用于价值文件的超声波传感器,用于所述超声波传感器的换能器模块,以及用于制造该超声波传感器的方法

技术领域

本发明涉及用于超声波传感器的超声波换能器模块，所述超声波传感器 用于检测和/或检查价值文件（value document），涉及具有该超声波换能器模 块的用于检测和/或检查价值文件的超声波传感器，以及涉及制造该超声波传 感器的方法。

背景技术

在此关联的价值文件应该理解为片状或者卡片状物体，其表示例如货币 价值或者授权，因此不应该由未授权的人任意制造。因此，它们具有不易于 制造（特别是复制）的特征，其存在表示为得到了授权，即，由被授权的主 体所制造的。该价值文件的重要的例子是芯片卡、商品的赠券、优惠购货券、 支票以及特别地银行票据。

当机器处理该价值文件时，特别地银行票据时，频繁使用超声波。超声 波可以被例如用于检测价值文件，即，当输送时，用于识别价值文件的通过， 和/或用于检查价值文件，例如用于识别所谓的双移除，即价值文件堆或者捆 的不完全挑拣开的价值文件，或者局部重叠输送的价值文件，和/或用于捕获 价值文件的超声波特性，例如用于确定价值文件的状态。在这样做的时候， 超声波通过换能器首先耦合进空气，接着在空气中传播直到撞击在价值文件 （可适用的话）上，以及通过价值文件被接着传送或发射。因此由价值文件 发射的超声波可以接着再次被捕获。由于必须耦合进空气且耦合效率在超声 波频率增加时降低，应用的超声波通常不具有非常高的频率。因此在本申请 的范围内，超声波应理解为频率在40kHz到大约1GHz之间。

为了产生和接收这样的超声波，至少在检测和/或检查价值文件的区域中 应用压电超声波换能器，其应用压电元件将电振动转换为机械或者声振动。 当产生或者接收超声波时，为了不损害它们的振动，它们具有连接线束，即， 非常柔性的连接电线，其仅被间接或者直接与压电元件导电连接。因此，通 常不应用具有刚性连接销的超声波换能器。常用的压电元件具有高至80℃或 90℃的耐温能力，以使得当制造传感器时，它们必须被非常温和地对待。

然而，因为连接线束必须与通常还具有另外的电路元件的电路板上的传 导路径接触，因此，上述的超声波传感器不易于制造。

发明内容

因此，本发明基于的目的是，提供使得用于检测和/或检查价值文件的超 声波传感器易于制造的装置和方法以及提供对应的超声波传感器。

该目的通过用于为了检测和/或检查价值文件的超声波传感器的超声波 换能器模块实现，所述模块包括至少一个具有电连接线束的压电超声波换能 器，以及包括安装模块，所述安装模块用于保持该至少一个超声波换能器并 用于安装在连接支撑件上，其中，该安装模块具有传导路径，该传导路径电 连接至该至少一个超声波换能器的连接线束并具有接触区域，该接触区域被 布置为超声波换能器模块能放置成安装到连接支撑件的表面上，在该表面上 定位有与所述接触区域互补的接触区域，以及该接触区域和互补的接触区域 能分别地钎焊至彼此。

该目标进一步通过用于检测和/或检查价值文件的超声波传感器实现，该 超声波传感器具有根据本发明的超声波换能器模块以及连接支撑件，该连接 支撑件具有与超声波换能器模块的接触区域互补的接触区域，其中，超声波 换能器模块的接触区域和连接支撑件的互补的接触区域钎焊至彼此。超声波 传感器可以被配置为特别地用于检测价值文件，特别地用于检测输送通过它 或者穿过它的价值文件的边缘，和/或用于检测双移除，和/或检查价值文件， 即，特别地用于捕获其超声波特性。

根据本发明的超声波换能器模块具有保持所述至少一个压电超声波换 能器的安装模块，压电超声波换能器则具有连接线束或者稍微柔性的连接电 线的形式的电连接件，而不是连接销。它意在被安装或者抵靠在适当确定的 连接支撑件上，该连接支撑件用作用于安装模块以及用于其电连接件的支撑 件。因此，它也用于安装超声波换能器。

超声波换能器模块进一步的特征是具有传导路径，其被电连接，优选地 钎焊，至所述至少一个超声波换能器的连接线束。传导路径可以被配置为例 如作为电路板上的传导路径或者也至少部分地具有电线的形式。传导路径具 有接触区域，其用于形成用于电连接的钎焊连接件。该连接支撑件为了该目 的同样具有传导路径，所述传导路径具有与超声波换能器模块的接触区域互 补的接触区域且被布置为在连接支撑件的表面或表面区域上，在该表面或表 面区域上放置有安装模块用于安装。接触区域和互补的接触区域互相协调以 使得超声波换能器模块可放置为安装到连接支撑件的表面上，接触区域和互 补的接触区域能钎焊至彼此。接触区域的位置和互补的接触区域的位置可以 通过在安装模块上的接触区域的配置和位置或者连接支撑件的互补接触区 域的配置和位置被指定而另外的部件被相应地配置而互相协调。

除了被设置用于安装模块的电连接的接触区域，连接支撑件可以特别地 还具有另外的电或者电子零件，包括处理器或者FPGA，如果适用的话。

对于能够作为用于安装模块的支撑件的连接支撑件，连接支撑件的形式 和安装模块的形式被互相协调，以使得安装模块可机械地固定在连接支撑件 上。特别地，连接支撑件的表面的至少一个区域可以相应地配置。

为了安装超声波换能器模块，超声波换能器模块仅需要被放置到连接支 撑件的表面上或者表面区域上，以使得接触区域可以钎焊至互补接触区域。 因为与连接线束相比，安装模块和连接支撑件是刚性的，至少在接触区域或 者互补的接触区域中的区域中，钎焊连接易于形成，甚至当连接支撑件是大 的或者已经具有其它零件时。这允许在超声波换能器模块被固定在连接支撑 件上之前，超声波模块的生产被完成和检查，特别地在连接线束和接触区域 之间的关键的接触得以检查。这使得仅需要处理安装模块和所述至少一个超 声波换能器。

因此，该目标还通过用于制造用于检测和/或检查价值文件的超声波传感 器的方法实现，所述方法具有如下步骤：制造根据本发明的超声波换能器模 块；检查安装模块的接触区域和连接线束之间的接触；将超声波换能器放置 到连接支撑件上，该连接支撑件具有与超声波换能器模块的接触区域互补的 接触区域；钎焊接触区域和互补的接触区域。

原理上，根据本发明的超声波换能器模块仅需要具有一个超声波换能 器。然而，除了所述至少一个超声波换能器，超声波换能器模块优选地包括 至少一个另外的具有电连接线束的压电超声波换能器，安装模块被配置为用 于保持超声波换能器且具有传导路径，该传导路径被电连接至该另外的超声 波换能器的连接线束，且该传导路径具有另外的接触区域，该另外的接触区 域被配置为超声波换能器模块能被放置为安装到连接支撑件的表面上，在该 表面上定位有用于该另外的接触区域的另外的互补接触区域，该另外的接触 区域和另外的互补接触区域可钎焊至彼此。该超声波换能器模块允许甚至具 有多个超声波换能器的超声波传感器以简单的方式构建。

安装模块被配置为，一方面，用于保持一个或多个超声波换能器，另一 方面，用于与连接线束接触，且可以被以其他方式任意地配置。因此，安装 模块可以具有换能器保持器和电路板，一个或多个超声波换能器被保持在该 换能器保持器中，所述电路板机械地连接至超声波换能器并具有传导路径。 该实施例允许换能器保持器被特别简单地制造，因为它基本上仅需要执行机 械功能。电路板的应用通过标准方法允许传导路径的简单形成。在换能器保 持器和电路板之间的连接件可以被任意地制造，例如通过形式闭合和/或力闭 合或者通过材料闭合，即，结合。

虽然电路板原理上可以被任意配置，它可以优选地具有至少一个通孔， 超声波换能器的连接线束被引导穿过该通孔；或者具有多个通孔，多个超声 波换能器的连接线束被引导穿过所述多个通孔。这允许了连接线束和传导路 径之间的钎焊连接件的简单形成。

可替换地，安装模块可以具有一件式保持元件，传导路径在其中和/或在 其表面上延伸。保持元件因此执行电路板和换能器保持器的功能。该实施例 允许超声波换能器模块的制造被简化，特别是在大量的情况下，因为可以省 去将电路板连接到换能器保持器的工作步骤。特别地，保持元件可以通过注 射模制被制造。

安装模块特别用于保持一个或多个超声波换能器并可以为了该目的具 有对应的装置，例如一个或多个凹部或者通孔，所述一个或多个超声波换能 器被保持在其中。因此在安装超声波换能器模块之后，它也可以用于将多个 超声波换能器不仅相对于安装模块而且相对于连接支撑件对齐。因为特别地 在安装在连接支撑件上之前，多个超声波换能器相对于安装模块的对齐可以 被检查，也可以相对于连接支撑件获得简单的对齐。

如果超声波换能器模块包括保持在安装模块中的至少两个超声波换能 器，超声波换能器可以分别具有用于超声波的发射或者接收特性曲线。超声 波换能器可以因此，根据第一变体，通过其对应的构造被保持在安装模块中， 以使得发射和接收特性曲线相对于彼此以特定的角度倾斜。在第二变体中， 超声波换能器的发射和接收特性曲线可以平行于彼此对齐。为了该目的，安 装模块可以被相应地布置。该实施例特别地有助于具有至少两个（优选地多 个）超声波换能器的超声波传感器的制造，这些超声波换能器以特定的方式 在它们的发射和接收特性曲线方面彼此对齐。

为了保持一个或多个超声波换能器，优选地是该一个或多个超声波换能 器被保持为使得对于振动（特别地在超声波频率范围中的振动），至少部分 地与换能器保持器解耦合。“解耦合”在此被理解为意味着振动没有从超声 波换能器输送到安装模块，或者没有以全部强度从超声波换能器输送到安装 模块。为了该目的，所述一个或多个超声波换能器可以被保持在安装模块中， 以使得当在超声波换能器和安装模块之间的振动输送，和/或阻抗突升时，发 生衰减。

原理上，安装模块仅放置到连接支撑件上且通过互补的接触区域钎焊在 其上是足够的。但是，为了增加超声波换能器模块在连接支撑件上的对齐的 准确度以及为了增加安装之后的稳定性，优选地是安装模块具有至少一个定 位元件，通过所述至少一个定位元件和在连接支撑件上或者连接支撑件中的 互补定位元件，安装模块能定位在连接支撑件上。作为安装模块上的定位元 件，可以设置例如凸出部，特别地是销；连接支撑件则可以具有对应的凹陷 作为互补的定位元件，例如凹部或者孔，或者在销的情况下，该定位元件是 孔。定位元件的构造和互补定位元件的构造也可以互换。定位元件和互补定 位元件必需相对于接触区域和互补接触区域适当地布置。

并且，安装模块优选地具有卡扣或者锁定元件，或者定位元件被配置为 卡扣或者锁定元件，通过卡扣或者锁定元件，安装模块可被固定在连接支撑 件上。该实施例同时提供以下优点，通过形成卡扣或者锁定连接，在钎焊接 触区域之前，安装模块在连接支撑件上的简单的机械安装是可以的，并且此 外形成稳定的机械连接，其救济了钎焊连接。

附图说明

本发明将通过参照附图的例子在下文进一步解释。在此示出：

图1价值文件处理设备的示意图，在该例子中是银行票据拣选设备；

图2在图1中的银行票据处理设备的一部分的示意图，其包括用于银 行票据的输送设备以及具有两个超声波换能器模块的超声波传感器；

图3图2中的其中一个超声波换能器模块的透视图；

图4安装在仅部分示出的连接支撑件上的图3中的超声波换能器模块 的部分截面视图；

图5面向图4中的连接支撑件的图3中的超声波换能器模块的侧部的 视图；

图6第二超声波换能器模块的透视图，其是图4中的超声波换能器模 块的变体；

图7安装在连接支撑件上的图6中的超声波换能器模块的侧视图；

图8第三超声波换能器模块的部分截面示意图；

图9面向连接支撑件的图8中的超声波换能器模块的侧部的视图；

图10第四超声波换能器模块的部分截面示意图；

图11第五超声波换能器模块的部分截面示意图；和

图12面向连接支撑件的图11中的超声波换能器模块的侧部的视图。

具体实施方式

图1示出了用于处理价值文件的设备10，在该例子中是银行票据处理设 备，其特别地用于确定银行票据形式的价值文件12的状态和授权。设备10 具有：输入容器14，用于输入要处理的价值文件12；挑拣器（singler）16， 其可接近在输入容器14中的价值文件12；输送装置18，其具有沿着输送路 径22相继布置的门20和20’；以及在每个门之后且在跟随两个门的输送路 径22的端部处的各输出容器26、26’、26”。沿着由输送装置18给出的输送 路径22，在门20之前和在挑拣器16之后布置有传感器组件24，其用于捕 获以挑拣开的形式供给的价值文件12的特性，并且形成表示这些特性的传 感器信号。控制装置30经由信号连接件至少连接至该传感器组件24及门20 和20’，且用于评估传感器组件24的传感器信号以及依赖于传感器信号的评 估结果至少控制门20和20’。

为了该目的，在该实施例中的传感器组件24包括用于颜色特性的局部 解析捕获的光学传感器32，其捕获由价值文件传送的光学辐射。该装备进一 步包括超声波传感器34，用于检测沿着输送方向T输送通过它的价值文件。 在该例子中，它更精确地被配置用于识别双移除，即已经错误地或者没有完 全挑拣开并因此重叠的价值文件。

超声波传感器34在图2中被更精确地但是示意地示出。它被配置为发 射传感器并因此包括发射器部分36以及接收器部分38，其被布置在输送路 径22的彼此相对侧上，以及包括经由信号连接件与这些部分连接的控制和 评估装置40，用于控制发射器部分36和用于处理接收器部分38的信号。部 分36和38是类似构造的（除了电子电路42和42’），因此，仅更精确地说 明其中一个部分就足够了。

部分36具有电路板形式的连接支撑件44，超声波换能器模块46被附接 和保持在该电路板上。在连接支撑件44上，定位有传导路径48，电连接电 子电路42，用于控制超声波换能器模块46的驱动电路，和超声波换能器模 块46的电连接件。在接收器部分38中，电子电路42’是信号处理电路，其 可以包括处理器或者FPGA，并处理来自于接收器部分的超声波换能器模块 的信号，将它们传递给控制和评估装置40。

超声波换能器模块46在图3至图5中更精确地示出。它具有安装模块 50以及，在该实施例中，保持在安装模块中的超声波换能器52。

超声波换能器52是具有连接线束54的压电超声波换能器，经由该连接 线束，在此被供给电信号，超声波换能器将该电信号转换为特定频率或者特 定频率范围的超声波，分别地在40kHz至1MHz之间，优选地在100kHz至 500kHz之间。当应用在该接收器部分中，连接线束54运送电压或者电流， 其通过将被接收的超声波转换为电压而产生。

在本实施例中的安装模块50包括超声波换能器52保持在其中的换能器 保持器56，以及连接至换能器保持器56并具有传导路径60的电路板58。 在图4中，换能器保持器56和电路板58以截面示出，超声波换能器52以 侧视图示出。总而言之，安装模块50被配置为它的传导路径60电连接至所 述至少一个超声波换能器52的连接线束54，以及传导路径60具有接触区域 62，接触区域被配置为超声波换能器模块46可被放置成安装到连接支撑件 44的表面64上，在所述表面上具有与接触区域62互补的接触区域66，以 及接触区域62和互补的基础区域66可与彼此钎焊。

换能器保持器56额外地具有用于超声波换能器的接收构件67，具有圆 形横截面的通孔68，该通孔在它的壁中具有圆周台肩或者凹槽70。在该通 孔68中，具有与台肩或者凹槽对应的凹槽的超声波换能器52通过弹性O形 环69保持，以使得对于超声波振动，至少部分地与换能器保持器解耦合。 在超声波换能器52的一侧（连接线束从其露出），通孔68填充有被注射的 弹性化合物71，以使得超声波换能器52被可靠地保持在换能器保持器56 中且相对于其对齐。

换能器保持器56可以通过注射模制制造为模制部件或者通过适合的材 料块的机加工制造。

电路板58具有传导路径60，其在该实施例中是近似地镜像对称构造。 在一个端部处，通过钎焊连接，它们被电连接至连接线束54；在另一个端部 处，它们结束于上述的接触区域62。在该实施例中，电路板58具有用于每 个传导路径60的凸出部分72。接触区域60在电路板58的边缘上自不与换 能器保持器56接触的电路板58的下侧延伸直至电路板58的上侧，所述上 侧具有延伸超出换能器保持器56的区域。传导路径在图中仅示意性示出， 而且不是成比例的。电路板58进一步具有开口73，通过其连接线束54可以 被引导进入传导路径60的区域。

换能器保持器56和电路板58在该实施例中通过未示出的粘结连接件彼 此连接以形成安装模块50。

在该实施例中，除了与接触区域60互补的接触区域66，连接支撑件44 具有可选的孔74，其相对于互补接触区域66和传导路径60的端部布置，当 安装模块被安装时，连接线束54的端部和它们与传导路径60的钎焊连接件 布置在孔74中且在下侧不突出（见图4）。

为了制造该超声波换能器模块，超声波换能器52被首先固定在换能器 保持器56中。此后，换能器保持器56机械地连接至超声波换能器52。接着 连接线束54被钎焊至传导路径60。

安装模块现在可以被简单地检查，例如关于是否在接触区域62和连接 线束54或者超声波换能器52之间有充分地电连接。

在检查之后，安装模块50可以被放置成安装到连接支撑件44上，通过 背朝超声波换能器52的侧部，即，在图3中，电路板58的下侧，以及在该 实施例中，支承传导路径60的侧部，以使得接触区域62和互补的接触区域 66相邻。在这些区域之间接着可以形成钎焊连接，其在该实施例中，还用于 将安装模块40机械地固定在连接支撑件44上。因此，超声波换能器52相 对于连接支撑件44对齐，以使得精细的重新调整可以被避免。

原理上，超声波换能器52的发射或者接收方向在其它实施例中也可以 与连接支撑件44形成不同的角度，其可以通过改变安装模块的安装或者通 过改变通孔而获得。

在图6和图7中示出前述实施例的变体。安装模块50’不同于安装模块 50仅在于，它能够使用一侧安装到连接支撑件上，以使得超声波换能器52 的发射或者接收方向沿着平行于连接支撑件44的方向延伸。在这些附图中， 相同的附图标记表示与第一实施例相同的部件。此外，与第一实施例相比， 电路板58’配置得更短，传导路径在电路板的面向超声波换能器的侧部上延 伸。然而，未改变的具有超声波换能器52的换能器保持器56现在借助窄的 侧部通过粘结连接件连接至电路板58’。对于超声波换能器模块的机械安装， 除了钎焊连接，在此还可以使用粘结连接。由于超声波换能器模块相对于连 接支撑件的不同的对齐方式，连接支撑件不需要具有孔。

在图8和图9中的第三实施例不同于第一实施例大致在于，取代仅一个 超声波换能器52，超声波换能器模块现在具有两个超声波换能器，在该实施 例中，其是类似的构造且以类似的对齐方式得以保持。因为它们是类似的构 造，对它们和它们的部件使用与第一实施例中相同的附图标记，对第一实施 例的超声波换能器的说明也相应地适用于此。

安装模块50”具有，如第一实施例，换能器保持器56”和电路板58”。 换能器保持器和电路板58’配置为关于由图8中的箭头指示的平面镜像对称， 以及正交于绘图平面地延伸。

换能器保持器56”具有用于超声波换能器52的两个接收构件67，其如 在第一实施例中的设计一样。超声波换能器52在接收构件67中的固定被执 行为与第一实施例一样，以使得在图8和图9中对与第一实施例中相同的部 件使用相同的附图标记且相应地适用在那里的说明。

在换能器保持器56’’中的接收构件67配置为超声波换能器52被平行地 对齐。因此，其仅非常示意性示出在图8中的它们的发射和接收特性曲线 （characteristic）79也平行于彼此对齐，以使得可以构建具有两个轨道的超 声波传感器。该特性曲线分别关于平行于主要的发射或者接收方向的轴线而 旋转对称，以使得轴线和因此主要的发射或者接收方向是平行的。

换能器保持器56”进一步不同于换能器保持器56在于定位元件76，通 过该定位元件和通过在连接支撑件44’’中的互补定位元件，安装模块50”可 定位在连接支撑件上。在此使用的定位元件76是销，在连接支撑件44’中的 互补的定位元件78是对应的孔。互补的定位元件78在图8中由连续的线表 示。

电路板58”与电路板58的进一步不同之处在于通孔80，其被配置为当 电路板58”连接至换能器保持器56’’时，它的定位元件到达通过该通孔。孔 78和通孔80的直径相对于销76的直径设定尺寸，以使得除了形式的闭合也 可以获得特定的力的闭合，从而结合是可以任意选择的。这些定位元件因此 不仅用于定位而且可以吸收平行于连接支撑件产生的力，以使得钎焊连接件 得以救济。

安装模块50’’因此配置为用于保持两个超声波换能器以及特别地具有电 连接至第二超声波换能器的连接线束54的传导路径60”，所述传导路径60” 具有第二接触区域，所述第二接触区域被配置为超声波换能器模块可被放置 成安装到连接支撑件44”的表面上，在该表面上定位有用于第二接触区域 62”的第二互补接触区域66”，另外的接触区域62”和另外的互补接触区域 66”可钎焊至彼此。这同样应用于接触区域62和互补接触区域66。

超声波换能器模块的制造与第一实施例类似地执行。

图10中的第四实施例不同于第三实施例仅在于定位元件和互补定位元 件的类型。但是，作为安装模块50”’的部件的换能器保持器56”’和电路板 58”’以及超声波换能器52如第三实施例中那样配置，以使得对于互相对应 的零件使用相同的附图标记，以及第三实施例的零件的说明也在此适用。

取代了销，换能器保持器52”’现具有作为定位元件的卡扣或者锁定钩 76’，连接支撑件具有作为互补定位元件78’的相应布置和设定尺寸的孔。电 路板58”’再次具有通孔80’，然而其被设定尺寸为使得定位元件的功能可以 实现，特别地是卡扣运动。

安装模块50”’现在可以，在制造和检查之后，被放置到连接支撑件44”’ 上，由此定位元件76’被引入至对应的互补定位元件78’中，同时当达到安装 位置时偏转并卡扣回来。这些定位元件因此不仅用于定位，还可以吸收平行 和正交于连接支撑件产生的力，以使得钎焊连接件得以救济。

在图11和12中的第五实施例与第三实施例的不同在于，取代包括换能 器保持器52”和电路板58”的安装模块50’’，安装模块50^(4）现在具有一件式 保持元件56^(4），传导路径60^(4）在其表面上延伸。相同的附图标记因此用于 与第二实施例相同或者类似的零件，在那里的说明也相应地适用于此。

保持元件56^(4）配置为它取代换能器保持器52’和电路板58’。除了对应 于通孔80的区域的直径，它具有与由换能器保持器52’和电路板58’形成的 安装模块相同的形式。

保持元件56^(4）可以优选地被制造为注射模制件。传导路径可以或者在 注射模制期间被并入，或者在其制造之后被应用至保持元件56^(4），也可以 借助其他制造方法。该实施例允许超声波换能器模块的特别简单的制造。

在最后一个实施例的其他变体中，传导路径60可以通过电线至少部分 地实现且在保持器56^(4）中延伸。如果保持器通过注射模制制造，它们可以 在注射模制期间已经并入到保持器中。