СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2013 года по МПК G01N21/27 

Изобретение относится к устройству и способу калибровки измерительной системы.

Обычно для правильной работы датчиков их подвергают калибровке. Для калибровки датчиков используют калибровочные среды, которые обладают строго определенными, постоянными заданными свойствами. Наличие у калибровочных сред таких свойств позволяет калибровать датчики, поскольку известные свойства калибровочных сред должны приводить к формированию датчиками определенных ожидаемых измерительных сигналов. Благодаря этому можно выявлять и учитывать при измерениях погрешности измерений, обусловленные, например, особенностями процесса изготовления датчиков, их старением, загрязнением и иными причинами. Для этого в режиме калибровки определяют, имеет ли место расхождение между измерительными сигналами датчиков и измерительными сигналами, ожидаемыми исходя из свойств используемой калибровочной среды. Величиной выявленных расхождений определяются необходимые для их компенсации настройки. С этой целью можно, например, определять поправочные коэффициенты, на которые для компенсации погрешностей при последующих измерениях в рабочем режиме корректируются измерительные сигналы датчиков. При корректировке можно также изменять интенсивность возбуждающего источника, например, источника освещения, до тех пор, пока измерительные сигналы датчика не станут соответствовать ожидаемым значениям. Интенсивность возбуждающего источника сохраняют на измененном уровне и затем используют при измерениях датчиком, компенсируя таким путем выявленные погрешности измерений.

С особыми сложностями приходится сталкиваться при предъявлении высоких требований к калибровке тех датчиков, которые предназначены для выполнения особо чувствительных измерений, например, для распознавания ценных документов, называемых ниже банкнотами, при проверке которых необходимо устанавливать их тип (валюта, номинал), проверять их подлинность, определять их состояние (степень загрязнения, повреждение) и иные параметры. В подобных случаях необходима высокоточная калибровка датчиков, поскольку должны полностью исключаться неверные результаты анализа банкнот вследствие искаженных измерительных сигналов датчиков, вследствие чего наряду с регулировкой баланса белого обязательно необходимо выполнять также регулировку цветового баланса. В этом отношении и применение высококачественных калибровочных сред со стандартизованными эталонами, так называемыми эталоновыми мерами, оказалось проблематичным по различным причинам.

Из WO 2006/025846 А1 известен самокалибрующийся оптический датчик с оптической системой, в котором используется интегрированная в его корпус высококачественная калибровочная среда со стандартизованным эталоном белого цвета. В режиме калибровки калибровочная среда со стандартизованным эталоном белого цвета поворачивается механическим устройством в корпусе датчика в положение, в котором она оказывается на траектории лучей в оптической системе. Благодаря определенным оптическим свойствам стандартизованного эталона белого цвета в любое время возможна самокалибровка оптического датчика. Для перехода в рабочий режим и проведения измерений по определению, например, свойств фармацевтических продуктов калибровочная среда поворачивается механическим устройством в положение, в котором она находится вне траектории лучей в оптической системе датчика. Помимо этого в указанной публикации предлагается использовать еще одну калибровочную среду, обладающую определенными спектральными свойствами. Для возможности поворота такой еще одной калибровочной среды в корпусе датчика в положение, в котором она оказывается на траектории лучей в оптической системе датчика, и в положение, в котором она находится вне траектории лучей в оптической системе датчика, предусмотрено еще одно механическое устройство.

Однако известный из WO 2006/025846 А1 самокалибрующийся оптический датчик обладает тем недостатком, что для каждой применяемой калибровочной среды необходимо использовать собственное механическое устройство для возможности последовательного поворота калибровочных сред в положение, в котором они оказываются на траектории лучей в оптической системе датчика, и в положение, в котором они находятся вне траектории лучей в оптической системе датчика, и для возможности тем самым его калибровки с помощью обладающих разными свойствами калибровочных сред, например для возможности регулировки баланса белого и цветового баланса.

Еще одна проблема обусловлена тем фактом, что в подобном оптическом датчике для возможности его самокалибровки в любой требуемый момент необходимо использовать высококачественную калибровочную среду со стандартизованными эталонами. Применение стандартизованных эталонов, во-первых, связано с тем недостатком, что подобные стандартизованные эталоны необходимо использовать в каждом калибруемом оптическом датчике, однако такие стандартизованные эталоны для калибровки имеют высокую стоимость. Обусловлено это необходимостью точного измерения свойств стандартизованных эталонов, поскольку обязательным условием для самокалибровки является как раз наличие у эталонов требуемых свойств. Во-вторых, несмотря на относительно защищенное размещение стандартизованного эталона не исключена возможность обусловленного, например, старением изменения его свойств. В этом случае надежная самокалибровка оптического датчика становится более невозможной.

Помимо этого из-за размещения калибровочных сред со стандартизованными эталонами в корпусе датчика и поворота калибровочных сред в его корпусе в положение, в котором они оказываются на траектории лучей в оптической системе калибруемого датчика, всегда имеет место несоответствие между положением соответствующей калибровочной среды и положением собственно того места, в котором датчиком выполняются измерения и которое расположено вне его корпуса. Эта проблема дополнительно усугубляется в том случае, когда датчики, соответственно используемый в сочетании с ними источник освещения, должны, соответственно должен охватывать сравнительно большие строчные или плоские участки, вследствие чего датчики выполняют в виде, например, строчной камеры. Подобные датчики имеют множество элементов, которые расположены в ряд с образованием, например, строчного датчика, соответственно его источника освещения требуемой длины. Обычно такие датчики, соответственно источники освещения, оснащены, кроме того, системами формирования оптического изображения. В подобных случаях, во-первых, целесообразно располагать возможностью калибровки всех образующих датчик элементов, а во-вторых, при калибровке известным способом возникает нерезкость, поскольку калибровочная среда располагается вне фокальной зоны датчика, в которой в рабочем режиме выполняются измерения по определению свойств анализируемых объектов, например банкнот.

Исходя из рассмотренного выше уровня техники в основу настоящего изобретения была положена задача разработать устройство и способ калибровки измерительной системы, которые при меньших затратах обеспечивали бы возможность точной калибровки измерительной системы. Помимо этого, должна обеспечиваться долговременная стабильность калибровки.

Указанные задачи решаются с помощью отличительных признаков, представленных в соответствующих независимых пунктах формулы изобретения. Различные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

В изобретении предлагается устройство для калибровки измерительной системы с по меньшей мере одним датчиком и по меньшей мере одним возбуждающим источником, управляющим устройством для управления измерительной системой, калибровочной средой и приводом, который предназначен для перемещения калибровочной среды под управлением управляющего устройства в режиме калибровки измерительной системы в положение, в котором калибровочная среда находится на траектории лучей в измерительной системе, и при переходе на рабочий режим для проверки анализируемых объектов, прежде всего банкнот, в положение вне траектории лучей в измерительной системе, при этом калибровочная среда имеет более одного эталона, а привод выполнен с возможностью перемещения калибровочной среды под управлением управляющего устройства в положение, в котором калибровочная среда находится на траектории лучей в измерительной системе и один из эталонов калибровочной среды перекрывает зону действия измерительной системы и в котором измерительная система измеряет свойства этого находящегося в зоне ее действия эталона, а также с возможностью по меньшей мере однократного перемещения калибровочной среды под управлением управляющего устройства на заданное расстояние или на расстояние, кратное этому заданному расстоянию, в положение, в котором зону действия измерительной системы перекрывает другой из эталонов и в котором измерительная система измеряет свойства этого другого, находящегося в зоне ее действия эталона, причем указанное заданное расстояние соответствует протяженности отдельных эталонов калибровочной среды в направлении, в котором привод перемещает калибровочную среду.

Преимущество предлагаемого в изобретении устройства состоит в том, что для калибровки различных свойств измерительной системы достаточно использовать единственную калибровочную среду с несколькими эталонами. Благодаря применению только одной калибровочной среды и только одного привода для ее приведения в движение удается получить измерительную систему с простой, компактной и недорогой конструкцией, которая, тем не менее, позволяет калибровать множество различных свойств измерительной системы.

Еще одним объектом изобретения является способ калибровки вышеуказанной измерительной системы, заключающийся в том, что на первой стадии калибровки в фокальную зону измерительной системы помещают не зависящую от нее дополнительную калибровочную среду со стандартизованными эталонами, перекрывающую всю зону действия измерительной системы, в каковой зоне в рабочем режиме находится конкретно проверяемый анализируемый объект, при этом возбуждающий источник измерительной системы возбуждает дополнительную калибровочную среду возбуждающим сигналом, последовательно сформированные в ответ на который стандартизованными эталонами дополнительной калибровочной среды сигналы воспринимаются по меньшей мере одним датчиком измерительной системы с формированием им измерительных сигналов, на основании которых выполняется регулировка или настройка измерительной системы, а на второй стадии калибровки, которую выполняют непосредственно после первой стадии калибровки, в то место на траектории лучей в измерительной системе, которое смещено на некоторое расстояние от фокальной зоны измерительной системы, помещают калибровочную среду с нестандартизованными эталонами, перекрывающую всю зону действия измерительной системы, при этом возбуждающий источник измерительной системы возбуждает калибровочную среду возбуждающим сигналом, последовательно сформированные в ответ на который эталонами калибровочной среды сигналы воспринимаются датчиком с формированием им измерительных сигналов, которые сохраняют в памяти, а также в том, что в режиме калибровки в то место на траектории лучей в измерительной системе, которое смещено на указанное расстояние от фокальной зоны измерительной системы, вновь помещают калибровочную среду, перекрывающую всю зону действия измерительной системы, при этом возбуждающий источник измерительной системы возбуждает калибровочную среду возбуждающим сигналом, последовательно сформированные в ответ на который эталонами калибровочной среды сигналы воспринимаются датчиком с формированием им измерительных сигналов, которые сравнивают с сохраненными в памяти измерительными сигналами, сформированными на второй стадии калибровки, и при наличии расхождения между одним или несколькими измерительными сигналами, сформированными в режиме калибровки, и сохраненными в памяти измерительными сигналами, сформированными на второй стадии калибровки, выполняют регулировку измерительной системы.

Преимущество предлагаемого в изобретении способа состоит в том, что для возможности требуемой калибровки необходимо использовать только одну высококачественную калибровочную среду со стандартизованными эталонами. Такая высококачественная калибровочная среда должна использоваться лишь однократно, например, при изготовлении или ремонте калибруемой измерительной системы. Поскольку подобную высококачественную калибровочную среду можно использовать для всех изготовленных измерительных систем, обеспечивается, кроме того, единообразная калибровка всех измерительных систем одного типа, которые тем самым выдают сравнимые измерительные сигналы для определенного анализируемого объекта.

Для калибровки измерительной системы при ее нормальной работе можно использовать недорогую калибровочную среду с нестандартизованными эталонами. Связанное с этим существенное преимущество состоит в том, что высококачественная калибровочная среда со стандартизованными эталонами ни при каких условиях не подвергается влиянию вредных внешних факторов в процессе эксплуатации измерительной системы, а происходящие в процессе ее эксплуатации изменения свойств недорогой калибровочной среды с нестандартизованными эталонами учитываются при калибровке. Благодаря этому обеспечивается возможность долговременно стабильной калибровки измерительной системы. Помимо этого при осуществлении предлагаемого в изобретении способа учитывается расположение второй калибровочной среды в месте, отличном от собственно места, в котором измерительной системой выполняются измерения, благодаря чему удается существенно повысить точность калибровки измерительной системы с охватом, кроме того, всей зоны ее действия.

Другие варианты осуществления изобретения и его преимущества более подробно рассмотрены в последующем описании со ссылкой на прилагаемые к нему чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схематичный вид измерительной системы, поясняющий ее принципиальное устройство, с калибровочной средой в разрезе плоскостью, перпендикулярной продольной оси измерительной системы,

на фиг.2 - схематичный вид изображенной на фиг.1 измерительной системы в разрезе обозначенной на фиг.1 плоскостью А-А, параллельной продольной оси измерительной системы,

на фиг.3 - схематичный вид изображенной на фиг.1 после перемещения калибровочной среды и

на фиг.4 - схематичный вид изображенной на фиг.1 калибровочной среды, поясняющий ее принципиальное исполнение.

На фиг.1 приведен схематичный вид измерительной системы, поясняющий ее принципиальное устройство, с калибровочной средой в разрезе плоскостью, перпендикулярной продольной оси измерительной системы. На фиг.2 изображенная на фиг.1 измерительная система показана в разрезе, параллельной ее продольной оси и обозначенной на фиг.1 плоскостью А-А.

Измерительная система имеет корпус 1, в котором расположены по меньшей мере один датчик 3 и по меньшей мере один возбуждающий источник 4. В рассматриваемом примере датчик 3 представляет собой строчную камеру, образуемую несколькими расположенными в ряд детекторами, например, фотодиодами, или элементом на приборах с зарядовой связью (ПЗС-элементом). Равным образом можно также располагать параллельно друг другу две или более строчных камер. Возбуждающий источник 4 также представляет собой строчный источник освещения, который может быть образован, например, несколькими расположенными в ряд элементами, такими как светодиоды. Источник 4 освещения может излучать, например, белый свет, однако он может также испускать оптическое излучение в определенной спектральной области, например, в инфракрасной, красной, зеленой, синей, ультрафиолетовой или иной спектральной области. В корпусе 1 предусмотрено окошко 2, прозрачное для света, излучаемого источником 4 освещения, и света, отраженного обратно в сторону датчика 3. Корпус 1 может быть выполнен пыленепроницаемым во избежание загрязнения датчика 3, соответственно источника 4 освещения. Датчик 3, а также источник 4 освещения соединены с управляющим устройством 8, которое управляет датчиком 3, а также источником 4 освещения и которое обрабатывает сигналы датчика 3. Управляющее устройство 8 может быть образовано, например, микропроцессором или цифровым процессором сигналов, который может иметь энергозависимую оперативную память, а также энергонезависимую память для хранения программного обеспечения и необходимых для работы параметров.

В корпусе 1 находится также калибровочная среда 6, соединенная с приводом 5, например, с линейным приводом. Привод 5 позволяет перемещать калибровочную среду 6 в первом направлении 6' в положение, в котором она выступает в зону окошка 2, а также в зону действия измерительной системы и в конечном итоге полностью перекрывает окошко 2, как это показано на фиг.3. В этом положении калибровочной среды 6 начинается калибровка датчика 3. В принципе калибровку датчика можно начинать и сразу же после того, как калибровочная среда 6 окажется в зоне действия датчика 3, однако более предпочтительно начинать калибровку датчика лишь после того, как калибровочная среда 6 полностью перекроет окошко 2, поскольку в этом случае удается избежать ошибок при калибровке, обусловленных внешними помехами.

На фиг.4 показано принципиальное исполнение изображенной на фиг.1 калибровочной среды 6. Калибровочная среда 6 имеет несколько полосовидных эталонов 6.1-6.8, которые, например, проходят по всей длине калибровочной среды 6 и каждый из которых имеет ширину b. Калибровочную среду, а также эталоны 6.1-6.8 выполняют таких размеров, чтобы они при помещении калибровочной среды 6 в положение, в котором она находится на траектории лучей, отражаемых в сторону датчика 3, перекрывали по меньшей мере всю зону действия датчика 3.

При калибровке датчика 3 калибровочная среда 6 перемещается приводом 5 до тех пор, пока первый эталон 6.1 не окажется на траектории лучей, отражаемых в сторону датчика 3, и не перекроет зону его действия. После этого для калибровки датчика 3 выполняется процесс измерения с использованием первого эталона 6.1, для чего источник 4 освещения освещает первый эталон 6.1, а датчик 3 воспринимает отраженный от него 6.1 свет и формирует измерительный сигнал, сохраняемый управляющим устройством 8, например, в своей энергонезависимой памяти. Измерительный сигнал может также формироваться каждым из образующих датчик 3 детекторов. После этого калибровочная среда 6 перемещается приводом 5 на расстояние b, которое соответствует ширине b каждого из эталонов 6.1-6.8. В этом случае в зоне действия датчика 3 оказывается второй эталон 6.2, и датчиком 3 вновь формируется измерительный сигнал, сохраняемый в памяти управляющего устройства 8. Затем описанный процесс повторяется с другими эталонами 6.3-6.8.

На основании сохраненных в памяти измерительных сигналов, сформированных датчиком при восприятии им отраженного от эталонов 6.1-6.8 света, управляющее устройство 8 калибрует датчик 3, соответственно образующие его отдельные детекторы, для чего сохраненные в памяти измерительные сигналы сравниваются с хранящимися в памяти значениями для каждого из эталонов 6.1-6.8. Для возможности компенсации выявленных расхождений и регулировки или настройки измерительной системы можно предусмотреть определение управляющим устройством 8 поправочных коэффициентов, которые сохраняются в памяти и которые при последующих измерениях свойств анализируемых объектов, например, банкнот, используются для компенсации имеющихся погрешностей измерения. Равным образом можно также предусмотреть изменение интенсивности источника 4 освещения, соответственно составляющих его отдельных элементов управляющим устройством 8 при измерениях свойств отдельных эталонов 6.1-6.8 до полной компенсации имеющихся при измерениях расхождений или погрешностей. При этом определенные параметры для источника 4 освещения также сохраняются в энергонезависимой памяти управляющего устройства 8 для использования при последующих измерениях. Помимо этого можно также предусмотреть одновременное использование поправочных коэффициентов для измерительных сигналов и показателей измененной интенсивности источника 4 освещения для возможности компенсации имеющихся погрешностей. Кроме того, можно также сохранять в памяти измерительные сигналы датчика 3, соответственно составляющих его отдельных детекторов для использования при последующих сравнениях.

В начале и в конце рядом с эталонами 6.1-6.8 калибровочная среда 6 имеет свободные участки, наличие которых обусловлено рассмотренным выше требованием полного перекрытия окошка 2 калибровочной средой 6 во избежание отрицательного влияния внешних помех на процесс калибровки измерительной системы. Отдельные эталоны обладают различающимися между собой свойствами и выбираются в зависимости от типа калибруемого датчика. Для калибровки оптических датчиков в качестве одного из эталонов 6.1-6.8 можно предусмотреть эталон белого цвета, а другие эталоны 6.1-6.8 могут обладать определенными спектральными свойствами и могут представлять собой, например, эталоны инфракрасного, красного, зеленого, синего, ультрафиолетового или иного оптического излучения. Очевидно, что количество используемых эталонов может отличаться от представленного в показанном на фиг.4 примере и равного восьми количества эталонов. Наиболее стабильные эталоны могут быть образованы интерференционными фильтрами. В этом случае эталоны 6.1-6.8 могут быть образованы, например, слоистыми или многослойными интерференционными фильтрами, которые не пропускают или, наоборот, пропускают излучение с определенными длинами волн или в определенных диапазонах длин волн. При необходимости использования эталонов 6.1-6.8 для измерений в отраженном или переизлученном свете интерференционный фильтр или интерференционные фильтры можно нанести на отражающую подложку.

Очевидно также, что при проведении описанного выше процесса калибровки нет необходимости использовать все эталоны 6.1-6.8 или при каждой калибровке нет необходимости использовать все эталоны 6.1-6.8. В этом случае между процессами измерений, проводимыми с использованием отдельных эталонов 6.1-6.8, калибровочная среда 6 перемещается приводом 5 на расстояния, которые многократно превышают ширину b каждого из эталонов 6.1-6.8. В том случае, когда отдельные эталоны 6.1-6.8 не граничат непосредственно друг с другом, очевидно, что при определении ширины b необходимо учитывать расстояние между ними. То же самое относится и к отдельным эталонам 6.1-6.8 при их выполнении разной ширины b.

В отличие от описанного выше варианта калибровочная среда 6, а также привод 5 могут иметь иное исполнение, обеспечивающее помещение калибровочной среды 6 в положение, в котором она находится на траектории лучей, отражаемых в сторону датчика 3, и повторный отвод из этого положения в положение вне траектории лучей, например путем вращения, наклона, поворота, сдвига, выдвижения или иным путем. В общем случае возможно приведение калибровочной среды в поступательные или вращательные движения либо в сложные движения. При этом прежде всего необходимо учитывать, что каждый конкретный привод должен обеспечивать такое перемещение калибровочной среды 6, при котором отдельные эталоны 6.1-6.8 для выполнения отдельных измерений должны помещаться точно в зону действия датчика 3, т.е. должен при каждом приведении калибровочной среды в движение перемещать ее на расстояние, равное ширине b конкретного эталона 6.1-6.8.

При необходимости удешевления описанной выше калибровочной среды 6, используемой для калибровки измерительной системы, т.е., прежде всего, при отказе от использования стандартизованных эталонов 6.1-6.8, необходима предварительная калибровка измерительной системы с использованием дополнительной калибровочной среды, имеющей стандартизованные эталоны. С этой целью на первой стадии калибровки в зону действия измерительной системы помещают дополнительную калибровочную среду 10 (фиг.1), перемещая ее в направлении 10'. Дополнительная калибровочная среда 10 может помещаться в зону действия измерительной системы, например, оператором или же транспортировочной системой, которая, например, является компонентом машины для обработки банкнот, в которую встроена измерительная система и в которой она используется для проверки банкнот. Дополнительную калибровочную среду 10 помещают при этом в положение, в котором она находится в фокальной зоне измерительной системы, т.е. в том месте, где в рабочем режиме находятся также анализируемые объекты, например банкноты в машине для их обработки. Дополнительная калибровочная среда 10 имеет при этом такие размеры, что она перекрывает всю зону действия измерительной системы. Дополнительная калибровочная среда, таким образом, прежде всего имеет такую длину, которая соответствует длине датчика 3, как это показано, например, на фиг.2, или длине его оптической зоны действия. Дополнительную калибровочную среду 10 предпочтительно выполнять столь больших размеров, чтобы она перекрывала все окошко 2. Благодаря этому удается избежать отрицательного влияния внешних помех на калибровку, выполняемую с использованием дополнительной калибровочной среды 10. Дополнительная калибровочная среда 10 имеет высококачественные, стандартизованные эталоны, которые по своим свойствам в принципе соответствуют свойствам эталонов 6.1-6.8 описанной выше калибровочной среды 6. Однако в отличие от эталонов дополнительной калибровочной среды 10 эталоны 6.1-6.8 калибровочной среды 6 не стандартизованы. Калибровочная среда 6 равным образом может иметь эталон со свойствами, которые по меньшей мере аналогичны свойствам эталона дополнительной калибровочной среды 10. При использовании эталона белого цвета в качестве одного из эталонов дополнительной калибровочной среды 10 для калибровочной среды 6 можно, например, использовать эталон, который является белым или относительно светлым. В идеальном случае эталоны калибровочной среды 6 должны обладать стойкими к старению свойствами.

На первой стадии калибровки, выполняемой под управлением управляющего устройства 8, дополнительная калибровочная среда 10 освещается источником 4 освещения, отраженный от которой свет воспринимается датчиком 3 последовательно для всех эталонов. Измерительные сигналы датчика 3, характеризующие, например, интенсивность отраженного от дополнительной калибровочной среды 10 света, анализируются управляющим устройством 8. На основании результатов анализа используемой дополнительной калибровочной среды 10 со стандартизованными эталонами и их точно определенных тем самым свойств можно выполнять регулировку измерительной системы, если измеренные датчиком 3 показатели интенсивности света, отраженного от эталонов, не соответствуют показателям интенсивности, ожидаемым исходя из известных свойств используемой дополнительной калибровочной среды 10. Поскольку дополнительная калибровочная среда 10 перекрывает весь датчик 3, для всех образующих его детекторов формируются измерительные сигналы, обеспечивающие возможность калибровки каждого из детекторов. Для регулировки измерительной системы можно, например, вычислять поправочные коэффициенты, которые компенсируют погрешности, выявленные при калибровке измерительной системы с использованием дополнительной калибровочной среды 10. Такие поправочные коэффициенты сохраняются в энергонезависимой памяти управляющего устройства 8 и используются при последующих измерениях для формирования измерительных сигналов. Можно также предусмотреть изменение интенсивности источника 4 освещения, соответственно составляющих его отдельных элементов управляющим устройством 8 до полной компенсации имеющихся при измерении расхождений или погрешностей. При этом определенные параметры для источника 4 освещения также сохраняются в энергонезависимой памяти управляющего устройства 8 для использования при последующих измерениях. Равным образом можно одновременно определять поправочные коэффициенты для измерительных сигналов и измененные показатели интенсивности источника 4 освещения для возможности компенсации имеющихся погрешностей. В конце первой стадии калибровки можно, кроме того, сохранять в памяти измерительные сигналы датчика 3, соответственно отдельных детекторов для использования при последующих сравнениях.

В предпочтительном варианте предусмотрено лишь однократное выполнение первой стадии калибровки, например, при изготовлении измерительной системы или после ее ремонта, благодаря чему дополнительную калибровочную среду со стандартизованными эталонами требуется предусматривать только для первой стадии калибровки.

Непосредственно по завершении первой стадии калибровки выполняют вторую стадию калибровки измерительной системы, отрегулированной на первой стадии калибровки. Для этого используют находящуюся в корпусе 1 калибровочную среду 6, которая имеет эталоны 6.1-6.8 с также определенными свойствами. Однако, о чем более подробно сказано ниже, можно отказаться от применения в измерительной системе стандартизованных и поэтому дорогостоящих эталонов в качестве компонента калибровочной среды 6.

Для выполнения второй стадии калибровки калибровочную среду 6 приводом 5 помещают, как это обозначено на фиг.1, в показанное на фиг.3 положение, в котором она оказывается на траектории лучей, отражаемых в сторону датчика 3.

На второй стадии калибровки калибровочная среда 6, соответственно ее эталоны 6.1-6.8, освещается/освещаются источником 4 освещения. В том случае, когда, как указано выше в описании первой стадии калибровки, интенсивность источника 4 освещения была изменена в целях регулировки, интенсивность источника освещения настраивают на такую измененную интенсивность. Отраженный от калибровочной среды 6 свет воспринимается датчиком 3, соответственно составляющими его отдельными детекторами и последовательно для отдельных эталонов 6.1-6.8 преобразуется в соответствующие измерительные сигналы, характеризующие, например, интенсивность отраженного от калибровочной среды 6 света. В том случае, если на описанной выше первой стадии калибровки вычислялись и сохранялись в памяти поправочные коэффициенты, они используются управляющим устройством 8 при формировании измерительных сигналов. Измерительные сигналы, сформированные датчиком 3, соответственно составляющими его отдельными детекторами при восприятии им, соответственно ими отраженного от калибровочной среды 6 света, сохраняются для эталонов 6.1-6.8 управляющим устройством 8 в его энергонезависимой памяти в конце второй стадии калибровки.

Измерительные сигналы, сформированные на второй стадии калибровки, при любых условиях отличны от измерительных сигналов, сформированных на первой стадии калибровки, поскольку в них, с одной стороны, проявляется тот факт, что на второй стадии калибровки используется не дополнительная калибровочная среда 10 со стандартизованными эталонами. С другой стороны, явно обращает на себя внимание и тот факт, что при измерении калибровочная среда 6 в отличие от обозначенной на фиг.3 штриховой линией дополнительной калибровочной среды 10 находится не вне корпуса 1 в фокальной зоне датчика 3, а в корпусе 1 со смещением внутрь него на расстояние d и тем самым со смещением на это же расстояние d от фокальной зоны измерительной системы, соответственно датчика 3 и/или источника 4 освещения. Поскольку вторую стадию калибровки выполняют непосредственно после первой стадии калибровки, измерительные сигналы, сформированные на второй стадии калибровки, составляют основу для последующих калибровок и регулировок измерительной системы, соответственно датчика 3 и/или источника 4 освещения в процессе их нормальной работы. Тем самым оказывающие отрицательное влияние отклонения не стандартизованных свойств калибровочной среды 6 от стандартизованных свойств дополнительной калибровочной среды, а также оказывающее отрицательное влияние смещение калибровочной среды 6 на расстояние d от фокальной зоны датчика 3, соответственно источника 4 освещения, автоматически учитываются на второй стадии калибровки и поэтому автоматически учитываются также при последующих калибровках, выполняемых с использованием калибровочной среды 6, соответственно ее эталонов 6.1-6.8, и не могут отрицательно влиять на процесс калибровки. Кроме того, по этой же причине и обусловленные, например, старением изменения свойств калибровочной среды 6, соответственно ее эталонов 6.1-6.8 не могут оказывать отрицательного влияния на последующие процессы калибровки, поскольку такие изменения всегда приводят к формированию измененных измерительных сигналов, компенсируемых при калибровке.

Для перехода на рабочий режим калибровочная среда 6 под управлением управляющего устройства 8 удаляется приводом 5 в положение вне траектории лучей, отражаемых в сторону датчика 3, соответственно излучаемых источником 4 освещения. Затем в рабочем режиме на место показанной на фиг.1 дополнительной калибровочной среды 10 помещаются анализируемые объекты, например банкноты. Для этого может использоваться, например, транспортировочная система машины для обработки банкнот, в которой для их проверки используется измерительная система. При обработке измерительных сигналов датчика 3 управляющим устройством 8 для проверки банкнот в рабочем режиме используются описанные выше поправочные коэффициенты и/или измененная интенсивность источника 4 освещения.

В одном из вариантов можно предусмотреть повторную калибровку и регулировку измерительной системы, соответственно датчика 3 и/или источника освещения в режиме калибровки, выполняемую по истечении заданных периодов времени использования измерительной системы или при включении измерительной системы, соответственно оснащенной ею машины для обработки банкнот. С этой целью так же, как и при выполнении описанной выше второй стадии калибровки, калибровочная среда 6 помещается приводом 5 в положение, в котором она находится на траектории лучей, идущих в сторону датчика 3 и/или от источника 4 освещения. Сформированные при повторной калибровке измерительные сигналы датчика 3, соответственно составляющих его отдельных детекторов, сравниваются для эталонов 6.1-6.8 с сохраненными в энергонезависимой памяти управляющего устройства 8 измерительными сигналами, сформированными на второй стадии калибровки. При выявлении расхождений между одними и другими измерительными сигналами измерительную систему, т.е. датчик 3 и/или источник 4 освещения, регулируют таким же образом, что и при выполнении описанной выше первой стадии калибровки. С этой целью вычисляют поправочные коэффициенты для устранения расхождений между измерительными сигналами и/или изменяют интенсивность источника 4 освещения, соответственно составляющих его отдельных элементов. Поправочные коэффициенты, соответственно измененное значение интенсивности источника 4 освещения, сохраняются в энергонезависимой памяти управляющего устройства 8 и в последующем используются в рабочем режиме, для перехода на который калибровочная среда 6 вновь помещается приводом 5 под управлением управляющего устройства 8 в положение вне траектории лучей, идущих в сторону датчика 3.

Помимо этого выявленные при повторной калибровке расхождения между сформированными при ее выполнении измерительными сигналами и сохраненными в энергонезависимой памяти управляющего устройства 8 измерительными сигналами, сформированными на второй стадии калибровки, позволяют получить информацию об определенных дрейфовых явлениях в измерительной системе, т.е. об обусловленных старением, загрязнением и иными факторами изменениях характеристик датчика 3, источника 4 освещения, калибровочной среды 6 и иных элементов измерительной системы.

В описанных выше вариантах рассмотрен измеряющий отражаемое излучение датчик 3 с относящимся к нему источником 4 освещения. Очевидно, однако, что калибровать можно также измеряющий проходящее излучение датчик с расположенным напротив него вне корпуса 1 источником освещения. Для калибровки такого датчика необходимо соответствующим образом выбирать калибровочные среды 6, 10, а также их эталоны, которые прежде всего должны быть прозрачными по меньшей мере для части света, излучаемого источником 4 освещения. Очевидно, что наряду с описанными выше оптическими датчиками предлагаемым в изобретении способом можно калибровать и другие датчики при условии выбора калибровочных сред 6, 10, соответственно их эталонов с соответствующими, специфическими для калибруемого датчика свойствами.

В приведенном выше описании в качестве примера рассмотрена возможность регулировки или настройки измерительной системы на основании выявленных при калибровке расхождений с использованием поправочных коэффициентов и/или путем изменения интенсивности возбуждающего источника. Однако регулировку измерительной системы, т.е. устранение выявленных расхождений, можно выполнять и иными путями. Так, например, в этих целях можно изменять коэффициенты усиления, с которыми работают усилители, которыми для последующей обработки усиливаются измерительные сигналы от датчика, соответственно от составляющих его отдельных детекторов.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к калибровке измерительной системы. В устройстве для калибровки с по меньшей мере одним датчиком и по меньшей мере одним возбуждающим источником, управляющим устройством для управления измерительной системой, калибровочной средой и приводом, который предназначен для перемещения калибровочной среды под управлением управляющего устройства в режиме калибровки измерительной системы в положение, в котором калибровочная среда находится на траектории лучей в измерительной системе, и при переходе на рабочий режим для проверки анализируемых объектов, прежде всего банкнот, в положение вне траектории лучей в измерительной системе, калибровочная среда имеет более одного эталона, а привод выполнен с возможностью перемещения калибровочной среды под управлением управляющего устройства в положение, в котором калибровочная среда находится на траектории лучей в измерительной системе и один из эталонов калибровочной среды перекрывает зону действия измерительной системы и в котором измерительная система измеряет свойства этого находящегося в зоне ее действия эталона, а также с возможностью по меньшей мере однократного перемещения калибровочной среды под управлением управляющего устройства на заданное расстояние или на расстояние, кратное этому заданному расстоянию, в положение, в котором зону действия измерительной системы перекрывает другой из эталонов и в котором измерительная система измеряет свойства этого другого, находящегося в зоне ее действия эталона, при этом указанное заданное расстояние соответствует протяженности отдельных эталонов калибровочной среды в направлении, в котором привод перемещает калибровочную среду. Изобретение позволяет при меньших затратах обеспечить возможность точной калибровки. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ калибровки измерительной системы с по меньшей мере одним датчиком (3) и по меньшей мере одним возбуждающим источником (4), управляющим устройством (8) для управления измерительной системой, калибровочной средой (6) и приводом (5), который предназначен для перемещения калибровочной среды (6) под управлением управляющего устройства (8) в режиме калибровки измерительной системы в положение, в котором калибровочная среда находится на траектории лучей в измерительной системе, и при переходе на рабочий режим для проверки анализируемых объектов, прежде всего банкнот, в положение вне траектории лучей в измерительной системе, причем калибровочная среда (6) имеет более одного эталона (6.1-6.8), и с помощью привода (5) калибровочную среду (6) перемещают под управлением управляющего устройства (8) в положение, в котором калибровочная среда (6) находится на траектории лучей в измерительной системе, и один из эталонов (6.1-6.8) калибровочной среды перекрывает зону действия измерительной системы, и в котором измерительная система измеряет свойства этого находящегося в зоне ее действия эталона (6.1-6.8), причем с помощью привода (5) выполняют по меньшей мере однократное перемещение калибровочной среды (6) под управлением управляющего устройства (8) на заданное расстояние (b) или на расстояние, кратное этому заданному расстоянию (b), в положение, в котором зону действия измерительной системы перекрывает другой из эталонов (6.1-6.8), и в котором измерительная система измеряет свойства этого другого, находящегося в зоне ее действия эталона (6.1-6.8), при этом указанное заданное расстояние (b) соответствует протяженности отдельных эталонов (6.1-6.8) калибровочной среды (6) в направлении, в котором привод (5) перемещает калибровочную среду (6), отличающийся
тем, что предусмотрены первая стадия калибровки, на которой в фокальную зону измерительной системы помещают не зависящую от нее дополнительную калибровочную среду (10) со стандартизованными эталонами, перекрывающую всю зону действия измерительной системы, в которой в рабочем режиме находится конкретно проверяемый анализируемый объект, при этом возбуждающий источник (4) измерительной системы возбуждает дополнительную калибровочную среду (10) возбуждающим сигналом, последовательно сформированные в ответ на который стандартизованными эталонами дополнительной калибровочной среды (10) сигналы воспринимаются по меньшей мере одним датчиком (3) измерительной системы с формированием им измерительных сигналов, на основании которых выполняется регулировка или настройка измерительной системы, и вторая стадия калибровки, которую выполняют непосредственно после первой стадии калибровки и на которой в то место на траектории лучей в измерительной системе, которое смещено на некоторое расстояние (d) от фокальной зоны измерительной системы, помещают калибровочную среду (6) с нестандартизованными эталонами (6.1-6.8), перекрывающую всю зону действия измерительной системы, при этом возбуждающий источник (4) измерительной системы возбуждает калибровочную среду (6) возбуждающим сигналом, последовательно сформированные в ответ на который эталонами (6.1-6.8) калибровочной среды (6) сигналы воспринимаются датчиком (3) с формированием им измерительных сигналов, которые сохраняют в памяти,
а также тем, что в режиме калибровки в то место на траектории лучей в измерительной системе, которое смещено на указанное расстояние (d) от фокальной зоны измерительной системы, вновь помещают калибровочную среду (6), перекрывающую всю зону действия измерительной системы, при этом возбуждающий источник (4) измерительной системы возбуждает калибровочную среду (6) возбуждающим сигналом, последовательно сформированные в ответ на который эталонами (6.1-6.8) калибровочной среды (6) сигналы воспринимаются датчиком (3) с формированием им измерительных сигналов, которые сравнивают с сохраненными в памяти измерительными сигналами, сформированными на второй стадии калибровки, и при наличии расхождения между одним или несколькими измерительными сигналами, сформированными в режиме калибровки, и сохраненными в памяти измерительными сигналами, сформированными на второй стадии калибровки, выполняют регулировку измерительной системы.

2. Способ по п.1, при осуществлении которого эталоны (6.1-6.8) калибровочной среды (6) и эталоны дополнительной калибровочной среды (10) имеют сравнимые свойства.

3. Способ по п.1, при осуществлении которого калибровку и регулировку измерительной системы выполняют применительно ко множеству образующих датчик (3) детекторов и для каждого детектора формируют и сохраняют в памяти измерительные сигналы.

4. Способ по одному из пп.1-3, при осуществлении которого для регулировки измерительной системы определяют поправочные коэффициенты, на которые корректируют измерительные сигналы датчика (3).

5. Способ по одному из пп.1-3, при осуществлении которого для регулировки измерительной системы изменяют интенсивность возбуждающего сигнала возбуждающего источника (4).