[发明专利]用于检测材料幅的边缘的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用超声传感器检测材料幅的设备。该设备例如可用于纸、材料或者箔幅面边缘的非接触式探测。带有超声传感器的设备特别适合其中光学传感器只能在某些条件下使用的透明的或者感光的材料幅。

背景技术

已知有带有多个超声传感器的、用于检测一种材料幅的边缘的设备，如在US7,357,027B2中所示。为了提供一定的测量区域，在设备中某个范围内设置多个单个超声传感器，其中每个单个超声传感器均包括一个超声发射元件和一个超声接收元件。每个超声接收元件都设置有一个特有的超声发射元件，这样用一个超声信号就可以将发射元件加载。这种设备需要大量的超声发射元件和超声接收元件，这就使设备的复杂性和成本随之上升。

发明内容

本发明的第一个方面涉及一种用于检测材料幅的边缘的设备。该设备包括一个超声传感器，该超声传感器包括两个或者更多个单独的、可读的超声接收元件和一个超声发射元件，其中所述超声发射元件被构建和设置成以使得它能用一个超声有效信号给两个或更多的超声接收元件加载。由此，设备的定点操控就会简化，从而提高准确性，降低设备的成本。此外，超声接收元件的同类超声检测(homogenere Beschallung)可得到保证，因为在单个的超声接收元件之间没有(或只有极少的)声波限制存在。这一优点在拥有大面积测量区域(例如大于20mm)的设备上更为明显。在这样的设备里，一个单独的超声发射元件可以通过一个超声有效信号给多个的超声接收元件加载。

一个超声传感器至少包括对于产生第一超声信号(“超声发射元件”)和对于检测第二超声信号(“超声接收元件”)必要的部件，第二超声信号是通过第一超声信号和待检测材料幅的边缘的相互作用产生的。

超声接收元件是通过将入射的超声信号转化为电信号以检测超声信号的部件。作为超声接收元件，是指单独的、可读的部件。也就是说，超声接收元件产生单独的测量值，这个测量值是由入射的超声信号的声压和/或入射的超声信号探测的超声接收元件的表面决定的。

超声发射元件是通过将电信号转化为被发射的超声信号以产生超声信号的部件。作为超声发射元件，是指一个单独的可操控的部件。也就是说，超声发射元件从一个单独的电信号(但其可以同时完全附在超声发射元件的多个部位上)产生可发射的超声信号。

一个被称作超声有效信号的超声信号在超声接收器上可以被转化为一个信号(或者信号分量(Signalanteil))，该信号对于检测材料幅的边缘是有用的。相反，尽管超声干扰信号在超声接收元件里转化为电信号，这个信号却不能被设备用于边缘探测。干扰信号是通过例如意外的反射或者超声信号不精确的聚焦产生的。

超声接收元件使超声信号转化为电信号的部分被叫做超声换能器元件(Ultraschall-Transducerelement)。与此相应，超声发射元件引起电信号向超声信号转化的部分也被叫做超声换能器元件。

为了探测材料幅的边缘，一个超声传感器可以仅具有一个接收元件和一个超声发射元件，但也可以具有多个的接收元件和/或超声发射元件。

材料幅这一概念涉及一种材料的多种结构，这些结构在两种空间方向里比在第三种中膨胀的明显强烈。此时材料幅能显现出凹槽和裂缝。这些材料幅也不可联接。特别是织物和网络更符合材料幅这个概念，还有在织物纬纱之前的一排排的经纱也同样构成材料幅。

所有材料幅都被各自的一个边缘限制在两个膨胀空间方向之一，通过使用本发明的设备检测该边缘。此时边缘的探测可以仅包括边缘位于测量区域的位置。此外，边缘检测包括检测其位置(例如，作为与已定零点相较的偏差量)。此外，材料幅的边缘检测还可以包括检测两个边缘的任务，这两个边缘将材料幅限定在一个空间方向中。由此，可以确定材料福的幅面和位置。同时可以确定材料幅的切削压缩比(Stauchung)或膨胀。

利用本发明的设备，可以检测包括下列材料的材料幅：所述材料能反射、吸收或传输一种超声信号的至少一部分。特别可以检测由塑料、纸、纸板或者纺织物构成的材料幅。

本发明的第二个方面涉及一种用于探测材料幅的边缘的设备。该设备包括一个包括一个超声接收元件和一个超声发射元件的超声传感器，其中超声发射元件包括一个包括一种压电复合材料的超声换能器元件。

压电复合材料包括在其中压电的活性材料(比如压电陶瓷)和“被动的”成分(比如某些聚合物)整体联接的材料。压电复合材料还包括压电陶瓷，压电陶瓷和压电的活性聚合物或其他塑料整体联结。