фотоэлектрический датчик инфракрасных меток

Формула изобретения

1. Фотоэлектрический датчик инфракрасных меток для устройства контроля подлинности банкноты, имеющий инфракрасный диодный излучатель, фотоприемник и источник питания, отличающийся тем, что он содержит первый и второй масштабные усилители, инерционное звено, источник опорного напряжения, схему получения разностного сигнала, элемент регулирования тока, протекающего через инфракрасный диодный излучатель, токоограничительный и токозадающий резисторы, при этом фотоприемник и входы первого масштабного усилителя подключены через токозадающий резистор параллельно шинам источника питания, выход первого масштабного усилителя к входу инерционного звена и выходу фотоэлектрического датчика инфракрасных меток, выход инерционного звена к первому входу схемы получения разностного сигнала, выход схемы получения разностного сигнала к входу второго масштабного усилителя, выход второго масштабного усилителя к первому управляющему входу элемента регулирования тока через инфракрасный диодный излучатель, второй вход элемента регулирования тока через последовательно соединенные инфракрасный диодный излучатель и токоограничительный резистор к шине источника питания, а выход источника опорного напряжения к второму входу схемы получения разностного сигнала.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в нем инерционное звено выполнено в виде включенного между входом и выходом инерционного звена резистора, зашунтированного обратно включенным диодом, а выход инерционного звена зашунтирован относительно его общей шины (корпуса) конденсатором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике распознавания изображений и может быть использовано при разработке и создании устройств, позволяющих определять подлинность денежных купюр, изображение на которых отпечатано с помощью краски с люминофором, возбуждаемым инфракрасным излучением, позволяющей создавать определенную композицию из инфракрасных меток.

Известен аппарат для контроля подлинности документов, отпечатанных краской, содержащей люминофоры, возбуждаемые инфракрасным излучением. Энергия, излучаемая возбужденными люминофорами, воспринимается соответствующими фотоэлектрическими датчиками этого аппарата и преобразуется в соответствующие ей электрические сигналы для дальнейшей их обработки и анализа с помощью электрической схемы [1]

Также известно устройство для распознавания банкнот, в котором имеются три тепловых (инфракрасных) датчика, электрические сигналы с которых подаются для анализа на соответствующие компараторы его электрической схемы для сравнения с опорными напряжениями [2]

Используемые в вышеуказанных известных устройствах контроля подлинности документов фотоэлектрические датчики инфракрасных меток хотя и обеспечивают преобразование излучаемой этими метками энергии в соответствующие ей электрические сигналы, тем не менее обладают рядом существенных недостатков: недостаточной стабильностью параметров фотоэлектрического датчика во времени, а также при работе в условиях, допускающих значительные изменения состояния окружающей среды на рабочем месте (изменение температуры, освещенности помещения и т.д.); высокой трудоемкостью как изготовления фотоэлектрического датчика, так и проведения его ремонтно-наладочных работ, обусловленной необходимостью получения у него строго нормированных основных характеристик (чувствительность, динамический диапазон изменения выходного напряжения рабочего сигнала и т. д. ) с учетом того, что комплектующие радиоэлементы (фотоприемник, диодный излучатель и т. д.) имеют допустимый значительный разброс нормируемых основных своих характеристик.

Повышение требований к техническим характеристикам фотоэлектрического датчика инфракрасных меток объективно вызвано тем обстоятельством, что, с одной стороны, идет непрерывный процесс совершенствования элементов защиты банкнот, позволяющих надежно отличать их от фальшивых, а с другой стороны, также возрастает и уровень выполнения этих подделок (фальшивых банкнот), а это требует применения объективно более совершенных средств их контроля, использующих в своей конструкции такие технические решения, которые наиболее полно отвечают достигнутому уровню науки и техники на современном этапе.

Предлагаемая электрическая схема фотоэлектрического датчика инфракрасных меток направлена на решение следующих задач:

повышение стабильности параметров фотоэлектрического датчика во времени, а также при работе в условиях, допускающих значительные изменения состояния окружающих условий на рабочем месте (изменение температуры воздуха в помещении, освещенности рабочего места и т.д.),

снижение трудоемкости как изготовления фотоэлектрического датчика, так и проведения его ремонтно-наладочных работ, связанных с заменой неисправного радиоэлемента на исправный в его электрической схеме, поскольку отпадает необходимость в проведении значительного объема работ по настройке и регулировке, вызванных тем, что комплектующие радиоэлементы (фотоприемник, диодный излучатель и т.д.) имеют допустимый значительный разброс нормируемых основных своих характеристик.

Для решения этих задач предлагается новая, более совершенная электрическая схема фотоэлектрического датчика инфракрасных меток для устройства контроля подлинности банкноты, содержащая инфракрасный диодный излучатель, фотоприемник и источник питания его электрической схемы. В отличие от известных электрическая схема нового фотоэлектрического датчика инфракрасных меток имеет в своем составе первый и второй масштабные усилители, инерционное звено, источник опорного напряжения, схему получения разностного сигнала, элемент регулирования тока, протекающего через инфракрасный диодный излучатель, токоограничительный и токозадающий резисторы, при этом фотоприемник и входы первого масштабного усилителя подключены через токозадающий резистор параллельно шинам источника питания, выход первого масштабного усилителя к входу инерционного звена и выходу фотоэлектрического датчика инфракрасных меток, выход инерционного звена к первому входу схемы получения разностного сигнала, выход схемы получения разностного сигнала ко входу второго масштабного усилителя, выход второго масштабного усилителя к первому управляющему входу элемента регулирования тока через инфракрасный диодный излучатель, второй вход элемента регулирования тока через последовательно соединенные инфракрасный диодный излучатель и токоограничительный резистор к шине источника питания, а выход источника опорного напряжения ко второму входу схемы получения разностного сигнала.

В целях дальнейшего совершенствования электрической схемы фотоэлектрического датчика инфракрасных меток в нем инерционное звено выполнено в виде включенного между входом и выходом инерционного звена, резистора, зашунтированного обратно включенным диодом, а выход инерционного звена зашунтирован относительно его общей шины (корпуса) конденсатором.

Электрическая блок-схема предлагаемого фотоэлектрического датчика инфракрасных меток для устройства контроля подлинности банкноты представлена на фиг.1.

Электрическая блок-схема фотоэлектрического датчика инфракрасных меток для устройства контроля подлинности банкноты (фиг. 1) содержит инфракрасный диодный излучатель 1, подключенный анодом через токоограничительный резистор 11 к плюсовой шине источника питания 3, а катодом к второму входу элемента регулирования тока 9. В качестве фотоприемника (двухполюсника) 2 на фиг. 1 условно показан фототранзистор, однако можно использовать вместо фототранзистора фоторезистор или фотодиод. Фотоприемник 2 и первый масштабный усилитель 4 по выходу подключены через токозадающий резистор 12 параллельно шинам источника питания 3. Выход первого масштабного усилителя 4 подключен к выходу фотоэлектрического датчика инфракрасных меток 10 и к входу инерционного звена 5, выход инерционного звена 5 к первому входу схемы получения разностного сигнала 6, выход схемы получения разностного сигнала 6 через второй масштабный усилитель 8 к первому управляющему входу элемента регулирования тока 9, протекающего через инфракрасный диодный излучатель 1. Второй вход схемы получения разностного сигнала 6 подключен к выходу источника опорного напряжения 7. Схематический вариант рисунка контролируемой банкноты показан на фиг. 1 под номером 13, где светлой полосой в рамке изображено сечение самой банкноты, а темными отрезками сверху рамки продольное сечение инфракрасных меток, выполненных краской с люминофором, возбуждаемым излучением диодного излучателя 1 во время протекания через него тока.

На фиг. 2 изображена предлагаемая усовершенствованная электрическая схема инерционного звена 5.

На фиг.2 вход электрической схемы 17 соединен с ее выходом 18 через резистор 14 и включенный в обратном направлении диод 15. Кроме этого, выход электрической схемы 18 зашунтирован относительно общей шины (корпуса) конденсатором 16.

В статистическом состоянии, т.е. когда величины токов, протекающих через инфракрасный излучающий диод 1 и через фотоприемник 2, имеют конечные значения и постоянны, полезный сигнал постоянной амплитуды поступает с выхода фотоприемника 2 через первый масштабный усилитель 4 на выход фотоэлектрического датчика инфракрасных меток 10, а затем через инерционное звено 5 на первый вход схемы получения разностного сигнала 6. Одновременно с этим на второй вход схемы получения разностного сигнала 6 с выхода источника опорного напряжения 7 подается фиксированное по амплитуде опорное напряжение. По результатам сравнения разностный сигнал постоянной амплитуды с выхода схемы 6 поступает на управляющий вход элемента регулирования тока 9, а он в свою очередь поддерживает величину тока, протекающего через инфракрасный излучающий диод 1, постоянной. Максимальное значение тока, протекающего через инфракрасный диодный излучатель 1, задано и определяется величиной сопротивления токоограничительного резистора 11. Начальное значение тока, протекающего через фотоприемник 2, определяется величиной сопротивления токозадающего резистора 12. Во время прохождения полезного сигнала постоянной амплитуды через инерционное звено 5 воздействие последнего на полезный сигнал практически отсутствует. Основные параметры блок-схемы на фиг.1 и 2 выбраны из условия обеспечения изменения амплитуды полезного сигнала на выходе фотоэлектрического датчика 10 прямопропорционально изменению переизлученной от контролируемой банкноты 13 энергии. Увеличение или уменьшение тока, протекающего через инфракрасный диодный излучатель 1, обеспечивается с помощью управляемого регулирования этого тока 9 обратнопропорционально изменению амплитуды медленно изменяющегося полезного сигнала на выходе фотоприемника 2. С увеличением скорости изменения амплитуды полезного сигнала на выходе фотоприемника 2 соответственно этому изменению возрастает степень подавления амплитуды полезного сигнала инерционным звеном 5 и наоборот.

При естественном изменении условий работы фотоэлектрического датчика инфракрасных меток (медленно изменяющаяся температура воздуха, естественная освещенность рабочего места и т.д.) произойдет изменение его основных параметров, например коэффициента передачи по току, а это в свою очередь вызовет прямопропорциональное изменение амплитуды полезного сигнала, который, пройдя через инерционное звено 5 без ослабления по амплитуде из-за малой скорости изменения полезного сигнала, вызовет в итоге соответствующее изменение величины тока, протекающего через излучающий диод 1, на величину, обратнопропорциональную изменению амплитуды полезного сигнала, т.е. предлагаемая электрическая блок-схема имеет возможность адаптироваться к естественному изменению окружающих условий в рабочем помещении.

Аналогичным образом блок-схема будет работать, если изменение ее основных характеристик, например коэффициента передачи по току, вызвано в результате замены входящих в нее радиоэлементов как при изготовлении, так и при проведении ремонтно-наладочных работ, т.е. в случае замены как фотоприемника 2, так и инфракрасного диодного излучателя 1 не требуется проведение дополнительных регулировочных работ. За счет этого достигнуто существенное снижение объема регулировочных работ, т.е. снижение трудоемкости как при изготовлении фотоэлектрического датчика инфракрасных меток, так и при проведении его ремонтно-наладочных работ.

Выполнение инерционного звена 5 по предлагаемой на фиг. 2 схеме позволяет, с одной стороны, обеспечить необходимую скорость подавления амплитуды рабочего сигнала при его прохождении через звено 5 во время работы с контролируемой банкнотой, а с другой стороны, уменьшить время на автоподстройку электрической схемы после ее подключения к источнику питания в начале работы с прибором. Это достигнуто за счет того, что диод 15 для прохождения полезного сигнала включен в обратном направлении, а для прохождения через него сигнала автоподстройки в прямом направлении, т.к. он проходит через звено 5 в обратном направлении по отношению к полезному сигналу.

Предложенное устройство фотоэлектрического датчика инфракрасных меток может быть серийно изготовлено в условиях производства с применением стандартного оборудования и современных материалов.

По результатам проведенных работ были изготовлены и испытаны с положительными результатами несколько опытных образцов изделий, реализующих в полном объеме заявленную формулу изобретения.