DE2507398C3 - Schaltungsanordnung zum Prüfen metallischer Gegenstände - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Prüfen metallischer Gegenstände wie Münzen u. dgl., gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Aus der DE-OS 2 130 057 is ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Prüfung metallischer Gegenstände wie Münzen u. dgl. bekannt, bei dem sich der Gegenstand durch ein periodisch wechselndes Feld hindurchbewegt. Die positive bzw. die negative Amplitude des Wechselfeldes wird mit einer Referenzgröße verglichen, wobei die Gui-Kennung des Gegenstandes nur dann erfolgt, wenn die Amplitude innerhalb eines Toleranzbereiches liegt. Es ist ebenfalls bekannt, für die Auswertung der Ausgangssignale zwei spannungserapfindliche Schwellen zu verwenden, welche mittels einer logischen Verknüpfung verbunden sind und die keinen Impuls liefern, wenn das Meßergebnis außerhalb der Schwellenbreite geblieben ist. Sie liefern jedoch einen Impuls, wenn die js Meß-Spannung in diesen Bereich gekommen ist und ihn wieder verlassen hat Beim völligen Durchlaufen des Meßbereiches liefert die logische Verknüpfung zwei Signale, die durch einen Flip-Flop-Kreis und durch eine nachgeschaltete Steuerschaltung ausgewertet werden.

Als Sinus-Generatoren werden im einfachsten Falle L-C-Oszillatoren verwendet, bei weichen die Primärspule einen Bestandteil des Oszillators bildet. Die Konstanz der Amplitude ist bei einem solchen Oszillator nicht besor.Jers gut.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Prüfen metallischer Gegenstände zu schaffen, bei welcher der Schwingkreis automatisch auf Resonanz gehalten wird ■so und welcher der Frequenz und der Phasenverschiebung proportionale Ausgangsspannungen zum Z.vecke der Gut-Kennung bzw. der Aussonderung des metallischen Gegenstandes liefert.

Die gestellte Aufgabe wird bei der eingangs erwähnten Schaltungsanordnung zum Prüfen metallischer Gegenstände, wie Münzen u. dgl., durch die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale gelöst

Hin Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird anhand von Zeichnungen bo naher erläutert. Es zeigt

Fig. i eine Schaltungsanordnung zum Prüfen metallischer Gegenstände,

Fig. 2 den Verlauf der Ausgangsspannungen, und

Fig. 3 ein Tiefpaßfilter.

Die Schaltungsanordnung zum Prüfen metallischer Gegenstände gemäß der Fig. 1 besteht aus einem digitalen Siriüs-Generätör 1₍ welcher aus einem Taktgeber 2, aus einem Johnson-Zähler 3 und aus einem

dem Johnson-Zähler 3 nachgeschalteten Widerstandsnetz 4 besteht, welches über einen L-C-Schwingkreis 5 an die Masse der Prüfeinrichtung geschaltet ist. Der Taktgeber 2 ist ein spannungs-kontrollierter Oszillator (VCO), welcher rechteckf örmige Spannungen an den Johnson-Zähler 3 liefert und dessen Ausgangsfrequenz mit Hilfe einer Gleichspannung variiert werden kann. Der hier verwendete Sinus-Generator X ist vierstufig, so daß seine Ausgangsspannungen zueinander eine Phasenverschiebung von 45° aufweisen. Der Johnson-Zähler 3 ist einerseits mit einem an den L-C-Schwingkreis 5 geschalteten Ansteuerungskreis 6 verbunden, welcher aus einem Phasenkomparator und aus einem Integrator besteht und mit dem Taktgeber 2 verbunden ist. Die Ausgangsspannung U₁₁ des Johnson-Zählers 3 wird einem Analog-Schalter 7 zugeführt, dessen gesteuerter Kontakt an den L-C-Schwingkreis 5 angeschlossen ist. Der Analog-Schalter 7 liefert über ein Tiefpaßfilter 8 eine Ausgangsgleichspannung U*,. welche der am L-C-Schwingkreis 5 liegenden Wechselspannung L/, proportional ist. Es gilt U*_x ~ U. Der Johnson-Zäh ler 3 ist ferner mit einem Phasenkomparator 9 verbunden, welcher einerseits über einen Impulsformer

10 mit einer mit der Spule L des L-C-Schwingkreises 5 induktiv gekoppelten Sekundärspule 11 und andererseits mit einem Analog-Schalter 12 verbunden ist, dessen gesteuerter Kontakt an der Sekundärspule

11 liegt. Dem Analog-Schalter 12 ist ein Tiefpaßfilter

13 nachgeschaltet.

Die am Ausgang des Ansteuerungskreises 6 abnehmbare Ausgangsspannung U₁ ist eine Gleichspannung, die zum Steuern des Taktgebers 2 verwendet wird und die der Resonanzfrequenz des L-C-Schwingkreises 5 proportional ist. Es gilt U₁ = U ~f_rt}. Die Spannung U₁ = U~-f_ra kann als Kriterium für die Gut-Kennung bzw. Aussonderung des Metallgegenstandes M verwendet werden.

Der durch eine Rechteckspannung des Impulsformer 10 gespeiste Phasenkomparator 9 kann in einer ersten Ausführung aus einem Ex-Or-Gatter bestehen, dessen Ausgangsspannung durch ein Tiefpaßfilter 14 nach der Fig. 3 geglättet und in Auswertemitteln zur Gut-Kennung bzw. Aussonderung metallischer Gegenstände bearbei'et wird. Der Plnsenkomparator 9 kann in einer anderen Ausführung aus einem Flip-Flop bestehen, welchem ebenfalls ein Tiefpaßfilter 14 nachgeschaltet wird. Die am Ausgang des Phasenkomparator 9 abnehmbare, durch das Tiefpaßfilter

14 geglättete Spannung ist der Phasenverschiebung φ zwischen der Spannung U₂ der Sekundärspule 11 und der Spannung L/, des L-C-Schwingkreises 5 proportional. Es gilt U_a —ff.

Das Tiefpaßfilter 14 gemäß der Fig. 3 besteht aus einem Operationsverstärker 15 mit frei zugänglichem Summationspunkt S₁ ?\s welchem ein aus Widerständen R₁ und R₁ und Kondensatoren C₁ und C₂ bestehender Doppelt-T-Kreis parallel liegt. Dem Operationsverstärker 15 ist ein aus Widerständen /?, und R₄ und aus einem Kondensator C₃ bestehendes T-Glied vorgeschaltet Der frei zugängliche Summationspunkt S ist über ein Potentiometer P an die Masse oder an ein geeignetes Potential geschaltet,

Nähert sich der Spule L des L^C-Schwingkreises 5 ein metallischer Gegenstand M, z, B. eine Münze, so wird durch die Änderung, der Induktivität sowohl die Resonanzfrequenz des L^C-Schwingkreises 5 als auch die Phasenverschiebung zwischen der Primärspannung U₁ und der Ausgangsspannung U₁, des Johnson-Zählers 4 geändert. Diese Änderung hat zur Folge, daß der Mittelwert der Ausgangsspannung des Phasenkomparator des Ansteuerungskreises 6 nicht mehr Null ist.

Der Integrator des Ansteuerungskreises 6 summiert die vorhandenen Abweichungen auf und steuert über den Taktgenerator 2 die Taktfrequenz so, daß der Mittelwert der Ausgangsspannung des Phasenkomparator des Ansteuerungskreises 6 wieder zu Null wird. In dieser Weise wird der L-C-Schwingkreis 5 in Resonanz gehalten. Die Ausgangsspannung U₁ des Integrators ist gleichzeitig der Resonanzfrequenz proportional: Uj = U~f_ra. Sie kann zur Spei-

sung von zwei Schmitt-Triggern einer nicht gezeigten Auswerteeinrichtung zur Gut-Kenrung bzw. Aussonderung metallischer Gegenstände verwendet werden. Während des Durchlaufens des Metallgegenstandes M zwischen der Spule L und ^r Sekundärspule

•jo 11 ergibt sich eine PhasenverschieLv.'ng 7wischen der Primär- und Sekundärspannung U₁ unu U₁. Es wurde festgestellt, daß sich diese Phasenverschiebung genau wie die Sekundärspannung U₂ zur Unterscheidung verschiedener metallischer Gegenstände eignet. Die Spannung U₂ wird mit Hilfe des Impulsformers 10 in eine Rechteckspannung umgewandelt, die bezüglich der Phasenlage mit der Ausgangsspannung U₁₁ des Johnson-Zählers 3 verglichen wird. Wird als Phasenkomparator 9 ein Ex-Or-Gatter mit nachgeschaltetem Tiefpaßfilter 14 verwendet, so ergibt sich für die Ausgangsspannung U_a = U_s ■ φ/180°, wobei U₁ die Speisespannung des Ex-Or-Gatters und φ der Phasenwinkel zwischen U₁₁ und U₂ sind. Dabei beträgt der Detektorbereich 180°. Führt man den Phasenvergleich nach der zweiten Ausführung mit einem Flip-Flop durch, so beträgt der Dctektorbereich 360° und die Ausgangsspannung U₀ = U₁ ■ φ/360°. Wie ersichtlich, ist die Ausgangsspannung U_a in beiden Fällen dem Phasenwinkel ψ proportional.

Die beschriebene Prüfeinrichtung für metallische Gegenstände liefert insgesamt vier Größen in Form von Spannungen U*_X~U_V U*₂~U₂, U_t~-f_rrl und U_a ~ψ, die zur Gut-Kennung bzw. Aussonderung metallischer Gegenstände, insbesondere Münzen in Münzkassierautomaten, Telefonmünzkassierern. Verkaufsautomaten u. dgl. mit Vorteil verwendet werden können. Die /ur Verfugung stehenden Größen können verschiedenartig kombiniert werden, so daß eine sichere Gut Kennung bzw. Aussonderung gewährleistet wird.

Für eine vereinfachte Leitfähigkeitsmessung kann die beschriebene Prüfeinrichtung so betrieben werden, viaL der L-C-Schwingkreis 5 mit einer festen Frequenz, d. h. mit seiner Resonanzfrequenz ohne Metall angeregt wird, wobei die Phasenverschiebung zwischen der Spannung des Sinus-Generators 1 und der Spannung U₁ ein Maß für die Leitfähigkeit des an der Spule /. des L-C-Schwingkreises 5 entlanggleitenden Metallgegenstandes M darstellt. Die Sekundärspannung l/*₂~ U₂ und die durch die Phasenverschiebung zwischen der Primär- und Sekundärspannung U₁ und U₂ entstandene Spannung U_a ~ φ sind zwei weiters Größen, die in diesem vereinfachten Fall zur Gul·· Kennung bzw. Aursonderung des Metallgegenstandes M angewendet werden können. Die Spannungen U*₂ ~ U₂ und U_a~q> sind dabei von der mittleren Leitfähigkeit und der Dicke des Metallgegenstandes M abhängig. Das Feld der Spule L hingegen wird

vorwiegend durch die Leitfähigkeit der an der Oberfläche des Metallgegenstandes M liegenden Metallschicht beeinflußt.

Die Spannungen, svelche zur Unterscheidung von Metallgegenständen während des Durchlaufens herangezogen werden, haben einen in der Fig. 2 gezeigten Verlauf. Die gestrichelten Linien I und Ü bilden zwei Schwellen, mit deren Hilfe sich feststellen läßt, ob der Minimahvert den geforderten Bedingungen Entspricht. Kommen als Schwellendetektoren zwei Schmitt-Trigger zur Anwendung, so müssen die beiden Grenzen einreguliert werden» was nachteilig ist. Mit Hilfe des Tiefpaßfilters 14 gemäß der Fig, 3 mit frei zugänglichem Summationspunkf S kann eine Pegelverschiebung vorgenommen werden, indem auf den Eingang des Operationsverstärkers 15 ein Ström addiert oder subtrahiert wird. Das hat den Vorteil, daß die Referenzspannungen der Schmiti-Trjgger fest eingestellt werden können, wobei die minimale Spannung mit Hilfe des Potentiometers P in die gewünschten Grenzen hineingetrimmt wird. Bei größeren Phasenverschiebungen kann der Gleichspannungsanteil der Rechteckspannung des impulsformers 10 zwischen Null Volt und der positiven Speisespannung variieren, was bedeutet, daß der Minimalwert unter Umständen mit einem Schmitt-Trigger gar nicht mehr detektieft werden kann. Die Pegelverschiebung bietet auch hier eine entsprechende Abhilfe.

Die beschriebene Prüfeinrichtung liefert, wie bereits erwähnt, vier Spannungen, die in verschiedenen Kombinationen verwendet werden können, so daß eine sehr sichere Diskriminierung der zu prüfenden Metallgegenstände M bzw, Münzen gewährleistet wird. Die Verwendung des Johnson-Zählers 3 im Sinus-Generator 1, dessert Frequenz in der beschriebenen Weise sehr einfach variiert wird, ermöglicht, daß der Sinus-Generator mit sehr wenig Energie auskommt; so daß er insbesondere bei der Verwendung in münzkassierenden Telefongeräten aus derTelefön-

2ö schlaufe gespeist werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Prüfen metallischer Gegenstände, wie Münzen u. dgl., mit einem Signalgenerator, mit einem aus einer Primärspule und aus einem Kondensator gebildeten L-C-Schwingkreis induktiv gekoppelten Sekundärspule, deren Ausgangswechselspannung ([Z₂) abhängig ist von den magnetischen und elektrischen Eigenschaften des durch das Feld der Primärspule (L) hindurchgeführten metallischen Gegenstandes und die zur Erkennung des metallischen Gegenstandes in einer Schwellwertschaltung ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Signalgenerator (1) ein digitaler Generator ist, welcher einen Taktgeber (2) aufweist, dessen Taktfrequenz durch Ändern einer Gleichspannung regelbar ist und dem ein JohnE<m-Zähler (3) nachgeschaltet ist, der über ein Widerstandsnetzwerk (4) mit dem L-C-Schwingkreis (5) verbunden ist, dessen sinusförmige Wechselspannung (U₁) über einen von dem Johnson-Zähler (3) gesteuerten Analog-Schalter (7) mit dem Eingang eines Filters (8) verbunden i-Λ, dessen Ausgang eine der Wechselspannung (U₁) des L-C-Schwingkreises (5) proportionale Gleichspannung (U*,) zur Auswertung mittels einer Schwellwertschaltung liefert,

b) daß de. L-C-Schwingkreis (5) sowie der Ausgang des Johnson-Zahlers (3) mit einem Ansteuerungskreis (6) verbunden sind, dessen Ausgang eine von Re-onanzfrequenzänderungen des L-C-Schwmgkreises (5) abhängige und den Resonanzfrequenzänderungen proportionale Gleichspannung (U₁) liefert, welche die Frequenz des Taktgebers (2) regelt und welche zur Auswertung mittels einer Schwellwertschaltung abgreifbar ist,

C) daß die Ausgangswechselspannung (U₂) der Sekundärspule (11) vor ihrer Auswertung ί.Ί der Schwellwertschaltung über einen Analog-Schalter (12), der mit der Frequenz der Ausgangswechselspannung (U₂) der Sekundärspule (11) gesteuert wird, einem Filter (13) zugeführt wird und

Ii) daß die Ausgangswechselspannung [U₂) der Sekundärspule (11) einem Impulsformer (10) zugeführt wird, dessen Ausgangsimpulse den Analog-Schalter (12) für die Ausgangswechselspannung (U₂) der Sekundärspule (11 (steuern und mit den Ausgangsimpulsen des Johnson-Zählers (3) in einem Phasenkomparator (9) verglichen werden und daß eine dem Ergebnis des Phasenvergleichs proportionale Ausgangsgleichspannung des Phasenkomparators (9) einem nachgeschalteten Tiefpaßfilter (14) zugeführt wird, der eine Ausgangsgleichspannung (U_a) zur Auswertung mittels einer Schwellwertstüfe liefert

2< Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansteuerungskreis (6) einen Phasenkomparator und einen den Taktgeber (2) steuernden Integrator aufweist,

3, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenkomparator

(9) durch ein Ex-Or-Gatter gebildet ist,

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenkomparator (9) durch einen Flip-Flop-Kreis gebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (14) ein aktives Filter ist und einen Operationsverstärker (15) mit frei zugänglichem SummatJo. jspunkt (S) aufweist, an welchen ein Potentiometer (P) geschaltet ist