CN104205176A

CN104205176A - 硬币传感器

Info

Publication number: CN104205176A
Application number: CN201380014346.0A
Authority: CN
Inventors: D·拉万奇; G·博达特
Original assignee: Mars Inc
Current assignee: Mars Inc
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: CN104205176B; WO2013138152A1; US8622190B2; EP2826026A1; US20130240322A1

Abstract

一种硬币测试仪包括硬币传感器，该硬币传感器输出被存在的硬币影响的测量信号。存储器设备存储该硬币传感器的阻抗模型，并且该模型表示硬币配置模型对该测量信号的预期影响。处理器计算且应用验收标准，以确定硬币是否落入预定的硬币配置中。

Description

硬币传感器

优先权声明

本申请要求享有于2012年3月14日提交的美国临时申请序列号No.61/610，918的优先权，该美国临时申请的全部内容以引用的方式纳入本文。

发明领域

本公开内容涉及感测金属物体的装置和方法，更具体地，涉及感测硬币的装置和方法。

背景技术

硬币的电磁测量可以被用来确定硬币是否为真的硬币以及是否属于特定的类别或面额。通常，电感被安装在硬币路径附近，使得当硬币经过时通过向该电感施加驱动信号生成的场被硬币所影响。

可以使用含有宽频谱的驱动信号(例如，通过施加含有多个谐波的方波驱动信号)来驱动线圈。然后可以相对于驱动信号中的转变在连续的时刻采样硬币对场的影响。在不同时间取得的样本主要受硬币中的不同深度处的材料的影响。与使用模拟滤波器的频域测量相比，此时域测量技术可以具有优势。

可以不同方式将测量样本的参数与参考测量进行比较，从而确定硬币是否是真硬币以及是否属于特定的类别或面额。例如，可以通过测量实际的硬币样本来获得参考波形，并且随后可以将该参考波形存储在硬币测试仪上。当待测试的硬币被带到硬币传感器附近时，可以将通过硬币测试仪获得的波形与这些参考波形进行比较，以确定硬币是否落入任何特定面额的分类之内。

采用这样的方法具有一些缺点。首先，这样的方法基于当在实验室中表征硬币时已经获取硬币的物理样本。然而，如果硬币尚未被制造，则不可能在表征期间获取硬币的物理样本。

其次，即使硬币的物理样本可用于表征，这样的方法仍包含实验和误差的迭代过程，这是耗时的和昂贵的。例如，使用特定线圈结构来表征的已经制造的物理硬币样本的结果表明线圈、硬币、或其任何组合的基本设计并不提供可接受的区别程度。因此，采用这样的方法会导致必须执行对线圈和硬币的设计、制造和特征的多次迭代，直到确定线圈和硬币的组合提供可接受的区别程度。

另外，由于在实验室中获取的参考波形可以依赖于驱动信号，因此这样的方法要求在硬币测试仪上使用相同的驱动。这样的限制在期望使用随机信号来驱动硬币传感器的应用中是不利的。此方法在硬币测试仪不能够简单地复制在实验室中用来激励硬币传感器的精确波形或在某种程度复制准确度随时间漂移的实例中也是不利的。

在导体半径相对于线圈半径为无限大的情况下，可以使用TREE(截断区域本征函数展开式)算法来导出对随机输入驱动的线圈的阻抗变化的分析解。然而，由Theodoulidis等人(T.P.Theodoulidis,J.R.Bowler:The Truncated Region Eigenfunction Expansion method forthe solution of boundary value problems in eddy currentnondestructive evaluation.Review of QuantitativeNondestructive Evaluation Vol.24,2005)提出的TREE算法基于的假设是导体的尺寸相对于传感器的尺寸是无限大的，使得导体材料的边缘效应可以被忽略。换言之，Theodoulidis等人提出的算法要求传感器的尺寸相对于导体的尺寸要足够小，并且不适合导体的边缘效应较重要的应用。

因此，需要更有效、高性能、更便宜、复杂度低的硬币传感器，该硬币传感器能够在不使用输入信号的先验知识的前提下对多层硬币进行分类。还需要一种用于在不具有待被接受的物理硬币样本的情况下设计硬币测试仪的有效解决方案。申请人认为本公开内容解决了上文所讨论的一些问题和/或其他问题。

发明内容

在一个实施方式中，硬币测试仪设备包括：配置成输出驱动信号的宽带信号发生器和被耦合到所述驱动信号的硬币传感器，其中所述硬币传感器被配置成响应于所述驱动信号输出测量信号。该测量信号被配置成受硬币的存在的影响。该硬币测试仪设备还包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质被配置成存储所述硬币传感器的阻抗模型，其中所述阻抗模型表示至少一个硬币配置参数对所述测量信号的预期影响。该硬币测试仪设备还包括处理器，该处理器被配置成在存在所述硬币的情况下计算所述模型的系数并对所述系数应用验收标准，以确定所述硬币是否落入预定的硬币分类中。

该驱动信号可以包括伪随机序列和/或伪随机脉冲串。所述测量信号可以表示在所述硬币中的感应涡电流的效应。此外，所述测量信号可以包括数字信号。所述硬币传感器可以包括线圈。硬币配置半径可以小于所述线圈的半径。

在另一个实施方式中——该实施方式可以与任何上述实施方式结合使用，该阻抗模型解释所述硬币配置在对所述测量信号的所述影响上的边缘效应。

在另一个实施方式中——该实施方式也可以与任何上述实施方式结合使用，该硬币传感器包括驱动线圈和拾波线圈。

在又另一个实施方式中——该实施方式也可以与任何上述实施方式结合使用，该存储介质包括耦合到所述处理器的非易失性存储器装置。

在另一个实施方式中——该实施方式也可以与任何上述实施方式结合使用，在不具有物理硬币样本情况下初始地计算该阻抗模型。

在另一个实施方式中——该实施方式也可以与任何上述实施方式结合使用，该硬币测试仪设备还包括温度传感器，该温度传感器被配置成感测环境温度，其中所述处理器还被配置成计算环境温度对所述系数的效应。

在另一个实施方式中——该实施方式也可以与任何上述实施方式结合使用，该硬币配置包括总层数。

在另一个实施方式中——该实施方式也可以与任何上述实施方式结合使用，该至少一个硬币配置参数包括层的磁导率、层的导电率和/或至少层的同质性。

在另一个实施方式中——该实施方式也可以与任何上述实施方式结合使用，该预定硬币分类包括非真正硬币分类。

在另一个实施方式中——该实施方式也可以与任何上述实施方式结合使用，该至少一个硬币配置参数包括层材料特性和/或所述线圈和所述硬币之间的剥离尺度(lift-off dimension)。

在另一方面，用于使用硬币测试仪测试硬币的方法，包括：使用宽带信号来驱动硬币传感器；在存在硬币时从所述硬币传感器获得测量样本，其中所述测量样本表示所述硬币对所述硬币传感器响应于所述驱动信号产生的场的影响；经由处理器求解所述硬币传感器的阻抗模型的系数，所述阻抗模型表示至少一个硬币配置参数对所述测量信号的预期影响；以及对所述系数应用验收标准，以确定所述硬币是否落入预定的硬币分类中。该宽带信号可以包括伪随机序列和/或伪随机脉冲串。所述测量样本可以表示所述在硬币中的感应涡电流的效应。此外，所述测量样本可以包括数字信号。所述硬币传感器可以包括线圈。硬币配置半径可以小于所述线圈的半径。

在另一方面——该方面可以与任何上述方面结合使用，该阻抗模型解释所述硬币对所述硬币传感器的边缘效应。

在另一方面——该方面也可以与任何上述方面结合使用，该硬币传感器包括驱动线圈和拾波线圈。

在另一方面——该方面也可以与任何上述方面结合使用，该存储介质包括被耦合到所述处理器的非易失性存储器装置。

在另一方面——该方面也可以与任何上述方面结合使用，在不具有物理硬币样本情况下初始地计算该阻抗模型。

在另一方面——该方面也可以与任何上述方面结合使用，该方法还包括使用温度传感器测量环境温度和计算所述环境温度对所述系数的效应。

在另一方面——该方面也可以与任何上述方面结合使用，该至少一个硬币配置参数包括总层数。

在另一方面——该方面也可以与任何上述方面结合使用，该至少一个硬币配置参数包括层的磁导率、层的导电率和/或层的同质性。

在另一方面——该方面也可以与任何上述方面结合使用，该预定硬币分类包括非真正硬币分类。

在另一方面——该方面也可以与任何上述方面结合使用，该至少一个硬币配置参数包括层材料特性和/或所述线圈和所述硬币之间的剥离尺度。

在另一方面，模拟硬币对线圈产生的场的影响的计算机系统实施的方法，包括的步骤：经由处理器接收至少一个线圈参数；经由所述处理器接收至少一个硬币配置参数(configuration parameter)；基于至少所述线圈参数和所述硬币配置参数经由所述处理器计算所述至少一个硬币配置参数对所述场的所述影响。该计算可以解释所述硬币配置对所述影响的边缘效应(edge effect)。此外，该至少一个线圈参数可以包括若干线圈。该至少一个线圈参数可以包括高度。替代地或附加地，所述至少一个线圈参数可以包括外半径和/或内半径。该至少一个线圈参数可以包括若干匝。

根据另一个方面——该方面可以与任何上述方面结合使用，该配置参数可以包括多层硬币的多个层，每个层具有多个层参数。所述配置参数可以包括多个层参数。所述多个层参数可以包括半径尺度、高度尺度、所述层材料的相对磁导率、所述层材料的导电率、层材料规格、和/或所述硬币和所述线圈之间的剥离尺度。该至少一个线圈参数可以是所述线圈的驱动频率。

根据另一方面——该方面可以与任何上述方面结合使用，所述处理器还可以被配置成将所述影响表达为所述线圈阻抗随频率的变化。

替代地或附加地，所述处理器还可以被配置成将所述影响表达为所述线圈相对阻抗随频率的变化、将所述影响表达为随频率的所述线圈阻抗和/或将所述影响表达为所述线圈阻抗随频率的变化。

根据另一方面——该方面可以与任何上述方面结合使用，所述至少一个线圈参数包括若干线圈。所述处理器还可以被配置成将所述影响表达为随频率的所述若干线圈的互阻抗。所述处理器也可以被配置成将所述影响表达为归一化阻抗平面图的变化。

根据另一方面——该方面可以与任何上述方面结合使用，所述至少一个线圈参数包括线圈电流和/或尺度公差(dimensional tolerance)。

根据另一方面——该方面可以与任何上述方面结合使用，所述至少一个硬币配置参数包括尺度公差、材料同质性、剥离公差、材料公差。

根据另一方面——该方面可以与任何上述方面结合使用，所述处理器还被配置成将所述影响表达为在所述硬币中感应的涡电流的表示。

根据另一方面——该方面可以与任何上述方面结合使用，该硬币包括多个层，并且所述处理器还可以被配置成将所述影响表达为每个层中感应的涡电流的表示。

根据另一方面——该方面可以与任何上述方面结合使用，所述处理器还可以被配置成计算所述硬币和参考数据集之间的区别。

根据另一方面——该方面可以与任何上述方面结合使用，所述参考数据集包括第二硬币配置。

根据又另一方面，具有用于执行下述方法的计算机可执行指令的计算机可读介质，其中该方法包括：经由处理器接收至少一个线圈参数；经由所述处理器接收至少一个硬币配置参数；以及基于至少所述线圈参数和所述硬币参数经由所述处理器计算所述硬币配置的所述影响。

根据又另一方面，货币项测试仪设备包括：宽带信号发生器，被配置成输出驱动信号；传感器，被耦合到所述驱动信号，其中所述传感器被配置成响应于所述驱动信号输出测量信号，其中所述测量信号被配置成受具有金属结构或者安全特征的货币项的存在的影响；计算机可读介质，被配置成存储所述传感器的阻抗模型，其中阻抗模型表示至少一个货币项配置参数对所述测量信号的预期影响；以及处理器，被配置成在存在所述货币项(item of currency)的情况下计算所述模型的系数并对所述系数应用验收标准(acceptance criteria)，以确定是否所述货币项落入预定的硬币分类中。该货币项可包括钞票(banknote)。所述金属结构包括至少一个箔。此外，所述参考数据集包括至少一个膜。

根据又另一方面，一种使用货币项测试仪来测试货币项的方法包括：使用宽带信号来驱动传感器；在存在具有金属结构或安全特征的货币项的情况下从所述传感器获得测量样本，其中所述测量样本表示所述货币项对所述传感器响应于所述驱动信号产生的场的影响；经由处理器求解所述传感器的阻抗模型的系数，所述阻抗模型表示至少一个货币项配置参数对所述测量信号的预期影响；以及对所述系数应用验收标准，以确定所述货币项是否落入预定的货币项分类中。所述货币项可包括钞票。

根据又另一方面，一种模拟货币项对线圈产生的场的影响的计算机系统实施的方法，包括步骤：经由处理器接收至少一个线圈参数；经由所述处理器接收至少一个货币项配置参数；以及基于至少所述线圈参数和所述货币项配置参数经由所述处理器计算所述至少一个货币项配置参数的所述影响。所述货币项可包括钞票。

根据又另一方面，计算机可读介质具有用于执行下述方法的计算机可执行指令，其中该方法包括：经由处理器接收至少一个线圈参数；经由所述处理器接收至少一个货币项配置参数；以及基于至少所述线圈参数和所述货币项参数经由所述处理器计算所述货币项配置的所述影响。所述货币项可包括钞票。

在下文中详细描述本发明的这些特征和其他特征。

附图说明

图1为根据一个实施方案的硬币测试仪的示意性视图；

图2为根据一个实施方案的硬币传感器的三维视图；

图3为根据一个实施方案的硬币传感器的三维视图；

图4为根据一个实施方案的被带到非同质单层硬币配置附近的线圈的横截面视图；

图5为根据一个实施方案的被带到多层硬币配置附近的线圈的横截面视图；

图6为根据一个实施方案的被带到多层硬币配置附近的双线圈的横截面视图；

图7为根据一个实施方案的例示硬币测试的流程图；

图8为例示根据一个实施方案的模拟硬币配置对由线圈产生的场的影响的流程图；

图9为根据一个实施方案的被配置成模拟硬币配置对由线圈产生的场的影响的计算机程序的图形化用户界面；

图10为根据一个实施方案的被配置成可视化多层硬币配置的每一层中感应涡流密度的计算机程序的图形化用户界面；

图11为根据一个实施方案的在1kHz、10hHz和80kHz下计算的多层硬币配置的每一层中的电流密度的图形化表示；

图12为根据一个实施方案的在1kHz、10hHz和60kHz下计算的多层硬币配置的每一层中的电流密度的图形化表示；

图13为根据一个实施方案的图11中示出的1kHz电流密度幅度图的角分量的图形化表示；

图14为根据一个实施方案的被配置成执行公差和区别分析的计算机程序的图形化用户界面；

图15为根据一个实施方案的参数公差对硬币传感器阻抗的效应随频率的图；

图16为被表达为百分数的图15的图；

图17为根据一个实施方案的由计算机程序生成的归一化阻抗平面图；

图18为例示与忽略导体的边缘效应相关联的误差的图；

图19为例示与忽略导体的边缘效应相关联的误差的图；

图20例示根据一个实施方案的使用阻抗模型解释边缘效应的准确度；

图21例示根据一个实施方案的使用阻抗模型解释边缘效应的准确度；

图22为根据一个实施方案的被带到硬币配置附近的平面线圈的横截面视图；

具体实施方案

本文中公开了一种硬币测试仪和方法。在一方面，该硬币测试仪包括：硬币传感器的已存储的阻抗模型，其中该已存储的阻抗模型表示硬币配置对硬币传感器测量信号的预期影响。可在该硬币测试仪上计算该已存储的阻抗模型的系数。可对系数应用验收标准来确认硬币是否落入预定的硬币分类中；在另一方面，可以使用一种分析解来表达硬币配置存在的情况下线圈的影响，且在不具有物理硬币样本的情况下可以计算分析解。在另一方面，本文中公开了设计硬币配置、设计线圈和优化区别的计算机化方法。

如本公开内容中所使用的，采用术语“硬币(coin)”来表示任何硬币(不论有效的或伪造的)、代币、金属块、垫片或其它金属物体或项(item)，尤其是试图运行投币即运行的设备或系统的个人所利用的金属物体或项。“有效的硬币”被认为是真的硬币、代币等，尤其是金融系统或投币即运行的设备或系统用在其中或与其一起使用的一些系统中的真的硬币，以及这样的投币即运行的设备或系统选择性接收且视为有价物件的面额的硬币。

在一些实施方式中，如图1中示出的，硬币测试仪1可以包括宽带信号发生器5、硬币传感器10、处理器20、计算机可读存储介质30和温度传感器40。处理器20可以经由地址和数据总线22耦合到存储介质30。处理器20也可以通过通信总线25耦合到宽带信号发生器5、硬币传感器10和温度传感器40。宽带信号发生器5的驱动信号也通过链路7耦合到硬币传感器10。

处理器20被配置成控制宽带信号发生器5、硬币传感器10和温度传感器40。宽带信号发生器5被配置成在链路7上向硬币传感器10输出驱动信号。硬币传感器10被配置成响应于接收来自带宽信号发生器5的驱动信号输出测量信号(未示出)。从硬币传感器10输出的测量信号被配置成受硬币(未示出)的存在的影响。

在一个方面，存储介质30被配置成存储硬币传感器10的阻抗模型。此阻抗模型可以表示一个或多个硬币配置参数对由硬币传感器10产生的测量信号的预期影响。硬币配置参数可以是但不限制于总层数、层导电率、层磁导率、层同质性、层材料、剥离或它们的任何组合。如将在本公开内容的后续部分中讨论的，可以在实验室中并且在不具有物理硬币样本的情况下导出这样的阻抗模型。以此方式，该装置和方法可以与现有硬币一起使用，且也可以被用作有助于设计未来硬币的预测工具。在导出阻抗模型之后，然后可将阻抗模型存储在存储介质30上。

在另一方面，处理器20被配置成在将硬币带到硬币传感器10附近期间或之后计算阻抗模型的系数。该处理器还被配置成对计算的系数应用验收标准，以确定所接收的硬币是否落入预定的硬币分类中。在一些实施方式中，该验收标准可以包括确定测试的硬币是否与非真正硬币分类一致。

在一些实施方式中，驱动信号可以包括伪随机序列、脉冲串、正弦波、锯齿波或它们的任何组合。然而，应理解的是，在不脱离本公开内容的精神和范围的前提下，该驱动信号也还可以包括任何信号。如在本公开内容中所使用的，术语“随机”在本文中意在不仅包括但不限制于纯随机的、非确定性地生成的信号，而且还包括伪随机和/或确定性信号(诸如，设有反馈回路的移位寄存器的输出，以生成伪随机二进制信号和混沌信号)。

如前述部分中所讨论的，处理器20被配置成通过通信总线25控制宽带信号发生器5。在一个方面，该处理器可以被配置成控制宽带信号发生器5输出的驱动信号的多个特性，诸如但不限制于，信号类型、信号形状、频率、上升时间、下降时间、死区时间、电压、电流或它们的任何组合。在一些实施方式中，宽带信号发生器5可以含有内部模拟-数字转换器，该模拟-数字转换器对宽带信号发生器5输出的驱动信号进行采样和数字化。在一些设计中，处理器25可以命令宽带信号发生器5通过通信总线25传输数字化的信号。

在一些实施方案中，硬币传感器10包括线圈。在一些方面，该线圈可包括线(wire)，其本身围绕环形芯缠绕N匝。例如，参照图2，硬币传感器10可包括线圈100，线圈100本身包括线(未示出)，该线围绕环形芯缠绕N次。在一些实施方式中，该环形芯可包括铁磁芯、叠片芯、铁氧体芯、陶瓷芯、塑料芯、复合材料芯或它们的任何组合。然而，应注意的是，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，线还可以缠绕“空气芯”N次。还应理解的是，线圈可包括不同的几何形状。例如，虽然图2中示出的线圈100的几何形状是环形的，应注意的是，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以使用其他线圈几何形状诸如但不限制于平面、圆柱形、螺旋形、扁平、沙漏形等。

在一些实施方式中，硬币传感器10可包含多个线圈。例如，在图2中示出的实施方案中，硬币传感器10包括驱动线圈100和拾波线圈120。在对测试的硬币和线圈之间的剥离尺度不敏感的情况下，这样的双线圈配置可以是有利的。。测试的硬币110可以布置在驱动线圈100和拾波线圈120之间。驱动线圈100可以被配置成接收来自宽带信号发生器5的驱动信号，并响应于该驱动信号生成一个场。拾波线圈120可以被配置成接收该生成的场，并输出受测量的硬币110的存在影响的测量信号。

在一些实施方案中，由拾波线圈120输出的测量信号可以表示硬币110中的感应涡电流的效应。例如，参照图3，由源210驱动的驱动线圈200生成磁场220，磁场220在导体240中感应涡电流230。拾波线圈250可以被放置成靠近驱动线圈200，且从而能够输出表示硬币110中的感应涡电流的效应的测量信号。

返回参照图2，驱动线圈100和拾波线圈120分别可以是桥接电路的一部分、单独的、耦合到附加电路系统、或它们的任何组合。例如，拾波线圈120的测量信号可被耦合到模拟-数字转换器电路，该模拟-数字转换器电路输出数字测量信号。参照图1，这样的数字测量信号可以通过通信总线25输出到处理器20以用于后续处理。返回参照图2，硬币传感器10还可以包括信号处理电路系统，其中该信号处理电路系统预处理该驱动信号，之后该驱动信号被施加至驱动线圈100。

如该图中示出的，驱动线圈100和拾波线圈120各自具有一个外半径，该外半径大于测试的硬币110的外半径。在这样的配置中，在存在硬币的情况下，测试的硬币的边缘效应会对线圈的阻抗变化具有显著影响，这是因为在存在硬币的情况下线圈电抗中的净变化与线圈同硬币半径的比成比例下降。因此，忽视这样的边缘效应的解决方案(诸如由Theodoulidis等人提出的)可能不能为某些线圈/硬币配置组合提供可接受的准确度程度。

例如，图18例示根据表1的线圈/硬币1参数的线圈/硬币配置组合的误差，该误差是由应用Theheodoulidis等人提出的解决方案引起的，该解决方案基于的假设是导体半径相对于传感器半径是无限大的，使得该导体的边缘效应可以被忽略，其中r₁是线圈内半径，r₂是线圈外半径，z₂-z₁是线圈厚度，z₁是线圈和硬币配置之间的剥离尺度，并且N是匝数。图19例示根据表1的线圈/硬币2参数的线圈/硬币配置组合的误差，该误差是由应用Theheodoulidis等人提出的解决方案而引起的。

(表1)

如图中示出的，计算的线圈的电抗和电阻的变化中的百分比误差与线圈和硬币配置半径之间的比成反比。因此，如将在在本公开内容的后面的部分中讨论的，在一些实施方案中，可以在实验室中导出解释这样的边缘效应的阻抗模型并将该阻抗模型存储在基于本文中所讨论的封闭形式(closed-form)分析解的硬币测试仪上。

本文中所公开的装置和方法适用于在宽范围的硬币传感器/线圈半径与硬币配置半径之间的比(诸如但不受限于下面的比：0.000001、0.000002、0.000005、0.000010、0.000020、0.000050、0.000100、0.000200、0.000500、0.001000、0.002000、0.005000、0.010000、0.020000、0.050000、0.100000、0.200000、0.500000、1.00、2.00、5.00、10.00、20.00、50.00、100.00、200.00、500.00、1000.00、2000.00、5000.00、10,000.00、20,000.00、50,000.00、100,000.0、200,000.0、500,000.0、1,000,000.0、10,000,000.0、以及这些中的任何两个之间的范围)上解释硬币配置对由硬币传感器产生的测量信号的边缘效应。

如早前所指出的，返回参照图1，计算机可读存储介质30可以经由地址和数据总线22耦合到处理器。在一些实施方式中，该计算机可读存储介质可以包括非易失性存储器。然而，应注意的是，该计算机可读存储介质可包括其它设备，并不一定需要经由地址和数据总线22耦合到处理器20。例如，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，计算机可读存储介质可包括ROM、RAM、闪存、EEPROM、硬盘、CD、DVD、固态存储器、软盘、磁带、蓝光或其任何组合。作为其他实施例，该计算机可读存储介质可经由i²c、SPI、以太网、无线、纤维光学或其任何组合耦合到处理器。

在又一个实施方案中，温度传感器40被配置成感测硬币测试仪1的环境温度。在一个方面，处理器20可被配置成计算环境温度对模型系数的预期效应。

在另一方面，本文中公开了使用硬币测试仪测试硬币的方法。在一些实施方式中，如在图7的步骤610–695中总体示出的，测试硬币的方法可以包括步骤：驱动硬币传感器、在存在硬币的情况下获得测量样本、求解阻抗模型系数、应用验收标准以及确定该硬币是否落入预定的硬币分类中。在一些实施方案中，该方法还可以包括接受该硬币的步骤(步骤690)或者拒绝该硬币(步骤695)。

如前述部分中所讨论的，本文中公开了一种分析解，该分析解提供一种表示硬币配置对由硬币传感器输出的测量信号的预期影响的阻抗模型。此阻抗模型可以被用来在不具有物理硬币样本的情况下确定硬币配置对硬币传感器测量信号的预期影响。在一些实施方案中，导出的模型解释硬币配置在对预期硬币传感器测量信号的所述影响上的边缘效应。导出的模型随后可被存储在硬币测试仪的计算机可读存储介质上，并且可以被用来帮助确定测试的硬币是否落入一个预定的硬币分类内。

在图4-6中，为了清楚起见示意性地示出线圈300、400和500。应注意的是，虽然匝未示出，但本领域技术人员将明了，线圈应具有一匝或多匝。如图4中示出的，线圈300具有中心轴线310、高度(z₂-z₁)、内半径r₁、外半径r₂，其中，外半径r₂大于硬币配置330的外半径c₂。在一些方面，线圈300外半径r₂与硬币配置330外半径c₂的比可以引起硬币配置330的相当大的(substantial)边缘效应。硬币配置330的顶部表面和线圈300的底部表面被分隔开剥离尺度z₁。硬币配置330本身可以包括由同轴的第一材料344和第二材料346组成的单个非同质的第一层340，具有高度d₂和内半径c₁。第一材料344和第二材料346分别具有相对磁导率μ_rle和μ_rlc的固有特性。第一材料344和第二材料346还分别具有导电率σ_1e和σ_1c的固有特性。在一个方面，该第一材料和第二材料中的每一个都可以由不同的材料、元素、化合物或合金制成。应注意的是，可能在硬币设计中使用非导体。例如，第二材料346可能是塑料、陶瓷、合成物、空气或其任何组合。

在一些实施方案中，如图5中示出的，线圈400具有中心轴线410、高度(z₂-z₁)、内半径为r₁、外半径r₂，其中线圈400的外半径r₂与硬币配置430的外半径c的比引起硬币配置430的相当大的边缘效应。硬币配置430的顶部表面和线圈400的底部表面被隔开剥离尺度z₁。

硬币配置430本身可以包括非同质的第一层440、同质的第二层450和同质的第三层460。第一层440本身由同轴的第一材料444和第二材料446组成，具有高度d₂和内半径c₁。第一材料444和第二材料446可以分别具有相对磁导率μ_rle和μ_rlc的固有特性。第一材料444和第二材料446还分别具有导电率σ_1e和σ_1c的固有特性。第二层450本身由同质的材料454组成、具有的高度为(d₃-d₂)，且具有相对磁导率μ_r2和电导率σ₂的固有特性。类似地，第三层460本身由同质的材料464组成，具有的高度为(d₃-d₄)，且具有相对磁导率μ_r3和电导率σ₃的固有特性。

可以以项：角频率ω、自由空间磁导率常量μ₀、线圈匝数N、源波矢量C、特征值为k_í的对角矩阵K、两个贝塞尔函数的点积的对角矩阵E和表示导体层0和1层之间的反射系数的全矩阵R_0/1s，根据下面的一组等式来表示考虑了上述线圈/硬币配置的硬币配置边缘效应的阻抗模型，所述一组等式为：

Z_{0} = \frac{jω 4 π μ_{0} N^{2}}{{(r_{2} - r_{1})}^{2} {(z_{2} - z_{1})}^{2}} Σ_{i = 1}^{\infty} \frac{χ^{2} (k_{i} r_{1}, k_{i} r_{2})}{{[h J_{0} (k_{i} h)]}^{2} k_{i}^{7}} [k_{i} (z_{2} - z_{1}) + e^{- k_{i} (z_{2} - z_{1})} - 1]

(等式1)

ΔZ = \frac{jωπ μ_{0} N^{2}}{{(r_{2} - r_{1})}^{2} {(z_{2} - z_{1})}^{2}} C^{T} {KE}^{- 1} R_{0 / 1 s} C

(等式2)

C = (e^{- {kz}_{1}} - e^{- {kz}_{2}}) K^{- 4} χ ({kr}_{1}, {kr}_{2})

(等式3)

(等式4)

(等式5)

R_0/1s＝2U₁(I+R_1/2)[U₁(I+R_1/2)+K^-1V₁P₁(I-R_1/2)]^-1-I (等式6)

全矩阵R_j/j+1是导体层j和j+1之间的反射系数，并且可以根据下面的等式表达全矩阵R_j/j+1：

R_{j / j + 1} = e^{- p_{j} d_{j + 1}} {{2 U}_{j}^{- 1} U_{j + 1} (e^{- p_{j + 1} d_{j + 1}} + e^{p_{j + 1} d_{j + 1}} R_{j + 1 / j + 2}) \cdot [U_{j + 1} (e^{- p_{j + 1} d_{j + 1}} +

e^{p_{j + 1} d_{j + 1}} R_{j + 1 / j + 2}) + U_{j} P_{j}^{- 1} V_{j}^{- 1} V_{j + 1} P_{j + 1} {(e^{- p_{j + 1} d_{j + 1}} e^{p_{j + 1} d_{j + 1}} R_{j + 1 / j + 2})]}^{- 1} .

U_{j} - I} e^{- p_{j} d_{j + 1}}

(等式7)

全矩阵T_j/j+1是导体层j和j+1之间的传输系数，并且可以根据下面的等式表达全矩阵T_j/j+1：

T_{j - 1 / j} =

{2 μ}_{r_{j}} (μ_{r_{j}} (e^{- p_{j} d_{j}} + e^{p_{j} d_{j}} R_{j / j + 1}) +

(等式8)

μ_{r_{j}} P_{j - 1}^{- 1} P_{j} {(e^{- p_{j} d_{j}} - e^{p_{j} d_{j}} R_{j / j + 1}))}^{- 1} e^{- p_{j - 1} d_{j}} T_{j - 2 / j - 1}

项χ(k_ir₁，k_ir₂)是贝塞尔函数的有限积分的矢量，可以根据下面的等式计算χ(k_ir₁，k_ir₂)：

χ (k_{i} r_{1}, k_{i} r_{2}) =

\frac{π}{2} [k_{i} r_{2} (J_{0} (k_{i} r_{2}) H_{1} (k_{i} r_{2}) - J_{1} (k_{i} r_{2}) H_{0} (k_{i} r_{2})) - k_{i} r_{1} (J_{0} (k_{i} r_{1}) H_{1} (k_{i} r_{1}) -

J_{1} (k_{i} r_{1}) H_{0} (k_{i} r_{1}))]

(等式9)

项是波在轴向方向上的衰减的对角矩阵，并且可以根据下面的等式来计算：

(等式10)

U_j和V_j各自是全矩阵，其表示导体的每层的数学描述。对于同质层，可以根据下面的等式表达U_ij和V_ij：

U_{ij} =

\frac{c}{q_{j}^{2} - k_{i}^{2}} [k_{i} J_{0} (k_{i} c) J_{1} (q_{j} c) - q_{j} J_{1} (k_{i} c) J_{0} (q_{j} c)] R_{1} (p_{j} c) - \frac{c}{p_{j}^{2} - k_{i}^{2}} [k_{i} J_{0} (k_{i} c) J_{1} (q_{j} c) -

\frac{1}{μ_{r}} q_{j} J_{1} (k_{i} c) J_{0} (q_{j} c)] R_{1} (p_{j} c)

(等式11)

V_{ij} =

\frac{1}{μ_{r}} \frac{c}{q_{j}^{2} - k_{i}^{2}} [k_{i} J_{0} (k_{i} c) J_{1} (q_{j} c) - q_{j} J_{1} (k_{1} c) J_{0} (q_{j} c)] R_{1} (p_{j} c) - \frac{c}{p_{j}^{2} - k_{i}^{2}} [k_{i} J_{0} (k_{i} c) J_{1} (q_{j} c) -

\frac{1}{μ_{r}} q_{j} J_{1} (k_{i} c) J_{0} (q_{j} c)] R_{1} (p_{j} c)

(等式12)

对于非同质层，可以根据下面的等式表达U_ij和V_ij：

U_{ij} =

\frac{c_{1}}{q_{j}^{2} - k_{i}^{2}} [k_{i} J_{0} (k_{i} c_{1}) J_{1} (q_{j} c_{1}) - q_{j} J_{1} (k_{i} c_{1}) J_{0} (q_{j} c_{1})] R_{1} (p_{j} c_{2}) +

\frac{1}{s_{j}^{2} - k_{i}^{2}} [c_{2} (k_{i} J_{0} (k_{i} c_{2}) L_{1} (s_{j} c_{2}) - s_{j} J_{1} (k_{i} c_{2}) L_{0} (s_{j} c_{2})) - c_{1} (k_{i} J_{0} (k_{i} c_{1}) L_{1} (s_{j} c_{1}) -

s_{j} J_{1} (k_{i} c_{1}) L_{0} (s_{j} c_{1}))] R_{1} (p_{j} c_{2}) - \frac{c_{2}}{p_{j}^{2} - k_{i}^{2}} {k_{i} J_{0} (k_{i} c_{2}) - J_{1} (k_{i} c_{2}) [\frac{1}{μ_{e}} ({sL}_{0} (s_{i} c_{2}) -

\frac{1}{c_{2}} L_{1} (s_{i} c_{2})) + \frac{1}{c_{2}} L_{1} (s_{j} c_{2})]} R_{1} (p_{j} c_{2})

(等式13)

V_{ij} =

\frac{1}{μ_{c}} \frac{c_{1}}{q_{j}^{2} - k_{i}^{2}} [k_{i} J_{0} (k_{i} c_{1}) J_{1} (q_{j} c_{i}) - q_{j} J_{1} (k_{i} c_{1}) J_{0} (q_{j} c_{1})] R_{1} (p_{j} c_{2}) +

\frac{1}{μ_{e}} \frac{1}{s_{j}^{2} - k_{i}^{2}} [c_{2} (k_{i} J_{0} (k_{i} c_{2}) L_{1} (s_{j} c_{2}) - s_{j} J_{1} (k_{i} c_{2}) L_{0} (s_{j} c_{2})) - c_{1} (k_{i} J_{0} (k_{i} c_{1}) L_{1} (s_{j} c_{1}) -

s_{j} J_{1} (k_{i} c_{1}) L_{0} (s_{j} c_{1}))] R_{1} (p_{j} c_{2}) - \frac{c_{2}}{p_{j}^{2} - k_{i}^{2}} {k_{i} J_{0} (k_{i} c_{2}) - J_{1} (k_{i} c_{2}) [\frac{1}{μ_{e}} ({sL}_{0} (s_{i} c_{2}) -

\frac{1}{c_{2}} L_{1} (s_{i} c_{2})) + \frac{1}{c_{2}} L_{1} (s_{j} c_{2})]} R_{1} (p_{j} c_{2})

(等式14)

项R_n(pc)是贝塞尔函数交叉积的对角矩阵，可以根据下面的等式表达R_n(pc)：

(等式15)

项是具有系数的贝塞尔函数的之间的差矢量，可以根据下面的一组等式表达

L_{n} (s_{i} r) = [C_{ce} J_{n} (s_{i} r) - D_{ce} Y_{n} (s_{i} r)]

(等式16)

C_{ce} =

\frac{π}{2 μ_{c}} [Y_{1} (s_{i} c_{1}) (J_{1} (q_{i} c_{1}) μ_{e} - q_{i} J_{0} (q_{i} c_{1}) μ_{e} c_{1} - J_{1} (q_{i} c_{1}) μ_{c}) + Y_{0} (s_{i} c_{1}) J_{1} (q_{i} c_{1}) μ_{c} c_{1} s_{i}]

(等式17)

D_{ce} =

\frac{π}{2 μ_{c}} [J_{1} (s_{i} c_{1}) (J_{1} (q_{i} c_{1}) μ_{e} - q_{i} J_{0} (q_{i} c_{1}) μ_{e} c_{1} - J_{1} (q_{i} c_{1}) μ_{c}) + J_{0} (s_{i} c_{1}) J_{1} (q_{i} c_{1}) μ_{c} c_{1} s_{i}]

(等式18)

对于同质层j，可以根据下面的一组等式计算特征值q_j和p_j：

f (p_{i}) = \frac{1}{μ_{r}} R_{1} (p_{i} c) J_{0} (q_{i} c) q_{i} - p_{i} R_{0} (p_{i} c) J_{1} (q_{i} c) = 0

(等式19)

f_{approx} (p_{i}) = \frac{1}{μ_{r}} J_{0} (q_{i} c) q_{i} - j \cdot p_{i} J_{1} (q_{i} c) = 0 when imag (p) > 700

(等式20)

q = \sqrt{p^{2} - jω μ_{0} μ_{r_{j}} σ_{j}}

(等式21)

对于非同质层j，可以根据下面的一组等式计算特征值q_j、p_j和s_j：

f (p_{i}) =

\frac{1}{μ_{r_{e}}} [s L_{0} (s_{i} c_{2}) - \frac{1}{c_{2}} L_{1} (s_{i} c_{2})] R_{1} (p_{i} c_{2}) - [p_{i} R_{0} (p_{i} c_{2}) - \frac{1}{c_{2}} R_{1} (p_{i} c_{2})] L_{1} (s_{i} c_{2}) = 0

(等式22)

f_{approx} (p_{i}) = \frac{1}{μ_{r_{e}}} s L_{0} (s_{i} c_{2}) - [\frac{1}{c_{2}} (\frac{1}{μ_{r_{e}}} - 1) + j \cdot p_{i}] L_{1} (s_{i} c_{2}) = 0; when imag (p) >

700

(等式23)

q = \sqrt{p^{2} - jω μ_{0} μ_{r_{jc}} σ_{jc}}

(等式23)

s = \sqrt{p^{2} - jω μ_{0} μ_{r_{je}} σ_{je}}

(等式24)

应注意的是，虽然以单个线圈配置为背景讨论了等式1-24，但在不脱离本发明的精神和范围的前提下，分析解可以扩展到其它配置。例如，在一个实施方案中，如图6中总体示出的，硬币传感器可以包括驱动线圈500和拾波线圈520。在此实施方式中，驱动线圈500具有中心轴线510、高度(z₂-z₁)、内半径r₁、外半径r₂，其中线圈外半径r₂与硬币配置530外半径c的比引起硬币配置530的边缘效应。硬币配置530的顶部表面和驱动线圈500的底部表面分隔开剥离尺度z₁。

在另一方面，拾波线圈520具有中心轴线510、高度(z₄-z₃)、内半径r₃、外半径r₄，其中外半径r₄大于硬币配置530的外半径c。硬币配置530的底部表面和拾波线圈500的顶部表面分隔开剥离尺度(z₃-d₄)。

硬币配置530本身可以包括非同质的第一层540、同质的第二层550和同质的第三层560。第一层540本身由同轴的第一材料544和第二546组成，具有高度d₂和内半径c₁。第一材料544和第二材料546可以分别具有相对磁导率μ_rle和μ_rlc的固有特性。第一材料544和第二材料546还分别具有导电率σ_le和σ_lc的固有特性。第二层550本身由同质的材料554组成，具有高度(d₃-d₂)，且具有相对磁导率μ_r2和电导率σ₂的固有特性。类似地，第三层560本身由同质的材料564组成,具有高度(d₃-d₄)，且具有相对磁导率μ_r3和电导率σ₃的固有特性。

可以以不同的方式耦合驱动线圈500和拾波线圈520。例如，在一个实施方案中，可以以串联方式耦合驱动线圈500和拾波线圈520。在此配置中，在硬币配置530没有被布置在驱动线圈500和拾波线圈520之间的情况下，可以根据下面的等式表达阻抗：

Z₀＝Z0₁+Z0₂±2·Z0_1/2 (等式25)

在存在硬币结构530的情况下，串联配置的阻抗根据下面的等式变化：

Z_C＝Z0₁+ΔZ₁+Z0₂+ΔZ₂±2·Z_1/2 (等式26)

虽然上述等式针对串联耦合的驱动/拾波双线圈配置，但应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以使用许多其他配置。例如，可以串联方式或以并联方式连接两个以上的线圈。另外，也可以以几种不同方式(诸如但不限制于，以并行方式)耦合线圈。例如，在硬币配置530没有布置在驱动线圈500和拾波线圈520之间的情况下，可以根据下面的等式表达并联双线圈配置的阻抗：

(等式27)

在硬币配置530布置在驱动线圈500和拾波线圈520之间的情况下，可以根据下面的等式表达并联双线圈配置的阻抗：

(等式28)

在不存在硬币配置530的情况下，可以根据下面的等式表达串联或并联配置中任一个的两个线圈Z0_1/2之间的互阻抗：

{Z 0}_{1 / 2} = \frac{jω N_{1} N_{2} μ_{0}}{(r_{2} - r_{1}) (z_{2} - z_{1}) (r_{4} - r_{3}) (z_{4} - z_{3})} χ (k^{T} r_{3}, k^{T} r_{4}) (e^{- k z_{1}} - e^{- k z_{2}}) K^{- 7} E^{- 1} \cdot

(e^{{kz}_{4}} - e^{k z_{3}}) χ ({kr}_{1}, {kr}_{2})

(等式29)

在存在硬币配置530的情况下，可以根据下面的等式表达串联或并联配置中任一个的两个线圈Z0_1/2之间的互阻抗：

z_{1 / 2} = \frac{jω N_{1} N_{2} μ_{0}}{(r_{2} - r_{1}) (z_{2} - z_{1}) (r_{4} - r_{3}) (z_{4} - z_{3})} χ ({k^{T}}_{r_{3}}, {r^{T}}_{r_{4}}) (e^{k z_{4}} - e^{{kz}_{3}}) K^{- 3} T_{II / III} E^{- 1} K^{- 4} .

(e^{- k z_{1}} - e^{- {kz}_{2}}) χ ({kr}_{1}, {kr}_{2})

(等式30)

应理解，在不脱离本公开内容的精神和范围的前提下，本文中所公开的封闭形式的分析解可被应用于不同的线圈几何形状。例如，在一些实施方案中，本文中所公开的封闭形式的分析解可被应用于圆柱形平面线圈几何形状。在一方面，参见图22，平面线圈2100可包括第一层2102和第二层2104，其中层2102和2104间隔距离(z₁₂-z₁₁)。在一些实施方案中，可用绝缘体执行层间隔，该绝缘体具有与空气类似的电和磁特性。在一些实施方案(诸如在图22中示出的一个实施方案)中，两个层可具有相同的半径和匝数，并且可以串联连接。然而，应注意的是，在不脱离本公开内容的精神和范围的前提下，平面线圈2100可以具有不同匝数和不同半径的层，并且可以不同的方式连接。

如图22中示出的，硬币配置2130包括单层2140材料2144，其具有磁导率、导电率、半径c和高度d₂。

在此实施方式中，可以根据下面的等式表达空气中的互阻抗：

Z_{l 1 / l 2} = \frac{jπω μ_{0} N^{2}}{{(r_{2} - r_{1})}^{2}} χ (k^{T} r_{1}, k^{T} r_{2}) e^{- k z_{l 2}} e^{z_{l 1}} K^{- 5} E^{- 1} χ ({kr}_{1}, {kr}_{2})

(等式31)

可以根据下面的等式表达由硬币配置的存在引起的互阻抗变化：

Z_{l 1 / l 2} = \frac{jπω μ_{0} N^{2}}{{(r_{2} - r_{1})}^{2}} χ (k^{T} r_{1}, k^{T} r_{2}) K^{- 2} e^{- k z_{l 2}} E^{- 1} R_{0 / 1 s} e^{z_{l 1}} K^{- 3} χ ({kr}_{1}, {kr}_{2})

(等式32)

应注意的是，虽然在图22中示出的实施方案包括双层平面线圈配置，但本领域技术人员应理解，在不脱离本公开内容的精神和范围的前提下，等式31和32可以被扩展到具有多于或少于两层的线圈。本领域技术人员还应理解等式31-32可以与其他先前公开的等式结合，为多层硬币配置提供解。

此外，技术人员应该清楚的是，等式1-32公开了一种分析解，以在存在硬币配置的情况下确定硬币配置对硬币传感器输出的测量信号的影响，而不需要物理硬币样本。

此外，应清楚的是，该分析解解释硬币配置在对硬币传感器测量信号的所述影响上的边缘效应。例如，分析解被应用到根据表2中的参数指定的线圈/硬币配置。

(表2)

使用FEM(有限元建模)和本文中所公开的分析解来计算硬币配置对表1的线圈的预期影响。如图20-21中示出的，在解释导体在对硬币传感器测量信号的所述影响上的边缘效应的过程中，本文中所公开的封闭形式的分析解或等式的准确度密切追踪且在一些实例中优于FEM。

此外，所述方程可被用来对便于快速表征多种线圈/硬币配置的模拟应用进行编程。例如，本领域技术人员将理解，可以使用多种高级语言(诸如但不限制于，Matlab、Mathematica、Octave、C++、C、C#、Java或其任何组合)来使用前述方程对模拟应用进行编程。

在一方面，上述方程可以被用来对模拟硬币对由硬币传感器生成的场的影响的计算机实施的方法进行编程。然而，应注意的是，虽然下面的讨论针对一种实施计算机实施的方法，但该方法可以以多种形式呈现。例如，在不脱离本公开内容的精神和范围的前提下，下面的步骤的任何一部分或全部可以被呈现在具有用于执行所描述的方法和步骤的计算机可执行指令的非易失性计算机可读介质中。然而，应理解的是，在不脱离本公开内容的精神和范围的前提下，即将发生的步骤叶可以被呈现在具有用于执行所描述的方法和步骤的计算机可执行指令的易失性计算机可读介质中。

例如，如图8和9中示出的，在步骤710-720，处理器接收一个或多个硬币配置和线圈参数。图形化用户界面(GUI)可以被配置成接收硬币配置810和线圈参数850中的一个或多个。基于接收的参数和前述部分中公开的等式，处理器计算硬币配置对由硬币传感器产生的场的影响，如步骤730中示出的。

例如，参照图9,线圈参数可以被输入到GUI中，诸如但不限制于布置812、几何形状814、耦合816、驱动内半径818、驱动外半径820、驱动高度822、驱动匝数824、驱动剥离826、拾波内半径828、拾波外半径830、拾波高度832、拾波匝数834、拾波线圈和硬币配置之间的间距836、开始激励频率838、停止激励频率840、步进激励频率842或其任何组合。处理器可以被配置成接收至少一个这样的硬币配置参数。

在另一方面，硬币配置参数可以被输入到GUI中，诸如但不限制于，层数854、外半径856、内半径858、层号860、层材料862、层高度864、层相对磁导率868、层导电率870、预设配置872或其任何组合。在一些实施方案中，通用模拟参数也可以被输入到GUI中，诸如特征值的数量844、截断半径846或其任何组合。处理器可以被配置成接收至少一个这样的线圈参数。

在一方面，GUI可以被配置成接收指定线圈参数、硬币配置参数或其任何组合的外部文件作为输入。在一些设计中，该处理器可以被配置成扫描接收的针对线圈参数或硬币配置参数的文件，并且相应地填入适当的GUI字段(field)。在一些实施方案中，外部文件可以包括多种格式，诸如但不限制于文本、文档、便携式文档格式、富文本格式、逗号分隔值、表格(例如，“.xls”)、HTML、XML或其任何组合。在一些方面，处理器可以被配置成与数据库通信，诸如但不限制于关系数据库、非关系数据库或其任何组合。在一种设计中，处理器可以被配置成基于最终用户对预设的线圈和/或硬币配置的选择查询数据库以得到线圈和/或硬币配置参数，且填入适当的GUI字段。

然而，应注意的是，在不脱离本公开内容的精神和范围的前提下，GUI可以包括其他硬币配置和/或线圈参数，且可以通过处理器接收其它硬币配置和/或线圈配置参数。例如，在一方面，线圈参数还可以包括温度。在又另一方面，线圈参数可以包括线圈的驱动信号参数，诸如但不限制于占空因子(fill-factor)、激励信号类型、激励信号形状、激励频率、上升时间、下降时间、死区时间、电压、电流、模拟步进频率或其任何组合。在一些实施方式中,可以提供线圈配置的公差作为线圈参数,诸如但不限制于高度、内半径、外半径、剥离、材料、匝数、电压、电流、频率、上升时间、下降时间其任何组合中的公差。在一些实施方式中，可以提供硬币配置的公差作为硬币配置参数，诸如但不限制于高度、半径、磁导率、导电率、材料、同质性或其任何组合中的公差。

在一些实施方式中，处理器可以被配置成表示硬币配置参数对硬币传感器测量信号的影响的不同方面。例如，处理器可被配置成将该影响表达为线圈阻抗随频率的变化、相对线圈阻抗随频率的变化、随频率的线圈阻抗、随频率的相对线圈阻抗、随频率的互阻抗或其任何组合。在一方面，还可以不同的方式表示该影响，诸如但不限制于交互式图形、非交互式图形、统计图表、数值表示、表格表示或其任何组合。

在一方面，处理器可以被配置成将硬币配置参数对线圈的影响表达为在硬币配置的每层中感应的涡电流的表示。例如，对于同质层，可以根据下面的等式表达在第j层中感应的涡电流密度：

J_{Φ_{j}} (r, z) = - j \frac{1}{2} \frac{ω σ_{j} μ_{0} NI}{(r_{2} - r_{1}) (z_{2} - z_{1})} J_{1} (q_{j}^{T} r) R_{1} (p_{j} c) (e^{p_{j} z} + e^{- p_{j} z} R_{j / j + 1}) T_{j / j - 1} C

(等式33)

对于非同质层，可以根据下面的一组等式表达在第j层中感应的涡电流密度：

J_{Φ_{j}}^{(c)} (r, z) = - j \frac{1}{2} \frac{ω σ_{jc} μ_{0} NI}{(r_{2} - r_{1}) (z_{2} - z_{1})} L_{1} (q_{j}^{T} r) R_{1} (p_{j} c_{2}) (e^{p_{j} z} + e^{- p_{j} z} R_{j / j + 1}) T_{j / j - 1} C

(等式34)

J_{Φ_{j}}^{(e)} (r, z) = - j \frac{1}{2} \frac{ω σ_{je} μ_{0} NI}{(r_{2} - r_{1}) (z_{2} - z_{1})} L_{1} (s_{j}^{T} r) R_{1} (p_{j} c_{2}) (e^{p_{j} z} + e^{- p_{j} z} R_{j / j + 1}) T_{j / j - 1} C

(等式35)

因此，本领域技术人员应清楚的是，上述等式可以被用来对如下的应用进行编程，该应用将硬币配置参数对线圈的影响表达为在硬币配置的每层中感应的涡电流的表示。

例如，在一些实施方式中，诸如图10中示出的GUI900，处理器被配置成计算电流密度的幅度图910和角度图920。在一些实施方式中，GUI900可以包括控件930，控件930可以被用来通过对图轴操纵来便于用户交互。在一些实施方案中，如该图中示出的，控件930可含有选择控件932，选择控件932被配置成接收来自最终用户的选择的层号作为输入。处理器可以被配置成接收来自选择控件932的选择的层号，并计算所选择的层的电流密度幅度图910和角度图920。在其他方面，图像用户界面900还可以含有控件940，以修改线圈参数。例如，控件940可以包括输入电流控件942、频率控件944或其任何组合。电流控件942和频率控件944可以被配置成接收用户的输入，并且将所接收的输入传递到处理器，以用于重新计算产生的涡电流密度图910和920。

然而，应理解的是，虽然例示的控件940被配置成调整输入电流和频率，但在不脱离本公开内容的精神和范围的前提下，可以使用GUI900来调整其他线圈/硬币配置参数。还应注意的是，在不脱离本公开内容的精神和范围的前提下，其他类型的控件和其它控制功能可以被包括在GUI中。例如，可以添加附加的控件以控制容限、尺度、材料特性或其任何组合。

还应注意的是，虽然处理器可以被配置成单独绘制每层的涡电流密度分布，但处理器还可以被配置成在单个图上显示整体多层硬币配置的涡电流密度分布。例如，如图11-12中示出的，每个图包括多层硬币的涡电流密度分布的幅度。还应注意的是，该处理器可被配置成比较单个硬币在不同的频率下的电流密度分布。例如图11例示了锌-铜-铝硬币配置在1kHz、10kHz和80kHz下的涡电流密度分布。在一些实施方式中，处理器可以被配置成为给定的多层硬币配置绘制整体涡电流密度分布的角度。例如，参照图13，在图1210中绘制了对应于图11的涡电流密度幅度图1010的整体涡电流密度分布的角度。

在一些实施方案中，处理器还可以被配置成计算硬币传感器(如在指定的硬币配置和参考数据集之间)的区别性能。可以使用多种技术计算区别性能，诸如但不限制于线性区别分析。

在一些方面，如图14中示出的，GUI 1300可以被编程以便于线圈/硬币配置区别性能的可视化。如该图中示出的，可以提供控件1310-1330以加载多种硬币配置、公差和设置。

在图14中示出的实施方案中，硬币配置设置1310可以包括层导电率公差、层磁导率公差、层高度公差或其任何组合。例如，在指示器1350和1360中显示了为第一个五层硬币配置和第二个五层硬币配置中的每层所配置的设置。应注意的是，除了在图14中示出的硬币配置设置以外，在不脱离本公开内容的精神和范围的前提下，GUI可以被配置成接收其他硬币配置参数公差。

如图14中示出的，线圈设置可以包括内半径、外半径、匝数、线圈数、耦合或其任何组合。然而，应理解的是，在不脱离本公开内容的精神和范围的前提下，GUI还可以包括其他线圈参数。

还可以提供模拟设置控件1320以调整感兴趣的频率范围。在一些实施方式中，处理器可以被配置成计算图1370，该图表示第一硬币配置1380和第二硬币配置1390的分类之间的标准偏差σ的数目。在一些实施方式中，参考数据集可包括实际硬币的配置。然而，应理解的是，参考数据集还可以包括赝品的配置、假定硬币的配置或其任何组合。这可以是在硬币的设计中特别有用的工具，在硬币的设计中期望在发出硬币配置用于制造之前确定特定的硬币配置相对于已知的伪造物是否将提供足够的分辨度。

如前述部分所讨论的，可以通过处理器接收公差作为线圈参数、硬币配置参数或其任何组合。处理器可被配置成计算任一上述表示在限定的公差参数上的分析，诸如但不限制于蒙特卡洛分析。在一些方面，如图15-16中示出的，该处理器可以被配置成计算表示线圈和/或硬币配置参数公差在硬币配置对线圈测量信号的影响上的效应的图。在一些设计中，如图17中示出，该处理器可以被配置成以归一化阻抗平面的形式表示参数变化。

在一些设计中，处理器可以被配置成接收区别性能规格和计算最佳的硬币配置。例如，该处理器可以被配置成接收参考硬币配置规格和区别性能规格(discrimination performance specification)。在一些实施方案中，GUI可以被配置成允许最终用户指定区别性能规格作为相对于参考硬币配置的若干标准偏差。然而，应注意的是，不需要使用若干标准偏差来指定区别性能规格。例如，在一个实施方案中，还可以使用其他参数(诸如但不限制于在感兴趣的频率或一组频率下的阻抗间隔(impedance separation)指定区别性能规格不限制于。在一些方面，GUI还可以被配置成接收关于最佳硬币配置设计的一组约束，诸如但不限制于材料、厚度、半径、同质性、磁导率、导电率或其任何组合。

返回参照图1，现在应清楚的是，在不具有硬币的物理样本的情况下，可以计算表示硬币配置对测量信号的预期影响的硬币传感器10的模型，并且可以将该模型存储在计算机可读存储介质30上，以用于在硬币测试仪1的运行期间的处理。还应清楚的是，在存在硬币的情况下，处理器20可被配置成计算所述模型的系数。

例如，在一个实施方式中，在将该模型存储在存储介质30上之前，可以针对给定的硬币配置在每个频率下计算每个模型系数的公差。然后该系数公差矢量和该模型可被储存在计算机可读存储介质30上。在硬币测试仪的运行期间，在硬币被带到硬币传感器10附近期间或之后，处理器20可以接收测量信号，并且使用该测量信号数据、模型、数字化驱动信号数据或者其任何组合来计算该模型的系数。在一些实施方式中，该模型系数的计算可以被约束在由先前计算并存储在存储介质30上系数公差矢量限定的范围。

尽管上文的讨论集中在示例性硬币测试仪上，但如早前所指出的，该方法和装置容易地适于与具有金属安全特征的其他货币项一起使用。可以使用任何类型的这样的货币项，包括但不限制于纸币、支票、卡、其他票据形式等。在此实例中，不依靠重力沿着硬币路径输送硬币，而是可以提供票据输送以用于接受货币项和将货币项输送到测试测仪并通过测试仪，在此情况下，该测试仪是货币测试仪。在一些实施方案中，硬币测试仪和货币测试仪二者可被用在单个机器中。在其它实施方案中，单个测试仪可适用于硬币和票据。这样的组合系统有利地节省了货币处理装置中梦寐以求的空间。

本文中所描述的硬币测试仪装置和方法是例示性的，并不意味着以任何方式限制。本领域技术人员应理解不脱离本文的公开内容的范围和精神的变型，这些变型涵盖在本文的公开内容内。

尽管在所附权利要求书中限定了本发明，但可以理解的是，还可以根据下面的实施方案替代地限定本发明：

1.一种模拟硬币对线圈产生的场的影响的计算机系统实施的方法，该方法包括：

经由一个处理器接收至少一个线圈参数；

经由所述处理器接收至少一个硬币配置参数；

基于至少所述线圈参数和所述硬币配置参数经由所述处理器计算所述至少一个硬币配置参数对所述场的所述影响。

2.实施方案1的方法，其中所述计算解释所述硬币配置在所述影响上的边缘效应。

3.实施方案1或2的方法，其中所述至少一个线圈参数包括若干线圈。

4.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个线圈参数包括高度。

5.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个线圈参数包括外半径。

6.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个线圈参数包括内半径。

7.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个线圈参数包括若干匝。

8.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括多层硬币的多个层，每个层具有多个层参数。

9.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括多个层参数。

10.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述多个层参数包括半径尺度。

11.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述多个层参数包括高度尺度。

12.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述多个层参数包括所述层材料的相对磁导率。

13.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述多个层参数包括所述层材料的导电率。

14.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述多个层参数包括层材料规格。

15.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个线圈参数包括所述硬币和所述线圈之间的剥离尺度。

16.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个线圈参数包括所述线圈的驱动频率。

17.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述处理器还被配置成将所述影响表达为所述线圈阻抗随频率的变化。

18.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述处理器还被配置成将所述影响表达为所述线圈相对阻抗随频率的变化。

19.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述处理器被配置成将所述影响表达为随频率的所述线圈阻抗。

20.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述处理器还被配置成将所述影响表达为所述线圈阻抗随频率的变化。

21.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个线圈参数包括若干线圈，所述处理器还被配置成将所述影响表达为随频率的所述若干线圈的互阻抗。

22.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述处理器还被配置成将所述影响表达为归一化阻抗平面图的变化。

23.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个线圈参数包括线圈电流。

24.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个线圈参数包括尺度公差。

25.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括尺度公差。

26.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括材料同质性。

27.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括剥离公差。

28.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括材料公差。

29.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述处理器被配置成将所述影响表达为所述硬币中感应的涡电流的表示。

30.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述硬币包括多个层，所述处理器被配置成将所述影响表达为每一层中感应的涡电流的表示。

31.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述处理器还被配置成将计算所述硬币和参考数据集之间的区别。

32.前述实施方案中的任何一个实施方案的方法，其中所述参考数据集包括第二硬币配置。

33.具有用于执行下述方法的计算机可读指令的计算机可读介质，该方法包括：

经由一个处理器接收至少一个线圈参数；

经由所述处理器接收至少一个硬币配置参数；

基于至少所述线圈参数和所述硬币参数经由所述处理器计算所述硬币配置的所述影响。

34.一种货币项测试仪设备，包括：

一个宽带信号发生器，被配置成输出驱动信号；

一个传感器，被耦合到所述驱动信号，所述传感器被配置成响应于所述驱动信号输出一个测量信号，其中所述测量信号被配置成受具有金属结构或安全特征的货币项的存在的影响；

一个计算机可读存储介质，被配置成存储所述传感器的阻抗模型，所述阻抗模型表示至少一个货币项配置参数对所述测量信号的预期影响；以及

一个处理器，被配置成在存在所述货币项的情况下计算所述模型的系数，并对所述系数应用验收标准，以确定所述货币项是否落入预定的硬币分类中。

35.实施方案34的设备，其中所述货币项包括钞票。

36.实施方案34或35的设备，其中所述金属结构包括至少一个金属箔。

37.实施方案34到36中任一个实施方案的设备，其中所述参考数据集包括至少一个膜。

38.一种使用货币项测试仪来测试货币项的方法，包括：

使用宽带信号来驱动传感器；

在存在具有金属结构或安全特征的货币项的情况下从所述传感器获得测量样本，其中所述测量样本表示所述货币项对所述传感器响应于所述驱动信号产生的场的影响；

经由一个处理器求解所述传感器的阻抗模型的系数，所述阻抗模型表示至少一个货币项配置参数对所述测量信号的预期影响；

对所述系数应用验收标准，以确定所述货币项是否落入预定的货币项分类中。

39.实施方案38的方法，其中所述货币项包括钞票。

40.一种模拟货币项对线圈产生的场的影响的计算机系统实施的方法，该方法包括：

经由一个处理器接收至少一个线圈参数；

经由所述处理器接收至少一个货币项配置参数；

基于至少所述线圈参数和所述货币项配置参数经由所述处理器计算所述至少一个货币项配置参数的所述影响。

41.实施方案40的方法，其中所述货币项包括钞票。

42.具有用于执行下述方法的计算机可读指令的计算机可读介质，该方法包括：

经由一个处理器接收至少一个线圈参数；

经由所述处理器接收至少一个货币项配置参数；

基于至少所述线圈参数和所述货币项参数经由所述处理器计算所述货币项配置的所述影响。

43.实施方案42的计算机可读介质，其中所述货币项包括钞票。

Claims

1.一种硬币测试仪设备，包括：

一个宽带信号发生器，被配置成输出驱动信号；

一个硬币传感器，被耦合到所述驱动信号，所述硬币传感器被配置成响应于所述驱动信号输出一个测量信号，其中所述测量信号被配置成受硬币的存在的影响；

一个计算机可读存储介质，被配置成存储所述硬币传感器的阻抗模型，所述阻抗模型表示至少一个硬币配置参数对所述测量信号的预期影响；以及

一个处理器，被配置成在所述硬币存在的情况下计算所述模型的系数，并对所述系数应用验收标准，以确定所述硬币是否落入预定的硬币分类中。

2.根据权利要求1所述的硬币测试仪设备,其中所述驱动信号包括一个伪随机序列。

3.权利要求1和2中所述的硬币测试仪设备，其中所述驱动信号包括伪随机脉冲串。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述测量信号表示所述硬币中的感应涡电流的效应。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述测量信号包括数字信号。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述硬币传感器包括线圈。

7.根据权利要求6所述的硬币测试仪设备，其中所述硬币配置半径小于线圈半径。

8.根据权利要求6所述的硬币测试仪设备，其中所述阻抗模型解释所述硬币配置在对所述测量信号的所述预期影响上的边缘效应。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述硬币传感器包括驱动线圈和拾波线圈。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述存储介质包括耦合到所述处理器的非易失性存储器装置。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中在不具有物理硬币样本的情况下初始地计算所述阻抗模型。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，还包括被配置感测环境温度的温度传感器，其中所述处理器还被配置成计算所述环境温度对所述系数的效应。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述硬币配置包括总层数。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述至少一个硬币配置参数包括层的磁导率。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述至少一个硬币配置参数包括层的导电率。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述至少一个硬币配置参数包括层的同质性。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述预定的硬币分类包括非真正硬币分类。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述至少一个硬币配置参数包括层材料特性。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的硬币测试仪设备，其中所述至少一个硬币配置参数包括所述线圈和所述硬币之间的剥离尺度。

20.一种使用硬币测试仪测试硬币的方法，该方法包括：

使用宽带信号来驱动硬币传感器；

在存在硬币的情况下从所述硬币传感器获得测量样本，其中所述测量样本表示所述硬币对所述硬币传感器响应于所述驱动信号产生的场的影响；

经由处理器求解所述硬币传感器的阻抗模型的系数，所述阻抗模型表示至少一个硬币配置参数对所述测量信号的预期影响；

对所述系数应用验收标准，以确定所述硬币是否落入预定的硬币分类中。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述宽带信号包括伪随机序列。

22.根据权利要求20或21所述的方法，其中所述宽带信号包括伪随机脉冲串。

23.根据权利要求20到22中的任一项权利要求所述的方法，其中所述测量样本表示所述硬币中的感应涡电流的效应。

24.根据权利要求20到23中的任一项权利要求所述的方法，其中所述测量样本包括数字信号。

25.根据权利要求20到24中的任一项权利要求所述的方法，其中所述硬币传感器包括线圈。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述硬币配置半径小于线圈半径。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述阻抗模型解释所述硬币对所述硬币传感器的边缘效应。

28.根据权利要求20到27中的任一项权利要求所述的方法，其中所述硬币传感器包括驱动线圈和拾波线圈。

29.根据权利要求20到28中的任一向权利要求所述的方法，其中所述存储介质包括耦合到所述处理器的非易失性存储器装置。

30.根据权利要求20到29中的任一项权利要求所述的方法，其中在不具有物理硬币样本的情况下初始地计算所述阻抗模型。

31.根据权利要求20到30中的任一项权利要求所述的方法还，还包括使用温度传感器测量环境温度，并计算所述环境温度对所述系数的效应。

32.根据权利要求20到31中的任一项权利要求所述的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括总层数。

33.根据权利要求20到32中的任一项权利要求所述的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括层的磁导率。

34.根据权利要求20到33中的任一项权利要求所述的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括层的导电率。

35.权利要求20到34中的任一项权利要求所述的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括层的同质性。

36.根据权利要求20到35中的任一项权利要求所述的方法，其中所述预定的硬币分类包括非真正硬币分类。

37.根据权利要求20到36中的任一项权利要求所述的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括层材料特性。

38.根据权利要求20到37中的任一项权利要求所述的方法，其中所述至少一个硬币配置参数包括所述线圈和所述硬币之间的剥离尺度。