[发明专利]一种基于三轴加速度传感器的纸币测厚方法及装置

权利要求书

1.一种基于三轴加速度传感器的纸币测厚方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：将三轴加速度传感器安装在扩展轴的左上角，并设定测量的X轴为垂直出钞轴竖直向下方向，Y轴为垂直出钞轴水平向左方向，Z轴为平行于出钞轴向内方向；

步骤S2：系统上电，三轴加速度传感器分别对三个轴向的加速度进行测量，并与数据采集卡连接，经过计算后获得测厚装置安装时的倾斜角度，同时对出钞轴的加速度进行修正；

步骤S3：测量时，三轴加速度传感器内的压电元件在受到外部作用力F时产生压电常数：

公式1：

由上式可得公式2：Q＝d*F，其中Q为电荷量，d为压电常数，F为受到的力；将上式与牛顿第二定律公式3：F＝m*a结合得到公式4：Q＝d*m*a，其中d和m在加速度传感器的压电陶瓷材料和质量块确定之后是固定值，得到Q和a呈线性关系，可通过测量电荷Q来获得三轴加速度传感器的加速度值；

步骤S4：三轴加速度传感器将测量值以模拟电压的形式经滤波后输送给数据采集卡，数据采集卡将模拟量进行AD转换，并输出给计算机处理；

步骤S5：启动计算机，并对计算机进行参数初始化，设定D/A输出数据为0，确保初始状态压电驱动器无激励电压信号；

步骤S6：由公式4得出公式5：为避免高频信号对传感器的干扰，对结果进行低通滤波，得到加速度公式6：ai为i时刻加速度值采样值；

步骤S7：对公式6进行积分获得公式7：Δt为两次采样间的时间差；

步骤S8：对公式7进行积分，可得位移公式8：其中vi是i时刻速度的采样值；

步骤S9：重复进行过钞试验若干遍，并根据振动效果的观测和存储数据分析，反复调整控制参数，再计算获得出钞轴的位移，通过无线通信模块向外发送，以此检测纸币是否粘贴胶纸及其位置。

2.根据权利要求1所述的基于三轴加速度传感器的纸币测厚方法，其特征在于，当没有纸币通过出钞轴时，测厚装置转动时产生的振动使加速度传感器输出电压在1.2V上下小幅波动；当有纸币通过出钞轴时，纸币挤压出钞轴，使出钞轴带动加速度传感器上下振动，从而将物理信号转换为电信号，相邻之间波峰基本相同。

3.根据权利要求1所述的基于三轴加速度传感器的纸币测厚方法，其特征在于，所述步骤S5中的参数初始化包括控制算法参数的初始值设定，数据采集卡相应的初始值、控制地址和驱动方式的设定。

4.根据权利要求1所述的基于三轴加速度传感器的纸币测厚方法，其特征在于，所述三轴加速度传感器采用型号为ADXL327三轴加速度传感器。

5.根据权利要求1所述的基于三轴加速度传感器的纸币测厚方法，其特征在于，所述数据采集卡采用安捷伦数据采集卡。

6.根据权利要求1所述的基于三轴加速度传感器的纸币测厚方法，其特征在于，当三轴加速度传感器的安装出现偏差或者由于老化出现变形所导致安装位置发生倾斜时，三轴加速度传感器的X轴与重力加速度方向不再平行，此时X轴所测的加速度仅仅是主动测厚轮上下运动加速度的一个分量，设X轴与重力加速度之间的夹角为θ，X轴的输出为A_XOUT，Y轴输出为A_YOUT，Z轴输出为A_{Z OUT}，则夹角θ的计算公式为公式9：

根据夹角θ可以推出主动测厚轮上下运动的实际加速度A为公式10：

对公式10进行积分获得公式11：Δt为两次采样间的时间差；再对公式11进行积分，可得位移公式12：其中v_i是i时刻速度的采样值。