-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Identifi-
-
zieren von Objekten, insbesondere Scheiben oder Münzen, die entlang
einem Leitweg mit einer daran angeordneten Abtasteinrichtung geführt sind, wobei
an die Abtasteinrichtung ein wechselstromförmiges Eingangssignal gelegt ist, dessen
Amplituden und Phasenänderungen bei Hindurchgleiten eines zu identifizierenden Objektes
von einer Meßschaltung erfaßt und einer Auswerteschaltung zugeführt wird.
-
Es sind Anordnungen zum Identifizieren von Geldmünzen oder dergleichen
bekannt, bei denen die Veränderung eines Magnetfeldes, das durch eine an ei-ne Spule
angelegte Wechselspannung erzeugt wird, als Kriterium für die Art und Zusammensetzung
der Münze herangezogen wird. Diesen bekannten Anordnungen liegt die Erkenntnis zugrunde,
daß eine durch ein Magnetfeld hindurchgeloitete Münze eine meßbare Änderung der
Amplituden- und Phasenparameter des an der Spulen- oder dem Wicklungsanschluß liegenden
wechselstromförmigen Signals hervorruft. Andere bekannte Vorrichtungen messen die
Absorption der Energie eines charakteristischen elektrischen Signals, weche durch
die Geldmünze oder eine Banknote hervorgerufen wird.
-
Aus der DE-OS 26 12 613 sind ein Verfahren und Vorrichtungen zum Prüfen
oder Identifizieren von Geldstücken , insbesondere von metallischen Münzen, bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren wird ein zu identifizierendes Objekt in ein Feld eingeführt,
welches zwischen einem Sender und einem Empfänger gelegen ist, der wenigstens eine
sich ändernde physikalische Größe liefert, deren Quantitative durch das Vorhandensein
des Objektes in dem Feld verursachte Veränderung gemessen wird. Daraufhin wird das
gemessene Ergebnis mit einer vorher gespeicherten Referenzgröße verglichen, die
für das zu iden tifizierende Objekt charakteristisch ist, woraufhin dann mit
enger
Toleranz ein Identifizierungskriterium abgeleitet wird.
-
Zur Abtastung von zu identifizierenden Objekten, insbesondere von
Objekten gleicher Abmessungen, d.h. gleicher Dicke und gleichen Durchmessers, wie
beispielsweise Scheiben oder Münzen, ist aus der DE-AS 20 15 115 eine Vorrichtung
bekannt, bei der das Objekt entlang einer Bahn geführt ist, an der ein Magnet angeordnet
ist, der ein konstantes Magnetfeld erzeugt, das das zu identifizierende Objekt beim
Passieren des Magneten zumindest teilsweise durchsetzt. Der Magnet wirkt mit einer
Meßeinrichtung zusammen, die eine Änderung des Magnetfeldes beim Eintauchen eines
zu identifizierenden Objektes in das Magnetfeld in eine elektrische Spannung umsetzt.
-
Aus der DE-OS 28 12 509 ist ein elektronischer Münzprüfer mit einem
Münzleitweg, sowie einer den Münzleitweg überwachenden Meßsonde und einer mit dieser
verbundenen Meß-und Auswerteschaltung bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung ist
die Meßsonde als Ringsonde rechteckigen Querschnitts ausgebildet, deren lichte Abmessungen
mindestens den Abmessungen der größten zu messenden Münze entsprechen.
-
Die Meßsonde ist dabei im rechten Winkel zum Münzleitweg angeordnet.
Nachteilig ist bei einer derartigen Anordnung, daß zvar eine recht gute Erfassung
der Amplitudenänderungen aber nur geringe Änderungen der Phasen erfaßt werden können.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer eingangsgenannten
Anordnung eine optimale Messung der Amplituden-und Phasenänderungen beim Durchlauf
eines zu identifizierenden Objektes zu ermöglichen, d.heo eine maximal mögliche
Erfassung der Änderung der Amplituden- und Phasenänderungen
sowie
eine stabile Messung sicherzustellen, die unabhängig von Temperatureinflüssen und
Bauteileanordnungen ist und die eine einwandfreie Stabilisierung der Einstellung
der Meßsignale für eine einwandfreie Auswertung des zu identifizierenden Objektes
ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abtasteinrichtung
eine Induktivität (Luftspule) enthält, deren innere Abmessungen dem zu identifizierenden
Objekt angepaßt sind und deren Querschnittsfläche gegenüber der Laufrichtung des
zu identifizierenden Objektes auf dem Leitweg einen Winkel von 450 bildet.
-
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine opitmale Auswertung der
Amplituden-und Phasenänderungen beim Durchlauf eines zu identifizierenden Objektes
ermöglicht.
-
Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung eine Induklivität enthält, die in Reihe
zu einem Kondensator geschaltet ist und mit diesem zusammen einen Reihen-Resonanzkreis
bildet, an dem das wechselstromförmige Eingangssignal anliegt und daß am Kondensator
ein Ausgangssignal abgegriffen wird.
-
Diese erfindungsgemäße Anordnung ist Grundlage einer einfachen Meßschaltung,
die eine stabile Messung, d.h. eine Messung unabhängig von Temperatureinflüssen
und Bauteileanordnungen sicherstellt, und die eine einwandfreie Stabilisierung der
Einstellung der Meßsignale für eine einwandfreie Auswertung des zu identifizierenden
Objektes ermöglicht.
-
Die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 3 - 16 enthalten
Lösungen sowohl für die Abtasteinrichtung als auch für die Meßschaltung, die eine
einfache Handhabung der Anordnung und eine optimale Auswertung der zX dentifizierenden
Objekte gewährleistet.
-
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden.
-
Es zeigt: Fig. 1a eine perspektivische Ansicht und die Prinzipschaltung
der Abtasteinrichtung, Fig. 1b eine Draufsicht auf die Abtasteinrichtung, Fig. 2
den Verlauf der Amplitude des Ausgangssignais in Abhängigkeit von der Frequenz des
Eingangssignals, Fig. 3 den Verlauf der Phase des Ausgangssignals in Abhängigkeit
von der Frequenz des Ausgangssignals, Fig. 4 ein Prinzipschaltbild der Meßschaltung
und Fig. 5 eine Meßschaltung mit Näherungsdetektor.
-
Die in Fig. 1 dargestellte perspektivische Ansicht der Abtasteinrichtung
eeigt eine Induktivität oder Spule 51, durch die ein zu identifizierendes Objekt,
z.B. eine Münze 40 auf einem Leitweg 30 hindurchgeführt wird. Die Spule 51 ist dabei
in der Weise angeordnet, daß ihre Querschnittsfläche mit dem Leitweg 30 einen Winkel
von 450 einschließt, was aus der Draufsicht in Fig. 1b besonders deutlich hervorgeht.
Vorteilhafterweise sollte die Breite der Spule 51 weniger als drei Millimeter und
die Bohrung für die Wicklung der Spule 51 weniger als 3 mm betragen und die Bohrung
für die Wicklung
der Spule 51 im Spulenkörper senkrecht zur Spule
51 stehen, um eine dichte Wicklung zu ermöglichen.
-
Um eine im Spulenkörper verklemmte Münze entfernen zu können wird
zusätzlich vorgeschlagen, unter- oder oberhalb des Spulenkörpers einen drehbaren
Hebel anzubringen, der in den Spulenkörper eingreifen und somit die verklemmte Münze
entfernen kann.
-
Elektrisch ist die Spule oder Induktivität 51 in Reihe zu einem Kondensator
52 geschaltet, mit dem sie zusammen einen Reihen-Resonanzkreis 5 bildet. Wird an
den Eingang des Reihen-Resonanzkreises 5 ein Eingangssignal vi in Form einer in
der Frequenz veränderlichen Sinusschwingung gelegt, so ergibt sich für das an dem
Kondensator 52 abgreifbare Ausgangssignal v0 nach Amplituden- und Phasenlage gegenüber
dem-Eingangssignal v. der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Verlauf in Abhängigkeit
von der am Reihen-Resonanzkreis 5 angelegten Frequenz f.
-
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ergibt sich bei der Resonanzfrequenz
fres des Resonanzkreises 5 für das Ausgangssignal vo eine wesentlich größere Amplitude
A als für das Eingangssignal vi, diese sogenannte Resonanzspitze ist umso höher,
je geringer die Verlustfaktoren der Spule oder Induktivität 51 und des Kondensators
52 sind, d.h. im Idealfall des verlustfreien Resonanzkreises unendlich hoch. Diese
physikalische Tatsache wird für die erfindungsgemäße Anordnung vom Identifizieren
von Objekten wie Scheiben oder Münzen genutzt. In dieser Anordnung wird die Induktivität
oder Spule 51 als Meßwertaufnehmer oder Abtasteinrichtung genutzt. Gelangt ein zu
identifizierendes Objekt, d.h. beispielsweise eine Geldmünze, in die Nähe der Spule
51, so wird sich die Amplitude der Ausgangsspannung v0 gegenüber der Amplitude ohne
Anwesenheit
einer Geldmünze (Kurvenverlauf a) verändern.
-
Verursacht die Geldmünze beispielsweise höhere Spulenverluste, so
wird das Amplitudenmaximum bei Resonanzfrequenz fres niedriger sein (Kurvenverlauf
b).
-
Ähnliche Verhältnisse liegen beim Phasenverlauf des Ausgangs- gegenüber
dem Eingangssignal vor. Zwischen dem sinusförmigen Eingangs- und dem sinusförmigen
Ausgangssignal tritt von bestimmten Frequenzen ab ein Phasenwinkel zwischen beiden
Signalen auf, wobei das Ausgangs- dem Eingangssignal nachläuft. Bei Resonanzfrequenz
fres beträgt der Phasenunterschied 900 oder t (rad) (Kurvenverlauf a in Fig. 3).
-
Ein zu identifizierender metallischer Körper in der Nähe der Spule
51 ändert die Resnnanzfrequenz £res des Resonanzkreises und damit den Phasenverlauf
(Kurvenverlauf b in Fig. 3).
-
In Fig. 4 ist die Umsetzung dieser physikalischen Verhåltnisse auf
eine stabilisierte Meßschaltung für die Amplituden-und Phasenänderungen dargestellt.
Es handelt sich dabei um eine Schaltung, die in Form eines Phasenregelkreises nach
dem sogenannten Phase-Locked-Loop-Prinzip (PLL-Schaltung) ausgeführt ist.
-
Der Resonanzkreis 5 mit der Reihenschaltung der Induktivität 51 und
des Kondensators 52 ist ausgangsseitig (Ausgangssignal vO) sowohl mit einem Gleichrichter
6 als auch mit einem Phasenvergleicher 1 verbunden. Der Ausgang des Phasenvergleichers
1 ist an den Eingang eines nachgeschalteten Verstärkers mit Tiefpaßeigenschaften
2 angeschlossen, dessen Ausgang ein Maß für die Phasenänderung beim Durchlauf eines
zu identifizierenden Objektes ist. Diese Phasenänderung wird einem spannungsgesteuerten
Oszillator 3 eingegeben, dessen Ausgang sowohl mit einem zweiten Eingang des Phasenvergleichers
1 als auch mit dem Ein-gang des nachgeschalteten Amplitudenreglers 4 verbunden ist.
Der Ausgang des Amplitudenreglers 4 steuert den Resonanzkreis 5 mit dem Eingangssignal
vi
an. Der Ausgang des Gleichrichters 6 gibt ein Maß für die Amplitudenänderung infolge
des Durchlaufs eines zu identifizierenden Objektes, z.B. einer Geldmünze, an, und
ist mit dem Regeleingang des Amplitudenreglers 4 verbunden.
-
Aus dieser stabilisierten Meßschaltung für die Amplituden und Phasenänderung
ergibt sich folgende Funktionsweise: Dem Phasenvergleicher 1 werden sowohl das Ausgangs
signal v0 des Resonanzkreises 5 als auch das vor dem Amplitudenregler 4 abgegriffene
Signal vT des Resonanzkreises 5 zugeführt, dessen Ausgangssignal ein Maß für den
Phasenunterschied zwischen Eingangs- und Ausgangssignal v. und vO darstellt. Bei
dem Phasenvergleicher 1 kann es sich beispielsweise um einen Phasenkomperator handeln,
wie er für die digitale oder analoge Frequenzeinstellung in einem UKW-Empfänger
(vergl. TTL-Kochbuch, 1972, Texas Instruments Deutschland GmbH, Seite 333 ff) angewendet
wird.
-
Die Phasendifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangssignal Vi und v0
wird über den Verstärker mit Tiefpaßeigenschaften 2 einem spannungsgesteuerten Oszillator
3 zugeführt. Der Verstärker mit Tiefpaßeigenschaften 2 wird in bekannter Weise aufgebaut,
beispielsweise wie in der Literaturstelle Tietze-Schenk "Halbleiter-Schaltungstechnik",
3. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1976, Seite 326, dargestellt
und beschrieben. Der spannungsgesteuerte Oszillator 3 gibt in Abhängigkeit von der
Größe der an seinem Eingang anliegenden Spannung ein wechselstromförmiges Ausgangssignal
variabler Frequenz ab. Über den Amplitudenregler 4 wird dieses Ausgangs signal als
Eingangssignal vi dem Resonanzkreis 5 zugeführt. Die Meßschaltung ist dann im Gleichgewicht,
wenn der Phasenunterschied zwischen dem Eingangs-und dem Ausgangssignal vi und v0
genau 900 oder tC (rad) beträgt. Bei diesem Phasenunterschied befindet sich auch
der Resonanzkreis 5 in Resonanz. Mit dem PLL-Regelkreis
ist sichergestellt,
daß temperaturbedingte Abweichungen, Alterungen oder andere Toleranzänderungen der
verwendeten Bauelemente und dadurch bedingte Abweichungen des Phasenunterschiedes
von 900 ausgeregelt werden und der Resonanzkreis immer im Resonanzzustand ist. Das
über den Gleichrichter 6 geführte Ausgangssignal v0 ist ein Maß für die Amplitude
A des Ausgangssignals vO, mit dem zusätzlich noch der Amplitudenregler 4 gesteuert
wird. Eine Zunahme der Amplitude am Ausgang A wird dann über den Amplitudenregler
4 zurückgeregelt, so daß die Amplitude des Ausgangssignals vO konstant gehalten
wird.
-
Mit diesen Stabilisierungsmaßnahmen wird erreicht, daR die Meßanzeige
an den Anschlüssen A und tf während eines Durchlaufes des zu identifizierenden Objektes
40 durch die Spule oder Induktivität 51 konstant bleibt.
-
Die in Fig. 5 dargestellte stabilisierte Meßschaltung ist um einen
Näherungsdetektor gegenüber der Anordnung nach Fig. 4 erweitert, wobei als Näherungsdetektor
in diesem Ausführungsbeispiel dieselbe Induktivität oder Spule 51 Verwendung findet,
die auch als Meßaufnehmer zur Ermittlung der Amplituden- und Phasenänderung dient.
In gleicher Weise kann aber auch ein gesonderter Näherungsdetektor in Form eines
induktiven, kapazitiven oder sonstigen Gebers eingesetzt werden. Dieser Näherungsdetektor
stellt die Anwesenheit eines zu identifizierenden Objektes 40 (beispielsweise eine
Geldmünze) fest und veranlaßt, daß die Regelkreise für die Phase T und die Amplitude
A abgeschaltet werden. Nach dem Prinzip der Abtast-Halteschaltungen (Sample-and-Hold-Schaltungen)
dient das Erkennungssignal, das ein im Meßkreis befindliches Objekt angibt, zum
Schalten der Sample-Schaltung,
Aus der Prinzipschaltung nach Fig.
4 ergibt sich somit folgende Anordnung mit Näherungsdetektor nach Fig. 5: Der Ausgang
des Resonanzkreises (Ausgangssignal vO) ist sowohl mit einem der beiden Eingänge
des Phasenvergleichers 1, der funktionsgemäß mit dem der Anordnung nach Fig. 4 übereinstimmt
und mit dem Eingang des Gleichrichters 6 verbunden. Der andere Eingang des Phasenvergleichers
1 ist mit dem vor dem Amplindenregler 4 abgegriffenen Signal vT des aus der Reihenschaltung
der Induktivität 51 und des Kondensators 52 zusammengesetzten Resonanzkreises 5
beaufschlagt.
-
Mit den beiden ihm zugeführten Signalen bildet der Phasenvergleicher
1 die Phasendifferenz, die er ausgangsseitig sowohl an einen ersten elektronischen
Schalter 7 als auch an einen Tiefpaßfilter 10 abgibt. Der elektronische Schalter
kann beispielsweise aus einem Transistor oder dergleichen bestehen, während das
Tiefpaßfilter 10 als aktives oder passives Filter aufgebaut sein kann. An den Ausgang
des elektronischen Schalters 7 ist ein erster Verstärker 8, beispielsweise ein Operations-
oder ein Umkehrverstärker, mit parallel geschaltetem ersten Kondensator 9 angeschlossen.
Der elektronische Schalter 7 und der erste Verstärker 8 sowie der Kondensator 9
bilden zusammen ein Abtast-Halteglied für die Phasenänderung beim Durchlauf eines
zu identifizierenden Objektes 40 durch die Spule oder Induktivität 51. Der Ausgang-
des ersten Verstärkers 8 ist über einen spannungsgesteuerten Oszillator (Taktgenerator)
3 und einen Amplitudenregler 4 mit der Induktivität 51 verbunden.
-
Abweichend von der Anordnung nach Fig. 4 ist der Ausgang des Gleichrichters
6 nicht direkt mit dem Reglereingang des Amplitudenreglers 4 sondern über einen
zweiten elektronischen Schalter 15 und einen zweiten Verstärker 14, ebenfalls beispielsweise
ein Operations- oder Umkehrverstärker, mit
parallel geschaltetem
zweiten Kondensator 13 mit dem Reglereingang des Amplitudenreglers 4 verbunden.
Dieses Zwischenglied stellt ein Abtast-Halteglied für die Amplitudendnderuny beim
Durchlauf eines zu identifizierenden Objektes 40 durch den Meßaufnehmer oder die
Abasteinrichtung dar. Beide elektronischen Schalter 7 und 15 werden vom Ausgang
eines dritten Verstärkers 11, beispielsweise eines Umkehrverstärkers, angesteuert,
der über einen dritten Kondensator 12 ebenfalls an den Ausgang des Gleichrichters
6 angeschlossen ist und somit bei einer Amplitudenänderung, d.h. bei Annäherung
oder Durchlauf eines zu identifizierenden Objektes 40, beispielsweise einer Geldmünze,
anspricht und die elektronischen Schalter 7 und 15 öffnet, so daß die Regelkreise
für die Amplituden- und Phasenregelung nicht mehr wirksam sind. Sowohl der Ausgang
des Tiefnaßfilters 10 als auch des Gleichrichters 6 sind an den negativen Eingang
je eines Komperators 16, 17 angeschlossen, deren positive Eingänge über je ein Potentiometer
18, 19 mit einer Referenzspannung Ur verbunden sind, so daß an den Potentiometern
18, 19 die Ansprechschwelle für bestimmte Amplituden- und Phasenänderungen eingestellt
werden kann. Die Ausgänge der Komperatoren 16, 17 repräsentieren die Amplituden-
und Phasenänderungen des Ausgangssignals vo gegenüber dem Eingangssignal vi und
sind an die Eingänge einer nachgeschalteten Auswerteschaltung 20 gelegt. Die Auswerteschaltung
2 0 umfaßt zwei einstellbare Fenster-discriminatoren und zwar einen für das Amplituden-Signal
und den anderen für das Phasen-Signal. Damit ist es möglich, die Annahmesicherheit
für zulässige Münzen bzw. die Ausscheidungsgrenzen einzustellen.
-
Aus dieser Anordnung ergibt sich die folgende Funktionsweise: Nähert
sich ein zu identifizierendes Objekt der Spule oder Induktivität 51, so wird sich
die Amplitude des Ausgang signals v0 unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die
Amplituden-Regelschleife
die Änderung nicht so schnell ausregen kann, ändern. Diese Änderung der Amplitude
wird am AUscJanq des Gleichrichters 6 erfaßt und über den dritten Kondensator 12
dem dritten Verstärker 11 zugeführt, dessen Ausgangssignal die beiden elektronischen
Schalter 7 und 15 öffnet. Die bis zur Amplitudenanderung und damit bis zur Öffnung
der elektronischen Schalter 7 und 15 bestehende stabilisierte Einstellung der Anordnung
bleibt auch weiterhin bestehen, da die den Verstärkern 8 und 14 parallel geschalteten
Kondensatoren 9 und 13 den Eingangssignalpegel des spannungsgesteuerten Oszillators
3 bzw. des Amplitudenreglers 4 konstant halten. Mittels dieser Kondensatoren 9 und
13 bleibt die Schaltung -somit lange genug genau und stabil. Durch das durchlaufende
zu identifizierende Objekt verursachten Amplituden- und Phasenänderungen werden
in diesem Stadium somit nicht ausgeregelt sondern gemessen.
-
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden stabile Meßergebnisse für
die Amplituden- und Phasenänderungen beim Durchlauf z.B. einer Münze gewährleistet.
Bei der Verwendung der erfindung sgemaSen Anordnung in einem elektronischen Münzprüfgerät
vrerden die gemessenen Amplituden- und Phasensignale einer Auswerteschaltung zugeführt,
die Fensterdiscriminatoren enthält, mit deren Hilfe je nach Anforderung eine zulässige
Fensterbreite eingestellt werden kann. Ein innerhalb dieser eingestellten Fensterbreite
liegenden Amplituden-und Phasensignal identifiziert die eingegebene Münze als "richtig".
Wie aus den beschriebenen Regelkreisen ersichtlich ist, haben Temperatureinflüsse
und Bauteiletoleranzen keinen L'influß auf die einwandfreie Wirkung und Funktion
der An-{ureLmlnq, da Änderungen auscjeregelt werden, solange sich keine Münze in
der Nähe der Induktivität 51 befindet.
-
L e e r s e i t e