FI92001C - Menetelmä kolikon tai sentapaisen materiaalin tunnistamiseksi induktiivisesti ja induktiivinen anturisovitelma menetelmän toteuttamiseksi - Google Patents

Description

92001

Menetelmå kolikon tai sentapaisen materiaalin tunnistami-seksi induktiivisesti ja induktiivinen anturisovitelma menetelmån toteuttamiseksi 5 Tåmån keksinnon kohteena on menetelmå kolikon tai sentapaisen materiaalin tunnistamiseksi induktiivisesti perustuen induktiivisen anturin magneettipiirin kolikon tai sentapaisen materiaaliin synnyttåmien pyorrevirtojen aiheuttamiin muutoksiin induktiivisen anturin kuormituk-10 sessa, jossa menetelmåsså mitataan mainittu muutos kolikon tai sentapaisen ohittaessa jollakin etåisyydellå anturin magneettipiirin. Keksinto koskee myos induktiivista antu-risovitelmaa tåmån menetelmån toteuttamiseksi, joka anturisovitelma kåsittåå ensimmåisen induktiivisen anturin ja 15 vålineet kolikon tai sentapaisen ohikulun ensimmåiseen induktiiviseen anturiin synnyttåmån kuormitusmuutoksen mittaamiseksi ja mittaustiedon tallentamiseksi.

On tunnettua måårittåå kolikon tai sentapaisen ma-teriaali induktiivisesti perustuen kolikon tai sentapaisen 20 aiheuttamaan kuormitusmuutokseen anturin kuormituksessa. Tålloin merkittåviksi virhelåhteiksi muodostuvat kuitenkin kolikon liikkuminen esimerkiksi kolikonlaskijan kolikkora-dalla, vaihtelut kolikon etåisyydesså induktiivisen anturin magneettipiiristå ja vaihtelut kolikoiden tai senta-25 paisten paksuudessa.

Esillå olevan keksinnon tavoitteena on tuoda esiin menetelmå ja anturisovitelma, joiden avulla etåisyys- ja paksuusvaihteluiden aiheuttamat virheet kyetåån mittauk-sesta eliminoimaan.

30 Yllå mainittu tavoite voidaan saavuttaa johdanto- kappaleessa kuvatun kaltaisen menetelmån yhteydesså siten, ettå menetelmå kåsittåå lisåksi vaiheet, joissa mitataan kolikon tai sentapaisen samalla etåisyydellå tapahtuvan ohikulun aiheuttama kuormitusmuutos antu-35 riin, jonka magneettipiiri on osittain oikosuljettu mate- • 2 92001 riaalilla, johon pyorrevirtoja myos indusoituu, ja mååritetåån mainittujen kuormitusmuutosten suhde kolikon tai sentapaisen materiaalille tyypillisen tunnus-luvun saamiseksi.

5 Keksinnon mukaiselle anturisovitelmalle on puoles- taan tunnusomaista, ettå se johdantokappaleessa mainittujen osien lisaksi kasittåå toisen induktiivisen anturin, jonka magneettipiirin kolikko tai sentapainen on sovitettu ohittamaan oleelli-10 sesti samalla etåisyydellå kuin ensimmåisen anturin magneettipiirin ja jonka magneettipiiri on osittain magneet-tisesti oikosuljettu materiaalilla, johon pyorrevirtoja myos indusoituu, vålineet kolikon tai sentapaisen ohikulun toiseen 15 induktiiviseen anturiin synnyttåmån kuormitusmuutoksen mittaamiseksi ja mittaustiedon tallentamiseksi ja vålineet mainittujen mittaustietojen suhteen måå-rittåmiseksi kolikon tai sentapaisen materiaalille tyypillisen tunnusluvun saamiseksi.

20 Kolikon tai sentapaisen etåisyysvaihteluiden suh teen erittåin tunteeton anturisovitelma saadaan silloin, kun ensimmåinen ja toinen induktiivinen anturi muodostuvat molemmat kahdesta anturipiiristå, joiden magneettipiirit on sovitettu vastapååtå toisiaan ja joiden vålistå kolikko 25 tai sentapainen on sovitettu kulkemaan ja ettå ensimmåisen ja toisen induktiivisen anturin magneettipiirit ovat oleellisesti samalla etåisyydellå toisistaan.

Keksinnon eråån toisen suoritusmuodon mukaisesti voidaan menetellå siten, ettå ensimmåinen ja toinen induk-30 tiivinen anturi kåsittåvåt yhteisen anturipiirin, jonka magneettipiirin låheisyyteen on sovitettu tåmån magneettipiirin mååråajoin osittain magneettisesti oikosulkeva ma-teriaalikappale.

Kompaktin ratkaisun tarjoaa myos vaihtoehto, jossa 35 ensimmåisen ja toisen induktiivisen anturin magneettipii- 3 92001 rin magneettisydåmet on sovitettu ristikkåin toisiinsa nåhden oleellisesti samalle akselille.

Seuraavassa keksinnon mukaista menetelmåå ja sen toteuttamiseen soveltuvaa anturisovitelmaa kuvataan yksi-5 tyiskohtaisemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittåå induktiivisen anturin eraån peri-aatteellisen kytkentåvaihtoehdon piirikaavion, joka sovel-tuu keksinnon mukaisen menetelmån teoreettiseen tarkaste-luun, 10 kuvio 2 esittåå kaksi kåyråå, jotka ovat tarpeelli- sia keksinnon mukaisen menetelmån teoreettista taustaa selvitettåesså, kuvio 3 esittåå keksinnon mukaisen anturisovitelman eråån suoritusmuodon periaatteellisen kytkentåkaavion, 15 kuvio 4 havainnollistaa keksinnon mukaisen anturi sovitelman toisen suoritusmuodon yhteydesså kåytettåvien magneettipiirien keskinåistå sovitusta, ja kuvio 5 havainnollistaa keksinnon mukaisen anturisovitelman kolmannen suoritusmuodon yhteydesså kåytettå-20 våksi soveltuvaa magneettipiirien sovitusta.

Kuviossa 1 on esitetty esimerkinomainen kytkentå-kaavio keksinnon mukaisessa menetelmåsså ja anturisovitel-massa kåytettåvåksi soveltuvalle induktiiviselle anturil-le. Tållainen induktiivinen anturi kåsittåå ensinnåkin 25 vaihtojånnitelåhteen Ug, joka vastuksen R kautta syottåå kondensaattorin C ja kelan L rinnankytkentåå. Kela L on kååmitty pot-core-tyyppisen magneettisydåmen keskitapin ympårille. Nåin saadaan induktiiviseen anturiin IA synty-måån magneettipiiri 1. Kytkentå muodostaa ominaisvåråhte-30 lytaajuudellaan toimivan oskillaattorin. Kun magneettipii- rin 1 eteen etåisyydelle d tuodaan metallia oleva kolikko tai sentapainen 4, muuttuu oskillaattorin kuormitus. Tåtå kuormitusmuutosta voidaan mitata kondensaattorin C ja kelan L rinnankytkennån ja vastuksen R vålisestå liitospis-35 teestå O. Muutokset oskillaattorin kuormituksessa perustu- 4 92001 vat toisaalta kolikon tai sentapaisen 4 etåisyyteen mag-neettipiiristå 1 ja toisaalta kolikon tai sentapaisen ma-teriaaliin. Magneettipiiri 1 aiheuttaa pyorrevirtoja kolikon tai sentapaisen materiaaliin, jolloin nåmå pyorre-5 virrat kuluttavat energiaa, mikå puolestaan nåkyy oskil-laattorin kuormituksessa.

Kuviossa 2 on esitetty esimerkiksi kuvion 1 mukai-sen oskillaattorin mittauspisteestå O mitattavissa oleva resistanssiksi redusoitu anturin IA kuormitus R kahdessa 10 eri tilanteessa. Kun kuvion 1 mukaisen anturin magneetti-piirin 1 eteen eri etåisyyksille sovitetaan esimerkiksi kolikon 4 tapainen materiaalikappale saadaan kåyrå RP, jonka mukaisesti anturin resistanssiksi redusoitu kuormitus R kasvaa etåisyyden D funktiona aina ååriarvoon ROP 15 asti, jossa kolikko on åårettomållå etåisyydellå. Kun sit-ten magneettipiirin 1 eteen tuodaan materiaalikappale, kuten esimerkiksi ohut kuparifolio, joka on mitoitettu siten, ettå kåytetyllå taajuudella magneettivuo låhes lå-påisee kuparifolion saadaan kuvion 2 kåyrå RCu. Magneetti-20 piirin 1 tålloin osittain magneettisesti oikosulkevan kuparifolion paksuus on pienempi kuin magneettivuon tunkeu-tumissyvyys. Esimerkiksi kuparille tunkeutumissyvyys on 0,07 mm taajuudella 1 MHz. Kuvion 2 kåyrå RCu muuttuu etåisyyden D funktiona siten, ettå se låhestyy alkuarvoaan 25 alhaisempaa kuormitustasoa vietåesså kolikko åårettomålle etåisyydelle magneettipiiristå. Kuviossa 2 tåtå ååriarvoa on merkitty ROCu. Kun nyt kuvion 2 mukaisesti mååritetåån kåyrien RP ja RCu arvot etåisyydellå d saadaan arvot RP(d) ja RCu(d). Keksinnon mukaisesti on havaittu, ettå osamåårå 30 (ROP-RP(d))/(ROCu-RCu(d)) saa vakioarvon, joka on tyypil-linen kolikon tai sentapaisen materiaalille, mutta riippu-maton etåisyydestå d.

Keksinnon mukainen menetelmå perustuu juuri yllå mainittuun havaintoon. Jotta tåtå havaintoa voitaisiin 35 kåytånnosså hyodyntåå joudutaan siis suorittamaan kaksi 5 92001 mittausta, joista toisessa anturin magneettipiiri on avoin ja sulkeutuu siten pååasiallisesti ilman kautta ja joista toisessa anturin magneettipiiri on osin "oikosuljettu" materiaalilla, johon pyorrevirtoja indusoituu. Tållainen 5 menetelma voidaan toteuttaa hyvinkin monenlaisten antu-risovitelmien avulla. Ensinnåkin voidaan kåyttåå kahta erillistå anturia, joiden magneettipiirit kolikko tai sen-tapainen on sovitettu ohittamaan samalla etåisyydellå ja jotka ovat keskenaån identtisia lukuunottamatta materiaa-10 likappaletta, kuten kuparifoliota, joka on sovitettu toi-seen magneettipiiriin. Toisen vaihtoehdon mukaisesti voidaan kayttåå vain yhtå induktiivista anturia, jonka magneettipiiri kuitenkin mååraajoin osittain "oikosuljetaan" materiaalilla, johon pyorrevirtoja voi indusoitua. Tålloin 15 siis molemmat tarvittavat mittaukset suoritetaan ajalli-sesti perakkain riittavallå taajuudella, jotta kolikon tai sentapaisen paikka tai etåisyys ei kykene mittausten vå-lilla siina måarin muuttumaan, ettå silla olisi vaikutusta mittaustulokseen.

20 Kuviossa 3 on esitetty keksinnon mukaisen menetel- man toteuttamiseen soveltuva anturisovitelma, jossa on kaytetty kahta induktiivista anturia IAl ja IA2, joista toisessa magneettipiiri on osin oikosuljettu materiaalilla 5. Kuvion 3 sovitelmassa on siis kaksi induktiivista antu-25 ria IAl ja IA2, jotka molemmat muodostuvat anturipiirista API vastaavasti AP2 ja siihen liittyvasta magneettipiiris-tå 1 vastaavasti 2. Nåistå jalkimmåiseen eli magneettipiiriin 2 sisåltyy myos sen osittain oikosulkeva materiaali-kappale 5. Nailtå induktiivisilta antureilta saatavat mit-30 taustiedot eli anturin kuormitusmuutosvaihtelut mitataan ja tallennetaan piireilla Ml ja M2, jotka voivat olla esi-merkiksi mikroprosessoriin sisåltyvia piirejå. Tåmån kuor-mitusmuutosten mittauksen ja tallennuksen jålkeen, voidaan måarittaa nåiden kuormitusmuutosten suhde yksikosså C, 35 jolloin saadaan kolikon tai sentapaisen 4 materiaalille 6 92001 tyypillinen tunnusluku. Tåmå tunnusluku voidaan nåyttåå yksikon C nåytollå 3 joko sellaisenaan tai muunnettuna yksikkoon C tallennetun vertailutaulukon avulla suoritetun materiaalin tunnistuksen perusteella joksikin kolikon ma-5 teriaalille tunnusomaiseksi merkiksi tai sanaksi. Yksikko C voi kåytånnosså muodostua sopivasti ohjelmoidusta tieto-koneesta.

Kuvion 3 mukaisen anturisovitelman yhteydesså on oleellista, ettå magneettipiirit 1 ja 2 ovat riittåvån 10 låhellå toisiaan, jotta kolikko tai sentapainen 4 ohittaa ne kåytannossa oleellisesti samalta etåisyydeltå. Antu-risovitelma on kuitenkin tunteeton kolikon hyppimiselle samoinkuin se sietåå hyvin likaa ja låmpotilan vaihtelui-ta. Kuviossa 4 on kuitenkin esitetty keksinnon toisen suo-15 ritusmuodon mukaisen anturisovitelman magneettipiirien keskinåinen sovitus, jonka avulla anturisovitelmasta saa-daan vielå tunteettomampi kolikon etåisyyden vaihteluille tai sen mahdollisesti vinolie kulkusuunnalle magneettipii-reihin nåhden.

20 Kuviossa 4 esitetysså ratkaisussa sekå oikosulkema- ton ettå osin oikosuljettu anturi muodostuvat kåytannossa kahdesta induktiivisesta anturista, joiden magneettipiirit on sovitettu toisiaan vastapååtå, jolloin kolikko 4 on sovitettu kulkemaan nåiden magneettipiirien vålistå, ja 25 siten, ettå molempien anturien magneettipiirit ovat keske-nåån samalla etåisyydellå. Tåten ensimmåisesså anturissa on kaksi magneettipiiriå 1A ja IB ja vastaavasti toisessa anturissa on kaksi magneettipiiriå 2A ja 2B. Kun nyt mita-taan kuormitusmuutokset oskillaattoreissa, joihin magneet-30 tipiirit 1A ja IB sisåltyvåt ja yhdistetåån nåin saadut mittaustulokset esimerkiksi laskemalla niiden keskiarvo, saadaan mittausarvo, joka on tåysin riippumaton siitå, misså kohtaa kolikko 4 on sijainnut magneettipiirien 1A ja IB vålisesså tilassa. Eli siis kuviossa 4 kuvatuilla 35 etåisyyksillå dl ja d2 ei ole vaikutusta tåhån yhdistet- 4 7 92001 tyyn mittaustulokseen. Vastaavasti voidaan menetellå mit-taustulosten kanssa, jotka saadaan oskillaattoreilta, joi-hin magneettipiirit 2A ja 2B sisåltyvåt. Tåmån jålkeen voidaankin menetellå samoin kuin kuviossa 3 on kuvattu 5 niiden mittausarvojen suhteen, jotka on tallennettu yksi-koihin Ml ja M2. Kuten edellå jo mainittiin, kuvion 4 mu-kaisessa sovitelmassa saatavat mittaustulokset ovat riip-pumattomia siitå mistå kohtaa magneettipiirien vålistå kolikko ne ohittaa. Myoskåån sillå, sijaitseeko kolikko 10 suorassa magneettipiirien vålisså ei ole merkitystå mit-tausten luotettavuuden kannalta.

Kuviossa 5 on esitetty vielå erås keksinnon mukai-sen anturisovitelman suoritusmuoto, jossa ei ole kåytetty senkaltaisia pot-core-tyyppisiå magneettisydåmiå, kuin 15 kuvioiden 1, 3 ja 4 mukaisissa antureissa. Tåsså anturi-sydåmet 14 ja 24 ovat C:n muotoisia ja ne on sovitettu keskenåån ristikkåin oleellisesti samalle akselille. Sydå-mille sovitettuja kååmityksiå ei ole kuviossa 5 selvyyden vuoksi esitetty. Sydåmen 24 eteen on sovitettu sen mag-20 neettipiirin osittain oikosulkeva materiaalikappale 5. Tåmån sovitelman avulla tarvittavat kaksi mittausta kye-tåån suorittamaan kåytånnosså samanaikaisesti låhes samal-ta kolikon tai sentapaisen kohdalta, joten tållaista suo-ritusmuotoa kåytettåesså mittauksista saadaan myos erit-25 tåin luotettavia. Koska tåsså kuvion 5 suoritusmuodossa magneettipiirien keskipiste on samalla akselilla myos tåtå suoritusmuotoa kåytettåesså saatavat mittaustulokset ovat oleellisesti riippumattomia siitå, kuinka vinossa asennos-sa ja millå etåisyydellå kolikko ohittaa magneettipiirit.

30 C:n muotoisten sydånten sijasta voitaisiin luonnollisesti kåyttåå muitakin avoimia sydånmuotoja kuten avoimen U:n tai E:n, josta keskisakara on poistettu, muotoisia sydåmiå ilman ettå tållå olisi vaikutusta mittausperiaatteeseen.

Yllå keksinnon mukaista menetelmåå ja sen toteutta-35 miseen soveltuvaa anturisovitelmaa on kuvattu vain joiden- 8 92001 kin esimerkinomaisten suoritusmuotojen avulla ja on ymmår-rettavåå, ettå erityisesti anturisovitelmaa koskevat ra-kenneratkaisut voivat vaihdella poikkeamatta kuitenkaan oheisten patenttivaatimusten måårittelemastå suojapiiris-5 tå.

t

Claims (6)

92001

1. Menetelmå kolikon tai sentapaisen materiaalin tunnistamiseksi induktiivisesti perustuen induktiivisen 5 anturin (IA1, IA2) magneettipiirin (1, 2) kolikon (4) tai sentapaisen materiaaliin synnyttåmien pyorrevirtojen aihe-uttamiin muutoksiin induktiivisen anturin kuormituksessa, jossa menetelmåssa mitataan mainittu muutos kolikon (4) tai sentapaisen ohittaessa jollakin etåisyydellå (d) antu-10 rin (IAl) magneettipiirin (1), tunnettu siitå, ettå menetelmå kåsittåå lisåksi vaiheet, joissa mitataan kolikon (4) tai sentapaisen samalla etåisyydellå (d) tapahtuvan ohikulun aiheuttama kuormitusmuu-tos anturiin (IA2), jonka magneettipiiri (2) on osittain 15 oikosuljettu materiaalilla (5), johon pyorrevirtoja myos indusoituu, ja mååritetåån mainittujen kuormitusmuutosten suhde kolikon tai sentapaisen materiaalille tyypillisen tunnus-luvun saamiseksi.

2. Induktiivinen anturisovitelma kolikon tai senta paisen materiaalin tunnistamiseksi induktiivisesti perustuen induktiivisen anturin (IAl, IA2) magneettipiirin (1, 2. kolikon (4) tai sentapaisen materiaaliin synnyttåmien pyorrevirtojen aiheuttamiin muutoksiin induktiivisen antu-25 rin kuormituksessa kåsittåen ensimmåisen induktiivisen anturin (IAl) ja vålineet (Ml) kolikon (4) tai sentapaisen ohikulun ensimmåiseen induktiiviseen anturiin (IAl) synnyttåmån kuormitusmuutoksen mittaamiseksi ja mittaustiedon tallen-30 tamiseksi, tunnettu siitå, ettå sovitelma edelleen kåsittåå toisen induktiivisen anturin (IA2), jonka magneettipiirin (2) kolikko (4) tai sentapainen on sovitettu ohittamaan oleellisesti samalla etåisyydellå (d) kuin en-35 simmåisen anturin (IAl) magneettipiirin (1) ja jonka mag- 92001 neettipiiri (2) on osittain magneettisesti oikosuljettu materiaalilla (5), johon pyorrevirtoja myos indusoituu, vålineet (M2) kolikon tai sentapaisen ohikulun toi-seen induktiiviseen anturiin (IA2) synnyttåmån kuormitus-5 muutoksen mittaamiseksi ja mittaustiedon tallentamiseksi ja vålineet (C) mainittujen mittaustietojen suhteen måårittåmiseksi kolikon tai sentapaisen materiaalille tyy-pillisen tunnusluvun saamiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen anturisovitelma, tunnettu siitå, ettå ensimmåisen ja toisen induk-tiivisen anturin (IAl, IA2) magneettipiirit (1, 2) sijait-sevat peråkkåin kolikon (4) tai sentapaisen kulkusuunnas-sa.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen anturisovitelma, tunnettu siitå, ettå ensimmåinen ja toinen induk-tiivinen anturi muodostuvat molemmat kahdesta anturipii-ristå, joiden magneettipiirit (1A, IB, 2A, 2B) on sovitet-tu vastapååtå toisiaan ja joiden vålistå kolikko tai sen- 20 tapainen on sovitettu kulkemaan ja ettå ensimmåisen ja toisen induktiivisen anturin magneettipiirit (ΙΑ, IB, 2A, 2B) ovat oleellisesti samalla etåisyydellå toisistaan .

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen anturisovitelma, tunnettu siitå, ettå ensimmåinen ja toinen induk- 25 tiivinen anturi kåsittåvåt yhteisen anturipiirin, jonka magneettipiirin låheisyyteen on sovitettu tåmån magneetti-piirin mååråajoin osittain magneettisesti oikosulkeva ma-teriaalikappale.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen anturisovitelma, 30 tunnettu siitå, ettå ensimmåisen ja toisen induktiivisen anturin magneettipiirin magneettisydåmet (14,24) on sovitettu ristikkåin toisiinsa nåhden oleellisesti sa-malle akselille. I I 92001