CZ136293A3 - Method of detecting and analyzing elements of metallic character - Google Patents

Description

! ·< '> Ί -Způsob detekce a analýzy prvků kovové povahy

Oblast vynálezu

Vynález se týká způsobu detekce a analýzy prvků kovové povahy, například mincí, magnetických klíčů, známek, slitin a podobně.

Způsob podle vynálezu je zvláště vhodný pro použití ve třídících zařízeních, která bývají zařazována například do automatických přístrojů, uváděných do chodu vhozením jednoho nebo většího počtu mincí předem určené hodnoty.

Dosavadní stav techniky

Existuje řada typů třídičů mincí, téměř všem je společná skutečnost, že se v nich používá emitorů a přijímačů s elektrickou funkcí. Oba tyto prvky jsou obvykle tvořeny cívkami, propojenými ’ čivými dráty. Zlomení těchto drátů je jednou z nejčastějr ; příčin selhání uvedených mřížení.

Dalším problémem, spojeným s těmito třídiči je jejich nízká variabilnost, takže je obvykle zapotřebí zařadit ještě optický systém k měření rozměrů mincí. Tyto optické systémy mají rovněž elektrickou funkci a mimoto tu další nevýhodu, že poměrně rychle dochází k jejich znečištění, čímž se zvyšuje frekvence poruch funkce uvedených zařízení.

Z třídících zařízení, založených na použití cívek je možno uvést zařízení z britských patentových spisů 1 461 404 a 2 151 062 a zařízení, popsaná ve španělských užitných vzorech č. 272 205, 275 542 a 283 742. Z třídících zařízení s optickým systémem je možno uvést zařízení ze španělského patentového spisu č. 557 523 a ze smíšených zařízení, obsahujících cívky i optické prvky je možno uvést například zařízení z španělského patentového spisu č. 555 181. Všechna uvedená zařízení trpí svrchu uvedenými problémy, přičemž zvláště závažný je nedostatek přesnosti těchto systémů.

Vynález si klade za úkol navrhnout způsob detekce a analýzy prvků kovové povahy, který by byl přesný a použitělný při analýze mincí, známek nebo magnetických klíčů a zařaditelných do běžných třídičů.

Kromě vysoké přesnosti by způsob podle vynálezu měl být jednoduchý, pokud jde o složky okruhů, použitých k detekci a analýze a k funkci by nemělo být zapotřebí použít více než jeden rezonanční výkonový obvod.

Způsob podle vynálezu by měl být zvláště vhodný pro identifikační systém pro osoby a pro identifikaci magnetických klíčů na základě své jednoduchosti, hospodárnosti a variability.

Způsob podle vynálezu měl být použitelný rovněž pro kontrolu kvality při výrobě kovových materiálů.

Podstata vynálezu

Z výhod způsobu podle vynálezu je možno uvést zejména tyto: použití jediné cívky pro detekci kovových prvků, vysokou přenost , která přes jednoduchost způsobu dovoluje použiti způsobu při detekci mincí do té míry, že je možno rozlišit i rok výroby a polohu, v níž byla mince vhozena, přičemž není nutné použít dvou cívek, jedné k vytvoření magnetického pole, které prvek přitahuje a druhé k detekci. Vzhledem k vysoké přesnosti není nutné použití optických prvků, takže odpadá i jejich montáž a náklady na udržování, vzhledem k použití pouze jediné cívky také nedochází ke zlomení drátů ve dveřích, tak jak je to časté u běžných třídičů.

Způsob detekce a analýzy podle vynálezu je založen na studiu specifických vlastností rezonančního výkonového obvodu, pokud jde o jeho vlastní kmitání.

Způsob podle vynálezu spočívá v tom, že se vytvoří mag netické pole s tlumenými kmity a jeho tlumení se měří za zís kání hodnoty Κθ , která odpovídá průměru mezi vrcholy oscilací, pak se nechá projít vytvořeným polem analyzovaný kovový prvek a provádí se druhé měření tlumení za získání hodnoty K^, která odpovídá průměru poměrů mezi vrcholy oscilací, změněnými vlivem průchodu kovové části nebo prvku, načež se vypočítá hodnota K_c/'·'- , která definuje kovový prvek nebo ko vovou část a tato h·. ota se v procesoru srovnává s přec stanovenými hodnotami.

Při provádění způsobu podle vynálezu je možno zjistit hodnotu průměrného trvání period tlumených kmitů před průchodem analyzované kovové části a po jejím průchodu, čímž se získají hodnoty Ρθ a P^, přičemž poměr těchto hodnot Ρθ/Ρ^, je druhou definující hodnotou pro materiál kovového prvku, která je stejně jako v předchozím příkladu srovnává v procesoru s předem stanovenými hodnotami.

Magnetické pole s tlumenými kmity je možno vytvořit rezonančním výkonovým obvodem. Signály z tohoto obvodu je možno přivádět do prvního zesilovače nebo separátoru k detekci časového období v trvání vlastních kmitů a do druhého zesilovače nebo separátoru, jímž signál prochází do analogově číslicového převodníku.

Analogově číslicový převodník může být tvořen převodníkem napětí na frekvenci nebo napětí na pulsy.

Vlastnosti a výhody způsobu podle vynálezu budou lépe zřejmé z následujícího popisu v souvislosti s přiloženými výkresy, v nichž je schematicky pouze formou příkladu znázorněn jeden z možných způsobů uskutečnění způsobu podle vynálezu.

Popis výkresů

Na obr. 1 je znázorněn schematicky nejjednodušší obvod, jehož je možno použít pro tvorbu pole s tlumenými vlastními oscilacemi.

Na obr. 2 jsou schematicky znázorněny tlumené vlastní oscilace okruhů z obr. 1.

Na obr. 3 je znázorněn obvod z obr. 1, spojený s procesorem.

Na obr. 4 je znázorněno blokové schéma obvodu pro výhodnější uskutečnění způsobu podle vynálezu.

Na obr. 5 je znázorněno rozvinutí obvodu, znázorněného na obr. 4.

Na obr. 6 jsou znázorněny různé tvary vln, produkované obvodem z obr. 4.

V případě, že v obvodu, znázorněném na obr. 1 je spínač 1_ vypnut, prochází cívkou 2^ proud s intenzitou, rovnou hodnotě V/R, kde R je odpor cívky 2 a V je napětí na baterii _3·

V případě, že spínač _1 je zapnut, sníží se proud, procházející cívkou 2^ a mezi jejími zakončeními je indukována zpětná elektromotorická síla, která nabíjí kondenzátor 4_ na napětí, které je úměrné indukované zpětné elektromotorické síle a nepřímo úměrné počátečnímu napětí. V případě, že intenzita proudu, protékajícího tímto obvodem je nulová vzhledem k rozdílu fází mezi proudem a napětím v tomto typu obvodu, je napětí na kondenzátoru 4. maximální, avšak negativní.

V tomto okamžiku se kondenzátor 4_ počně vybíjet přes cívku 2. Tímto výbojem se vytvoří na cívce 2_ magnetické pole. V případě, že intenzita na cívce je maximální, je napětí mezi jejími konci nulová a magnetické pole se počne snižovat, čímž vzniká indukovaná zpětná elektronotorická síla, která nabije kondenzátor £ na napětí, úměrné velikosti této zpětné elektromotorické síly a nepřímo úměrné předchozímu napětí. Teoreticky ba při tomto cyklu měly vznikat přesné oscilace s neomezeným trváním. V praxi k tomu však nemůže dojít vzhledem k odporu celého obvodu, magnetického odporu, ztrátám na kondenzátoru a dalším ztrátám, v jejichž důsledku vzniknou tlumené oscilace, jak je zřejmé z obr. 2.

Na obr. 2 je možno pozorovat také další jev. Počáteční napětí V je nižší než napětí na vrcholu prvního cyklu. Příčina je jednoduchá. V případě, že by nebyla mezi zakončení obvodu vložena baterie a byl by pouze nabit kondenzátor £, bylo by napětí na tomto kondenzátoru vyšší než napětí na prvním vrcholu. Avšak při přímém spojení baterie s obvodem je počátečním napětím intenzita na cívce _2, vzhledem k tomu, že tato hodnota je vyšší než napětí na kondenzátoru 4. Tento systém byl použit pouze jako jeden ze způsobů vytvoření tlumených kmitů.

Frekvence těchto cyklů je vždy stejná a je možno ji určit na základě následujícího vztahu:

f = 7 \ZTi/LC - R²/4L²) kde znamená frekvenci v cyklech za sekundu (Hz) je odpor obvodu (ohm) je impedance cívky (henry) je kapacitance kondenzátoru (farad)

V případě, že se nebere v úvahu odpor obvodu nebo v případě, že je nulový, což není možné, měl by příslušný vzorec známější úpravu, a to

ÚLC a doba trvání cyklu v grafu

kde P je doba trvání cyklu v sekundách.

Z popisu je zřejmé,že prvním parametrem, který je měřen, je doba trvání cyklu P, která určuje také hodnotu indukčnosti cívky 2^ jako kvadratické funkce. Relativní propustnost obvodu je udávána hodnotou ρθ/Ρ^, kde 120 je hodnota doby trvá ní ve vakuu a 121 je doba trvání v případě, že se do magnetického pole vsune zkoumaný materiál.

Druhou hodnotou, která je v interakci s první hodnotou při analýze materiálu je poměr mezi positivními nebo negativními vrcholy kmitů. První vytvořený vrchol vždy závisí na vloženém materiálu, počítaje v to vzduch. Druhý vrchol je výsledkem vynásobení prvního vrcholu faktorem K, který je vždy menší než 1. Třetí vrchol je výsledkem vynásobení druhého vrcholu tímtéž faktorem K. Tímto způsobem tlumené kmity pokračují až do posledního zjistitelného vrcholu. V případě, že první vrchol, vznikající při maximální intenzitě v cívce je ekvivalentní vrcholu při nulovém napětí nebo zdvo jenému vrcholu, bude tento vrchol mít vždy stejnou velikost a bude záviset pouze na intenzitě, procházející cívkou před odpojením, S^, takže bude možné přesně odhadnout velikost vrcholu nebo hodnotu faktoru K pouze změřením velikosti prvního vrcholu.

Totéž by obdobným způsobem bylo platné také pro negativní vrchol.

Pro větší přesnost by místo poměru mezi jednotlivými vrcholy (K), bylo možno užít také průměrný poměr mezi jednotlivými vrcholy.

Uvedené tlumení je způsobeno součtem vektorů, které jsou tvořeny následujícími parametry nestejných faktorů:

uzavření magnetického obvodu materiálem, magnetická vodivost materiálu, hysterese materiálu, ztráty, způsobené vířivými proudy, tvar materiálu, povrch materiálu, hmotnost materiálu a objem materiálu.

Na základě těchto hodnot může dojít také k tomu, že v některých případech je tlumení nižší než ve vakuu, například v případě použití ferritů.

Interakce mezi uvedenými dvěma parametry a jejich srovnání s některými předem určenými hodnotami určuje analyzovaný materiál. Tyto hodnoty se srovnávají s hodnotami z procesoru, čímž je možno zjistit, zda vsunutý prvek má hodnotu v předem určeném rozmezí nebo nikoliv.

Vzhledem k tomu, že obvod, vysvětlený svrchu na základě principu své činnosti by nebyl dostačující, bude dále uvedeno spojení tohoto obvodu s procesorem.

Na obr. 3 je znázorněn obvod, který sestává z resonančníno výkonového obvodu, tvořeného cívkou 111 a kondenzátorem 112, zařazenými paralelně a spojenými s procesorem 5_.

Na obr. 4 je znázorněn snímač 110, který je tvořen rezonančním výkonovým obvodem. Toto uspořádání rovněž obsahuje zesilovač nebo separátor 120 pro detekci délky pulsu, zesilovač nebo separátor 130 pro analogově číslicový převodník a generátor 140 proudu pro přívod energie pro snímač 110.

Snímač 110 je tvořen snímací cívkou 111 a kondensátorem 112 z obr. 3, zařazenými paralelně. Tím vzniká rezonanční LC-jednotka, podobná jednotkám v celé řadě elektrických čidel, avšak její funkce je zcela odlišná, jak již bylo svrchu vysvětleno a funkce obvodu může být zajištěna jedinou cívkou bez potřeby použití dalšího snímače na opačné straně, tak jak tomu je ve většině třídičů, i když toto uspořádání nezabrání možnosti zařadit dvě nebo větší počet cívek místo jedné, a to paralelně, za sebou a podobně, nebo i toto uspořádání je do způsobu podle vynálezu zahrnuto.

Prvek 120 na obr. 4 je Schmittův spouštěcí zesilovač pro převod signálů z cívky na jekoukoliv veličinu, která může být měřena logickým obvodem, připojeným v místě 102 tak, aby bylo možno získat údaj o trvání vlastních kmitů.

Prvek 130 je útlumový článek. Prvkem 140 je další zesilovač.

Obvod 110 z obr. 4 je tvořen cívkou 111 a kondenzátorem 112 z obr. 3 a 5, přičemž cívka 111 je zařazena jako spínací cívka pro magnetické tlumení a magnetickou propustnost, kdežto kondenzátor 112 je zařazena jako rezonanční kondenzátor.

Jak je lépe zřejmé z obr. 5, je obvod 120 tvořen prvky 121, 122, 123 a 124. Prvek 121 je zařazen pro omezení přiváděného signálu a pro polarizaci prvku 124. Jedinou funkcí prvku 122 je polarizace prvku 124. Prvek 123 je zatěžovací odpor pro prvek 124 pro výpočet polarizačních hodnot prvků 121 a 122.

Prvek 124 je a. tivním prvkem obvodu 120 a je užit k zesílení signálu, vytvořeného obvodem 110 a k jeho převedení na logickou úroveň, tak, aby bylo možno měřit délku vytvořených kultur nebo délku skupiny těchtc Isů.

Obvod 130 je tvořen prvky 131, 132, 133 a _13_4. Prvek 131 je zařazen pro omezení proudu pulsů, vytvořených obvodem 110. Prvek 132 spojuje nakrátko parazitní šum. Prvek 133 vymezuje přiváděné napětí vytvoření pulsů tak, že v případě pulsu s nižším napětím dojde k jeho automatickému spojení nakrátko a omezení na vymezenou hodnotu. Prvek 134 je obdobným způsobem zařazen pro vymezení pulsů s negativním napětím, takže v případě nižší hodnoty opět dojde k omezení na určené napětí.

Obvod 140 je tvořen prvky 141, 142, 143, 144, 145 a 146. Prvek 141 je užit pro zábranu napětí pulsu z generátoru na specifickou hodnotu v případě chybné funkce. Kdyby tento prvek nebyl zařazen, mohlo by dojít v případě přívodu příliš dlouhého pulsu na výstupu 104 ke spálení prvků 144 a 145. Prvek 142 je polarisační resistor, jehož činností dochází k normální deaktivaci prvku 144. Prvek 133 je rovněž polarisační resistor, jehož činností dochází k normální deaktivaci prvku 145. Prvek 144 zesiluje puls, přiváděný na výstup 104 tak, aby mohl být přiváděn do prvku 145, který signál zesílí tak, aby bylo možno přivést puls s dostatečnou energií do obvodu 110. Funkcí prvku 146 je průchod pulsu, zesíleného předchozími prvky k obvodu 110, avšak nemá dojít zpětnou vazbou k průchodu signálu do vlastního obvodu.

Všechny svrchu uvedené prvky jsou uvedeny pouze jako příklad možného použití a každý z nich je možno měnit, pokud nedojde ke změně výsledné funkce.

V jednom z četných laboratorních pokusů bylo k dosažení správné funkce způsobu podle vynálezu užito následujících prvků:

111 - eliptická cívka o přibližně 2 mH se 300 závity a tlouštkou 0,2 mm,

112 - 68 nF polyesterový kondenzátor,

121 - 100K resistor,

122 - 390K resistor,

123 - 2,2K resistor,

124 - BC547 transistor,

131 - 33K resistor,

132 - 100 pF keramický kondenzátor,

133 a 134 - BAV99, diody v sérii,

141 - 100 nF keramický kondenzátor,

142 - 47K resistor,

143 - 1K resistor,

144 - BC547 transistor,

145 - BC557 transistor,

146 - IN 4148 dioda.

Přívod napětí dc v tomto příkladu byl 5V a uzemění bylo OV.

Na obr. 6 jsou znázorněny časové diagramy pro funkci způsobu podle vynálezu, v nichž.

tvar vlny Fl odpovídá pulsu na vstupu 104. Jde jednoduše o positivní indikátorový puls pro případ, v němž má obvod 140 vyslat puls energie k cívce.

Tvary vln F2, F3 a F4 odpovídají zesílení v civ.-.' 1; '

Tvar vlny F5 je záznam odpovědi z cívky na energetické pulsy.

Tvar vlny F6 odpovídá positivní semirektifikaci, tak jak je možno ji odečíst na výstupu 103.

Tvar vlny F7 odpovídá jejímu průchodu zesilovačem 120 pro vznik signálu 102.

Tvar vlny F8 je možno odečíst na výstupu 120 obvodu po zesílení obvodem 120.

Všechny tyto tvary náleží k obvodu, který je znázorněn na obr. 5, tak, aby bylo možno lépe porozumět uskutečnění způsobu podle vynálezu.

Při uvedené funkci dochází nejprve v místě 104 k přívodu positivního pulsu s předem určeným trváním. Tento puls, jehož vlna má tvar, znázorněný na obr. 6 jako vlna Fl je zesílen pomocí obvodu 140, čímž je vydán energetický puls do obvodu 110. V obvodu 110 dojde tímto způsobem k vlastní oscilaci, tak jak je znázorněna tvarem vlny F5, to znamená, že jde o tlumené kmity, které směřují k nule. V tomto okamžiku je stejně jako v obvodu 110 vlna téhož tvaru přítomna na výstupu 103, avšak pouze ve své positivní části a omezeně, pokud jde o velikost vlny v positivní části, jak je znázorněno vlnou F6. Tento signál se měří analogově číslicovým převaděčem s možností nejvyššího vrcholu nižší než je přiváděné napětí. Poměr mezi vrcholy a vzdálenost mezi nimi udává povahu prvku, měřeného tímto způsobem, jak již bylo svrchu uvedeno. Srovnáním těchto hodnot s určitými předem stanovenými parametry je možno určit, z jakého materiálu je vytvořen zkoumaný prvek.

Výstup 102 je signálem pro možnost měření periody jednoho cyklu kmitů a podává informaci o tom, ve kterém okamžiku má být měřen vrchol. Tímto způsobem je možno získat poměr mezi magnetickou propustností prvku, údaje o jeho hmotnosti, hysteresi materiálu a podobně.

V případě mincí nebo známek je měření prováděno v každém z okamžiků, v nichž mince nebo známka prochází magnetickým polem snímače. Tímto způsobem je možno odlišit od sebe mince nebo kovové známky dvou nebo většího počtu slitin od padělků, které byly vyrobeny z pouze jediné slitiny vzhledem k tomu, že pravé výrobky i padělky zanechávají holografickou pamět ve tvaru vlny uvedeného obvodu v každém z okamžiků průchodu mince.

Velikost tlumení oscilací je vždy určována faktorem

K, jak již bylo svrchu uvedeno. Tento faktor je vždy nižší než 1 a udává poměr mezi vrcholy signálu, vznikajícího v obvodu 110 tak, že až na určité ztráty bude druhý vrchol vždy mít velikost prvního vrcholu, násobenou tímto faktorem K, jak bylo podrobně vysvětleno.

Svrchu uvedený vzorec může být také vyjádřen jiným způsobem jako e ^{x n}\ kde n znamená počet vrcholů a I je jiný způsob vyjádření uvedeného faktoru.

Při použití svrchu uvedeného uspořádání je možno bez použití jakéhokoliv dalšího typu prvků, například optických článku, odlišit od sebe velikost, hmotnost a typ materiálu zkoumaného prvku.

Zastupuje:

Claims (6)

1. Z

   PATENTOVÉ NÁROKY ·' \ \

   \ v \ ,

   1. Způsob detekce a analýzy prvků kovové povahy vyznačující se tím, že se vytvoří magne-tické pole s tlumenými kmity a měří se jeho tlumení za získání hodnoty Κθ, která odpovídá poměru mezi vrcholy oscilací, pak se vytvořeným polem nechá projít analyzovaný kovový prvek a provádí se druhé měření tlumení uvedeného pole za získání hodnoty K^, odpovídající průměru poměrů mezi vrcholky oscilací, změněných vlivem průchodu kovové části nebo prvku, načež se vypočítá hodnota Κθ/Κ^, která definuje jedinečným způsobem kovový prvek nebo kovovou část a tato hodnota se srovnává s předem stanovenými hodnotami z procesoru.
2. 2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že se před průchodem analyzované kovové části a po jejím průchodu měří hodnota průměrného trvání period tlumených kmitů za získání hodnot Ρθ a P^, přičemž po~ r hodnot P_Q/P^ je definující hodnotou pro materiál kovového prvku, která se srovnává s předem stanovenými hodnotami z procesoru.
3. 3. Způsob podle nároků la2, vyznačující se t í m , že se magnetické pole s tlumenými kmity vytvoří resonančním výkonovým obvodem.
4. 4. Způsob podle nároku 3,vyznačující se tím, že se signály z resonančního výkonového obvodu nechají projít prvním zesilovačem nebo separátorem pro detekci délky trvání oscilace a druhým zesilovačem nebo separátorem, jímž signál prochází směrem k analogově-číslicovému převaděči.
5. 5. Způsob podle nároku 4,vyznačující se tím, že analogově-číslicový převaděč je tvořen převaděčem píz

   - 15 napětí na frekvenci.
6. 6. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že analogově-číslicový převaděč je tvořen převaděčem napětí na pulsy.

   Zastupuje:

   Or. ZDENKA KORiíEOVA