CN1061483A - 一种磁性币的检验与控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁性币的检验与控制方法及装 置，该装置由验币系统和执行控制系统组成，其方法 是通过对磁性币的特征磁性能所对应的特征电信号 进行信号峰值，信号有效值或半波平均值，或脉冲信 号的波形进行检验并同时对币的形状进行检验以辨 别币的真伪，并实现对所接负载的运行进行控制。具 有高可靠性、多功能、制作及调试方便、成本低的特 点。适用于投币式洗衣机、游艺机、自动售货机等投 币式自动服务商业装置。

Description

本发明涉及一种磁性币的检验与控制方法及装置，它属于核算方法及装置领域。该装置由验币系统及执行控制系统组成，其方法是通过对磁性币所具有的特征磁性能所对应的特征电信号进行信号峰值、信号有效值或半波平均值、或脉冲信号的波形进行检验并同时对币的形状进行检验以辨别币的真伪，并实现对所接负载的运行进行控制。

在美国专利US4448，297中公开了一种磁性币的有效性辨别方法及装置。其方法是基于对磁性币在线圈中所产生的电感量的检验，即检验投入币所在线圈的电感量是否与预先固定设置在另一个完全相同的线圈中的标准币所具有的电感量相匹配来辨别投入币的真伪。其装置是在一矩形激磁线圈中等地位地设置两个绕有完全相同检测线圈的矩形通道，使两检测线圈的一组同名端相串联，并将由铁磁粉和非铁磁粉按一定比例配制成混合物（如Fe粉与黄铜粉混合物）制成的磁币作为标准币，使其平面与检测线圈轴线平行地固定在其中的一个探测线圈中作为铁芯，构成电感量比较的标准，用一振荡器为励磁线圈励磁，当所投入的被测币作为铁芯在另一检测线圈通道中通过时，若为有效币，则探测线圈的电感与标准币所在探测线圈的电感相匹配，通过检测线圈的另一组同名端间输出零信号，若为伪币，则无零信号输出。

这项专利的不足之处在于：①这种验币方法可能会产生误检，因为检验时所比较的是两个探测线圈的电感量是否匹配，在线圈固定的情况下，影响线圈电感量的因素是线圈中的铁芯的磁导率，从币的成分来看，这些币属于普通的软磁材料，磁导率不高，往往容易被其他商品性软磁材料薄片或细条所误动作。②磁性币整体由合金制成。重量较重，所用价格较贵的钴、铜、镍较多，使币的成本较高。③在验币装置的制作方面也存在一定的困难，它要求两个检测线圈完全相同，且对称地处在同一励磁线圈中，使得无币时，两探测线圈的电感完全相同，这种装置的调零只能靠线圈匝数的调整，调试困难，而且安装要求严格，不利于大规模生产。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种具有如下特点的磁性币的检验与控制方法及装置：①高可靠性的验币方法，既可对特征磁性能所对应的特征电信号进行检验又可对币的形状进行检验;②具有约定的特征磁性能的夹心式磁性币不易被伪造，而且重量轻、成本低;③采用分离式线圈和电子方法调零，使装置的制作简便、线圈易于绕制、调试方便;④具有多种验币方法可供选用，即可选择多种币作为检验对象，以满足不同应用场合所需要的可靠性精度要求;⑤具有计时、可逆计数及显示的多功能的执行控制系统可实现对负载运行的控制。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：由可定位、启闭控制并设有磁特征性能检验区和形状检验区的币通道及带有主、付励磁与检测线圈组、励磁振荡器、平衡调零前置放大器、光电检测器、程控器以及信号鉴别器的检测部分所构成的验币系统对具有约定特征磁性能及合格外形的夹心式磁性币进行真伪辨别，并通过带有计时、可逆计数与显示的执行控制系统对所接负载的运行进行控制。

下面结合附图对本发明的特征作进一步说明。

附图的图面说明如下：

图1是本发明装置的原理图。

图1中1～4为分离式主、付励磁与检测线圈组，1为主检测线圈，2为付检测线圈，3为主励磁线圈，4为付励磁线圈，5为币形光电检测器，6为磁币定位槽道，7为槽道启闭控制器，8为平衡调零前置放大器，9为信号鉴别器，10为程控器，11为时钟，12为励磁振荡器，13为可逆计数与显示器，14为执行控制器，15为磁性币，16为储币盒，17为负载。

图2是平衡调零前置放大器的线路图。

图2中1～4符号意义同图1，Rx为平衡调零电位器，虚线部分为通常的加法或减法运算放大器，R₁、R₂为比例电阻。

图3是磁币定位槽道和槽道启闭控制器构造图。

图3a中18、19、20为启闭器，其中18为主梁，19为上部卡爪，20为下部卡爪。21，22，23，24构成驱动电磁铁，其中21为衔铁，22为支点或转轴，23为电磁铁线圈，24为复位弹簧。

图3b为磁币定位槽道的正视图。其中25为上部卡爪入口，26为下部卡爪入口，27为光电检测孔，28为第一检验区，29为第二检验区。

图3c为矩形磁币定位槽道内孔图。

图3d为带一个导向肋的矩形磁币定位槽道内孔图。

图3e为带二个导向肋的矩形磁币定位槽道内孔图。

图4是夹心式磁性币构造图。

其中30为磁性币芯。

图4a为矩形夹心式磁性币。

图4b为币面正中开有一纵向导槽的圆形夹心式磁性币。

图4c为币边缘对称开有二个纵向导槽的圆形夹心式磁性币。

该装置由两大部分组成：验币系统及执行控制系统。如图1所示，验币系统包括：夹心式磁性币（15）、磁币定位槽道（6）、槽道启闭控制器（7）、储币盒（16）、主励磁与检测线圈组（3、1）、付励磁与检测线圈组（4、2）、励磁振荡器（12）、币形光电检测器（5）、平衡调零前置放大器（8）、信号鉴别器（9）、程控器（10）。执行控制系统由时钟（11）、可逆计数与显示器（13）、执行控制器（14）所组成。

将待测币投进磁币定位槽道（6）中，由槽道启闭控制器（7）将待测币分别送到特征磁性能检验区（28）及币形检验区（29）进行检验。在特征磁性能检验区设有励磁线圈（3、4）及检测线圈（1、2），由励磁振荡器（12）为励磁线圈（3、4）提供交流励磁电流，使在磁特征性能检验区槽道中产生周期变化的磁场;当没有币存在时，在检测线圈（1、2）中将感生出与励磁电流同频率的感应电压波形，将它送到平衡调零前置放大器（8）进行平衡调零处理，使之输出零信号;当有待测币存在时，在周期磁场作用下，待测币所具有的特征磁性能使得在探测线圈（1、2）中感应出反映了待测币的特征磁性能的特征电信号，此电信号先被送入平衡调零前置放大器（8）进行调零及放大处理，然后被输送到信号鉴别器（9）进行信号鉴别，在信号鉴别器中将该电信号与电路中预先设定好的由标准夹心式磁性币的标准特征磁性能所对应的标准特征电信号进行比较，若与之相符合，则为合格，并产生一合格信号，反之，则无合格信号产生。此阶段检验时间为0.1～2秒，由时钟（11）为程控器（10）定时，使程控器控制槽道启闭控制器（7）将待测币再送入币形检验区（29）由币形光电检测器（5）对币的形状进行检测，所得到的信号再被送入信号鉴别器（9）进行分析检验，若形状合格，则产生合格信号，反之，则无合格信号产生。此阶段检验时间0.1～2秒，由时钟（11）为程控器定时，使程控器控制槽道启闭控制器（7）动作，使币进入储币盒（16），并准备接收下一个币的投入。当特征磁性能和币形状检验都合格时，两个合格信号同时存在，使程控器命令执行控制系统开始工作，可逆计数与显示器（13）记录并显示所投入的合格币数，同时命令时钟（11）开始计时，执行控制器开始工作，若接有负载，则可实现对负载运行的控制。

如图4所示，夹心式磁性币采用磁性币芯外裹非磁性材料制成。磁性币芯可采用各种具有低矫顽力、高导磁率的优质软磁直条带或丝，如玻莫合金，Fe基或Co基非晶材料;外裹材料可采用不透明的塑料、有机玻璃，胶木或金属。币形通常为矩形、椭圆薄片状，带有凹槽的圆片形，或其他形状，如棒形、带有导向槽的球形，奇异形状等。

如图3所示，磁币定位槽道的制作，对于片状币如矩形币，可采用矩形槽道，其内孔尺寸应比磁币的宽度和厚度稍大。对于圆形币，可采用加有导向肋的矩形槽道，导向肋与槽道纵轴平行。另外，也可采用横截面为方形圆形槽道。在磁币定位槽道的中部和下部各开有一口（25、26），作为槽道启闭控制器的卡爪入口，中部还开有光电检测孔（27）。

如图3a所示，槽道启闭控制器由启闭器（18，19，20）及驱动电磁铁（21，22，23，24）构成。启闭器可用非磁性材料的刚性薄板如铝板或铜板将两端弯成近似直角，弯折部分为卡爪（19-20），中间部分为主梁（18），在主梁中间设有转轴或支点（22），在支点附近将驱动电磁铁的衔铁（21）固定在主梁（18）上，由程控器控制驱动电磁铁使启闭器的主梁作往复摆动，主梁两端的卡爪（19，20）依次插入槽道中的上、下卡爪入口（25、26），分别阻断槽道，将槽道分作两段检测区（28，29）。主励磁线圈（3）与主检测线圈（1）及光电检测器（5）就分别设置在这两个检测区中，它们分别与各自下端的卡爪配合使用。当有币投进槽道时，被上部的卡爪所挡接，先进行检测，然后币进入到下部区域再进行检测。一般可将特征磁性能检验区设在上部，但也可设置在下部。

币形光电检测器（5）为多点光电检测，可采用各种光电耦。使光束穿过光电检测孔（27），光敏管与施密特电路结合进行逻辑值检测，其结果输入到信号鉴别器（9）。

分离式主、付励磁与检测线圈组（1～4）一般绕成螺线管式。可将励磁线圈对称同轴地绕在检测线圈外侧或者绕在其内侧。主励磁及检测线圈组（3，1）与付励磁及检测线圈组（4，2）不要求相同。通常可在矩形或圆形非磁性材料骨架上绕制检测线圈，主检测线圈也可直接绕在槽道上。主、付励激与检测线圈组可以并排安装、也可分开安装，且不要求轴线的严格平行。

励磁线圈中的励磁电流由时钟11控制的励磁振荡器（12）提供。电流波形可以是正弦波或其它周期变化的波形，波形稳定，频率在1～10⁶Hz，电流强度可在10^-3～1A，其大小应使主励磁线圈在其轴线上产生的磁场强度达到0.01～60Oe。

如图2所示，平衡调零前置放大器（8）是专为分离式主、付励磁与探测线圈组而设置的，它由一个或两个平衡调零电位器Rx和加或减法运算放大器组成，它将来自两个分离的检测线圈的信号背底平衡调零，进行消背底运算。在图2a中，将来自主、付检测线圈的两个感应信号相位相反地输入到加法运算放大器中，并将其中所含励磁波形成分的幅值较大的一个感应信号经电位器Rx调压后与另一感应信号进行反相线性相加，当主检测线圈中没有磁币时，放大器输出为零，当有磁币时则输入放大了的磁特征性能所对于的特征电信号以供后面的信号鉴别器进行鉴别，几乎不含有励磁波形。图2b所示为采用两个平衡调零电位器与减法运算放大器相组合，主、付检测线圈（1、2）同名端接地，两个感应信号相位相同地输入到减法运算放大器中。对于精度要求不很高的用途，也可用差分放大器来代替运算放大器。

信号鉴别器（9）将来自平衡调零前置放大器的信号与预先在电路中设定好的对应于标准夹心式磁性币特征磁性能的标准特征电信号进行比较从而判定是否为合格币。它具有如下几种检验方式可供选用：检验信号的峰值、有效值或半波平均值，通过对脉冲信号在各种电压幅值下的脉宽测定来确定脉冲电压信号波形的精细结构，也可只通过对脉冲信号在某一电压幅值下的脉宽测定来检验脉冲信号的波形。这几种检验方式可以根据应用场合的可靠性精度要求来任意选用。如检测铁合金铸币时，只需选用峰值和有效值检验即可;在要求极高可靠性检验时，可采用脉冲电压信号波形的精细结构检验。信号鉴别器还对来自币形光电检测器（5）的检测信号进行逻辑值判断，以辨别币形状是否合格，并受程控器（10）的同步控制。

程控器（10）用来控制检验过程、计数过程的顺序，同时可有效地抑制干扰。当币投入到磁币定位槽道中经过0.1～2秒后，程控器命令槽道启闭控制器动作，使磁币进入第二个检验区进行检验，再经0.1～2秒后，程控器又命令槽道启闭控制器复原，以等待下次检验，在特征磁性能检验与币形检验都合格的信号作用下，程控器命令执行控制系统开始工作，使可逆计数与显示器加计数。

执行控制系统中的可逆计数与显示器采用十进可逆计数器，配有LED数码管显示。可逆计数器与显示器可以累积记录并显示一次或多次投入的少于10个的合格币数，当使用完一个合格币所规定的负载运行时间后，计数器减计数并显示出剩余的有效合格币数。执行控制器中采用固体继电器来控制负载电源的通与断，当检验结果为合格时，执行控制器自动接通为负载供电的电源，此时负载开始运行，时钟（11）开始对负载运行时间进行计时，当使用完所投入的合格币数所对应的负载运行时间后，执行控制器自动切断为负载供电的电源，使负载止运行。

下面结合附图1～4，给出最佳实施方案。

取定磁币的形状为矩形（图4a），长为30mm，宽为25mm，厚为3mm，芯材为一根玻莫合金材料薄带，外裹材料为铝合金。

磁币定位槽道用铝板制作，其内孔为矩形（图3c），内孔长为28mm，宽为4mm。磁币定位槽道上的卡爪入口间距为50mm，入口长10mm，宽5mm。

启闭器用铝板制作（图3a），主梁长50mm，卡爪长10mm，宽6mm，将启闭器安装在定位槽道中部。

将特征磁性能检验区设置在磁币定位槽道中上卡爪入口的上方;币形光电检测器设置在其下卡爪入口的上方并在槽道上开三对小孔，采用三对光电耦。

将主检测线圈直接绕在磁币定位槽道的中部，再在其上绕制主励磁线圈。付励磁与检测线圈组以同样的方式绕在另一个胶木棒上。主、付励磁与检测线圈按图2a接线。用励磁振荡器为励磁线圈提供稳恒交变正弦电流，电流大小为50mA，频率为50Hz，则在磁币定位槽道中产生交变正弦磁场，同时在探测线圈中感生出同频率的交变电压，感生信号波形与励磁电流波形相同。平衡调零前置放大器按图2a所示电路与主、付探测线圈相连接，以完成将探测线圈中的感生电压信号进行平衡调零及放大处理。

将一个夹心式磁性币从磁币定位槽道的入口处投入后，磁性币被槽道启闭器上卡爪所挡接，使其处在特征磁性能检验区以接受检验。磁性币的存在使主检测线圈中的由励磁波产生的感生信号与由磁性币特征磁性能所感应的特征电信号相叠加，玻莫合金夹心磁性币所感应的是具有脉冲半高宽为50ms的尖锐脉冲电压信号。两检测线圈中的感生信号相位相反地输入到平衡调零前置放大器中进行反相叠加，消除励磁波成分，得到一列表征币芯材料磁特征性能的脉冲电压。将此脉冲电压信号输送到信号鉴别器中并对其脉宽进行检测，并与设定在电路中的标准信号（如具有半高宽为50毫秒的脉冲）进行比较，若与之相符合，则特征磁性能检验通过，并产生一特征磁性能检验合格信号。这一阶段的检验时间为1秒，然后由程控器控制槽道启闭控制器动作，使币进入币形检验区接受币形状检验。使三对光电耦的光束穿过三对光电检测孔，与施密特电路结合进行逻辑检验，光电逻辑值送信号鉴别器进行鉴别，当形状检验合格时，信号鉴别器又产生一币形检验合格信号。这一阶段的检验时间为1秒，然后由程控器控制槽道启闭控制器动作，使币进入储币盒，并准备接收下一个币的投入。在两个检验合格信号同时存在的情况下，程控器命令执行控制系统开始工作，十进可逆计数与LED数码管显示器的显示由零变为1，表示有1个有效币存在，同时时钟从零开始计时，执行控制器将与负载（如一台洗衣机或一台游艺机）相联的主电源接通，负载则开始运行。运行完一个币所规定的运行时间（如30分钟）后，计时停止，同时可逆计数与显示器的显示由1变为零，表示币已使用完毕，执行控制器将与负载相联的主电源断开，使负载停止运行。

此方案构成了一种投币式洗衣机或投币式游艺机，当更换其它负载后可得到新的投币式商业装置。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1.本发明提出的分离式主、付励磁与探测线圈两个绕组是分开绕制的，且不需要全同，在制造上无任何困难，并且在安装上不需要两个绕组轴线的严格平行，易于安装;由于采用了平衡调零前置放大器，可以用电子方法调零，克服了以往只能靠线圈匝数的调整来调零的不便性以及对线圈绕制要求完全相同所具有的困难和安装上精度要求严格的困难。具有制造、安装、调零方便易行的特点。

2.本发明中的币通道具有多功能的特点，可定位、自动启闭控制及设有两个检测区，为高可靠性地验币提供了条件。

3.本发明中的夹心式磁性币由于采用夹心结构，币芯采用优质软磁材料，仅几十毫克重，使得与整体采用合金铸成的币相比，具有使用价格较贵的金属少、重量轻、币成本低的特点;更重要的是币芯材料的选用由于其具有特征性磁性能，使得验币的可靠性大为提高，而且具有币不易被伪造的特点。

4.本发明的验币方法可对多种磁币进行检验，可根据需要任意选定检验的方式，如在检测要求可靠性一般的情况下，只需选用信号的峰值和有效值检测即可，当选用对脉冲形状进行鉴别的方法时，可以做到验币万无一失。

5.本发明的装置中带有执行控制系统，可以记录并显示所投入的有效币数及剩余的有效币数，并具有计时功能，对负载的运行可实现计数、计时控制。

Claims (10)

1、一种磁性币的检验与控制方法及装置，其特征在于该方法是通过对磁性币的特征磁性能所对应的特征电信号进行检验、同时对币的形状进行检验以辨别币的真伪，并实现对所接负载的运行进行控制；该装置是由验币系统和执行控制系统所组成，其中验币系统包括：夹心式磁性币、磁币定位槽道、槽道启闭控制器、储币盒、主、付励磁与检测线圈组、励磁振荡器、币形光电检测器、平衡调零前置放大器、信号鉴别器、程控器；执行控制系统由时钟、可逆计数与显示器、执行控制器所组成。

2、根据权利要求1的方法，其中所述的对磁性币的特征磁性能所对应的特征电信号进行检验是可选择地采用对信号峰值、信号有效值或半波平均值、或脉冲信号的波形进行检验。

3、根据权利要求1的方法，其中所述的实现对所接负载的运行进行控制是带有可逆计数与显示、计时控制的方法。

4、根据权利要求1的装置，其中所述的夹心式磁性币是由磁性币芯外裹非磁性材料制成，磁性币芯为具有低矫顽力、高导磁率的软磁条带或丝，币形可选矩形、椭圆形、圆形、方形、或在其上带有导向槽、以及其他形状如棒形、奇异形状等。

5、根据权利要求1的装置，其中所述的磁币定位槽道是由非磁性材料制作成横截面为矩形、方形或圆形的槽道，槽道内可带有沿轴向的导向肋，槽道上可开有启闭器卡爪入口及光电检测孔，并可设有特征磁性能检验区和币形检验区。

6、根据权利要求1的装置，其中所述的槽道启闭控制器是由带有卡爪的启闭器及驱动电磁铁构成，受程控器控制，使卡爪插入槽道以阻断槽道，启闭器材料可用非磁性刚性材料。

7、根据权利要求1的装置，其中所述的程控器其特征是控制检测鉴别过程、计数过程的顺序，提供下列程序：投入待测币0.1～2秒后，命令槽道启闭控制器动作，再经0.1～2秒后，命令槽道启闭控制器复原，在检验完全合格的信号作用下，命令执行控制系统开始工作，使可逆计数与显示器加计数。

8、根据权利要求1的装置，其中所述的主、付励磁与检测线圈组是分离式的，采用电子方法调零，主检测线圈与主励磁线圈同轴地安装在磁币定位槽道的磁性检测区或直接绕在该区的槽道上，检测线圈可位于励磁线圈外部也可位于其内部，付励磁线圈和付检测线圈同轴地绕在另一与槽道相同或不同的非磁性材料骨架上，且对此骨架的安装位置无特殊要求，励磁线圈中的励磁电流由时钟控制的励磁振荡器提供。

9、根据权利要求1的装置，其中所述的平衡调零前置放大器是由一个或两个平衡调零电位器和一加法或减法放大器所构成，当使用加法器时，主、付检测信号相位相反地输入，当使用减法放大器时，则相位同相地输入，并经调零电位器调压后进行消背底运算。

10、根据权利要求1的装置，其中所述的信号鉴别器其特征是可选择性地进行信号的峰值检验、信号的有效值或半波平均值检验、脉冲形状的检验，并对光电检测信号的逻辑值进行判断。

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