CN107123189A - 一种声波异面测数装置及基于该装置的测数方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种声波异面测数装置，包括声道上盖板、麦克风、声道下盖板、主控电路板、电极、基座、币桶底座、币桶，其中电极有两个，分别为第一电极和第二电极，所述基座上设置声道上盖板、声道下盖板和币桶底座，其中币桶底座上设置币桶，声道上盖板和声道下盖板之间构成声音通道，声道上盖板上设置用于固定麦克风的麦克风接收通道，所述麦克风接收通道口与声音通道出口相邻，均在币桶口的顶部投影范围内，所述主控电路板4上设置声波高压变压器，所述声波高压变压器包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极之间形成的电场穿过声音通道。本发明还公开了该装置的测数方法。本发明装置的结构简单，使用方便，显著提高了测数的精度。

Description

一种声波异面测数装置及基于该装置的测数方法

技术领域

本发明涉及一种硬币测数技术，特别是涉及一种通过声波异面测数的装置及方法。

背景技术

硬币找零器中设置硬币测数装置，为工作人员装币提供了依据，保证了机器的有效使用时间，并且不再需要人工定时检查机器内硬币的数量，降低了人工检查的成本。

目前，硬币找零器通常利用红外灯、涡流测试和超声波的方式检测币桶中的硬币数量。这几种方式各有利弊，比如利用红外灯的发射和接收检测硬币数量的装置，测数结果比较准确，但是装置对使用环境的要求较高，在环境比较恶劣的场合中，如灰尘很大时其测试结果不准确，并且需要经常维护，维护的难度也较大。利用涡流检测硬币数量的装置，检测结果不准确，只能给出币桶有无硬币，无法给出具体数量，如日本富士的涡流测数装置，10枚以下就测定为空，误差较大。现有的超声波硬币数量检测装置，其检测精度也不高，检测误差也达到10枚。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种声波异面测数装置及基于该装置的测数方法，降低了维护成本，提高了检测精度。

实现发明目的的技术解决方案为：一种声波异面测数装置，包括声道上盖板、麦克风、声道下盖板、主控电路板、电极、基座、币桶底座、币桶，其中电极有两个，分别为第一电极和第二电极，所述基座上设置声道上盖板、声道下盖板和币桶底座，其中币桶底座上设置币桶，声道上盖板和声道下盖板位于币桶上方，声道上盖板和声道下盖板之间构成声音通道，声道上盖板上设置用于固定麦克风的麦克风接收通道，所述麦克风接收通道口与声音通道出口相邻，均在币桶口的顶部投影范围内，所述主控电路板上设置声波高压变压器，所述声波高压变压器包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极之间放电产生的声音穿过声音通道。

基于该装置的测数方法，包括如下步骤：

步骤1、温度传感器检测当前装置所处的环境温度，并将检测温度传送给主控电路板；

步骤2、主控电路板控制声波高压变压器电源的接通与断开，声波高压变压器通过第一电极和第二电极对空气放电，使得空气被击穿产生声波；

步骤3、麦克风接收声波经币桶底部物品表面反射回来的回声信号，并将回声波波形传送给主控电路板；

步骤4、主控电路板根据第一声波波形的最高点、回声波波形的最高点和当前声音传播速度计算币桶中无硬币的空余部分高度，并结合单个硬币的高度转化为硬币的数量。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1)本发明装置的结构简单，测数方法快捷方便，并且显著提高了硬币测数的精度和速度，硬币测数的误差被控制在2枚；2)本发明装置可以在环境比较恶劣的情况下正常工作，降低了维护成本和难度。

附图说明

图1为本发明装置的俯视图。

图2为本发明装置的B-B剖图。

图3为本发明装置的C-C剖图。

图4为第一麦克风接收的第一声波波形图。

图5为第一麦克风接收的回声波波形图。

图6为第一麦克风接收的第一声波和第一声的回声波合成后的波形图。

具体实施方式

一种声波异面测数装置，包括声道上盖板1、麦克风、声道下盖板3、主控电路板4、电极、基座9、币桶底座10、币桶，所述基座9上设置声道上盖板1、声道下盖板3和币桶底座10，其中币桶底座10上设置币桶，声道上盖板1和声道下盖板3位于币桶上方，声道上盖板1和声道下盖板3之间构成声音通道，声道上盖板1上设置用于固定麦克风的麦克风接收通道，所述麦克风接收通道口与声音通道出口相邻，均在币桶口的顶部投影范围内，所述主控电路板4上设置声波高压变压器，所述声波高压变压器包括第一电极7和第二电极8，第一电极7和第二电极8之间放电产生的声音穿过声音通道。

所述麦克风接收通道口和声音通道出口的中心到币桶中轴线的距离相等。

所述麦克风通过固定螺丝6固定在麦克风接收通道内。

装置还包括用于感知装置所处温度的温度传感器13，所述温度传感器13与主控电路板4连接。

所述温度传感器设置在声道下盖板3底部。

所述主控电路板4设置在声道上盖板1上部。

所述麦克风包括第一麦克风2和第二麦克风5，所述麦克风通道包括第一麦克风接收通道15和第二麦克风接收通道17，所述声音通道包括两个出口，分别为第一声音通道出口14和第二声音通道出口16，所述币桶包括第一币桶11和第二币桶12，所述第一麦克风2固定在第一麦克风通道15内，第一麦克风接收通道口与第一声音通道出口14相邻，均在第一币桶11的顶部投影范围内；所述第二麦克风5固定在第二麦克风通道17内，第二麦克风接收通道口与第二声音通道出口16相邻，均在第二币桶12的顶部投影范围内。

基于该装置的测数方法，包括如下步骤：

步骤1、温度传感器13检测当前装置所处的环境温度，并将检测温度传送给主控电路板4；

步骤2、主控电路板4控制声波高压变压器电源的接通与断开，声波高压变压器通过第一电极7和第二电极8对空气放电，使得空气被击穿产生声波；

步骤3、麦克风接收声波经币桶底部物品表面反射回来的回声信号，并将回声波传送给主控电路板4；

步骤4、主控电路板4根据第一声波波形的最高点、回声波波形的最高点和当前声音传播速度计算币桶中无硬币的空余部分高度，并结合单个硬币的高度转化为硬币的数量。

根据当前装置所处环境温度计算声音传播速度的具体公式为：

式中，v为当前声音传播的速度，单位为米/秒，T为当前装置所处的温度。

计算币桶中无硬币的空余部分高度的具体公式为：

式中，H为币桶中无硬币的空余部分高度，v为当前声音传播的速度，d为第一声波波形的最高点与回声波波形的最高点之间的时间差，H₁为币桶与声道下盖板之间的间隙；

计算硬币数量的具体公式为：

式中，N为硬币的数量，H₂为币桶的高度，H₃为硬币厚度。

下面结合附图详细阐述本发明技术方案。

实施例1：

声波异面测数装置，包括声道上盖板1、麦克风、声道下盖板3、主控电路板4、电极、基座9、币桶底座10、币桶、温度传感器13，所述基座9上设置声道上盖板1、声道下盖板3和币桶底座10，其中币桶底座10上设置币桶，声道上盖板1和声道下盖板3之间构成声音通道，声道上盖板1上设置用于固定麦克风的麦克风接收通道和主控电路板4，所述麦克风通过固定螺丝6固定在麦克风接收通道内，所述麦克风接收通道口与声音通道出口相邻，均在币桶口的顶部投影范围内，且两者的中心到币桶中轴线的距离相等，所述主控电路板4上设置声波高压变压器，所述声波高压变压器包括第一电极7和第二电极8，第一电极7和第二电极8之间放电产生的声音穿过声音通道，声道下盖板3底部设置温度传感器13。

基于该装置的测数方法，包括如下步骤：

步骤1、温度传感器13检测当前装置所处的环境温度，并将检测温度传送给主控电路板4；

步骤2、主控电路板4控制声波高压变压器(7000V，大电压小电流)电源的接通与断开，声波高压变压器通过第一电极7和第二电极8对空气放电，使得空气被击穿产生声波；

步骤3、声波通过声音通道传递到声音通道出口，在声音通道出口处通过空气多方向传播，其中一个方向传播到达麦克风接收口，此时麦克风接收到的声音的波形信号(简称第一声波)，并将第一声波波形传送给主控电路板4；另一个方向是沿着币桶向币桶底部传播，当声音到达币桶底部物体表面(底部平面或硬币表面)时，声音发生反射沿着币桶向上传播到达麦克风接收口，此时麦克风接收到的声音的波形信号(简称回声波)，麦克风接收回声信号后将回声波波形传送给主控电路板4；

步骤4、主控电路板4根据第一声波波形的最高点、回声波波形的最高点和声音传播速度计算币桶中无硬币的空余部分高度，并结合单个硬币的高度转化为硬币的数量，根据当前装置所处环境温度计算声音传播速度的具体公式为：

式中，v为当前声音传播的速度，单位为米/秒，T为当前装置所处的温度。

计算币桶中无硬币的空余部分高度的具体公式为：

式中，H为币桶中无硬币的空余部分高度，v为当前声音传播的速度，d为第一声波波形的最高点与回声波波形的最高点之间的时间差，H₁为币桶与声道下盖板之间的间隙；

计算硬币数量的具体公式为：

式中，N为硬币的数量，H₂为币桶的高度，H₃为硬币厚度。

实施例2：

如图1-3所示，本实施例的装置，在实施例1的基础上增加了一个币桶和相关的测数结构，具体的该装置为对称结构，所述麦克风包括第一麦克风2和第二麦克风5，所述麦克风通道包括第一麦克风接收通道15和第二麦克风接收通道17，所述声音通道包括两个出口，分别为第一声音通道出口14和第二声音通道出口16，所述币桶包括第一币桶11和第二币桶12，所述第一麦克风2固定在第一麦克风通道15内，第一麦克风接收通道口与第一声音通道出口14相邻，均在第一币桶11的顶部投影范围内；所述第二麦克风5固定在第二麦克风通道17内，第二麦克风接收通道口与第二声音通道出口16相邻，均在第二币桶12的顶部投影范围内。第一币桶11和第二币桶12的高度相等，第一币桶11和第二币桶12与声道下盖板之间的间隙相等。

基于该装置的测数方法，包括如下步骤：

步骤1、温度传感器13检测当前装置所处的环境温度，并将检测温度传送给主控电路板4；

步骤2、主控电路板4控制声波高压变压器(7000V，大电压小电流)电源的接通与断开，声波高压变压器通过第一电极7和第二电极8对空气放电，使得空气被击穿产生声波；

步骤3、声波通过声音通道传递到第一声音通道出口和第二声音通道出口，在第一声音通道出口和第二声音通道出口处分别通过空气进行多方向传播，其中一个方向传播到达第一麦克风接收口和第二麦克风接收口，此时第一麦克风和第二麦克风分别接收到对应的第一声波，第一麦克风接收的第一声波的波形如图4所示，第一麦克风和第二麦克风接收对应的第一声波后将第一声波波形传送给主控电路板4；另一个方向是沿着第一币桶和第二币桶向币桶底部传播，当声音到达第一币桶和第二币桶底部物体表面(底部平面或硬币表面)时，声音发生反射沿着币桶向上传播到达第一麦克风接收口和第二麦克风接收口，此时第一麦克风和第二麦克风分别接收到对应的回声波，第一麦克风接收的回声波的波形如图5所示，第一麦克风和第二麦克风接收对应的回声信号后将回声波波形传送给主控电路板4；

步骤4、主控电路板4根据第一币桶和第二币桶对应的第一声波波形的最高点、回声波波形的最高点和声音传播速度计算币桶中无硬币的空余部分高度，并结合单个硬币的高度转化为硬币的数量，根据当前装置所处环境温度计算声音传播速度的具体公式为：

式中，v为当前声音传播的速度，单位为米/秒，T为当前装置所处的温度。

计算币桶中无硬币的空余部分高度的具体公式为：

式中，H为币桶中无硬币的空余部分高度，v为当前声音传播的速度，d为第一声波波形的最高点与回声波波形的最高点之间的时间差，H₁为币桶与声道下盖板之间的间隙；

计算硬币数量的具体公式为：

式中，N为硬币的数量，H₂为币桶的高度，H₃为硬币厚度。

实施例3：

实施例3和实施例2的包括的部件相同，但是第一币桶和其对应的测数装置与第二币桶和其对应的测数装置不对称。

Claims (10)

1.一种声波异面测数装置，其特征在于，包括声道上盖板(1)、麦克风、声道下盖板(3)、主控电路板(4)、电极、基座(9)、币桶底座(10)、币桶，所述基座(9)上设置声道上盖板(1)、声道下盖板(3)和币桶底座(10)，其中币桶底座(10)上设置币桶，声道上盖板(1)和声道下盖板(3)位于币桶上方，声道上盖板(1)和声道下盖板(3)之间构成声音通道，声道上盖板(1)上设置用于固定麦克风的麦克风接收通道，所述麦克风接收通道口与声音通道出口相邻，均在币桶口的顶部投影范围内，所述主控电路板(4)上设置声波高压变压器，所述声波高压变压器包括第一电极(7)和第二电极(8)，第一电极(7)和第二电极(8)之间放电产生的声音穿过声音通道。

2.根据权利要求1所述的声波异面测数装置，其特征在于，所述麦克风接收通道口和声音通道出口的中心到币桶中轴线的距离相等。

3.根据权利要求1所述的声波异面测数装置，其特征在于，所述麦克风通过固定螺丝(6)固定在麦克风接收通道内。

4.根据权利要求1所述的声波异面测数装置，其特征在于，还包括用于感知装置所处温度的温度传感器(13)，所述温度传感器(13)与主控电路板(4)连接。

5.根据权利要求3所述的声波异面测数装置，其特征在于，所述温度传感器设置在声道下盖板(3)底部。

6.根据权利要求1所述的声波异面测数装置，其特征在于，所述主控电路板(4)设置在声道上盖板(1)上部。

7.根据权利要求1所述的声波异面测数装置，其特征在于，所述麦克风包括第一麦克风(2)和第二麦克风(5)，所述麦克风通道包括第一麦克风接收通道(15)和第二麦克风接收通道(17)，所述声音通道包括两个出口，分别为第一声音通道出口(14)和第二声音通道出口(16)，所述币桶包括第一币桶(11)和第二币桶(12)，所述第一麦克风(2)固定在第一麦克风通道(15)内，第一麦克风接收通道口与第一声音通道出口(14)相邻，均在第一币桶(11)的顶部投影范围内；所述第二麦克风(5)固定在第二麦克风通道(17)内，第二麦克风接收通道口与第二声音通道出口(16)相邻，均在第二币桶(12)的顶部投影范围内。

8.基于权利要求1-7任意一项所述的装置的测数方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、温度传感器(13)检测当前装置所处的环境温度，并将检测温度传送给主控电路板(4)；

步骤2、主控电路板(4)控制声波高压变压器电源的接通与断开，声波高压变压器通过第一电极(7)和第二电极(8)对空气放电，使得空气被击穿产生声波；

步骤3、麦克风接收声波经币桶底部物品表面反射回来的回声信号，并将回声波波形传送给主控电路板(4)；

步骤4、主控电路板(4)根据第一声波波形的最高点、回声波波形的最高点和当前声音传播速度计算币桶中无硬币的空余部分高度，并结合单个硬币的高度转化为硬币的数量。

9.根据权利要求8所述的测数方法，其特征在于，所述步骤4根据当前装置所处环境温度计算声音传播速度的具体公式为：

<mrow> <mi>v</mi> <mo>=</mo> <mn>331</mn> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>T</mi> <mn>273</mn> </mfrac> </mrow> </msqrt> </mrow>

式中，v为当前声音传播的速度，单位为米/秒，T为当前装置所处的温度。

10.根据权利要求8所述的测数方法，其特征在于，所述步骤4计算币桶中无硬币的空余部分高度的具体公式为：

<mrow> <mi>H</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>v</mi> <mi>d</mi> </mrow> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>H</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow>

式中，H为币桶中无硬币的空余部分高度，v为当前声音传播的速度，d为第一声波波形的最高点与回声波波形的最高点之间的时间差，H₁为币桶与声道下盖板之间的间隙；

计算硬币数量的具体公式为：

<mrow> <mi>N</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>H</mi> </mrow> <msub> <mi>H</mi> <mn>3</mn> </msub> </mfrac> </mrow>

式中，N为硬币的数量，H₂为币桶的高度，H₃为硬币厚度。