DE19537340C2 - Seitensensorvorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Signals bezüglich der Dicke eines Blatt Papiers - Google Patents
Seitensensorvorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Signals bezüglich der Dicke eines Blatt PapiersInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Seitensensorvor
richtung und auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Signals
bezüglich der Dicke eines Blatt Papiers gemäß den Oberbe
griffen der unabhängigen Patentansprüche.
Dokumenthandhabungssysteme mit automatischen Papierzuführern
finden sich in einer großen Vielzahl von Geräten, wie z. B.
Fotokopiermaschinen, Faxmaschinen, Dokumentscannern und
Druckern für Computer, um nur einige zu nennen. Die meisten
Dokumenthandhabungssysteme, die heute verwendet werden, ver
wenden einen oder mehrere Papiersensoren, um den Ort des Pa
piers zu erfassen, während sich dieses auf den verschiedenen
Papierwegen innerhalb der Maschine bewegt. Solche Papiersen
soren ermöglichen es dem Steuerungssystem der Maschine, das
Vorrücken des Papiers zu überwachen, während sich dieses
entlang des Papierwegs bewegt, sowie die verschiedenen Pa
pierhandhabungsfunktionen zu synchronisieren und zu ko
ordinieren.
Ein typischer Papiersensor umfaßt einen bewegbaren Erfas
sungsflügel, der mit einem Schalter verbunden ist. Der
Schalter kann entweder mechanisch oder optisch sein und wird
in einem Zustand sein, wenn Papier auf dem Weg vorhanden
ist, und wird im entgegengesetzten Zustand sein, wenn kein
Papier auf dem Weg ist. Papier, das sich entlang des Papier
weges bewegt, verschiebt den Erfassungsflügel, was bewirkt,
daß der Schalter zwischen den Zuständen hin und her
wechselt. Durch Erfassen des derzeitigen Zustandes des
Schalters sowie der Länge der Zeit, während der der Schalter
in diesem bestimmten Zustand verbleibt, kann das Steuerungs
system bestimmen, ob an diesem Ort Papier vorhanden ist, so
wie wie lange das Papier an diesem Ort war. Solche Informa
tionen ermöglichen es dem Steuerungssystem Nicht-Zuführungen
und Staus zu erfassen.
Wenn z. B. kein Papier auf dem Weg zu dem korrekten Zeitpunkt
während eines Papierzuführungszyklusses vorhanden ist, dann
ist eine Nicht-Zuführung oder ein Stau aufgetreten. Auf ähn
liche Weise können Staus, die auftreten, während das Papier
an dem Sensorort vorhanden ist, durch die Überwachung der
Zeitdauer, während der das Papier erfaßt wird, erfaßt wer
den. Wenn die Zeitdauer länger ist als die Zeit, während der
das Papier an dieser Station sein sollte, dann ist ein Stau
aufgetreten.
Während Papiersensoren des oben beschriebenen Typs beim Er
fassen von Papierstaus und Nicht-Zuführungen nützlich sind,
können sie keine Mehrfachseitenzuführung erfassen, d. h. eine
Zuführung, die auftritt, wenn zwei oder mehr Papierblätter
zum selben Zeitpunkt entlang des Papierweges zugeführt wer
den. Wenn eine Mehrseitenzuführung bei Originaldokumenten,
die kopiert werden, wie z. B., bei einer Kopiermaschine, auf
tritt, dann wird das zweite Blatt selbstverständlich nicht
kopiert. Mehrseitenzuführungen stellen ebenfalls ein Problem
bei automatischen Dokumentzuführern für Scanner dar, die
verwendet werden, um Papierblätter in eine elektronische Da
tenbank abzutasten, nachdem der Betreiber den Scanner fort
dauernd überwachen muß, um sicherzustellen, daß keine Seiten
ausgelassen werden.
Folglich besteht ein Bedarf an einem Papiersensor für Doku
menthandhabungssysteme, der nicht nur Papierstaus und
Nicht-Zuführungen erfassen kann, sondern der auch Mehrsei
tenzuführungen erfassen kann.
Die DE 31 00 065 C2 betrifft eine Vorrichtung zur Feststel
lung von Fehl- und/oder Mehrfachbogen an Buchbinderei- und
Druckmaschinen. Die Vorrichtung. umfaßt eine erste Sensor
platte und eine zweite Kondensatorplatte sowie ein zweites
Paar von Platten, die gemeinsam mit der Kondensatorplatte
zwei Kompensationskapazitäten bilden. Die zwei Platten wer
den durch das Papier, welches sich zwischen diesen hindurch
bewegt, nicht auseinandergezwängt werden, so daß die Beab
standung zwischen den zwei Platten nicht gleich der Dicke
des dazwischen durchgeführten Papiers ist.
Die DE 37 19 972 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen
von Mehrfachbogen und zur Schichtdickenüberwachung, be
schäftigt sich jedoch mit der verschlechterten Meßempfind
lichkeit, welche durch äußere Umstände, wie z. B. Tempera
tur, Streukapazitäten u. ä., auftreten. Diese Meßempfindlich
keit wird durch ein Abschirmbauglied zwischen einer Sensor
platte und einer Schaltungsplatine verbessert.
Die US-A-4,243,216 offenbart ein System zur Doppel-Dokument-
Erfassung, das eine RC-Signalverarbeitungsschaltung
verwendet, um ein separates Verzögerungssignal zu erzeugen,
welches aus dem ursprünglichen Signal, das durch die
Dokumentensensorarme erzeugt wird, abgeleitet wurde. Das
Verzögerungssignal wird dann mit dem ursprünglichen Signal
kombiniert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das das
Vorhandensein eines Stück Papiers zwischen den Sensorarmen
anzeigt.
Die US-A-5,076,566 betrifft ein Bogenbewegungserfassungssy
stem, welches ein Paar von kapazitiven Sensoren umfaßt, die
so angeordnet sind, daß ein Blatt Papier zwischen diesen
hindurchläuft. Die kapazitiven Sensoren sind zusammen mit
einer festen Kapazität und einer Einstellkapazität in einer
kapazitiven Brücke verschaltet.
Die US-A-5,168,239 betrifft ein Verfahren und eine Vorrich
tung zum Einstellen der Schwellenspannung für die Bestimmung
der Dicke einer Anzahl von Blättern eines Blattmaterials.
Ein Paar von fest angeordneten, kapazitiven Sensoren sind
auf gegenüberliegenden Seiten des Blattmaterials angeordnet.
Die Ausgangssignale der kapazitiven Sensoren werden addiert
und anschließend einem Spannungsvergleicher zugeführt.
Die US-A-4,504,961 betrifft einen Detektor zur Erfassung von
Mehrfachblättern für einen Drucker, der die Anzahl von Blät
tern als eine Anzahl von seriellen Pulssignalen erfaßt. Das
serielle Pulssignal entspricht einem Zählwert, der anschlie
ßend mit einem Referenzzählwert verglichen wird, um einen
Abweichungswert bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
verbesserten Papiersensor für Dokumenthandhabungssysteme zu
schaffen, der nicht nur Papierstaus und Nicht-Zuführungen
sicher erfaßt, sondern ebenfalls Mehrseitenzuführungen
sicher erfaßt.
Diese Aufgabe wird durch eine Seitensensorvorrichtung gemäß
Anspruch 1 und Anspruch 14 sowie durch ein Verfahren zum Er
zeugen eines Signals bezüglich einer Dicke eines Blatt Pa
piers gemäß Anspruch 13 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Sei
tensensorvorrichtung;
Fig. 2 eine Querschnittdarstellung von oben der Seitensen
sorvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist; und
Fig. 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Kapazitätser
fassungsvorrichtung.
Eine Seitensensorvorrichtung 10 ist am besten in Fig. 1 zu
sehen, wie sie bei einem Dokumenthandhabungssystem (nicht
dargestellt), wie z. B. einer Fotokopiermaschine, einer Fax
maschine, etc. mit einem automatischen Papierzuführer, ver
wendet werden könnte. Bei einem bevorzugten Ausführungsbei
spiel umfaßt die Seitensensorvorrichtung 10 eine im allge
meinen rechteckige Basisplatte 12, die in einer Grundplatte
14 befestigt ist, welche ein Teil des Dokumenthandhabungssy
stems sein kann. Die Basisplatte 12 ist in Ausnehmungen in
nerhalb der Grundplatte 14 aufgenommen, so daß deren obere
Oberfläche 16 im wesentlichen bündig mit der oberen Oberflä
che 18 der Grundplatte 14 ist. Die Basisplatte 12 ist ferner
derart befestigt, daß sie elektrisch von der Grundplatte 14
isoliert ist. Eine im allgemeinen rechteckförmige, beweg
liche Fußplatte 20 ist auf einem entgegengesetzten Rahmen
bauglied 22 durch geeignete Einrichtungen befestigt, wie
z. B. ein Paar von Befestigungsstiften 24, 26, so daß die be
wegliche Fußplatte 20 in paralleler Beziehung zu der Basis
platte 12 gehalten ist und frei ist, um sich in die Richtung
des Pfeils 28 zu bewegen. Ein Paar von Vorspannungsbauglie
dern, wie z. B. Federn 30, 32, kann verwendet werden, um die
Fußplatte 20 in Richtung der Basisplatte 12 vorzuspannen.
Die Seitensensorvorrichtung 10 kann ferner ein Abschirmbau
glied 34 einschließen, das innerhalb der Grundplatte 14 be
festigt ist, so daß dessen obere Oberfläche 36 im wesentli
chen bündig mit den oberen Oberflächen 16, 18 der Basisplat
te 12 bzw. der Grundplatte 14 ist. Das Abschirmbauglied 34
ist derart befestigt, daß es elektrisch sowohl von der
Grundplatte 14 als auch von der Basisplatte 12 isoliert ist.
Die gesamte Seitensensorvorrichtung 10 kann an einem geei
gneten Punkt entlang des Papierwegs des Dokumenthandhabungs
systems befestigt sein, so daß sich Papier 38, das sich ent
lang des Papierweges bewegt, zwischen der Basisplatte 12 und
der Fußplatte 20 hindurch bewegt, wie es am besten in Fig. 2
zu sehen ist.
Die Basisplatte 12 und die Fußplatte 20 sind mit einer Kapa
zitätserfassungsvorrichtung 40 (Fig. 3) verbunden, die die
Änderung der Kapazität zwischen der Basis- und der Fußplatte
12 und 20 erfaßt, während das Papier 38 zwischen diesen hin
durch gleitet. Wie es nachfolgend detaillierter erklärt wer
den wird, ist die Kapazität der Basis- und der Fußplatte 12
und 20 invers mit der Entfernung in Verbindung, die die
Platten trennt, d. h., daß die Kapazität der Platten 12, 20
am größten ist, wenn die Entfernung, die diese trennt, am
kleinsten ist, wobei alle anderen Dinge gleich sind. Ein
Stück Papier 38, das sich zwischen der Basis- und Fußplatte
12 und 20 hindurch bewegt, bewegt die Fußplatte 20 von der
Basisplatte 12 weg, wodurch der Abstand zwischen den Platten
erhöht wird, und die Kapazität erniedrigt wird. Die Änderung
der Kapazität zwischen den Platten wird durch die Kapazi
tätserfassungsvorrichtung 40 erfaßt, die dann ein Ausgangs
signal erzeugt, das auf diese bezogen ist. Das sich ergeben
de Ausgangssignal kann weiter verarbeitet werden, wenn dies
notwendig ist, um das Vorhandensein von Mehrseitenzuführun
gen sowie von Staus und Nicht-Zuführungen zu erfassen.
Ein bedeutender Vorteil der Seitensensorvorrichtung 10 be
steht darin, daß sie empfindlich bezüglich der Papierdicke
ist und folglich verwendet werden kann, um Mehrseitenzufüh
rungen zu erfassen, oder daß sie verwendet werden kann, um
Papier zu erfassen, das entweder zu dick oder zu dünn ist,
um durch den Papierzuführungsmechanismus des Papierhandha
bungssystems zuverlässig gehandhabt zu werden. Zusätzlich
kann die Seitensensorvorrichtung ebenfalls Papierstaus und
Nicht-Zuführungen erfassen, und kann daher die oben be
schriebenen Papierdetektoren vom Flügeltyp ersetzen. Die
Seitensensorvorrichtung 10 hat ebenfalls den Vorteil einer
mechanischen Einfachheit.
Die Details der Seitensensorvorrichtung 10 sind am besten
anhand der Fig. 1 und 2 zu sehen. Wie es oben kurz beschrie
ben wurde, umfaßt die Seitensensorvorrichtung 10 eine im we
sentlichen rechteckförmige, elektrisch leitfähige Basisplat
te 12, die innerhalb der Grundplatte 14 befestigt ist, so
daß deren obere Oberfläche 16 im wesentlichen bündig mit der
oberen Oberfläche 18 der Grundplatte 14 ist. Die Basisplatte
12 kann aus irgendeinem elektrisch leitfähigen Material, wie
z. B. Kupfer, Aluminium, Silber, etc. oder aus irgendeiner
einer großen Vielzahl von Metallegierungen hergestellt sein,
und kann irgendeine erwünschte Größe und irgendeinen er
wünschten Oberflächenbereich haben. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel ist die Basisplatte 12 etwa 10 mm im
Quadrat, was einen Oberflächenbereich von etwa 100 mm2 er
gibt. Die Basisplatte 12 sollte elektrisch von der Grund
platte 14 isoliert sein, und kann an der Grundplatte 14 mit
tels eines geeigneten, elektrisch isolierenden Materials be
festigt sein, wie z. B. einem isolierenden Haftmittel 42. Die
Basisplatte 12 kann elektrisch mit der Kapazitätserfassungs
vorrichtung 40 (Fig. 3) durch irgendeine geeignete Einrich
tung, wie z. B. einen Draht 41, verbunden sein.
Es wird bevorzugt, jedoch nicht erfordert, daß die Basis
platte 12 von einem Abschirmbauglied 34 umgeben ist, um ein
nicht-lineares Kapazitätsverhalten aufgrund der Steuerung
des elektrischen Feldes (nicht dargestellt) zwischen den
Platten 12 und 20 zu reduzieren. Bei einem Ausführungsbei
spiel ist das Abschirmbauglied 34 an der Grundplatte 14
durch ein elektrisch isolierendes Material, wie z. B. ein
isolierendes Haftmittel 42, befestigt, so daß dessen obere
Oberfläche 36 im wesentlichen bündig mit der oberen Oberflä
che 18 der Grundplatte 14 ist. Das Abschirmbauglied 34 ist
von der Basisplatte 12 durch einen kleinen Zwischenraum 43
getrennt. Obwohl die Abmessungen des Zwischenraums 43 kein
wesentliches Merkmal darstellen, sind Zwischenräume im Be
reich von 0,1 mm bis 0,5 mm am besten geeignet. Wie die Ba
sisplatte 12, kann auch das Abschirmbauglied 34 aus irgend
einem geeigneten, elektrisch leitfähigen Material herge
stellt sein. Wenn die Grundplatte 14 elektrisch leitend ist,
dann kann diese alternativ als das Abschirmbauglied dienen.
Die andere Platte des Kondensators ist durch die im allge
meinen rechteckförmige Fußplatte 20 gebildet, die bewegbar
an einem Rahmenbauglied 22 befestigt ist, so daß sie in ent
gegengesetzter Beziehung zu der Basisplatte 12 ist, wie es
am besten in Fig. 2 zu sehen ist. Genauer gesagt ist die
Fußplatte 20 gleitbar auf dem gegenüberliegenden Rahmenbau
glied 22 durch ein Paar von Stiften 24, 26 befestigt, die
mit jeweiligen Löchern 44, 46 in dem Rahmenbauglied 22 Ein
griff nehmen. Folglich ist die Fußplatte 20, wenn sie befe
stigt ist, frei, sich in die Richtung des Pfeils 28 zu bewe
gen. Die Fußplatte 20 kann in Richtung der Basisplatte 12
durch geeignete Vorspannungsbauglieder, wie z. B. Federn 30,
32, vorgespannt sein. Bei einem bevorzugten Ausführungsbei
spiel sind die Fußplatte 20 und die Basisplatte 12 in sich
berührender Beziehung zueinander angeordnet, wenn kein Pa
pier zwischen diesen angeordnet ist. Bei einem anderen Aus
führungsbeispiel kann ein kleinerer Zwischenraum vorhanden
sein, kleiner als die Dicke irgendeines Blattes Papier, das
zu erfassen ist, z. B. ein Zwischenraum von 0,05 mm oder ähn
lich. Die vordere Oberfläche 48 der Fußplatte 20 sollte mit
einem elektrisch isolierenden Material (nicht dargestellt)
beschichtet sein, wie z. B. einer anodisierten Beschichtung,
Farbe, Teflon oder eines anderen Typs eines nicht-leitfähi
gen Materials, um einen Kurzschluß mit der Basisplatte 12 zu
vermeiden, wenn kein Papier 38 zwischen den Platten 12 und
20 vorhanden ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Fußplatte 20 aus Aluminium hergestellt, und das
elektrisch isolierende Material umfaßt eine anodisierte
Oberflächenbeschichtung. Alternativ kann die obere Oberflä
che 16 der Basisplatte 12 mit einem elektrisch isolierenden
Material beschichtet sein, oder beide Oberflächen 16 und 48
können beschichtet sein. Die Fußplatte 20 kann ebenfalls ein
Paar von hochgebogenen Kanten 50, 52 einschließen, um es dem
Papier 38 zu ermöglichen, sich ohne Gefahr eines Staus zwi
schen den Platten 12 und 20 zu bewegen. Die Fußplatte 20
kann elektrisch mit der Kapazitätserfassungsvorrichtung 40
(Fig. 3) durch irgendeine geeignete Einrichtung, wie z. B.
einem Draht 54, der mit dem Stift 26 verbunden ist, verbun
den sein. Wie schon im Fall der Basisplatte 12, kann die
Fußplatte 20 irgendeine geeignete Größe und irgendeinen ge
eigneten Oberflächenbereich haben. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel ist die Fußplatte 20 etwa 12 mm im
Quadrat, was einen Oberflächenbereich von etwa 144 mm2 er
gibt.
Die Anordnung der Basisplatte 12 und der Fußplatte 20 ist
derart, daß das sich bewegende Papier 38 anfänglich mit der
vorderen Kante 48 der Fußplatte 20 in Kontakt ist, was die
ses von der Basisplatte weg in Richtung 28 zwingt, bis es um
eine Entfernung "d" von der Basisplatte 12 beabstandet ist.
Folglich bewirkt das sich bewegende Papier, das die Fußplat
te 20 von einer ersten Position, die in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel eine aneinander grenzende Beziehung mit
der Basisplatte 12 ist, in eine zweite Position wegbewegt
wird, in der die Fußplatte 20 von der Basisplatte 12 um eine
Entfernung "d" getrennt ist, die im wesentlichen gleich der
Dicke des Papiers 38 ist.
Die Kapazitätserfassungsvorrichtung 40 ist am besten in Fig.
3 zu sehen und umfaßt eine Stromquelle 56, die zwischen die
Basisplatte 12 und die Fußplatte 20 geschaltet ist. Die
Stromquelle 56 kann irgendein geeignetes Gerät umfassen, das
fähig ist, einen konstanten Strom mit der Größe I zu erzeu
gen. Ein elektronisch gesteuerter Schalter 58, der ebenfalls
zwischen die Platten 12 und 20 geschaltet ist und parallel
zu der Stromquelle 56 liegt, wird durch eine Steuerungsein
heit 60 gesteuert, um die Platten 12 und 20 periodisch elek
trisch zu verbinden, wodurch die Ladungen von diesen ent
fernt werden. Eine Komparatorschaltung 62, die mit der Fuß
platte 20 verbunden ist, vergleicht das Spannungspotential
an der Fußplatte mit einer bekannten Referenzspannung Vref
und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn das Spannungspotential
an der Fußplatte 20 die Referenzspannung Vref überschreitet.
Obwohl viele unterschiedliche Arten von Komparatorschaltun
gen verwendet werden könnten, um das Spannungspotential an
der Fußplatte 20 mit einer bekannten Referenzspannung zu
vergleichen, wie es für Fachleute offensichtlich wäre, kann
die Komparatorschaltung 62 einen Operationsverstärker 64 um
fassen, der eine variable Eingangsleitung 66 aufweist, die
mit der Fußplatte 20 verbunden ist, und der eine Referenz
eingangsleitung 68 aufweist, die mit der bekannten Referenz
spannung Vref verbunden ist. Der Operationsverstärker 64
wird ein Signal auf der Ausgangsleitung 70 erzeugen, wenn
das Spannungspotential an der Fußplatte 20 die Referenzspan
nung Vref überschreitet.
Wenn ein Abschirmbauglied 34 verwendet wird, um die Nicht-
Linearität aufgrund der Streueffekte des elektrischen Feldes
zwischen der Basis- und Fußplatte 12 und 20 zu minimieren,
sollte dieses auf demselben elektrischen Potential liegen
wie die Fußplatte 20. Um jedoch das Abschirmbauglied 34 dar
an zu hindern, eine bedeutende Menge der Ladung auf der Fuß
platte 20 abzuziehen, wird eine Spannungsfolgerschaltung 72
verwendet, um das Abschirmbauglied 34 auf dem im wesentli
chen gleichen Potential wie die Fußplatte 20 zu halten. Hier
sind wiederum viele Arten von Spannungsfolgerschaltungen in
Fachkreisen bekannt und könnten verwendet werden, um die
Funktion der Spannungsfolgerschaltung 72 durchzuführen, wo
bei eine geeignete Spannungsfolgerschaltung 72 einen Opera
tionsverstärker 74 umfassen kann, der einen nicht-invertier
ten Eingang 76 aufweist, der mit der Fußplatte 20 verbunden
ist. Die Ausgangsleitung 80 des Operationsverstärkers 74 ist
mit einem Abschirmbauglied 34 verbunden und ist ebenfalls
über einen Widerstand 82 mit Masse verbunden. Der invertie
rende Eingang 78 des Operationsverstärkers 74 ist ebenfalls
mit der Ausgangsleitung 80 verbunden, wodurch der Opera
tionsverstärker 74 als ein Spannungsfolger wirksam ist.
Wie es oben erwähnt wurde, hängen die Kapazität der Basis-
und Fußplatte 12 und 20 von der Beabstandung "d" (Fig. 2)
zwischen den Platten ab und ist durch die folgende gut be
kannte Gleichung gegeben:
C = (∈A/d)
mit:
C = die Kapazität;
Î = die Dielektrizitätskonstante des Materials, das die Platten trennt;
A = die Fläche der Platten; und
d = der Zwischenraum oder die Beabstandung zwischen den Platten.
C = die Kapazität;
Î = die Dielektrizitätskonstante des Materials, das die Platten trennt;
A = die Fläche der Platten; und
d = der Zwischenraum oder die Beabstandung zwischen den Platten.
Die Kapazitätserfassungsschaltung 40, die in Fig. 3 gezeigt
ist, erfaßt die Kapazität der Basis- und der Fußplatte 12
und 20 durch Verbinden dieser mit einer konstanten Strom
quelle 56. Das Spannungspotential zwischen den Platten er
höht sich dann mit der Zeit linear gemäß der folgenden Glei
chung:
V(t) = (Id/∈0∈rA)t
mit:
I = der durch die Stromquelle 56 erzeugte Strom;
d = die Beabstandung zwischen den Platten;
∈0= die Dielektrizitätskonstante des freien Raums;
∈r = die Dielektrizitätskonstante des Papiers;
A = die Fläche der Basis- und der Fußplatte 12 und 20; und
t = Zeit.
I = der durch die Stromquelle 56 erzeugte Strom;
d = die Beabstandung zwischen den Platten;
∈0= die Dielektrizitätskonstante des freien Raums;
∈r = die Dielektrizitätskonstante des Papiers;
A = die Fläche der Basis- und der Fußplatte 12 und 20; und
t = Zeit.
Daher kann die Beabstandung "d" zwischen der Basis- und der
Fußplatte 12 und 20, d. h. die Dicke des Stück Papiers 38
(Fig. 2), durch Messen der Zeit, die die Spannung zwischen
den Platten 12 und 20 benötigt, um dieselbe Referenzspannung
Vref zu erreichen, bestimmt werden. D. h.:
d = (∈0∈rA/It)Vref
Als Beispiel sei die Gesamtfläche der Basisplatte zu 100 mm2
(0,0001 m2) und die Dicke des Papiers 38 (d. h. d) zu etwa
0,1 mm (0,001 m) angenommen. Für einen Strom I von 1 × 10-6
Ampere, ∈0 etwa gleich 8,85 mal 10-12 F/m und ∈r etwa gleich
2 ergibt sich die Zeit t, die erforderlich ist, um eine Re
ferenzspannung Vref von 5 Volt zu erreichen, zu etwa 89
Mikrosekunden. Kürzere Zeiten gleichen einer proportional
größeren Dicke, was das Vorhandensein von mehreren Blättern
oder dickerem Papier anzeigt.
Im Betrieb kann die Steuerungseinheit 60 periodisch die Ka
pazität der Basis- und Fußplatte 12 und 20 durch Öffnen und
Schließen des Schalters 58 in regulären Intervallen und
durch Messen der Zeit, die das Spannungspotential zwischen
den Platten benötigt, um die Referenzspannung Vref zu errei
chen, abgetastet werden. Die Steuerungseinheit 60 kann dann
die Beabstandung zwischen den Platten während dieses Inter
valls bestimmen, um das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhan
densein von Papier 38 sowie die Dicke des Papiers 38 zu be
stimmen. Alternativ kann die Steuerungseinheit 60 einen her
kömmlichen Papiersensor (nicht dargestellt) verwenden, um
diejenigen Zeiten zu bestimmen, während denen ein Papier 38
zwischen den Platten ist. Dann würde die Steuerungseinheit
60 den Schalter 58 öffnen und die Zeit bestimmen, die für
die Spannung an der Fußplatte 20 erforderlich ist, um die
Referenzspannung Vref zu erreichen. Die Steuerungseinheit 60
kann dann die abgelaufene Zeit verwenden, um die Beabstan
dung d zwischen den Platten zu bestimmen, wodurch das Vor
handensein eines einzelnen Blatt Papiers oder von mehreren
Blättern Papier angezeigt wird.
Dies schließt die detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele der Seitensensorvorrichtung 10 ab. Ob
wohl hier eine Anzahl von bestimmten Materialien und Kompo
nenten für die verschiedenen Ausführungsbeispiele beschrie
ben wurde, werden Fachleute ohne weiteres erkennen, daß an
dere Materialien und Komponenten oder Kombinationen von Ma
terialien und Komponenten jetzt und in der Zukunft verfügbar
sind, um vergleichbare Funktionen zu erreichen. Während die
dargestellten und hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
einen Komparator verwenden, um die Kapazität der Basis- und
Fußplatte 12 und 20 zu erfassen, könnte stattdessen eine Os
zillatorschaltung verwendet werden, wobei die Änderung der
Kapazität in einer entsprechenden Änderung der Oszillator
frequenz resultiert. Auf ähnliche Weise kann die Basis- und
die Fußplatte 12 und 20 irgendeine für die bestimmte Instal
lation geeignete Abmessung aufweisen und sollte daher nicht
auf die gezeigten und hier beschriebenen bestimmten Abmes
sungen beschränkt sein.
Claims (14)
1. Seitensensorvorrichtung (10) zum Erzeugen eines Sig
nals, das sich auf die Dicke eines Blatt Papiers (38)
bezieht, mit:
einer Basisplatte (12);
einer Fußplatte (20), die in entgegengesetzter Bezie hung zu der Basisplatte (12) positioniert ist und ange ordnet ist, um es dem Papier (38) zu ermöglichen, zwi schen diesen hindurch zu laufen, und um die Basisplatte (12) und die Fußplatte (20) auseinander zu zwängen, so daß die Basisplatte (12) und die Fußplatte (20) um eine Entfernung getrennt sind, die im wesentlichen gleich der Dicke des Blatt Papiers (38) ist; und
einer Kapazitätserfassungvorrichtung (40), die mit der Basisplatte (12) und der Fußplatte (20) verbunden ist, um Änderungen der elektrischen Kapazität der Basis- und der Fußplatte (12, 20) zu erfassen, und um ein Signal zu erzeugen, das darauf bezogen ist;
dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätserfassungvor richtung (40) folgende Merkmale umfaßt:
eine Stromquelle (56), die zwischen die Fuß platte (20) und die Basisplatte (12) geschaltet ist;
eine Komparatorschaltung (62), die mit der Fußplatte (20) und der Basisplatte (12) verbunden ist, um ein Spannungspotential zwischen der Fuß- und der Ba sisplatte (20, 12) mit einer bekannten Referenzspannung (Vref) zu vergleichen, und um ein Signal zu erzeugen, das auf das Spannungspotential zwischen der Fuß- und der Basisplatte (20, 12) bezogen ist.
einer Basisplatte (12);
einer Fußplatte (20), die in entgegengesetzter Bezie hung zu der Basisplatte (12) positioniert ist und ange ordnet ist, um es dem Papier (38) zu ermöglichen, zwi schen diesen hindurch zu laufen, und um die Basisplatte (12) und die Fußplatte (20) auseinander zu zwängen, so daß die Basisplatte (12) und die Fußplatte (20) um eine Entfernung getrennt sind, die im wesentlichen gleich der Dicke des Blatt Papiers (38) ist; und
einer Kapazitätserfassungvorrichtung (40), die mit der Basisplatte (12) und der Fußplatte (20) verbunden ist, um Änderungen der elektrischen Kapazität der Basis- und der Fußplatte (12, 20) zu erfassen, und um ein Signal zu erzeugen, das darauf bezogen ist;
dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätserfassungvor richtung (40) folgende Merkmale umfaßt:
eine Stromquelle (56), die zwischen die Fuß platte (20) und die Basisplatte (12) geschaltet ist;
eine Komparatorschaltung (62), die mit der Fußplatte (20) und der Basisplatte (12) verbunden ist, um ein Spannungspotential zwischen der Fuß- und der Ba sisplatte (20, 12) mit einer bekannten Referenzspannung (Vref) zu vergleichen, und um ein Signal zu erzeugen, das auf das Spannungspotential zwischen der Fuß- und der Basisplatte (20, 12) bezogen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Abschirm
bauglied (34) umfaßt, das die Basisplatte (12) umgibt
und mit dieser koplanar ist, wobei das Abschirmbauglied
(34) elektrisch von der Basisplatte (12) isoliert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner eine Spannungs
folgerschaltung (72) umfaßt, die mit der Fußplatte
(20) und mit dem Abschirmbauglied (34) verbunden ist,
um dem Abschirmbauglied (34) ein Spannungspotential zu
zuordnen, das im wesentlichen gleich dem Spannungspo
tential auf der Fußplatte (20) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Fußplatte (20)
in Richtung der Basisplatte (12) vorgespannt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Fußplatte (20)
eine im allgemeinen rechteckförmige Platte mit einem
ersten Oberflächenbereich umfaßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Basisplatte
(12) eine im allgemeinen rechteckförmige Platte mit ei
nem zweiten Oberflächenbereich umfaßt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der erste Oberflä
chenbereich der Fußplatte (20) größer ist als der zwei
te Oberflächenbereich der Basisplatte (12).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Abschirmbau
glied (34) von der Basisplatte (12) durch einen Luft
zwischenraum (43) getrennt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Luftzwischen
raum im Bereich von etwa 0,1 mm bis 0,5 mm liegt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der der erste Bereich
der Fußplatte (20) etwa 144 mm2 beträgt, und bei der
der zweite Bereich der Basisplatte (12) etwa 100 mm2
beträgt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Komparatorschaltung
(62) ferner einen Operationsverstärker (64)
umfaßt, der einen variablen Eingang (66), einen Re
ferenzeingang (68) und einen Ausgang (70) aufweist, wo
bei der variable Eingang (66) mit der Fußplatte (20)
verbunden ist, und der Referenzeingang (68) mit der be
kannten Referenzspannung (Vref) verbunden ist, wobei
der Operationsverstärker (64) ein Signal an dem Ausgang (70) er
zeugt, wenn das Spannungspotential an der Fußplatte
(20) größer ist als die Referenzspannung (Vref).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner mit:
einer Schaltvorrichtung (58), die mit der Fuß- und der Basisplatte (20, 12) verbunden ist, um die Fuß- und die Basisplatte (20, 12) auswahlmäßig elektrisch zu verbin den und zu trennen; und
einer Steuerungseinheit (60), die mit der Schalt vorrichtung (58) und mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (64) verbunden ist, um die Schaltvorrichtung (58) zu betätigen, und um das Signal am Ausgang (70) des Operationsverstärkers (64) zu erfassen, wobei die Steuerungseinheit (60) ebenfalls eine Zeitgebervor richtung einschließt, um eine abgelaufene Zeit zu be stimmen, in der die Fuß- und die Basisplatte (20, 12) elektrisch getrennt sind, und wenn das Signal des Aus gangs (70) des Operationsverstärkers (64) erfaßt wird, wobei die abgelaufene Zeit mit der Dicke des Blatt Pa piers (38) in Beziehung steht.
einer Schaltvorrichtung (58), die mit der Fuß- und der Basisplatte (20, 12) verbunden ist, um die Fuß- und die Basisplatte (20, 12) auswahlmäßig elektrisch zu verbin den und zu trennen; und
einer Steuerungseinheit (60), die mit der Schalt vorrichtung (58) und mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (64) verbunden ist, um die Schaltvorrichtung (58) zu betätigen, und um das Signal am Ausgang (70) des Operationsverstärkers (64) zu erfassen, wobei die Steuerungseinheit (60) ebenfalls eine Zeitgebervor richtung einschließt, um eine abgelaufene Zeit zu be stimmen, in der die Fuß- und die Basisplatte (20, 12) elektrisch getrennt sind, und wenn das Signal des Aus gangs (70) des Operationsverstärkers (64) erfaßt wird, wobei die abgelaufene Zeit mit der Dicke des Blatt Pa piers (38) in Beziehung steht.
13. Verfahren zum Erzeugen eines Signals bezüglich der
Dicke eines Blatt Papiers (38), mit folgendem Schritt:
Bewegen des Blatt Papiers (38) zwischen einer Basis platte (12) und einer Fußplatte (20), die in entgegen gesetzter Beziehung zu der Basisplatte (12) befestigt ist, so daß die Basis- und die Fußplatte (12, 20) um eine Entfernung getrennt sind, die im wesentlichen gleich der Dicke des Blatt Papiers (38) ist; und
Erfassen der Kapazität der Basis- und der Fußplatte (12, 20);
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erfassens der Kapazität folgende Schritte umfaßt:
Schalten einer Stromquelle (56) zwischen die Basis- und die Fußplatte (12, 20) zu einem anfänglichen Zeitpunkt;
Vergleichen des Spannungspotentials zwischen der Fuß- und der Basisplatte (20, 12) mit einer bekannten Refe renzspannung (Vref)%
Messen einer abgelaufenen Zeit zwischen dem anfängli chen Zeitpunkt und einem Zeitpunkt, zu dem das Span nungspotential zwischen der Fuß- und der Basisplatte (20, 12) die bekannte Referenzspannung (Vref) über schreitet, wobei die abgelaufene Zeit mit der Dicke des Blatt Papiers (38) in Beziehung steht; und
Erzeugen eines Ausgangssignals bezüglich der abge laufenen Zeit.
Bewegen des Blatt Papiers (38) zwischen einer Basis platte (12) und einer Fußplatte (20), die in entgegen gesetzter Beziehung zu der Basisplatte (12) befestigt ist, so daß die Basis- und die Fußplatte (12, 20) um eine Entfernung getrennt sind, die im wesentlichen gleich der Dicke des Blatt Papiers (38) ist; und
Erfassen der Kapazität der Basis- und der Fußplatte (12, 20);
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erfassens der Kapazität folgende Schritte umfaßt:
Schalten einer Stromquelle (56) zwischen die Basis- und die Fußplatte (12, 20) zu einem anfänglichen Zeitpunkt;
Vergleichen des Spannungspotentials zwischen der Fuß- und der Basisplatte (20, 12) mit einer bekannten Refe renzspannung (Vref)%
Messen einer abgelaufenen Zeit zwischen dem anfängli chen Zeitpunkt und einem Zeitpunkt, zu dem das Span nungspotential zwischen der Fuß- und der Basisplatte (20, 12) die bekannte Referenzspannung (Vref) über schreitet, wobei die abgelaufene Zeit mit der Dicke des Blatt Papiers (38) in Beziehung steht; und
Erzeugen eines Ausgangssignals bezüglich der abge laufenen Zeit.
14. Seitensensorvorrichtung zum Erzeugen eines Signals be
züglich einer Dicke eines Blatt Papiers (38), mit:
einer im allgemeinen rechteckförmigen Basisplatte (12);
einer im allgemeinen rechteckförmigen Fußplatte (20), die in entgegengesetzter Beziehung zu der Basisplatte (12) positioniert ist und angeordnet ist, um es dem Pa pier (38) zu ermöglichen, zwischen diesen hindurch zu laufen, so daß die Basisplatte (12) und die Fußplatte (20) um eine Entfernung getrennt sind, die im wesentli chen gleich der Dicke des Blatt Papiers (38) ist; und
einer Kapazitätserfassungvorrichtung (40), die mit der Basisplatte (12) und der Fußplatte (20) verbunden ist, um Änderungen der elektrischen Kapazität der Basis- und der Fußplatte (12, 20) zu erfassen, und um ein Signal zu erzeugen, das darauf bezogen ist;
gekennzeichnet durch,
ein Abschirmbauglied (34), das die Basisplatte (12) um gibt und mit dieser koplanar ist, wobei das Abschirm bauglied (34) elektrisch von der Basisplatte (12) iso liert ist;
wobei die Kapazitätserfassungvorrichtung (40) folgende Merkmale umfaßt:
eine Stromquelle (56); die zwischen die Fußplatte (20) und die Basisplatte (12) geschaltet ist;
einen Operationsverstärker (64) mit einem variablen Ein gang (66), einem Referenzeingang (68) und einem Ausgang (70), wobei der variable Eingang (66) mit der Fußplatte (20) verbunden ist, und der Referenzeingang (68) mit einer bekannten Referenzspannung (Vref) verbunden ist, wobei der Operationsverstärker (64) ein Signal an dem Ausgang (70) erzeugt, wenn ein Spannungspotential auf der Fußplatte (20) größer ist als die Referenzspannung (Vref);
einen Spannungsfolger (72), der mit der Fußplatte (20) und mit dem Abschirmbauglied (34) verbunden ist, wobei der Spannungsfolger (72) dem Abschirmbauglied (34) ein Spannungspotential zuordnet, das im wesentlichen gleich dem Spannungspotential auf der Fußplatte (20) ist;
eine Schaltvorrichtung (58), die zwischen die Fuß- und die Basisplatte (20, 12) geschaltet ist, um die Fuß- und Basisplatte (20, 12) auswahlmäßig elektrisch zu verbinden und zu trennen; und
eine Steuerungseinheit (60), die mit der Schaltvor richtung (58) und mit dem Ausgang (70) des Operationsverstärkers (64) verbunden ist, um die Schaltvorrich tung (58) zu betätigen, und um das Signal am Ausgang (70) des Operationsverstärkers (64) zu erfassen, wobei die Steuerungseinheit (60) ebenfalls eine Zeitge bervorrichtung einschließt, um eine abgelaufene Zeit zu bestimmen, in der die Fuß- und die Basisplatte (20, 12) elektrisch aufgetrennt sind, und in der das Signal von dem Ausgang (70) des Operationsverstärkers (64) erfaßt wird, wobei die abgelaufene Zeit mit der Dicke des Blatt Papiers (38) in Beziehung ist.
einer im allgemeinen rechteckförmigen Basisplatte (12);
einer im allgemeinen rechteckförmigen Fußplatte (20), die in entgegengesetzter Beziehung zu der Basisplatte (12) positioniert ist und angeordnet ist, um es dem Pa pier (38) zu ermöglichen, zwischen diesen hindurch zu laufen, so daß die Basisplatte (12) und die Fußplatte (20) um eine Entfernung getrennt sind, die im wesentli chen gleich der Dicke des Blatt Papiers (38) ist; und
einer Kapazitätserfassungvorrichtung (40), die mit der Basisplatte (12) und der Fußplatte (20) verbunden ist, um Änderungen der elektrischen Kapazität der Basis- und der Fußplatte (12, 20) zu erfassen, und um ein Signal zu erzeugen, das darauf bezogen ist;
gekennzeichnet durch,
ein Abschirmbauglied (34), das die Basisplatte (12) um gibt und mit dieser koplanar ist, wobei das Abschirm bauglied (34) elektrisch von der Basisplatte (12) iso liert ist;
wobei die Kapazitätserfassungvorrichtung (40) folgende Merkmale umfaßt:
eine Stromquelle (56); die zwischen die Fußplatte (20) und die Basisplatte (12) geschaltet ist;
einen Operationsverstärker (64) mit einem variablen Ein gang (66), einem Referenzeingang (68) und einem Ausgang (70), wobei der variable Eingang (66) mit der Fußplatte (20) verbunden ist, und der Referenzeingang (68) mit einer bekannten Referenzspannung (Vref) verbunden ist, wobei der Operationsverstärker (64) ein Signal an dem Ausgang (70) erzeugt, wenn ein Spannungspotential auf der Fußplatte (20) größer ist als die Referenzspannung (Vref);
einen Spannungsfolger (72), der mit der Fußplatte (20) und mit dem Abschirmbauglied (34) verbunden ist, wobei der Spannungsfolger (72) dem Abschirmbauglied (34) ein Spannungspotential zuordnet, das im wesentlichen gleich dem Spannungspotential auf der Fußplatte (20) ist;
eine Schaltvorrichtung (58), die zwischen die Fuß- und die Basisplatte (20, 12) geschaltet ist, um die Fuß- und Basisplatte (20, 12) auswahlmäßig elektrisch zu verbinden und zu trennen; und
eine Steuerungseinheit (60), die mit der Schaltvor richtung (58) und mit dem Ausgang (70) des Operationsverstärkers (64) verbunden ist, um die Schaltvorrich tung (58) zu betätigen, und um das Signal am Ausgang (70) des Operationsverstärkers (64) zu erfassen, wobei die Steuerungseinheit (60) ebenfalls eine Zeitge bervorrichtung einschließt, um eine abgelaufene Zeit zu bestimmen, in der die Fuß- und die Basisplatte (20, 12) elektrisch aufgetrennt sind, und in der das Signal von dem Ausgang (70) des Operationsverstärkers (64) erfaßt wird, wobei die abgelaufene Zeit mit der Dicke des Blatt Papiers (38) in Beziehung ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US08/349,641 US5531434A (en) | 1994-12-05 | 1994-12-05 | Multiple page sensor for automatic document feeder |
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