專利名稱：鑒別硬幣、輔幣或其它扁平金屬物品之真?zhèn)蔚难b置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種權利要求1之前序部分所述類型的用來鑒別硬幣、輔幣或其它扁平金屬物品之真?zhèn)蔚难b置。
這種裝置適合用作例如公共電話亭中的投幣器，自動售貨機，以及能量計等等。
專利文獻DE 2455 112公開了一種權利要求1之前序部分所述類型的用來鑒別硬幣真?zhèn)蔚难b置。該裝置有一個感應測量單元，后者按兩個不同的頻率f1和f2工作，因為當頻率f1較低時，產生測量信號的硬幣中的某些硬幣可以容易地進行測量并易于與其它硬幣相區(qū)分，然而也有一些硬幣在較低頻率f1時不容易與其它硬幣相區(qū)分，而要在較高的頻率f2下才行。所述測量單元包括一個感應發(fā)射器和一個感應接收器，二者設置在一硬幣通道的相對兩側。發(fā)射器包括一個繞有兩個線圈的磁芯。線圈相互獨立地各自在不同頻率下被勵磁，從而在硬幣通道中產生一個在兩個不同頻率振蕩的交變磁場。在接收器的下游連接有濾波器。所述接收器也是線圈形式，用來測量接收器中在兩個不同頻率下感生的信號的振幅。這樣的裝置從機械的和電學的角度看具有復雜的結構。
歐洲專利申請EP 704 825公開了一種用來鑒別硬幣真?zhèn)蔚难b置，其中，布置在一個串聯(lián)諧振電路中的一個線圈用作感應測量單元，用來測定硬幣的合金成份和硬幣的厚度。
本發(fā)明的任務是，提供一種鑒別硬幣真?zhèn)蔚难b置，其中只用一種簡單的感應測量單元，可以獲得在兩種不同硬幣間的高選擇能力。
根據(jù)本發(fā)明，所述任務是由權利要求1的特征部分解決的。
本發(fā)明提出了一種具有感應測量單元的裝置，其中，硬幣受至少兩個頻率下的一個交變磁場作用。測量單元具有唯一的一個線圈，后者由兩個頻率不同的電流或電壓電源供電，該線圈同時還是兩個不同電路的一部分。在至少一個電路中，由所述電源供送的電流和所述線圈上的電壓間的相移用作測量信號。為了提高相移測量的靈敏度水平，在相應電路中設置一個電容器，利用它，相移的初值，即沒有硬幣時的相移值，可以設定為一個確定值。
下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例，其中，“硬幣M”同時也指輔幣或其它扁平金屬物品。在附圖中

圖1示出了帶有感應測量單元的一個鑒別裝置中的硬幣通道，圖2示出了具有另一種感應測量單元的硬幣通道，圖3示出了控制所述感應測量單元的第一電子電路，和圖4示出了控制所述感應測量單元的第二電子電路。
圖1示出了一個鑒別硬幣、輔幣或其它金屬物品之真?zhèn)蔚难b置，它具有一硬幣通道1，后者最好是具有兩個塑料部件的殼體2構成的一個孔道。所述硬幣通道由底壁3、下側壁4、上側壁5和頂壁6限定而成。所述下側壁4上設置有棱肋7，后者直接在下側壁上形成，沿硬幣M的運動方向延伸。硬幣通道1在待鑒別硬幣M的運動方向上向下傾斜，而兩個側壁4和5則相對于垂直方向V傾斜一個一般為12°的銳角，以便待鑒別硬幣M沿著硬幣通道1在底壁3上滾動或者滑動，并由此使之完美地以其一個側面平貼于下側壁4的棱肋7上。側壁4和5各自在其遠離硬幣通道1的一側具有孔洞(圖中未示出)，用以分別接納可互換設置的線圈9和10，和金屬板11、12，后者不是必須的。線圈9和金屬板12設置在下側壁4上，因此它們用虛線表示。金屬板11和12分別與線圈9和10相對設置。它們最好是圓的或方的，但也可以是任何其它的幾何形狀。分別設置在相對布置的側壁5或4上的一個線圈9或10及可能有的金屬板11或12構成一個感應測量單元。所述兩個線圈9和10有兩個接線，其中一個接線連接到一個公共接地m電線上，而另一個則連接到一開關13上，以便使它們連接到一個電子電路14中，而能夠進行相互獨立的電學過程。該裝置還包括一個控制評估單元15，例如為微處理器形式，用來評估由電子電路14提供的輸出信號，并對裝置加以控制。電路14和微處理器15這樣設計，使得從用線圈9和10測到的信號能夠推演出取決于硬幣M的合金和厚度d的各分立值。如果這些值與預定值在預定公差范圍內相同，硬幣M就視為真實的，鑒別裝置就接受該硬幣，否則就會拒收該硬幣。
微處理器15控制開關13，使得當硬幣M通過裝置時，相對于時間相繼在線圈9和10中產生的信號能夠被唯一的電子電路14測量到。但是，對于兩個線圈9和10共用的開關13和電路14，也可以代之以分別為每一線圈9和10提供專用的特定電路14，以便可以獨立地選擇兩個線圈9和10的工作條件，使之處于最佳模式。
線圈9設置在下側壁4上，硬幣M即靠在該側壁上沿硬幣通道運動，該線圈的設置使得線圈9和硬幣M側表面間的間隙為一確定不變的預定值，例如為1.1mm。在材料方面，硬幣M或者是一種合金，或者是多種合金制造的。當有硬幣M時，通過合適地選擇流過線圈9的電流的頻率f，線圈9的內阻R9大致上只取決于硬幣M的材料。
線圈10和硬幣M間的間隙取決于硬幣的厚度d。對于線圈10，其內阻R10就不僅取決于硬幣M的材料，還與其厚度d有關。如果已知硬幣M的合金成份，顯然就可以確定硬幣M的厚度d。
為了避免硬幣M的直徑影響對厚度d和合金成份的測量，線圈9和10選用的直徑小于最小的待測量硬幣M的直徑，并將線圈設置在硬幣通道1的側壁4或5上的合適高度，使得當最小的待鑒別硬幣M通過時，該硬幣能夠短暫地完全蓋住線圈。線圈的直徑例如為11mm。饋電線的電阻較低。特別合適的線圈9和10為鐵氧體磁芯的繞制線圈。
對于有或沒有分別相對設置的金屬板11和12的各個線圈9和10，也可以僅用一個雙繞線圈16來用作感應測量單元，如圖2所示。該雙繞線圈16包括兩個單獨的線圈17和18，它們設置在硬幣通道1的兩側，繞制方向相反，電學上串聯(lián)連接，從而使得它們在硬幣通道1中產生的磁場基本上平行于側壁4和5。
有或沒有分別相對設置的金屬板11和12的線圈9和10(圖1)，以及雙繞線圈16(圖2)均可各自構成感應測量單元。當硬幣M通過時，由于相應的線圈9、10或16分別與硬幣M的相互物理作用，感應測量單元的電學特性暫時被改變。所述感應測量單元受電子電路14的控制，表現(xiàn)出一個電阻抗值Zs。這里，標號S用來表示感應測量單元的各個線圈9、10或16。
線圈S的電學特征可以用電感Ls和歐姆內阻Rs加以描述。其阻抗則為ZS=2πifLS+RS，其中，i為虛數(shù)單位，f為頻率。內阻RS包括一個不變部分RS,DC和一個可變部分RS,AC(f)，后者取決于流經線圈S的電流頻率f、硬幣M的物理特性、線圈S的幾何形狀、金屬板11、12(如果存在的話，見圖1)，以及，特別在感應測量單元只包括獨立的線圈(9；10)的情況下，各線圈(9；10)與硬幣M之間的間距。一旦沿著硬幣通道1滾動的硬幣M進入線圈S的測量區(qū)，其內阻Rs就升高。
圖3示出了電子電路14的第一種實施例。線圈S的第一引線與大地m相連，而線圈S的第二引線則通過一個電容器C1形式的電容元件與一第一電流源19相連，后者提供振幅大致恒定、頻率為f1的交流電I1。電流源19是由一個第一交流電壓源20和一個第一電阻器R1構成的，后者相對于線圈S的阻抗Zs的值而言具有高電阻。電流源19的一個引線與大地m相接。
線圈S的第二引線還通過一個第二電容器C2與一第二電流源21相連，后者提供振幅大致恒定、頻率為f2的交流電I2。第二電流源21由一個交流電壓源22和一個第二電阻器R2構成，后者相對于線圈S的阻抗Zs的值而言也具有高電阻。電流源21的一個引線也與大地m相接。
電流源19和21各自的內阻是這樣的值，使得電流源19產生的電流I1主要流經線圈S而不流經電流源21，反之亦然。因此，流過線圈S的總電流大致為I=I1+I2。
線圈S的電感Ls一般為0.5-2mH。當勵磁電流的頻率約在5到100kHz時，其內阻RS,AC約為20-250Ω。而當頻率較高，約在1MHz左右時，其內阻RS,AC則為幾個kΩ。在第一個實施例中，交流電壓源20提供的電壓頻率f1約在1-10kHz，交流電壓源22提供的電壓頻率f2約在50-200kHz。在第二個實施例中，頻率f1和f2分別為約50-200kHz和1MHz。頻率f2比頻率f1約大一到兩個數(shù)量級。
線圈S具有復阻抗ZS，也就是說，流經線圈S的電流I1，和由于該線圈S中的電流I1而在線圈S兩端感生的電壓之間，有一個相移φ1，其值由公式φ1=arctan2πf1LsRs]]>給出。只要分子相對于分母顯著大，并在硬幣M通過裝置時仍然顯著大，當硬幣M通過時，相移φ1就幾乎不能測量到。但是，通過與線圈S串聯(lián)的電流I1的電容器C1，可以形成一個包括線圈S和電容器C1的阻抗Z1，其中，可以容易地測量到流經阻抗Z1的電流I1和阻抗Z1兩端的電壓之間的相移φ1。因為存在關系式φ1=arctan2πf1Ls-12πf1C1Rs]]>，初值φ1,0，也就是說當沒有硬幣M時或者當硬幣為預定類型的硬幣M時相移φ1的值可以通過調節(jié)電容器C1的值而被調節(jié)到理想值。例如可以如此選擇C1值，使得初值φ1,0為45°，從而使得反正切函數(shù)在45°具有最大梯度。但是，初值φ1,0也可以是0°或任何其它值。
為了測量相移φ1，流經阻抗Z1的電流I1例如通過一個運算放大器23被轉換為電壓UR1，所述運算放大器的兩個輸入端與電阻器R1的兩個引線相連。通過另一個運算放大器24，將阻抗Z1兩端的電壓UZ1接出。運算放大器23和24輸出端上的電壓UR1和UZ1分別通過濾波器25和26饋送到一個相位計27，后者的輸出信號與相移φ1成正比。濾波器25和26的規(guī)格如此設計，使得能夠通過頻率為f1的電壓信號，而將頻率為f2的信號濾掉。相移φ1的測量也可以以其它方式實現(xiàn)。
線圈S和電容器C2構成一個第二阻抗Z2。電流I2和阻抗Z2兩端的電壓UZ2之間的相移φ2可以用類似的方式測量，其中，為了明晰的目的，相應的電子元件比如放大器和相位計等在圖中沒有示出。頻率f1的范圍最好為1到10kHz，頻率f2的范圍最好為50-200kHz。但是，頻率f2也可以采用MHz量級的值。
這樣，對于每一硬幣M，所述電路14都可以用來測量由硬幣導致的相移φ1和φ2。若有必要，可以進一步確定阻抗Z1和Z2的值，作為進一步描述硬幣M的參數(shù)。
電容元件C1、C2用來分別將阻抗Z1和Z2的虛數(shù)部分各自減小到一個值，在該值，硬幣M導致的變化可以以高度的精確性被測量到。因此阻抗Z1、Z2的值小于單獨的線圈S的阻抗ZS的值。
圖4示出了電子電路14的第二種實施例。其中，用一個電路28取代了電流源21，用作電壓源，它一方面總是使線圈S和電容器C2構成的串聯(lián)諧振電路保持處于諧振頻率為f2=fR的諧振條件，另一方面則以預定振幅的電壓激勵該諧振電路，以使得流經該串聯(lián)諧振電路的電流I3與內阻RS,AC(fR)成正比。當串聯(lián)諧振電路諧振時，該串聯(lián)諧振電路的可隨電流I3改變的阻抗是符合歐姆律的。這樣的電路28以及由其提供的信號的評估在歐洲專利申請EP 704 825中有描述。電路28的輸出信號與電流I3，從而與歐姆律內阻RS,AC(fR)成正比，后者當硬幣M通過時有變化。這樣，電流I3就也可以用作接受或者拒收硬幣M的判斷標準。
所述第二種電子電路14可以用來測量總共四個表征硬幣M之特征的值，即相移φ1、阻抗Z1的值、線圈S的歐姆內阻RS,AC(fR)和諧振頻率fR，或者由它們派生的值。電容元件C1和C2的規(guī)格最好是這樣的，使得電流I1具有幾個kHz的低頻f1，并使諧振頻率fR比頻率f1大一到兩個量級。
為了使由線圈S和電容器C2構成的串聯(lián)諧振電路不被包括電流源19的電路抑制，對于電流源19，需要有相對于線圈S較高的電阻。
如果雙繞線圈16(圖2)被用作感應測量單元，設置在下側壁4上的獨立線圈17最好用絞合線繞制，這種絞合線與一般導線相比具有較低的電阻，以便該線圈的內阻RS,AC盡可能低。
對于上述兩種實施例，相同之處在于一方面，線圈S與一電容元件串聯(lián)，二者共同構成了一個電阻抗，后者由一電流源供給第一電流，該第一電流與阻抗兩端的電壓間的相移則用作接受還是拒收硬幣的判斷標準；另一方面，還有一個第二電流源或者電壓源為線圈S供給第二電流，以測量硬幣的更多的參數(shù)。在本發(fā)明的情況下，相移的測量和其它參數(shù)的測量事實上是各自獨立地進行的。
權利要求
1.鑒別硬幣(M)、輔幣或者其它扁平金屬物品之真?zhèn)蔚难b置，具有一個帶線圈(S；9；10；9,11；10,12；16)的用來鑒別硬幣(M)的特征的感應測量單元，其特征在于，所述線圈(S；9；10；16)可以由一第一電流或電壓源(19)饋送第一電流J(I1)，并由一第二電流或電壓源(21；28)饋送第二電流K(I2；I3)，在線圈(S；9；10；16)和所述第一電流或電壓源(19)之間連接有一個電容元件(C1)，所述線圈(S；9；10；16)和所述電容元件(C1)構成一個阻抗Z(Z1)，所述第一電流J(I1)和該阻抗Z(Z1)兩端的電壓之間的相移φ用作接受或拒收所述硬幣的判斷標準。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電容元件(C1)的值是這樣的，使得在沒有硬幣時，或者當硬幣為預定類型時，所述相移φ為一預定值。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，在線圈(S；9；10；16)和所述第二電流或電壓源(21)之間連接有另一個電容元件(C2)，所述線圈(S；9；10；16)和所述電容元件(C2)構成一個第二阻抗Y(Z2)，所述第二電流K(I2)和該第二阻抗Y(Z2)兩端的電壓之間的相移Φ用作接受或拒收所述硬幣的判斷標準。
4.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，在線圈(S；9；10；16)和所述第二電流或電壓源(28)之間連接有另一個電容元件(C2)，所述線圈(S；9；10；16)和所述電容元件(C2)構成一個串聯(lián)諧振電路，所述第二電流或電壓源(28)控制該串聯(lián)諧振電路的諧振。
5.如權利要求1到4之任何一項所述的裝置，其特征在于，阻抗Z(Z1)的值也用作判斷接受還是拒收所述硬幣的標準。
6.如權利要求1到5之任何一項所述的裝置，其特征在于，所述第一電流J(I1)的頻率約在1到10kHz。
7.如權利要求1到6之任何一項所述的裝置，其特征在于，所述第二電流K(I2；I3)的頻率約在50kHz到5MHz。
8.如權利要求1到7之任何一項所述的裝置，其特征在于，所述感應測量單元由線圈(S；9；10)和一個金屬板(11；12)構成，所述線圈(S；9；10)設置在硬幣通道(1)的一個側壁(4；5)上，所述金屬板(11；12)則設置在硬幣通道(1)的與前述側壁相對的側壁(5；4)上。
9.如權利要求1到7之任何一項所述的裝置，其特征在于，所述感應測量單元的線圈是一個雙繞線圈(16)，包括兩個單獨的線圈(17；18)，二者設置在硬幣通道(1)的下側壁和上側壁(4；5)上，繞制方向相反，并在電學上串聯(lián)。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，設置在所述下側壁(4)上的獨立線圈(17)是由低阻值的絞合線繞制而成的。
全文摘要
本裝置包括一個通道,該通道具有一個下側壁和一個上側壁,硬幣可順之平貼于所述下側壁運動,并經過至少一個具有一線圈(S)的感應測量單元。所述線圈(S)由一第一電流或電壓源(19)饋送第一電流(I
文檔編號G07F5/08GK1217801SQ97193567
公開日1999年5月26日 申請日期1997年4月2日 優(yōu)先權日1996年4月3日
發(fā)明者托馬斯·塞茲, 約瑟夫·魯夫 申請人:電力技術革新股份公司