультразвука можно использовать ультразвуковой преобразователь из первого варианта.
Следующий вариант отличается от пятого варианта тем, что вместо ультразвуковых преобразователей 100 используются ультразвуковые преобразователи 44 из первого варианта.
На фиг.13 показана еще одна модификация четвертого варианта. Отличие от четвертого варианта при этом состоит лишь в иной форме участка 116 поверхности, который и в этом случае выполнен наклонным к направлению ультразвукового измерительного участка и вращательно-симметричным относительно этого направления. Однако вершина конуса, в виде которого выполнен такой участок 116 поверхности, опущена к его центру, соответственно в направлении, противоположном направлению А излучения ультразвука.
В показанном на фиг.14 седьмом варианте ультразвуковой датчик для проверки ценного документа в зоне своего действия с помощью ультразвука заданной частоты имеет выполняющий функцию излучателя ультразвука ультразвуковой преобразователь 118 и выполняющий функцию приемника ультразвука ультразвуковой преобразователь 118, а также участки 120 и 122 держателей, один из каковых участков предназначен для размещения излучателя, а другой - для размещения приемника и на каждом из каковых участков имеется по ультразвуковому каналу, которые расположены на одной линии и полностью утопленные в которые излучатель, соответственно приемник расположены таким образом, что они образуют проходящий через зону действия датчика ультразвуковой измерительный участок. Ультразвуковые преобразователи 118 расположены наклонно к осевой линии, на которой расположены ультразвуковые каналы. Благодаря наклонному относительно ультразвукового измерительного участка и ультразвукового канала положению ультразвуковых преобразователей хотя и образуется ультразвуковой измерительный участок, однако возможные эхо-сигналы распространяются в сторону за его пределы.
Поверхности ультразвуковых каналов и поверхности участков 120 и 122 держателей и в данном случае наиболее предпочтительно снабжать слоем из волокнистого звукопоглощающего или звукоизолирующего материала, например из войлочного материала, либо, что более предпочтительно, из неволокнистого материала 130, описанного выше.
Использование: для исследования ценного документа посредством ультразвукового излучения. Сущность заключается в том, что устройство для излучения и/или приема ультразвука, по меньшей мере, одной заданной частоты имеет, по меньшей мере, один ультразвуковой преобразователь для преобразования ультразвука, по меньшей мере, заданной частоты в электрические сигналы и/или для преобразования электрических сигналов в ультразвук, по меньшей мере, заданной частоты и держатель, в котором выполнен, по меньшей мере, один ультразвуковой канал, в котором, по меньшей мере, частично расположен ультразвуковой преобразователь и/или по которому ультразвук может проходить от ультразвукового преобразователя, соответственно к нему, и который имеет, по меньшей мере, один граничащий с, по меньшей мере, одним участком ультразвукового канала неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя держателя, причем поверхностный слой выполнен из материала, средняя плотность которого, по меньшей мере, на 10% меньше средней плотности материала внутреннего слоя. Технический результат - обеспечение возможности исключения нежелательных отражений используемого ультразвука. 4 н. и 31 з.п. ф-лы, 14 ил.
1. Устройство для излучения и/или приема ультразвука, по меньшей мере, одной заданной частоты, имеющее, по меньшей мере, один ультразвуковой преобразователь для преобразования ультразвука, по меньшей мере, заданной частоты в электрические сигналы и/или для преобразования электрических сигналов в ультразвук, по меньшей мере, заданной частоты и держатель, в котором выполнен, по меньшей мере, один ультразвуковой канал, в котором, по меньшей мере, частично расположен ультразвуковой преобразователь и/или по которому ультразвук может проходить от ультразвукового преобразователя, соответственно к нему, и который имеет, по меньшей мере, один граничащий с, по меньшей мере, одним участком ультразвукового канала неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя держателя, причем поверхностный слой выполнен из материала, средняя плотность которого, по меньшей мере, на 10% меньше средней плотности материала внутреннего слоя.
2. Устройство по п.1, в котором поверхностный слой доходит до обращенного от ультразвукового преобразователя конца ультразвукового канала.
3. Устройство по п.1, в котором поверхностный слой, по меньшей мере, кольцеобразно охватывает участок ультразвукового канала.
4. Устройство по п.1, в котором держатель имеет корпус с гнездом и, по меньшей мере, частично расположенным в нем втулкообразным участком или с, по меньшей мере, частично расположенной в этом гнезде втулкой, который, соответственно которая, имеет поверхностный слой и на котором, соответственно в которой, по меньшей мере, частично расположен ультразвуковой преобразователь.
5. Устройство по п.1, в котором толщина поверхностного слоя больше четверти соответствующей заданной частоте ультразвука длины его волны в поверхностном слое и меньше 10 мм.
6. Устройство по одному из пп.1-5, в котором плотность материала поверхностного слоя составляет от 0,3 до 0,8 г/см3.
7. Устройство по одному из пп.1-5, в котором поверхностный слой содержит композиционный материал, на массовую долю которого в этом поверхностном слое приходится более 80%.
8. Устройство по одному из пп.1-5, в котором материал поверхностного слоя содержит синтактный пенопласт.
9. Устройство по п.8, в котором синтактный пенопласт содержит в качестве матрицы полимер, особенно предпочтительно смолу.
10. Устройство по п.8, в котором синтактный пенопласт содержит полые тела диаметром от 5 до 200 мкм.
11. Устройство по п.8, в котором синтактный пенопласт содержит стеклянные сферы.
12. Устройство по п.11, в котором синтактный пенопласт содержит в качестве матрицы полимер, особенно предпочтительно смолу.
13. Устройство по одному из пп.1-5, которое имеет, по меньшей мере, еще один ультразвуковой преобразователь, а держатель имеет, по меньшей мере, еще один ультразвуковой канал, в котором, по меньшей мере, частично расположен этот еще один ультразвуковой преобразователь, и имеет, по меньшей мере, еще один граничащий с, по меньшей мере, еще одним участком еще одного ультразвукового канала неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления еще одного примыкающего к этому еще одному поверхностному слою внутреннего слоя держателя.
14. Устройство по п.13, в котором указанный еще один поверхностный слой выполнен из того же материала, что и поверхностный слой.
15. Устройство по п.13, в котором поверхностные слои для, по меньшей мере, двух ультразвуковых каналов, соответственно ультразвуковых преобразователей образованы участками единственной формованной детали.
16. Устройство по п.15, в котором держатель имеет, по меньшей мере, два слоя, один из которых образован формованной деталью, в которой выполнены соответствующие участки ультразвуковых каналов.
17. Ультразвуковой датчик, который предназначен для исследования ценных документов с помощью проходящего сквозь них ультразвука и имеет первое и, по меньшей мере, еще одно устройство по одному из пп.1-16 и в котором такие устройства занимают относительно друг друга положение, в котором их держатели образуют зону действия датчика с возможностью перемещения через нее ценного документа, а ультразвуковые преобразователи устройств, когда один из них рассчитан на работу в качестве излучателя ультразвука, а другой - в качестве приемника ультразвука, образуют, по меньшей мере, один ультразвуковой измерительный участок.
18. Ультразвуковой датчик по п.17, в котором держатель устройства соответственно, по меньшей мере, одного из устройств имеет на обращенной к исследуемому ценному документу поверхности, по меньшей мере, один неволокнистый поверхностный слой, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя держателя.
19. Ультразвуковой датчик для проверки ценного документа в зоне своего действия с помощью ультразвука заданной частоты, имеющий выполняющий функцию излучателя ультразвука ультразвуковой преобразователь и выполняющий функцию приемника ультразвука ультразвуковой преобразователь, при этом ультразвуковые преобразователи расположены таким образом, что они образуют проходящий через зону действия датчика ультразвуковой измерительный участок, а, по меньшей мере, один из ультразвуковых преобразователей имеет расположенный наклонно к ультразвуковому измерительному участку участок поверхности для излучения и/или приема ультразвука.
20. Ультразвуковой датчик по п.19, в котором указанный участок поверхности, по меньшей мере, одного ультразвукового преобразователя выполнен вращательно-симметричным относительно направления ультразвукового измерительного участка.
21. Ультразвуковой датчик по п.20, в котором указанный участок поверхности, по меньшей мере, одного ультразвукового преобразователя выполнен конической или усеченно-конической формы.
22. Ультразвуковой датчик по п.21, в котором угол при вершине конуса, форму которого имеет указанный участок поверхности, составляет от 160 до 176°.
23. Ультразвуковой датчик по одному из пп.19-22, в котором указанный участок поверхности имеет максимальный наружный диаметр, значение которого лежит в интервале между соответствующей заданной частоте ультразвука длиной его волны в воздухе и величиной, в десять раз превышающей указанную длину волны.
24. Ультразвуковой датчик по одному из пп.19-22, который имеет, по меньшей мере, один транспортировочный элемент для направленного перемещения ценного документа через зону действия датчика и в котором ультразвуковые преобразователи расположены таким образом, что ультразвуковой измерительный участок образует с перпендикуляром к поверхности ценного документа угол менее 5°.
25. Ультразвуковой датчик по одному из пп.19-22, в котором ультразвуковые преобразователи имеют одинаковое исполнение.
26. Ультразвуковой датчик по одному из пп.19-22, в котором предусмотрен, по меньшей мере, один ограничивающий зону его действия элемент с неволокнистым поверхностным слоем, полное сопротивление которого меньше полного сопротивления примыкающего к этому поверхностному слою внутреннего слоя указанного элемента.
27. Ультразвуковой датчик по п.26, в котором поверхностный слой выполнен из материала, средняя плотность которого, по меньшей мере, на 10% меньше средней плотности материала внутреннего слоя.
28. Ультразвуковой датчик по п.26, в котором плотность материала поверхностного слоя составляет от 0,3 до 0,8 г/см3.
29. Ультразвуковой датчик по п.26, в котором поверхностный слой содержит композиционный материал, на массовую долю которого в этом поверхностном слое приходится более 80%.
30. Ультразвуковой датчик по п.26, в котором материал поверхностного слоя содержит синтактный пенопласт.
31. Ультразвуковой датчик по п.30, в котором синтактный пенопласт содержит сферы диаметром от 5 до 200 мкм.
32. Ультразвуковой датчик по п.30, в котором синтактный пенопласт содержит стеклянные сферы.
33. Ультразвуковой датчик по п.30, в котором синтактный пенопласт содержит в качестве матрицы смолу.
34. Ультразвуковой датчик по п.30, в котором толщина поверхностного слоя больше четверти соответствующей заданной частоте ультразвука длины его волны в поверхностном слое и меньше 10 мм.
35. Устройство для обработки ценных документов, имеющее устройство по одному из пп.1-16 и/или ультразвуковой датчик по одному из пп.17-34.
| Способ получения производных оксадиазина или их четвертичных солей | 1976 |
|
SU740154A3 |
| Клюев В.В | |||
| Неразрушающий контроль и диагностика | |||
| - М.: Машиностроение, 1995, с.154 | |||
| US 6407964 B1, 18.06.2002 | |||
| RU 2002120198 A, 20.03.2004 | |||
| СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВЕЛИЧИНЫ ЗЕРНА И СТРУКТУРНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ТОНКОСТЕННЫХИЗДЕЛИЙ | 0 |
|
SU196418A1 |
