DE4226611A1 - Verfahren der Induktivitätsmessung einer Spule zur Bestimmung des Füllstandes eines Münzstapelrohres - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der Induktivitätsmessung einer Spule zur Bestimmung des Füllstandes eines Münzstapel­ rohres, bei dem die Spule, die auf das Münzstapelrohr aus nicht magnetischem Material gewickelt ist, mit einem Spannungsimpuls vorbestimmter Höhe und Dauer beaufschlagt und aus dem zeitlichen Abklingen des dadurch selbst induzierten Spannungsimpulses die jeweilige einer Münzenanzahl entsprechende Spuleninduktivität bestimmt wird.

Bei einem beispielsweise aus der DE-OS 38 02 121 bekannten Ver­ fahren dieser Art wird die Höhe des Münzstapels aus der Zeit des Abfalls der durch die Induktion bewirkten Spannung oder aus dem Wert der induzierten Spannung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt bestimmt.

Wird das zeitliche Abklingen der selbst induzierten Spannung aus­ gehend von einem vorbestimmten Spannungswert bestimmt, ergeben sich entsprechend der Induktivität der Spule, die durch die An­ zahl der den Münzstapel in dem Münzstapelrohr bildenden Münzen bestimmt wird, unterschiedliche Zeitwerte, so daß jedem Zeitwert eine bestimmte Anzahl von Münzen zugeordnet ist. Diese Art der Induktivitätsmessung zur Bestimmung der Anzahl von Münzen eines Münzstapels ist aber nur genau, wenn keine Störfrequenzen vor­ handen sind. Derartige Störfrequenzen lassen sich grundsätzlich jedoch nur in abgeschirmten Räumen vermeiden, in denen selbst keine elektrischen Geräte betrieben werden. Störfrequenzen wer­ den von in der Nähe befindlichen elektrischen Geräten abge­ strahlt und können die Induktivitätsmessung verfälschen, weil durch derartige Frequenzen Störspannungen in der Spule induziert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das auch dann eine zuverlässige Messung der Anzahl von Münzen in einem Münzstapelrohr ermög­ licht, wenn durch Störfrequenzen in der Spule Störspannungen in­ duziert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß die Spuleninduktivität mehrmals gemessen wird, daß Meßwerte, die innerhalb erwarteter Abweichungen liegen, addiert und Meßwerte, die außerhalb er­ warteter Abweichungen liegen, nicht verwertet werden, daß die Summe der Meßwerte durch die Anzahl der verwerteten Messungen dividiert wird und daß aus dem so gebildeten Mittelwert der Meß­ werte die Anzahl der Münzen des Münzstapels bestimmt wird.

Vorzugsweise sind die Meßwerte Zeiten, dergestalt, daß die Zeiten, während der eine selbstinduzierte Spannung vorbestimmter Höhe auf eine Vergleichsspannung vorbestimmter Höhe abfällt, mehrmals gemessen wird.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die selbst indu­ zierte Spannung, die zur Vermeidung nicht auswertbarer Spannungs­ spitzen, beispielsweise durch eine Zener-Diode auf einen vorbe­ stimmten Wert begrenzt wird, mit stetigem Kurvenverlauf ab­ klingt. Für sämtliche typischen Abklingkurven lassen sich - bei­ spielsweise durch Differenzieren - zu erwartende Spannungsände­ rungen bestimmen, die diesen typischen Kurvenverläufen ent­ sprechen. Werden bei aufeinanderfolgenden Messungen Werte bzw. Zeiten von einem Wert gemessen, der außerhalb der zu erwartenden Änderung liegt, wird dieser nicht für die Auswertung herange­ zogen und eliminiert, weil von diesem vermutet werden kann, daß er durch von Störfrequenzen induzierte Spannungen verfälscht wor­ den ist.

Sind die durch Störfrequenzen induzierten Spannungen nur von kurzer Dauer, werden diese nicht von allen Messungen einer Meß­ reihe erfaßt, so daß die Meßreihe genügend Meßwerte ergeben kann, die sich verwerten lassen. Die gemessenen Werte bzw. Zeiten der verwertbaren Meßergebnisse werden addiert und durch die Anzahl der Messungen dividiert, so daß sich ein typischer Wert für den Meßzeitraum ergibt, der die Bestimmung der Anzahl der Münzen in dem Münzenstapel zuläßt. Die aufeinanderfolgenden Messungen werden dabei in einer so kurzen Zeit durchgeführt, daß der errechnete Mittelwert die Bestimmung der Münzstapelhöhe zu­ läßt.

Eine verwertbare Meßreihe setzt voraus, daß eine genügende An­ zahl von verwertbaren Werten bzw. Zeiten gemessen worden ist. Die Messung wird daher wiederholt, wenn die Anzahl der nicht ver­ werteten Messungen eine vorbestimmte Genauigkeitsschwelle über­ schritten hat.

Die Messungen werden zweckmäßigerweise im Abstand von wenigen Millisekunden durchgeführt. Die zeitlichen Abstände der Messungen können beispielsweise im Bereich von 1 bis 10 Millisekunden liegen.

Zweckmäßigerweise werden pro Meßreihe 25 bis 40, vorzugsweise 32 Messungen durchgeführt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 in einem Diagramm die der jeweiligen Münzstapel­ höhe zugehörige Spuleninduktivität, ausgedrückt durch analoge Zeiten, während der eine selbst in­ duzierte Spannung vorbestimmter Höhe auf eine vor­ gegebene Vergleichsspannung abfällt,

Fig. 2 ein die Induktivitätsmessung erläuterndes Flußdia­ gramm,

Fig. 3 ein die Induktivitätsmessung erläuterndes Prinzip­ schaltbild und

Fig. 4 die zu dem Schaltkreis nach Fig. 3 gehörenden Strom- und Spannungsverläufe über die Zeit.

In dem Spulenersatzbild nach Fig. 3 ist die auf ein nicht darge­ stelltes Münzstapelrohr gewickelte Spule 8 als Induktivität L und Kupferwiderstand R dargestellt. Der Schalter 6 wird durch einen elektronischen Schalter, beispielsweise einen Feldeffekt­ transistor (FET) verwirklicht. An die Spule 8 wird zum Zeitpunkt 0 durch Schließen des Schalters 6 für einige Mikrosekunden ein Spannungsimpuls vorbestimmter Höhe angelegt. Wie aus der Kurve 4 a ersichtlich, steigt der Spulenstrom Is bis zum Öffnen des Schalters 6 in erster Näherung etwa linear an. Nach dem Öffnen des Schalters 6 entsteht an der Seite 7 eine selbst induzierte Spannung, deren Höhe von der Zener-Diode 9 auf den vorbestimmten Wert Vz begrenzt wird. Entsprechend den unterschiedlichen Stapel­ höhen in dem Münzstapelrohr ergeben sich stetig abfallende selbst induzierte Spannungen Vs1, Vs2 und Vs3. Der Komperator 11 vergleicht die stetig abfallenden Spannungen mit einer Referenz­ spannung 10 vorgegebener Höhe. Ein Komperator 11 vergleicht die stetig abfallenden selbst induzierten Spannungen Vs mit der Referenzspannung, wobei am Ausgang des Komperators ein Spannungs­ impuls Vu vorhanden ist, der mit dem Schließen des Schalters 6 entsteht und beendet wird, sobald die selbst induzierte Spannung die Höhe der Referenzspannung 10 erreicht hat.

Die unterschiedlichen Zeiten, während der die unterschiedlichen Stapelhöhen entsprechenden induzierten Spannungen die Vergleichs­ spannung erreicht haben, sind aus Fig. 4c durch die den Kurven­ verläufen nach Fig. 4b zugeordneten Impulsbreiten ersichtlich.

Das erfindungsgemäß verwendete Meßverfahren besteht darin, daß die Zeit gemessen wird, während der die abklingende selbst indu­ zierte Spannung von einem vorgegebenen Wert einen vorbestimmten Spannungsreferenzwert erreicht hat. Diese Zeit entspricht der Induktivität der Spule des Münzstapelrohres, so daß sich aus dieser das Material der gestapelten Münzen oder der Füllstand im Münzrohr bestimmen läßt.

In Fig. 1 ist in einem Diagramm die der jeweiligen Münzstapel­ höhe zugehörige Spuleninduktivität dargestellt, die durch ana­ loge Zeiten, während der eine selbst induzierte Spannung vorbe­ stimmter Höhe auf eine vorgegebene Vergleichsspannung abfällt, dargestellt. Die aus Fig. 1 ersichtliche Kurve 5 läßt sich rech­ nerisch oder besser empirisch ermitteln.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren geht von der Erkenntnis aus, daß eine selbst induzierte Spannung mit stetigem Kurvenverlauf abklingt. Die Zeit, welche die abklingende Spannung benötigt, um einen Referenzwert zu erreichen, ist in der aus Fig. 1 ersicht­ lichen Weise in Annäherung proportional zur Induktivität der Spule, deren Kern ein Münzstapel bildet. Das Meßergebnis ist somit die Zeit, welche zum Abklingen der selbst induzierten Spannung benötigt wird.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, können Störfrequenzen in der Spule Spannungen indizieren, die die Zeitmessung verfälschen.

In Fig. 1 sind die Kurven 1, 2, 3 und 4 zackig und/oder wellig, da diese nicht nur durch die typische abklingende selbst induzierte Spannung bestimmt worden sind, sondern überlagerte Spannungen enthalten, die durch Störfrequenzen induziert worden sind. Neben den gemessenen Kurven ist die Kurve 5 eingezeichnet, die der nicht durch Störfrequenzen beeinflußten Zeitkurve entspricht.

Nach der Erfindung werden alle Meßwerte eliminiert, die außer­ halb zu erwartender Grenzen liegen. Nach der Erfindung wird eine Vielzahl von Messungen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser auf­ einander folgend vorgenommenen Messungen dürfen nur um einen be­ stimmten Wert voneinander abweichen, der innerhalb zu erwarten­ der Abweichungen liegt. Meßergebnisse mit einer größeren Ab­ weichung werden nicht verwertet. Die verwertbaren Meßergebnisse werden summiert und die Summe wird durch die Anzahl der verwert­ baren Messungen dividiert, wie dies aus dem Flußdiagramm nach Fig. 2 ersichtlich ist. Zu Beginn der Messung wird die Anzahl A der jeweils aufeinanderfolgend durchzuführenden Messungen und die maximale Abweichung zweier aufeinanderfolgender Messungen festgelegt. Weiterhin wird der Summenspeicher auf Null gestellt. Sodann wird ein Spannungsimpuls in der beschriebenen Weise auf die Spule des Münzstapels gegeben und mit der Messung begonnen. Liegt eine der folgenden Zeitmessungen innerhalb der erwarteten Abweichung, wird der Zeitwert in dem Summenspeicher addiert und die Summe der Zeiten sämtlicher verwerteter Messungen wird durch die Anzahl der verwerteten Messungen dividiert.

Liegen bei aufeinanderfolgenden Messungen die Zeiten nicht inner­ halb der erwarteten abklingenden Verringerung, werden diese eli­ miniert und nicht verwertet.

Aus den verwerteten Messungen wird sodann der Mittelwert gebil­ det und es wird geprüft, ob dieser Mittelwertbildung eine aus­ reichende Anzahl von verwerteten Messungen zugrunde liegt. Ist die Anzahl der zu verwerteten Messungen zu gering, wird der Mittelwert verworfen und es wird eine neue Meßreihe gestartet.

In gleicher Weise wird verfahren, wenn Fehlmessungen durchge­ führt wurden.

Ergibt die Meßreihe eine genügende Anzahl verwertbarer Messungen, wird aus dem Mittelwert der gemessenen Zeiten die In­ duktivität der Spule und damit die Anzahl der Münzen in dem ge­ messenen Münzstapel gem. dem Diagramm der Fig. 1 bestimmt.

Die für das erfindungsgemäße Meßverfahren verwendete Spule be­ steht beispielsweise aus einer Kupferdrahtwicklung, die auf den Mantel eines Rohres gewickelt ist, welches derart gestaltet ist, daß es über 80 2-DM-Münzen zu stapeln vermag. Der Kupferdraht ist beispielsweise mit einem Zwischenraum entsprechend der Draht­ dicke von etwa 0,3 mm um das Rohr gewickelt. Dadurch ist es mög­ lich, daß der Münzstapel in dem Rohr aus transparentem Kunst­ stoffmaterial optisch wahrgenommen werden kann.

Claims (6)

1. Verfahren der Induktivitätsmessung einer Spule zur Be­ stimmung des Füllstandes eines Münzstapelrohres, bei dem die Spule, die auf das Münzstapelrohr aus nicht mag­ netischem Material gewickelt ist, mit einem Spannungsimpuls vorbestimmter Höhe und Dauer beaufschlagt und aus dem zeit­ lichen Abklingen des dadurch selbst induzierten Spannungs­ impulses die der jeweiligen Münzenanzahl entsprechende Spuleninduktivität bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spuleninduktivität mehrmals gemessen wird,
daß Meßwerte, die innerhalb erwarteter Abweichungen liegen, addiert und Meßwerte, die außerhalb erwarteter Abweichungen liegen, nicht verwertet werden,
daß die Summe der Meßwerte durch die Anzahl der verwerteten Messungen dividiert wird und
daß aus dem so gebildeten Mittelwert der Meßwerte die Anzahl der Münzen des Münzenstapels bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte die Zeiten sind, während der jeweils eine selbstin­ duzierte Spannung vorbestimmter Höhe auf eine Vergleichs­ spannung vorbestimmter Höhe abfällt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen wiederholt werden, wenn die Anzahl der nicht verwerteten Messungen eine vorbestimmte Genauigkeits­ schwelle überschritten hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Messungen im Abstand von wenigen Milli­ sekunden durchgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 25 bis 40 und vorzugsweise 32 verwert­ bare Messungen durchgeführt werden.

6. Münzstapelrohr zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Münzstapelrohr mit einer Wicklung versehen ist und die einzelnen Windungen der Wicklung einen Abstand voneinander aufweisen, so daß der Münzstapel durch den dadurch gebil­ deten Zwischenraum zwischen den Windungen optisch sichtbar wird.