CN1120709A - 检测硬币，代币或扁平体的装置 - Google Patents

Abstract

检测硬币或其他扁平体真实性的装置，有安置在与水平面倾斜θ角的通道上方相同高度(h)处且相互间隔的两个光隔。当被检测硬币开始掩盖第一光栅时，开始进行时间测量。从进一步测量的终止掩盖第一光栅的时间t₁，开始掩盖第二光栅的时间t₂和终止掩盖第二光栅的时间t₃，可以确定硬币的弦长(B)，按预定条件，硬币从开始掩盖第一光栅的时间t₀到终止掩盖第二光栅的时间t₃有一个近似的匀加速度。硬币的初始速度和初始角速度在这里不起作用。

Description

检测硬币、代币或扁平体的装置

本发明涉及一种检测硬币、代币或其他扁平体真实性的装置，具有一个硬币通道，电子装置和两个光栅，被检测硬币在与水平面倾斜一个角度的通道上通过该装置，两个光栅以相同的高度安置在通道上方，且相互间隔L。

例如，这类硬币检测器适用于在电话装置、自动售货机、能量测量仪器中鉴别硬币。

法国专利FR1605182公开了上述类型的硬币检测器。沿一个硬币通道装有两个光栅，硬币从第一光栅到第二光栅所经历的时间间隔以及硬币掩盖第二光栅所经历的时间间隔与预定的基准值比较。无疑，这样一种测量表明确定硬币的一个弦长。为避免不同的起始速度，必须有一个由继电器驱动的，能挡住插入的硬币然后又为该硬币打开其通道的掣爪。

联邦德国专利DE2015058C2公开了一种硬币检测器，它有一个能松开硬币通道的掣爪，一个能按硬币的专门特性制动硬币的磁体和用于测定通过该磁体后硬币速度的两个光栅。没有考虑从第一光栅到第二光栅通路上硬币中加速度的措施。为进一步提高硬币检测的可靠性，在制动磁体前再装备两个光栅，借助于它们在进入磁体磁场之前就可确定硬币的速度。

从英国专利EP119936A1知道一种借助于两个光栅确定一个硬币直径的硬币检测器。硬币沿一个硬币通道滚动，同时经历一个恒定的加速度。从硬币掩盖两个光栅的时间间隔计算一个平均速度，并用于校正加速度对确定直径的影响。

从英国专利EP483451A1可知，一个沿硬币通道滚动的硬币掩盖两个光栅经历时间的算术平均值用于确定该硬币的弦长。

但是上述现有技术的装置比较复杂，或者检测与起始状态有关。

本发明的基本目的是提供一种可以简单而精确地且与起始状态无关地确定被检测硬币弦长的硬币检测器。

为实现本发明上述目的，本发明提供了一种检测硬币，代币或其他扁平体真实性的装置，具有一个硬币通道，电子装置和两个光栅，被检测硬币在与水平面倾斜一个角度的通道上通过该装置，两个光栅以相同的高度安置在通道上方，且相互间隔，按照本发明，硬币通过时，电子装置按照本发明记录开始掩盖第一光栅的时间t₀，终止掩盖第一光栅的时间t₁，开始掩盖第二光栅的时间t₂，终止掩盖第二光栅的时间t₃，并由这四个时间t₀，t₁，t₂，t₃计算硬币的弦长B，按预定条件，从开始掩盖第一光栅的时间t₀到终止掩盖第二光栅的时间t₃，硬币)有一个近似的匀加速度a，这个弦长B作为硬币合格或拒收的一个决定标准。

下面借助于一个简单的附图，更详细地解释本发明的一个典型实施例。

在唯一的附图1中表明一个检测硬币或代币或其他扁平体真实性的装置。

在一定程度上已经知道，这个装置本身具有一个硬币通道K，两个光栅L1和L2以及用于记录和计算由光栅L1和L2发射的电信号的电子装置E。在从硬币入口到第一光栅L1的区域，硬币通道K设计成具有能量吸收元件，使得硬币M在两个光栅L1和L2之间通常不可能弹起或跳跃。在两个光栅L1和L2之间的区域，硬币通道K设计为一个相对于水平面H倾斜θ角的斜面SE。在两个光栅L1和L2之间的斜面SE上，硬币M在重力和摩擦力作用下以匀加速度往下运动。这个运动可能是滚动而不滑动，滑动而不滚动或兼有滚动和滑动。光栅L1和L2以预定的相同高度h和预定的相互间隔L安置在斜面SE的上方。硬币M相对于时间t在斜面SE上运动过的距离定为座标X(t)。当硬币M开始掩盖第一光栅L1时，选定座标X轴和时间t的零点x₀和t₀，使x₀＝0和t₀＝0。

硬币M有质量m，半径R和惯性矩I。惯性矩I与通过硬币M重心的转动轴有关。如所知，对于一个均匀的硬币， $I=\frac{1}{2}m{R}^2$ 。硬币M在高度h处平行于斜面SE的弦的长度称为B。硬币M的重心以速度V(t)运动。硬币M以角速度ω(t)绕其重心转动。硬币M的能量E由重心的位能Epot，动能Ekin和绕其重心转动的转动动能Erot组成： $E=E_{\mathrm{pot}}+E_{\mathrm{kin}}+E_{\mathrm{rot}}=\mathrm{mgSin\θ}(L+B-x)+\frac{1}{2}m{V}^2+\frac{1}{2}I{\mathrm{\ω}}^2$

(1)式中g为重力加速度。

在t₀＝0时，硬币M的速度V为V₀，其角速度ω为ω₀，因此， $E(x_0=0)=\mathrm{mgSin\θ}(L+B)+\frac{1}{2}m{V}_0^2+\frac{1}{2}I{\mathrm{\ω}}^2--\left(2\right)$ 是正确的。

由能量守恒定律得出方程(3)： $-\mathrm{xmgSin\θ}+\frac{1}{2}m{V}^2+\frac{1}{2}I{\mathrm{\ω}}^2=\frac{1}{2}m{V}_0^2+\frac{1}{2}I{\mathrm{\ω}}_0^2----\left(3\right)$ 如果硬币滚动而不滑动，则V＝Rω成立。因此，用时间t对方程(3)进行微分，得加速度a₁ $a_1=\frac{\mathrm{d\ν}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{mgSin\θ}}{m+R^{-2}I}----\left(4\right)$ 积分得： $X\left(t\right)=\frac{1}{2}{a}_1{t}^2-V_{0}t=\frac{\mathrm{mgSin\θ}}{2(m+R^{-2}I)}{t}^2+V_{0}t----\left(5\right)$

当硬币M沿硬币通道滚动时，它相继掩盖两个光栅L1和L2。t₁为终止掩盖第一光栅L1的时间，t₂为开始掩盖第二光栅L2的时间，t₃为终止掩盖第二光栅L2的时间，由此得出下列方程(6)，(7)，(8)： $B=\frac{1}{2}{a}_1{t}_1^2+V_0{t}_1-----\left(6\right)$ $L=\frac{1}{2}{a}_1{t}_2^2+V_0{t}_2----\left(7\right)$ $L+B=\frac{1}{2}{a}_1{t}_3^2+V_0{t}_3----\left(8\right)$ 解方程组(6)，(7)，(8)得： $B=L\frac{(t_2-t_3)t_1^2+(t_3^2-t_2^2)t_1}{(t_3^2-t_1^2)t_2-(t_3-t_1)t_2^2}-----\left(9\right)$ 和 $a_1=2L\frac{t_1+t_2+t_3}{(t_3^2-t_1^2)t_2-(t_3-t_1)t_2^2}-----\left(10\right)$

确定硬币M的弦长B的公式(9)不包括任何取决于它的初始速度V₀，它的初始角速度ω₀以及任何物理常数的项。当时间轴被选定，t₀＝0成立时，弦长B只由两个光栅L1和L2之间的预定间隔L和被测量的时刻t₁，t₂，t₃求得。时刻t₁，t₂和t₃实际上相当于时间差。硬币M的半径R可由弦长B和高度h计算给定。 $R=\frac{B^2+4h^2}{8h}-----\left(11\right)$

硬币M的加速度也可利用公式(10)由时间t₁，t₂，t₃计算。根据硬币M滚动而不滑动的预定条件，则硬币M的惯性矩I与质量m之比可借助于方程(4)，(10)和(11)确定： $\frac{I}{m}=\frac{g{R}^3\mathrm{Sin\θ}}{a_1}-R^2-----\left(12\right)$

如果硬币M滑动而不滚动，它的转动能消失，也可求得一个匀加速度a₂ $a_2=\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{gSin\θ}------\left(13\right)$ 求解得： $X\left(t\right)=\frac{1}{2}{a}_2{t}^2+V_{0}t=\frac{1}{2}\mathrm{gSin\θ}{t}^2+V_{0}t----\left(14\right)$

显而易见，借助于公式(9)可以从时间t₁，t₂，t₃确定弦长B。而且，当硬币M滚动和滑动时，确定弦长的公式(9)都是适用的，按预定条件，从时间t₀到t₃，也就是说在两个光栅L1和L2之间的距离，硬币M重心的加速度是近似不变的。

采用实际上已知的方法可以高精度地进行时间t₀，t₁，t₂和t₃的测量。在检测硬币的装置第一变型中，光栅L1和L2发射的信号通过分离线馈送到微处理机的两个输入端，因此，两个光栅L1和L2的间距L可以按要求确定。在一种有利的变型中，选定其间距L大于被测的最大硬币的弦长B。在这种情况，两个光栅L1和L2绝不会同时被掩盖，因此，两个光栅L1和L2的输出信号可以馈送到微处理机的一个共用输入端。在一个硬币M通过光栅L1和L2时，在上述两种变型装置中，都有两个脉冲相继加到微处理机上。第一脉冲的上升边缘开始在微处理机上进行时间测量，也就是说指定t₀＝0。然后，两个脉冲的另3个侧面确定t₁，t₂和t₃三个时间。借助于公式(9)，微处理机接着计算硬币M的弦长B，它至少可以作为该硬币M合格或拒收的一个决定标准。

当然，指定的这些公式可以转换，甚至在所有情况下可由一个近似公式替代，因此，如有可能，在用微处理机进行计算时可以避免舍入误差。

可见所述的这种装置的优点是：在确定弦长B时既不涉及初始速度V₀，也不涉及初始角速度ω₀，而且也不涉及从第一光栅到第二光栅路程中硬币M的有效加速度a。例如，在第一光栅L₁以前的硬币通道上不需要借助磁体构成一个实用的止动装置。硬币M的弦长B可由公式(9)确定，其精确度在千分之一的范围。因此，提出的这种硬币检测器特别适合于在验收不同尺寸及不同货币的硬币的机器中使用。

硬币M的惯性矩I决定于构成该硬币的合金性质和数量。如果硬币M由多种合金组成，惯性矩I也取决于各合金在硬币M内的几可排列。因此，惯性矩和质量比I/m是另一个表征硬币M的参数。如果硬币M在硬币通道中滚动而不滑动，I/m比值可用作硬币M合格或拒收的一个决定标准，因此没有必要在硬币检测器中装上一个感应传感器确定其合金成分。

这个装置也可再有一个传感器测量其他性能，例如测量被测硬币的厚度，这个厚度也可作为该硬币M合格或拒收的一个决定标准。

Claims (7)

1.一种检测硬币(M)，代币或其他扁平体真实性的装置，具有一个硬币通道(K)，电子装置(E)和两个光栅(L1，L2)，被检测硬币(M)在与水平面(H)倾斜θ角的通道上通过该装置，两个光栅(L1，L2)以相同的高度h安置在通道上方，且相互间隔L，其特征在于，硬币(M)通过时，电子装置(E)记录开始掩盖第一光栅(L1)的时间t₀，终止掩盖第一光栅(L1)的时间t₁，开始掩盖第二光栅(L2)的时间t₂，终止掩盖第二光栅(L2)的时间t₃，并由这四个时间t₀，t₁，t₂，t₃计算硬币(M)的弦长B，按预定条件，从开始掩盖第一光栅(L1)的时间t₀到终止掩盖第二光栅(L2)的时间t₃，硬币(M)有一个近似的匀加速度a，这个弦长B作为硬币(M)合格或拒收的一个决定标准。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于借助于公式 $B=L\frac{(t_2-t_3)t_1^2+(t_3^2-t_2^2)t_1}{(t_3^2-t_1^2)t_2-(t_3-t_1)t_2^2}$ 计算所述的弦长B，时间测量的零点定为t₀＝0。

3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于确定一个加速度a，并作为硬币(M)合格或拒收的一个决定标准。

4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于硬币(M)的加速度a按 $a_1=2L\frac{t_1+t_2+t_3}{(t_3^2-t_1^2)t_2-(t_3-t_1)t_2^2}$ 确定。

5.按照权利要求1—4中任一项所述的装置，其特征在于所述的硬币(M)的惯性矩I和质量m的比率被确定并作为硬币(M)合格或拒收的一个决定标准。

6.按照权利要求5所述的装置，其持征在于硬币(M)的惯性矩I和质量m的比按关系式 $\frac{I}{m}=\frac{g{R}^3\mathrm{Sin\θ}}{a_1}-R^2$ 确定，式中 $R=\frac{B^2+4h^2}{8h}$ ，g为重力加速度，加速度a按权利要求4中的公式计算。

7.按照权利要求1—6中任一项所述的硬币(M)检测装置，其特征在于它能验收不同货币的硬币(M)。

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