Способ обнаружения неоднородностей листа и устройство для его осуществления

Способ обнаружения неоднородностей листа и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Группа изобретений относится к способам для обнаружения неоднородностей листового материала, а также к устройствам, реализующим этот способ, и может применяться при производстве листовых материалов, и, в особенности, в устройствах обработки документов, таких, как банкноты.

Обнаружение неоднородностей листового материала осуществляется, как правило, при его прохождении через листопроводный тракт. Неоднородности листа могут выражаться различием его толщины. Это различие толщины может быть изначально присущим листу, как в случае водяных знаков на бумаге, либо оно может отражать повреждения и дефекты изготовления листа. Помимо различия толщины листа неоднородности могут возникать из-за нахождения инородного материала в толще листа или на его поверхности.

При обработке документов устройство для обнаружения неоднородностей листового материала позволяет проконтролировать характеристики самого документа, влияющие на его идентификацию, выводы о подлинности и пригодности к применению.

Современные банкноты представляют собой сложные структуры с переменной толщиной, часто состоящие из множества слоев. Банкнотная бумага имеет водяные знаки, выполняемые как локальные утолщения или утоньшения бумажного листа. В толщу бумажного листа встраиваются полимерные защитные ленты, что приводит не только к увеличению толщины банкноты в месте расположения ленты, но и к изменению других физических характеристик. Наиболее заметным отличием физических характеристик является изменение диэлектрической проницаемости. На банкноты наносятся специальные красочные слои, которые могут иметь достаточно большую толщину и заметные отличия физических характеристик по сравнению с исходным бумажным листом. На поверхность банкнот также наносятся пленочные аппликации, например голограммы или поляризационные пленки, что также увеличивает местную толщину и диэлектрическую проницаемость банкноты. Таким образом, контроль распределения неоднородностей по поверхности банкноты дает важную информацию для ее идентификации и подтверждения подлинности. С другой стороны, распределение неоднородностей по поверхности банкноты дает возможность судить о ее пригодности к дальнейшему применению. Контроль неоднородностей позволяет определить степень износа банкноты, выражающегося в истончении по линии сгиба. Кроме того, в обращении встречаются банкноты, которые были разорваны и затем склеены при помощи клейкой ленты. Такие банкноты должны изыматься из обращения. Слой клейкой ленты определяется устройством как недопустимая неоднородность листа, в результате чего банкнота направляется на утилизацию.

Уровень техники

Применяемые способы и устройства для обнаружения неоднородностей листа делятся на бесконтактные и контактные. Контактные устройства производят прямое измерение толщины банкноты за счет зажатия ее между двумя поверхностями, например поверхностями двух роликов, расположенных в листопроводном тракте. Бесконтактные устройства основываются на измерении определенного физического показателя листового материала, позволяющего выявить неоднородности листа, например оптической плотности или коэффициента ослабления ультразвукового импульса. Используются измерители денситометрического, емкостного или ультразвукового типа.

Заявленная группа изобретений относится к емкостному типу. В устройствах емкостного типа для контроля неоднородности листа, в зоне его расположения, используется один либо несколько измерительных электрических конденсаторов. Каждый конденсатор располагают таким образом, чтобы часть листа находилась в диэлектрическом зазоре конденсатора. Неоднородности листа приводят к различию электрической емкости измерительного конденсатора. Изменение емкости регистрируется как мера неоднородности листа.

Известны различные принципы взаимного расположения листа и электродов конденсатора. В заявке EP 0097570 (опубл. 01.04.1984, МПК G01B 7/06) один электрод конденсатора расположен по одну сторону листа, а второй электрод - по другую сторону листа. Таким образом, силовые линии поля в конденсаторе, в основном, пересекают лист в перпендикулярном направлении. К достоинствам подобного расположения относится малая зависимость емкости от места расположения листа в зазоре между электродами, причем, сам по себе, зазор может быть сделан достаточно широким - в пределах нескольких крат от значения толщины листа. Поэтому такое устройство можно применять, когда лист перемещается в зазоре с высокой скоростью, и постоянный его контакт с электродами нежелателен по механическим соображениям. Недостатком является высокая чувствительность к нестабильности величины зазора между электродами. Это требует специальных механических мер по стабилизации зазора и подавления вибрации электродов.

В заявке SE 355428 (опубл. 16.04.1973 г., МПК G07D 7/00) используется измерительный конденсатор с электродами, расположенными по разные стороны от контролируемого документа. Один из электродов имеет специальную форму, соответствующую форме водяного знака на определенном типе защищенного документа. Изменение емкости конденсатора проявляется наиболее сильно при точном совмещении водяного знака на этом документе с электродом. Изменение емкости конденсатора пропорционально пространственной корреляции между формой электродов, с одной стороны, и формой неоднородности листа, с другой. На этом явлении основано подтверждение подлинности документа. Недостатком этого устройства является его пригодность для обнаружения неоднородностей одной определенной геометрической формы, а также высокая чувствительность к нестабильности величины зазора между электродами.

В патенте US 5,122,754 (опубл. 16.06.1992 г., МПК G01R 27/26) описывается использование пары измерительных конденсаторов. В каждом конденсаторе один из электродов расположен по одну сторону листа, а второй - по другую его сторону. Оба конденсатора расположены рядом друг с другом и также имеют специальную форму электродов, соответствующую форме водяного знака на определенном типе листов защищенной бумаги. Один из конденсаторов по форме электрода соответствует участку листа с утолщением бумаги, а второй конденсатор соответствует участку листа с утоньшением бумаги. При попадании водяного знака точно на место расположения пары конденсаторов емкость одного из конденсаторов существенно падает, а другого - возрастает. Разность в изменении их емкости пропорциональна пространственной корреляции между формой электродов, с одной стороны, и формой неоднородности листа, с другой. Она рассматривается как критерий для подтверждения подлинности водяного знака на листе. Как и предыдущее, данное устройство не является универсальным, так как оно предназначено для определения наличия водяных знаков конкретного вида.

Другое решение описано в патенте US 5,899,313 (опубл. 04.05.1999 г., МПК G07D 7/00). Согласно этому патенту электроды конденсатора располагают вблизи друг друга, с одной и той же стороны листа. Силовые линии поля в конденсаторе проходят через материал листа по дуге. Главным недостатком этого решения является крайне высокая зависимость емкости от зазора между электродами и листом. Поэтому, как описано в известном патенте, оптимальным является прижатие листа непосредственно к поверхности электродов. Это ограничивает его применение теми устройствами, в которых лист неподвижен или движется очень медленно. К достоинствам описанного расположения электродов можно отнести компактность устройства, поскольку все электроды, даже для множества конденсаторов, могут быть размещены на общей пластине диэлектрика. На обратной стороне той же пластины, методом печатного монтажа, могут быть выполнены электронные схемы, обеспечивающие измерение электрической емкости.

Существует также решение, объединяющее положительные стороны обоих ранее описанных известных решений. В патенте US 6,229,317 (опубл. 08.05.2001 г., МПК G01R 27/28) используются три электрода, два из которых расположены рядом друг с другом по одну сторону листа, а третий находится по другую его сторону непосредственно напротив области расположения первого и второго электродов. При этом только первый и второй электрод включены в измерительную схему, в то время как третий электрод полностью изолирован. Функцией третьего, пассивного электрода является направление силовых линий по перпендикуляру к листу. Измерительный конденсатор, фактически, состоит из двух последовательно включенных конденсаторов, причем лист находится в диэлектрическом зазоре каждого из них. В этом решении компактность достигается за счет возможности расположения практически всех элементов устройства, кроме пассивного электрода, по одну сторону листа. Но этому решению свойственна также и высокая чувствительность к нестабильности зазора между первым и вторым электродами, с одной стороны, и пассивным электродом, с другой.

Для всех устройств, в которых электроды размещаются по разные стороны листа, свойственна общая зависимость емкости C от толщины листа h и ширины зазора L: .

Подобная формула может быть легко получена из эквивалентной схемы последовательного включения двух плоских конденсаторов и известна, например, из заявки SE 55428. Здесь ε₀ обозначает диэлектрическую проницаемость вакуума (и практически равна проницаемости воздуха, ε обозначает относительную диэлектрическую проницаемость материала листа, a S - площадь электрода. Изменение емкости конденсатора отражает как изменение толщины листа, так и изменение его диэлектрической проницаемости за счет внедрения инородного материала или наложения его на поверхность листа. Так как по изменению емкости нельзя определить, каким из названных факторов вызвано это изменение, то удобно говорить об изменении эквивалентной толщины листа h_e, предполагая неизменным диэлектрическую проницаемость ε_p. В такой трактовке формула (1) преобразуется к виду: .

Изменение эквивалентной толщины листа отражает как реальное изменение толщины, так и появление инородного материала на поверхности либо в толще листа.

Если зазор между электродами конденсатора, в котором проходит лист, превышает толщину листа в несколько раз, то неоднородности листа приводят к очень малому изменению емкости конденсатора. Например, если толщина бумажного листа равна 0,1 мм, а зазор равен 0,5 мм, то уменьшение толщины листа в 2 раза изменит емкость всего лишь приблизительно на 5%. Столь небольшая величина изменения предъявляет высокие требования к схеме измерения емкости. Напротив, относительное изменение ширины зазора практически совпадает по абсолютной величине с вызванным им относительным изменением емкости и противоположно ему по знаку. Так, в приведенном примере, изменение зазора на 0,1 мм вызывает изменение емкости на 20%. Отсюда видно, что стабильность зазора должна выдерживаться на уровне 10-20 микрон, что представляет собой серьезную конструкторскую задачу, особенно, если тракт должен периодически открываться для обслуживания.

Быстродействие емкостного датчика ограничивается длительностью процесса измерения емкости. Сам по себе измерительный конденсатор практически моментально меняет свою емкость и не вносит дополнительного вклада в длительность процесса измерения.

Для измерения электрической емкости измерительного конденсатора используются разные методы. Они различаются физическим принципом и длительностью процесса измерения, которая, в свою очередь, определяет общее время, затрачиваемое на обмер неоднородностей всего листа. Исторически, первыми были решения, в которых измерительный конденсатор включался в колебательный контур автогенераторной схемы, как, например, описанное в US 3,764,899 (опубл. 09.10.1973 г., МПК G01R 7/26). Изменение емкости конденсатора приводит к изменению частоты автогенерации, которая регистрируется частотомером. Относительное изменение частоты, для малых величин, составляет половину относительного изменения емкости. Недостатком подобных схем является низкое быстродействие, поскольку надежное измерение малых изменений частоты требует большого времени. В более поздних решениях, к которым, в частности, относится патент US 5,122,754, измерительный конденсатор включается в схему одновибратора и задает время его срабатывания. Измеряемым параметром в этом случае является длительность импульса, что позволяет быстрее получить результат.

Известно устройство для проверки наличия полимерной металлизированной защитной полосы в листе банкнотной бумаги, описанное в патенте US 5,394,969. В этом устройстве применяются два передающих электрода в виде плоских пластин, размещенных с одной и той же стороны банкноты, приемный электрод в виде проволоки, размещенный с той же стороны банкноты между плоскими пластинами, и защитный электрод в форме полуцилиндра, окружающего приемный электрод. Способ проверки листов, реализуемый данным устройством, позволяет обнаружить металлизированную защитную ленту и предусматривает следующую последовательность действий. Лист перемещают вдоль передающих электродов, при этом на передающие электроды подаются противофазные электрические сигналы, а с приемного электрода снимается результирующий сигнал. В отсутствие защитной полосы вблизи приемного электрода сигнал на приемном электроде отсутствует, поскольку емкостные токи, протекающие в приемный электрод от первого и второго передающего электрода, взаимно вычитаются. Когда же защитная полоса располагается непосредственно вблизи приемного электрода, но смещена в сторону одного из передающих электродов, то на приемном электроде возникает сигнал разбаланса. Этот сигнал далее усиливается и детектируется синхронным детектором. Отклонение напряжения на выходе детектора от нейтрального уровня указывает на наличие защитной полосы вблизи приемного электрода. Защитный электрод имеет нейтральный потенциал и ограничивает проникновение электрического поля на приемный электрод через банкнотную бумагу в отсутствии защитной полосы. Металлизация, имеющаяся на защитной полосе, выполняет роль моста над защитным электродом и способствует проникновению электрического поля к приемному электроду. Таким образом, этот способ позволяет определить наличие только металлизированной защитной ленты. При этом неоднородности листа, имеющие другое происхождение и размещенные по всей поверхности листа, не могут быть обнаружены. Данный способ проверки выбран в качестве ближайшего аналога для заявленного способа обнаружения неоднородности листов.

Прогресс в области высокочастотной электроники позволил, в последнее время, перейти к прямому измерению тока, протекающего через измерительный конденсатор и пропорционального его емкости. Высокочастотное напряжение от генератора, частотой в десятки или сотни мегагерц, прикладывается к первому электроду измерительного конденсатора, называемому передающим электродом. Объектом измерения является ток возврата, протекающий через второй электрод конденсатора назад в генератор. Этот электрод называется приемным электродом. Для измерения тока применяется схема, состоящая из усилителя и детектора, выход детектора подключен к аналого-цифровому преобразователю. Данный метод дает наибольшее быстродействие и относительно малую чувствительность к электрическим помехам. Он использован в устройстве, описанном в патенте US 6,229,317, а также в патенте US 8,028,990 (опубл. 04.10.2011, МПК В65Н 7/02), выбранном в качестве прототипа для заявленного устройства.

Положительной стороной прототипа устройства является использование множества измерительных конденсаторов, расположенных вдоль прямой линии перпендикулярно направлению хода листа. За счет этого одновременно контролируется неоднородность листа вдоль целой полосы, пересекающей лист. Это позволяет полностью обследовать весь лист при высокой скорости его перемещения в тракте. Так как прототип использует измерительные конденсаторы, электроды которых находятся по разные стороны листа, то ему свойственна высокая чувствительность к нестабильности зазора между электродами. В прототипе устройства применяются общий генератор и общий передающий электрод для всех измерительных конденсаторов в полосе. Для каждого конденсатора используются отдельный приемный электрод и отдельные схемы измерения тока. Из-за ранее упомянутой малой относительной величины изменения емкости схемы измерения тока оказываются достаточно сложными. Их повторение по числу используемых измерительных конденсаторов приводит к существенному увеличению сложности всего устройства.

Задачей при разработке заявленной группы изобретений являлась разработка эффективного способа обнаружения неоднородности листов и создание простого и быстродействующего устройства для этого, способного надежно работать при большой нестабильности зазора между его частями.

Техническим результатом группы изобретений является повышение достоверности обнаружения неоднородности листов и снижение сложности конструкции.

Раскрытие изобретения

Заявленный технический результат достигается тем, что в соответствии со способом обнаружения неоднородности листа лист перемещают в тракте через устройство, содержащее передающие электроды на одной стороне тракта, и приемный электрод, размещенный на противоположной стороне тракта напротив области расположения передающих электродов, разделяют передающие электроды на группы, причем один и тот же передающий электрод может принадлежать более чем к одной группе, каждую группу разделяют на две подгруппы, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один электрод, проводят анализ наличия неоднородностей листа в области расположения передающих электродов каждой группы, для чего на первую подгруппу электродов в группе подают возбуждающий сигнал, а на вторую подгруппу электродов в группе подают сигнал, противофазный возбуждающему сигналу первой подгруппы, и определяют корреляцию между возбуждающим сигналом и сигналом с приемного электрода, анализируют корреляцию и по ней судят о наличии неоднородности листа в указанной области, и на основе суждений, полученных для каждой группы, судят о наличии неоднородности листа в области расположения электродов.

В отличие от прототипа в заявленном способе лист пропускают между нескольких групп электродов, в каждую из которых одновременно подается возбуждающий сигнал и противофазный ему, при этом каждый электрод может принадлежать более чем к одной группе.

В заявленном способе при анализе наличия неоднородностей листа в области расположения передающих электродов каждой группы может быть проведено дополнительное измерение, при котором меняют местами сигналы, прикладываемые к двум подгруппам электродов группы, и вычитают получаемую при этом корреляцию между возбуждающим сигналом и сигналом с приемного электрода из первоначально полученной корреляции.

В заявленном способе может одновременно возбуждаться, по меньшей мере, две группы электродов, а возбуждающий сигнал для каждой из таких групп выбирают таким образом, чтобы он не имел корреляции с возбуждающими сигналами, применяемыми для других одновременно возбуждаемых групп.

В заявленном способе по мере продвижения листа в тракте возможно дополнительно, по меньшей мере, один раз, повторить обнаружение неоднородностей листа.

В заявленном способе подгруппы передающих электродов, входящие в одну группу, могут располагаться в непосредственной близости друг от друга, причем электроды в каждой из этих подгрупп также располагают в непосредственной близости друг от друга, и для обнаружения неоднородности в ходе анализа устанавливают порог абсолютной величины корреляции, которая вычисляется для каждой группы, а при превышении порога принимают решение о наличии неоднородности листа в области расположения передающих электродов группы.

В заявленном способе на основе полученных значений корреляции может быть восстановлено приближенное распределение эквивалентной толщины листа по его поверхности, а затем проанализировано названное распределение для обнаружения неоднородности, при этом группы электродов могут быть пространственно скомпонованы таким образом, чтобы результат измерения корреляции по каждой группе соответствовал определенной компоненте разложения распределения эквивалентной толщины по поверхности листа по определенному функциональному базису.

В качестве функционального базиса может быть выбрана система вейвлетов Хаара или система функций Уолша-Адамара. Для варианта способа, в котором группы электродов могут быть пространственно скомпонованы таким образом, чтобы результат измерения корреляции по каждой группе соответствовал определенной компоненте разложения распределения эквивалентной толщины по поверхности листа по определенному функциональному базису, подгруппы передающих электродов, входящие в одну группу, могут быть расположены в непосредственной близости друг от друга, причем электроды в каждой из этих подгрупп также располагают в непосредственной близости друг от друга, а значения величины корреляции, вычисляемые для каждой группы, рассматривают как величины, пропорциональные производной эквивалентной толщины листа по направлению между центрами тяжести первой и второй подгрупп передающих электродов.

Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для обнаружения неоднородности листа содержит: передающие электроды, размещенные с одной стороны листа, разделенные на группы, каждая из которых состоит из двух подгрупп, каждая из подгрупп содержит, по меньшей мере, один электрод, при этом, по меньшей мере, один передающий электрод может принадлежать более чем к одной группе; приемный электрод, размещенный с противоположной стороны листа и охватывающий область расположения передающих электродов; блок управления передающими электродами и синхронизированный с ним блок обработки сигнала с приемного электрода, при этом блок управления передающими электродами выполнен с возможностью возбуждения электродов каждой группы с подачей возбуждающего сигнала на первую подгруппу электродов и одновременной подачей сигнала, противофазного возбуждающему, на вторую подгруппу электродов, а блок обработки сигнала с приемного электрода содержит устройство для определения величины корреляции возбуждающего сигнала.

В отличие от прототипа в заявленном устройстве используются группы передающих электродов и один приемный электрод, при этом группы передающих электродов дополнительно делятся на подгруппы, причем каждый электрод может принадлежать более чем одной группе.

В заявленном устройстве передающие электроды могут быть выполнены в виде неперекрывающихся участков поверхности, приемный электрод может быть выполнен в виде участка поверхности и равноудален от передающих электродов, при этом блок управления передающими электродами может быть выполнен с возможностью обеспечения соотношения амплитуд возбуждающего и противофазного ему сигнала, подаваемых на подгруппы электродов, пропорционального отношению суммарных площадей электродов второй и первой подгрупп.

В заявленном устройстве блок обработки сигнала с приемного электрода может содержать усилитель сигнала с приемного электрода, при этом для такого устройства блок обработки сигнала может быть снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным устройством для определения корреляции возбуждающего сигнала и сигнала с приемного электрода так, что сигнал возбуждения каждой из одновременно возбуждаемых групп подается на вход отдельного устройства для определения корреляции

В заявленном устройстве, в том числе для варианта с передающими электродами в виде неперекрывающихся участков поверхности, устройство для определения величины корреляции может являться синхронным детектором.

Применение двух подгрупп электродов, которые возбуждаются противофазными напряжениями, позволяет существенно снизить вредное влияние зазора на обнаружение неоднородностей листа. Фактически электроды первой подгруппы и второй подгруппы передающих электродов образуют, вместе с приемным электродом, два независимых измерительных конденсатора. Ток, протекающий через общий приемный электрод, содержит сумму тока от первой подгруппы и тока от второй подгруппы. Величина каждого из этих токов практически обратно пропорциональна величине зазора. За счет подачи противофазных напряжений на эти подгруппы, в отсутствии неоднородности листа, происходит взаимное ослабление указанных токов, что ослабляет вредное влияние нестабильности зазора. В то же время появление неоднородности листа в области, покрываемой электродами группы, приводит к увеличению тока от той подгруппы электродов, которая покрывает участок с увеличенной эквивалентной толщиной, и к уменьшению тока от подгруппы, которая покрывает участок с уменьшенной эквивалентной толщиной. Следовательно, при сложении противофазных токов происходит увеличение регистрируемого изменения тока приемного электрода, в сравнении с изменениями токов от каждой из подгрупп в отдельности. Таким образом, первая компонента тока приемного электрода, которая протекает даже в отсутствии неоднородностей листа и зависит от нестабильности зазора, уменьшается, а вторая компонента, характеризующая неоднородность листа, увеличивается. Это позволяет использовать более простую механическую конструкцию устройства, допускающую увеличенную нестабильность зазора, без потери точности обнаружения неоднородностей листа.

В предпочтительном варианте реализации электроды первой и второй подгруппы выполняют в виде неперекрывающихся участков поверхности, а приемный электрод выполняют в виде участка поверхности, равноудаленного от передающих электродов. При этом отношение амплитуд возбуждающего сигнала и противофазного ему сигнала, подаваемых на подгруппы электродов группы, выбирают пропорциональным отношению суммарных площадей электродов второй подгруппы и первой подгруппы. Такая конфигурация электродов обеспечивает равенство токов, протекающих в приемный электрод от первой подгруппы электродов и от второй подгруппы электродов, при условии отсутствия неоднородности листа. Так как эти токи находятся в противофазе, то описанная выше вредоносная первая компонента тока приемного электрода сводится к нулю. Вторая, полезная компонента, характеризующая наличие неоднородности, все же сохраняет зависимость от величины зазора L. Однако негативное влияние этой зависимости в существенной степени проявляется только при больших относительных изменениях зазора и искажает только измеряемую величину перепада эффективной толщины листа. Сам факт наличия определяемого перепада и его знак не искажаются.

Поясним приведенные рассуждения анализом тока через электроды. Будем полагать, что h много меньше L. Емкость между каждым из передающих электродов и приемным электродом, в отсутствие неоднородностей листа, равна . Если же в одном из измерительных конденсаторов появляется дополнительная неоднородность эффективной толщины Δh_e, то его емкость становится равной При приложении напряжения U частотой f к каждому из конденсаторов ток будет пропорционален емкости: I=2πfCU. С учетом противофазной подачи напряжения на электроды подгрупп результирующий ток приемного электрода равен

Таким образом, ток приемного электрода пропорционален Δh_e и, в отсутствии неоднородности, равен нулю. Коэффициент пропорциональности определяется напряжением, частотой, зазором между приемным и передающим электродами и диэлектрической проницаемостью материала листа.

Важно, что взаимное вычитание токов происходит непосредственно в приемном электроде, то есть для нахождения разности емкостей измерительных конденсаторов, не требуются дополнительные электронные схемы. Это отличает заявленное изобретение от схем измерения разности емкости, известных из уровня техники, где емкости сначала измеряются электронными схемами по отдельности и лишь затем вычитаются одна из другой. Такая схема реализована, например, в US 5,122,754. Заявленное изобретение позволяет избежать искажений, вносимых электронными схемами при работе с большим уровнем тока, проходящего через отдельный измерительный конденсатор, на фоне которого требуется выявить малые изменения, обусловленные неоднородностями.

Включение одного и того же электрода более чем в одну группу позволяет повысить достоверность обнаружения неоднородностей. Это происходит потому, что эффективная толщина листа в области расположения такого электрода учитывается в данных более чем одного измерения, за счет чего уменьшается влияние погрешности каждого отдельного измерения на общий результат.

Малая величина тока приемного электрода и его высокая частота не позволяют существенно упростить схему обработки сигнала от приемного электрода. Упрощение устройства достигается за счет использования только одной такой схемы в блоке обработки сигнала. В сравнении с прототипом, в котором количество схем обработки сигнала равно количеству измерительных конденсаторов, это существенно уменьшает общее число электронных элементов.

В заявленном устройстве используется множество передающих электродов, при этом обеспечение подачи сигнала на них может быть реализовано простым оборудованием. Фактически от блока управления передающими электродами требуется обеспечить коммутацию сигнала от генератора возбуждающего сигнала, чтобы передать его на тот или иной электрод. Эту функцию может выполнять либо многоканальный аналоговый коммутатор, либо программируемая логическая матрица (классов CPLD или FPGA). Оба названных вида электронных узлов массово производятся и широко доступны в виде одной микросхемы. Сложность подобного блока управления передающими электродами несопоставимо меньше сложности блока обработки сигнала, состоящего из множества отдельных схем обработки сигнала с приемных электродов, применяемого в прототипе. Таким образом, переход от схемы «один передающий и множество приемных электродов» к схеме «множество передающих электродов и один приемный» существенно упрощает устройство.

В предпочтительном варианте реализации блока обработки сигнала с приемного электрода используется усилитель. Величина тока приемного электрода весьма мала, и она падает при уменьшении напряжения на передающих электродах и при увеличении зазора между передающими и приемным электродом. Малая величина тока приемного электрода, при непосредственной подаче на коррелятор, может оказаться недостаточной для его устойчивой работы. Применение усилителя позволяет уменьшить амплитуду сигнала, подаваемого на передающие электроды, увеличить размер зазора для облегчения транспортировки листа через устройство и уменьшить погрешности при нахождении корреляции.

Применение коррелятора в качестве детектора переменного напряжения обеспечивает высокую помехоустойчивость и снижает требования к экранированию приемного электрода от помех, в сравнении с другими видами детекторов (например, пиковым амплитудным детектором).

Коррелятор может быть выполнен различными способами, при которых реализуются перемножение входных сигналов и интеграция получаемого результата. Одним из самых простых и достаточно точных устройств подобного типа является синхронный детектор, выполненный на основе стандартной микросхемы балансного смесителя с дополнительным RC-фильтром на выходе.

Определенную проблему может создать проникновение возбуждающего сигнала на вход коррелятора через паразитные связи в устройстве. В результате сигнал на выходе коррелятора получает смещение, которое может быть ошибочно воспринято как признак неоднородности листа. К тому же результату приводит внутреннее смещение нуля, практически неизбежное при использовании аналоговых корреляторов, таких как балансный смеситель. Чтобы исключить влияние смещения выходного сигнала коррелятора, вне зависимости от его происхождения, проводят дополнительное измерение, при котором меняют местами сигналы, прикладываемые к двум подгруппам электродов группы, и вычитают получаемую при этом корреляцию между возбуждающим сигналом и сигналом с приемного электрода, из первоначально полученной корреляции. Таким образом, за счет вычитания смещение выходного сигнала полностью нейтрализуется, а полезный результат определения корреляции увеличивается в два раза. В результате повышается достоверность обнаружения неоднородности листа.

Возбуждение групп электродов может производиться как последовательно, группа за группой, так и по нескольку групп одновременно. Одновременное возбуждение нескольких групп позволяет быстрее получить результат со всех групп в устройстве, что увеличивает его быстродействие. Поскольку приемный электрод является общим для всех групп, то, для того, чтобы отличить друг от друга токи от различных групп, применяется по одному коррелятору на каждую из одновременно возбуждаемых групп. Например, если одновременно возбуждают по две группы, то требуются два коррелятора. Возбуждающий сигнал для каждой из таких групп выбирают таким образом, чтобы он не имел корреляции с возбуждающими сигналами, применяемыми для других одновременно возбуждаемых групп. На каждый из корреляторов, в качестве опорного сигнала, подают сигнал возбуждения отдельной группы. На выходе коррелятора формируется сигнал, пропорциональный только той составляющей тока приемного электрода, которая пришла от этой же группы. Ток от других одновременно возбуждаемых групп не имеет корреляции с опорным сигналом и не вносит вклада в выходной сигнал коррелятора. Таким образом, обеспечивается раздельное измерение тока от каждой из одновременно возбуждаемых групп.

В качестве возбуждающих сигналов для одновременного возбуждения разных групп могут применяться разные системы ортогональных функций, известные из теории радиосвязи. В случае двух одновременно возбуждаемых групп наиболее предпочтительным является использование квадратурных сигналов одной и той же частоты. Для большего количества групп можно, дополнительно, использовать несколько различных частот. Оба этих подхода оптимально сочетаются с применением синхронных детекторов в качестве корреляторов. Если же в устройстве используется нахождение корреляции при помощи цифровой обработки сигнала, то оптимальным может оказаться одновременное возбуждение всех групп при помощи набора некоррелированных между собой псевдошумовых сигналов.

Заявленное устройство позволяет измерить различие в эффективной толщине листа для каждой группы электродов, при этом различие измеряется между областью расположения электродов первой подгруппы и электродов второй подгруппы. Если электроды устройства, в каждый момент времени, покрывают только часть поверхности листа, то имеется возможность провести измерения для существенно большей области листа. Для этого нужно повторять измерения по мере продвижения листа и перемещения очередных его участков под электроды устройства. Таким образом, можно обеспечить увеличение обмеряемой области листа без увеличения числа электродов. Типовым является расположение передающих электродов в виде полосы, пересекающей тракт перпендикулярно направлению перемещения листа. В этом случае регистрация неоднородностей листа начинается в момент его захода в указанную полосу и полностью завершается в момент выхода из данной полосы.

Рассмотрим случай, когда подгруппы передающих электродов, входящие в одну группу, расположены в непосредственной близости друг от друга, и электроды в каждой из этих подгрупп также расположены в непосредственной близости друг от друга. Такую группу электродов мы будем далее называть локальной. Тогда измеряемое различие в эффективной толщине листа отражае