CN1107294C - 鉴别硬币、辅币或其它扁平金属物品之真伪的装置 - Google Patents

Abstract

本装置包括一个通道，该通道具有一个下侧壁和一个上侧壁，硬币可顺之平贴于所述下侧壁运动，并经过至少一个具有一线圈(S)的感应测量单元。所述线圈(S)由一第一电流或电压源(19)馈送第一电流(I1)，并由一第二电流或电压源(21)馈送第二电流(I₂)。在线圈(S)和所述第一电流或电压源(19)之间是一个电容元件(C₁)，它们如此连接，使得所述线圈(S)和所述电容元件(C₁)构成一个阻抗(Z₁)。所述第一电流(I₁)和该阻抗(Z₁)两端的电压之间的相移φ₁用作接受或拒收所述硬币的判断标准。

Description

鉴别硬币、辅币或其它扁平金属物 品之真伪的装置

本发明涉及到一种用来鉴别硬币、辅币或其它扁平金属物品之真伪的装置。

这种装置适合用作例如公共电话亭中的投币器，自动售货机，以及能量计等等。

专利文献DE 2455 112和GB 2287 341公开了一种用来鉴别硬币真伪的装置。该装置有一个感应测量单元，后者按两个不同的频率f₁和f₂工作，因为当频率f₁较低时，产生测量信号的硬币中的某些硬币可以容易地进行测量并易于与其它硬币相区分，然而也有一些硬币在较低频率f₁时不容易与其它硬币相区分，而要在较高的频率f₂下才行。所述测量单元包括一个感应发射器和一个感应接收器，二者设置在一硬币通道的相对两侧。发射器包括一个绕有两个线圈的磁芯。线圈相互独立地各自在不同频率下被励磁，从而在硬币通道中产生一个在两个不同频率振荡的交变磁场。在接收器的下游连接有滤波器。所述接收器也是线圈形式，用来测量接收器中在两个不同频率下感生的信号的振幅。这样的装置从机械的和电学的角度看具有复杂的结构。

GB 2069 211公开了一种鉴别硬币真伪的装置，其中要测量一个参考电压与测量线圈两端的电压之间的相移。

欧洲专利申请EP 704 825(尚未公开)公开了一种用来鉴别硬币真伪的装置，其中，布置在一个串联谐振电路中的一个线圈用作感应测量单元，用来测定硬币的合金成份和硬币的厚度。

本发明的任务是，提供一种鉴别硬币真伪的装置，其中只用一种简单的感应测量单元，可以获得在两种不同硬币间的高选择能力。

本发明提供一种鉴别硬币、辅币或者其它扁平金属物品之真伪的装置，具有一个带线圈的用来鉴别硬币的特征的感应测量单元，其中，所述线圈可以由第一电流或电压源馈送第一电流，并测量一个用作判断接受或拒收所述硬币的标准的相移值，其特征在于，所述线圈可以由第二电流或电压源馈送第二电流，在线圈和所述第一电流或电压源之间连接有一个电容元件，所述线圈和所述电容元件构成一个第一阻抗，所述第一电流和该第一阻抗两端的电压之间的相移用作所述相移值。

本发明提出的具有感应测量单元的装置，其中，硬币受至少两个频率下的一个交变磁场作用。测量单元具有唯一的一个线圈，后者由两个频率不同的电流或电压电源供电，该线圈同时还是两个不同电路的一部分。在至少一个电路中，由所述电源供送的电流和所述线圈上的电压间的相移用作测量信号。为了提高相移测量的灵敏度水平，在相应电路中设置一个电容器，利用它，相移的初值，即没有硬币时的相移值，可以设定为一个确定值。

下面参照附图详细描述本发明的实施例，其中，“硬币M”同时也指辅币或其它扁平金属物品。在附图中：

图1示出了带有感应测量单元的一个鉴别装置中的硬币通道，

图2示出了具有另一种感应测量单元的硬币通道，

图3示出了控制所述感应测量单元的第一电子电路，和

图4示出了控制所述感应测量单元的第二电子电路。

图1示出了一个鉴别硬币、辅币或其它金属物品之真伪的装置，它具有一硬币通道1，后者最好是具有两个塑料部件的壳体2构成的一个孔道。所述硬币通道由底壁3、下侧壁4、上侧壁5和顶壁6限定而成。所述下侧壁4上设置有棱肋7，后者直接在下侧壁上形成，沿硬币M的运动方向延伸。硬币通道1在待鉴别硬币M的运动方向上向下倾斜，而两个侧壁4和5则相对于垂直方向V倾斜一个一般为12°的锐角，以便待鉴别硬币M沿着硬币通道1在底壁3上滚动或者滑动，并由此使之完美地以其一个侧面平贴于下侧壁4的棱肋7上。侧壁4和5各自在其远离硬币通道1的一侧具有孔洞(图中未示出)，用以分别接纳可互换设置的线圈9和10，和金属板11、12，后者不是必须的。线圈9和金属板12设置在下侧壁4上，因此它们用虚线表示。金属板11和12分别与线圈9和10相对设置。它们最好是圆的或方的，但也可以是任何其它的几何形状。分别设置在相对布置的侧壁5或4上的一个线圈9或10及可能有的金属板11或12构成一个感应测量单元。所述两个线圈9和10有两个接线，其中一个接线连接到一个公共接地m电线上，而另一个则连接到一开关13上，以便使它们连接到一个电子电路14中，而能够进行相互独立的电学过程。该装置还包括一个控制评估单元15，例如为微处理器形式，用来评估由电子电路14提供的输出信号，并对装置加以控制。电路14和微处理器15这样设计，使得从用线圈9和10测到的信号能够推演出取决于硬币M的合金和厚度d的各分立值。如果这些值与预定值在预定公差范围内相同，硬币M就视为真实的，鉴别装置就接受该硬币，否则就会拒收该硬币。

微处理器15控制开关13，使得当硬币M通过装置时，相对于时间相继在线圈9和10中产生的信号能够被唯一的电子电路14测量到。但是，对于两个线圈9和10共用的开关13和电路14，也可以代之以分别为每一线圈9和10提供专用的特定电路14，以便可以独立地选择两个线圈9和10的工作条件，使之处于最佳模式。

线圈9设置在下侧壁4上，硬币M即靠在该侧壁上沿硬币通道运动，该线圈的设置使得线圈9和硬币M侧表面间的间隙为一确定不变的预定值，例如为1.1mm。在材料方面，硬币M或者是一种合金，或者是多种合金制造的。当有硬币M时，通过合适地选择流过线圈9的电流的频率f，线圈9的内阻R₉大致上只取决于硬币M的材料。

线圈10和硬币M间的间隙取决于硬币的厚度d。对于线圈10，其内阻R₁₀就不仅取决于硬币M的材料，还与其厚度d有关。如果已知硬币M的合金成份，显然就可以确定硬币M的厚度d。

为了避免硬币M的直径影响对厚度d和合金成份的测量，线圈9和10选用的直径小于最小的待测量硬币M的直径，并将线圈设置在硬币通道1的侧壁4或5上的合适高度，使得当最小的待鉴别硬币M通过时，该硬币能够短暂地完全盖住线圈。线圈的直径例如为11mm。馈电线的电阻较低。特别合适的线圈9和10为铁氧体磁芯的绕制线圈。

对于有或没有分别相对设置的金属板11和12的各个线圈9和10，也可以仅用一个双绕线圈16来用作感应测量单元，如图2所示。该双绕线圈16包括两个单独的线圈17和18，它们设置在硬币通道1的两侧，绕制方向相反，电学上串联连接，从而使得它们在硬币通道1中产生的磁场基本上平行于侧壁4和5。

有或没有分别相对设置的金属板11和12的线圈9和10(图1)，以及双绕线圈16(图2)均可各自构成感应测量单元。当硬币M通过时，由于相应的线圈9、10或16分别与硬币M的相互物理作用，感应测量单元的电学特性暂时被改变。所述感应测量单元受电子电路14的控制，表现出一个电阻抗值Z_S。这里，标号S用来表示感应测量单元的各个线圈9、10或16。

线圈S的电学特征可以用电感L_S和欧姆内阻R_S加以描述。其阻抗则为Zs＝2πifLs+Rs，其中，i为虚数单位，f为频率。内阻Rs包括一个不变部分R_S，DC和一个可变部分R_S，AC(f)，后者取决于流经线圈S的电流频率f、硬币M的物理特性、线圈S的几何形状、金属板11、12(如果存在的话，见图1)，以及，特别在感应测量单元只包括独立的线圈(9；10)的情况下，各线圈(9；10)与硬币M之间的间距。一旦沿着硬币通道1滚动的硬币M进入线圈S的测量区，其内阻RS就升高。

图3示出了电子电路14的第一种实施例。线圈S的第一引线与大地m相连，而线圈S的第二引线则通过一个电容器C₁形式的电容元件与一第一电流源19相连，后者提供振幅大致恒定、频率为f₁的交流电I₁。电流源19是由一个第一交流电压源20和一个第一电阻器R₁构成的，后者相对于线圈S的阻抗ZS的值而言具有高电阻。电流源19的一个引线与大地m相接。

线圈S的第二引线还通过一个第二电容器C₂与一第二电流源21相连，后者提供振幅大致恒定、频率为f₂的交流电I₂。第二电流源21由一个交流电压源22和一个第二电阻器R₂构成，后者相对于线圈S的阻抗ZS的值而言也具有高电阻。电流源21的一个引线也与大地m相接。

电流源19和21各自的内阻是这样的值，使得电流源19产生的电流I₁主要流经线圈S而不流经电流源21，反之亦然。因此，流过线圈S的总电流大致为I＝I₁+I₂。

线圈S的电感LS一般为0.5-2mH。当励磁电流的频率约在5到100kHz时，其内阻R_S，AC约为20-250Ω。而当频率较高，约在1MHz左右时，其内阻R_S，AC则为几个kΩ。在第一个实施例中，交流电压源20提供的电压频率f₁约在1-10kHz，交流电压源22提供的电压频率f₂约在50-200kHz。在第二个实施例中，频率f₁和f₂分别为约50-200kHz和1MHz。频率f₂比频率f₁约大一到两个数量级。

线圈S具有复阻抗ZS，也就是说，流经线圈S的电流I₁，和由于该线圈S中的电流I₁而在线圈S两端感生的电压之间，有一个相移φ₁，其值由公式 ${\mathrm{\φ}}_1=\arctan \frac{{2\mathrm{\πf}}_1{L}_S}{R_S}$ 给出。只要分子相对于分母显著大，并在硬币M通过装置时仍然显著大，当硬币M通过时，相移φ₁就几乎不能测量到。但是，通过与线圈S串联的电流I₁的电容器C₁，可以形成一个包括线圈S和电容器C₁的阻抗Z₁，其中，可以容易地测量到流经阻抗Z₁的电流I₁和阻抗Z₁两端的电压之间的相移φ₁。因为存在关系式 ${\mathrm{\φ}}_1=\arctan \frac{{2\mathrm{\πf}}_1{L}_S-\frac{1}{2\mathrm{\π}{f}_1{C}_1}}{R_S},$ 初值φ₁，0，也就是说当没有硬币M时或者当硬币为预定类型的硬币M时相移φ₁的值可以通过调节电容器C₁的值而被调节到理想值。例如可以如此选择C₁值，使得初值φ_1，0为45°，从而使得反正切函数在45°具有最大梯度。但是，初值φ_1，0也可以是0°或任何其它值。

为了测量相移φ₁，流经阻抗Z₁的电流I₁例如通过一个运算放大器23被转换为电压U_R1，所述运算放大器的两个输入端与电阻器R₁的两个引线相连。通过另一个运算放大器24，将阻抗Z₁两端的电压U_Z1接出。运算放大器23和24输出端上的电压U_R1和U_Z1分别通过滤波器25和26馈送到一个相位计27，后者的输出信号与相移φ₁成正比。滤波器25和26的规格如此设计，使得能够通过频率为f₁的电压信号，而将频率为f₂的信号滤掉。相移φ₁的测量也可以以其它方式实现。

线圈S和电容器C₂构成一个第二阻抗Z₂。电流I₂和阻抗Z₂两端的电压U_Z2之间的相移φ₂可以用类似的方式测量，其中，为了明晰的目的，相应的电子元件比如放大器和相位计等在图中没有示出。频率f₁的范围最好为1到10kHz，频率f₂的范围最好为50-200kHz。但是，频率f₂也可以采用MHz量级的值。

这样，对于每一硬币M，所述电路14都可以用来测量由硬币导致的相移φ₁和φ₂。若有必要，可以进一步确定阻抗Z₁和Z₂的值，作为进一步描述硬币M的参数。

电容元件C₁、C₂用来分别将阻抗Z₁和Z₂的虚数部分各自减小到一个值，在该值，硬币M导致的变化可以以高度的精确性被测量到。因此阻抗Z₁、Z₂的值小于单独的线圈S的阻抗Zs的值。

图4示出了电子电路14的第二种实施例。其中，用一个电路28取代了电流源21，用作电压源，它一方面总是使线圈S和电容器C₂构成的串联谐振电路保持处于谐振频率为f₂＝f_R的谐振条件，另一方面则以预定振幅的电压激励该谐振电路，以使得流经该串联谐振电路的电流I₃与内阻R_S，AC(f_R)成正比。当串联谐振电路谐振时，该串联谐振电路的可随电流I₃改变的阻抗是符合欧姆律的。这样的电路28以及由其提供的信号的评估在欧洲专利申请EP 704 825中有描述。电路28的输出信号与电流I₃，从而与欧姆律内阻R_S，AC(f_R)成正比，后者当硬币M通过时有变化。这样，电流I₃就也可以用作接受或者拒收硬币M的判断标准。

所述第二种电子电路14可以用来测量总共四个表征硬币M之特征的值，即相移φ₁、阻抗Z₁的值、线圈S的欧姆内阻R_S，AC(f_R)和谐振频率f_R，或者由它们派生的值。电容元件C₁和C₂的规格最好是这样的，使得电流I₁具有几个kHz的低频f₁，并使谐振频率f_R比频率f₁大一到两个量级。

为了使由线圈S和电容器C₂构成的串联谐振电路不被包括电流源19的电路抑制，对于电流源19，需要有相对于线圈S较高的电阻。

如果双绕线圈16(图2)被用作感应测量单元，设置在下侧壁4上的独立线圈17最好用绞合线绕制，这种绞合线与一般导线相比具有较低的电阻，以便该线圈的内阻R_S，AC尽可能低。

对于上述两种实施例，相同之处在于：一方面，线圈S与一电容元件串联，二者共同构成了一个电阻抗，后者由一电流源供给第一电流，该第一电流与阻抗两端的电压间的相移则用作接受还是拒收硬币的判断标准；另一方面，还有一个第二电流源或者电压源为线圈S供给第二电流，以测量硬币的更多的参数。在本发明的情况下，相移的测量和其它参数的测量事实上是各自独立地进行的。

Claims (10)

1、鉴别硬币(M)、辅币或者其它扁平金属物品之真伪的装置，具有一个带线圈(S；9；10；9，11；10，12；16)的用来鉴别硬币(M)的特征的感应测量单元，其中，所述线圈(S；9；10；16)可以由第一电流或电压源(19)馈送第一电流(I₁)，并测量一个用作判断接受或拒收所述硬币的标准的相移值，其特征在于，所述线圈(S；9；10；16)可以由第二电流或电压源(21；28)馈送第二电流(I₂；I₃)，在线圈(S；9；10；16)和所述第一电流或电压源(19)之间连接有一个电容元件(C₁)，所述线圈(S；9；10；16)和所述电容元件(C₁)构成一个第一阻抗(Z₁)，所述第一电流(I₁)和该第一阻抗(Z₁)两端的电压之间的相移(φ₁)用作所述相移值。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电容元件(C₁)的值使得在没有硬币时或者当硬币为预定类型时，所述相移(φ₁)的值约为45°。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，在线圈(S；9；10；16)和所述第二电流或电压源(21)之间连接有另一个电容元件(C₂)，所述线圈(S；9；10；16)和所述另一个电容元件(C₂)构成一个第二阻抗(Z₂)，所述第二电流(I₂)和该第二阻抗(Z₂)两端的电压之间的相移(φ₂)用作接受或拒收所述硬币的判断标准。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，在线圈(S；9；10；16)和所述第二电流或电压源(28)之间连接有另一个电容元件(C₂)，所述线圈(S；9；10；16)和所述另一个电容元件(C₂)构成一个串联谐振电路，所述第二电流或电压源(28)控制该串联谐振电路的谐振。

5、如权利要求1-4之任何一项所述的装置，其特征在于，第一阻抗(Z₁)的值也用作判断接受还是拒收所述硬币的标准。

6、如权利要求1-4之任何一项所述的装置，其特征在于，所述第一电流(I₁)的频率约在1到10千赫。

7、如权利要求1-4之任何一项所述的装置，其特征在于，所述第二电流(I₂；I₃)的频率约在50千赫到5兆赫。

8、如权利要求1-4之任何一项所述的装置，其特征在于，所述感应测量单元由线圈(S；9；10)和一个金属板(11；12)构成，所述线圈(S；9；10)设置在硬币通道(1)的一个侧壁(4；5)上，所述金属板(11；12)则设置在硬币通道(1)的与前述侧壁相对的侧壁(5；4)上。

9、如权利要求1-4之任何一项所述的装置，其特征在于，所述感应测量单元的线圈是一个双绕线圈(16)，包括两个单独的线圈(17；18)，该两个单独的线圈设置在硬币通道(1)的下侧壁和上侧壁(4；5)上，绕制方向相反，并电串联在一起。

10、如权利要求9所述的装置，其特征在于，设置在所述下侧壁(4)上的单独线圈(17)是由低阻值的绞合线绕制而成的。

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