TWI423174B - Coin detection device - Google Patents

Description

硬幣檢測裝置

本發明係提供一種硬幣檢測裝置，尤指振盪電路之感測線圈可感測硬幣通過時產生之渦電流電感值變化，並透過調頻解調器、調幅解調器解調後，利用辨識邏輯單元根據已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號的波形以時間為參數結合後的相對關係，提昇硬幣辨識時之準確率與穩定性者。

按，現今社會文明與科技高度發展，不但加速了人們生活的步調，對於生活品質要求更趨向於方便、快速，也正因如此，在許多公共場所中為了考量到民眾所注重的便利性及時效性大都設置有自動化販賣機器，除了可大幅節省人事雇用之成本，而隨著販賣的商品種類越來越多，即需具備有更多附加的功能。

再者，一般自動化販賣機器與遊樂場所內之遊戲機台，係利用硬幣接收器來提供使用者投入硬幣進行選擇、操作，以達到無人化經營及自助結帳之目的；然，隨著自動化販賣機器所能交易、販賣的商品種類增加、單價不盡相同，或是因應遊戲機台進行硬幣接收功能，其機體內部之硬幣接收器皆會設置有感測模組，以辨識硬幣的幣值及真偽，且因硬幣不論是國家製造的錢幣或遊樂場自製之代幣，依幣值的不同也會有尺寸上之差異，故硬幣接收器在辨識硬幣之幣值及真偽時之正確性則將攸關到業者經營之生計與利潤，以及消費者本身消費上之權益。

而目前業者大多是採用非接觸式位移感測器來作金屬硬幣的感測模組，並在所有非接觸式位移感測器中，由於渦電流感測器為具有體積小以及可在高溫或塵埃、污染環境下操作等優點，使其成為最適於硬幣近距離範圍內量測的位移感測器之一，且因金屬硬幣的材質大致上可區分為強磁體(如鐵、銅、鎳等)與弱磁體(如鋁、鉛等)兩種，其感測方法為感測線圈導通後產生一振盪頻率，進而形成一可感應各種金屬材質製成硬幣之交流磁場，並與硬幣產生電磁感應誘發出渦電流，而感測線圈與硬幣之間的距離、硬幣之幾何形狀(如尺寸大小、厚度等)以及硬幣本身之導磁係數大小皆會使渦電流發生變化，故，在一定之振盪頻率下如有不同金屬材質之硬幣通過該感測線圈時，其互感耦合的程度也會隨之變化而造成感測線圈電感值的改變，藉此可對投入的硬幣幣值及真偽進行辨識。

是以，由上述之渦電流位移感測器作動原理可知，當硬幣通過感測線圈時的變化可利用感測電路轉換成以電壓或電流的形式表示出來，且感測電路可分為調幅(AM)及調頻(FM)兩種方式，其中調幅電路是利用感測線圈等效電阻及等效電感所造成電壓振幅的大小變化來作為感測的依據，而調頻電路則是利用感測線圈等效電感所造成頻率的變化來作為感測依據，但因調頻電路頻率並非定值，集膚深度會隨著頻率而變動，在較低激磁頻率時(如0.5～2MHz)受到金屬材質製成硬幣之電損(Electrical Run Out)影響較調幅電路來得大，精確度將不如調幅電路來得好，雖然一般來說，激磁頻率愈高所造成的集膚深度愈小，此種硬幣本身之電阻係數及導磁係數所造成的電損現象將愈不明顯，不過隨著激磁頻率愈高而後續所需的訊號處理則將愈趨於複雜，整體成本也相對增加；此外，由於調頻電路可利用限幅方式消除外來干擾所引起的寄生調幅、抗干擾能力強而失真小，而調幅電路中之已調幅訊號的波形幅度為處於變動的，所以不能採用限幅方式，且因調頻電路的頻帶寬度比調幅電路為大、功率利用率高，故，調頻電路與調幅電路兩者各有其使用上之優缺點，若是能研發出一種可以調幅及調頻兩種方式同時進行硬幣的幣值及真偽辨識之感測模組，即可提高對硬幣辨識時之準確率，而有待從事此行業者重新設計來加以有效解決。

故，發明人有鑑於上述之問題與缺失，乃搜集相關資料經由多方的評估及考量，並利用從事於此行業之多年研發經驗不斷試作與修改，始設計出此種可以調幅及調頻兩種方式同時進行硬幣幣值及真偽辨識而可提高整體辨識的準確率之硬幣檢測裝置發明專利誕生。

本發明之主要目的乃在於當不同幾何形狀或材質製成之硬幣通過振盪電路之感測線圈時，可使感測線圈產生之渦電流電感值發生變化，即可透過具緩衝器之調頻解調器及調幅解調器將振盪電路所輸出之振盪訊號的電壓頻率變化、振幅大小同時進行解調輸出已解調調頻波訊號、已解調調幅波訊號後，再利用辨識邏輯單元根據已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號的波形以時間作為參數結合後所產生之輸出電壓差距範圍，以及上述結合後之波形同一時間的相對關係與預設值進行比對，提昇其整體對硬幣的幣值與真偽辨識時之準確率與穩定性。

本發明之次要目的乃在於振盪電路所輸出之振盪訊號與已解調調頻波訊號、已解調調幅波訊號經由數學公式計算後可得到一具幅角之振盪訊號，且該振盪訊號與原始振盪訊號會產生一定的差距範圍，如此便可藉由輸出電壓差距範圍，以及上述結合後之波形同一時間的相對關係參數與預設值來進行比對，提昇硬幣辨識時之準確率，且可保留已解調調幅波訊號的辨識效果，而不會產生相互影響，使已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號可保留各自特性。

本發明之另一目的乃在於辨識邏輯單元為可將已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號的波形重疊結合在一起後轉換成已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號模態圖，並根據已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號模態圖中的分佈情況與特徵進行統計、分類，便可擷取出包括水平軸或垂直軸的最大值、轉折點或其他各種相關的參數與預設值進行比對，藉此作為硬幣的幣值及真偽之判斷標準。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一圖所示，係為本發明之方塊圖，由圖中可清楚看出，本發明為包括有振盪電路1、調頻解調器2、調幅解調器3及辨識邏輯單元4，其中振盪電路1為具有可產生預定振盪頻率f激磁訊號之振盪器11，並以振盪器11連接有可接收激磁訊號形成交流磁場用以感測硬幣5通過所產生渦電流電感值的變化使振盪電路1輸出振盪訊號F之感測線圈12，而振盪電路1連接有具緩衝器21、31且可將振盪訊號F的電壓頻率變化、振幅大小同時進行解調後分別輸出已解調調頻波訊號X、已解調調幅波訊號Y之調頻解調器2及調幅解調器3，並由調頻解調器2、調幅解調器3連接有可根據已解調調頻波訊號X、已解調調幅波訊號Y的波形以時間作為參數結合後所產生的相對關係進行硬幣5的幣值及真偽辨識之辨識邏輯單元4。

再者，上述振盪電路1之振盪器11最佳之一具體實施例可為LC振盪(LC Oscillation)電路，但於實際使用時，並非是以此作為侷限，且該LC振盪電路亦可為考畢茲(Colpitts)振盪器、哈特萊(Hartley)振盪器或其他可產生一預定振盪頻率f=1/[2π√(LC)]之諧振式電路，其中考畢茲振盪器主要利用感測線圈12之等效電感L與二電容C並聯的電路構成諧振回路，而哈特萊振盪器則利用一抽頭線圈電感(Tapped Inductor)與一可變電容並聯的電路構成諧振回路，並由振盪元件提供頻率穩定的高頻激磁訊號，用以控制振盪器11所產生之振盪頻率f。

請同時參閱第一、四、五、六圖所示，係分別為本發明之方塊圖、已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號波形圖、已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號模態圖及振盪訊號向量圖，由圖中可清楚看出，本發明硬幣檢測裝置為可應用於自動化販賣機器、遊戲機台(圖中未示出)或其他可提供商品購買、消費服務之消費系統，即可將硬幣檢測裝置設置於自動化販賣機器、遊戲機台或消費系統之主機內部，以辨識硬幣5的幣值與真偽，當使用者將硬幣5為由面板上之投幣口投入時，可使硬幣5沿著投幣口內側之通道滾動至硬幣檢測裝置處，此時，便可藉由振盪電路1之振盪器11產生一具預定振盪頻率f之激磁訊號，使感測線圈(Eddy Current Sensor)12接收激磁訊號導通後形成可感應各種金屬材質製成硬幣5之交流磁場，並與硬幣5產生電磁感應引起渦電流，當硬幣5通過感測線圈12所引起的交流磁場時，可使感測線圈12產生之渦電流電感值發生變化，並造成振盪電路1所輸出之振盪訊號F等效阻抗或振盪頻率f也會因能量損失(Energy Loss)隨之發生變化，而振盪頻率f的頻率值f+△f大小可根據振盪頻率公式f+△f=1/{2π√[(L+△L)C]}計算得知，其中等效電感L的電感值L+△L大小為取決於感測線圈12之渦電流變化，且該振盪訊號F之振盪頻率f可經由調頻解調器(FM Demodulation)2來將噪聲、雜訊干擾分離以及放大等處理進行解調後輸出已解調調頻波訊號X，且已解調調頻波訊號X的波形(Vx)可被描繪出如第二圖之已解調調頻波訊號波形圖所示，其中水平軸(t)為時間、垂直軸(V)為輸出電壓。

再者，上述振盪電路1所輸出之振盪訊號F等效阻抗發生變化時，亦將導致其振盪頻率f偏離激磁訊號頻率，並使振幅降低在包絡線範圍內產生週期性的變化，而振盪訊號F之振幅峰值可經由包絡線檢測器(Envelope Detector)或另一調幅解調器(AM Demodulation)3進行解調後輸出已解調調幅波訊號Y，且已解調調幅波訊號Y的波形(Vy)可被描繪出如第三圖之已解調調幅波訊號波形圖所示，其中水平軸(t)為時間、垂直軸(V)為輸出電壓。

當主機內部之通道沒有硬幣5的通過時，感測線圈12之渦電流電感值將保持一定而不會發生變化，若有硬幣5通過感測線圈12時，因感測線圈12與硬幣5之間的距離、硬幣5之幾何形狀(如尺寸大小、厚度等)及硬幣5本身材質之導磁係數等皆會使其渦電流電感值發生變化，並造成振盪電路1所輸出之正弦波振盪訊號F的電壓振幅變小、頻率也相對變快或變慢，以致使感測線圈12與硬幣5必須在較小的量測距離進行感測，而無法精確的獲得感測輸出電壓、頻寬因此無法提昇，影響硬幣5辨識時之準確率，故，本發明人有鑑於實際感測上之問題與缺失，於是遂進一步研發出此種可以調幅及調頻方式同時進行硬幣5的幣值及真偽辨識而可提高整體辨識準確率之硬幣檢測裝置，其係將已解調調頻波訊號X與已解調調幅波訊號Y的波形(如Vx、Vy)重疊結合在一起後即可描繪出如第四圖之已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號波形圖，再利用辨識邏輯(Recognition Logic)單元4引用軟體程式庫執行運算邏輯以時間作為參數同時將已解調調頻波訊號X及已解調調幅波訊號Y轉換成如第五圖之已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號模態圖，其中水平軸為已解調調頻波訊號X的波形(Vx)、垂直軸為已解調調幅波訊號Y的波形(Vy)，並根據已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號模態圖中已解調調頻波訊號X與已解調調幅波訊號Y以時間作為參數結合後所產生之輸出電壓差距範圍，以及上述結合後之波形同一時間的分佈情況與特徵等相對關係進行統計、分類，便可擷取出包括水平軸或垂直軸的最大值、轉折點或其他各種相關的參數與預設值進行比對，藉此作為硬幣5的幣值及真偽之判斷標準，若使用者投入之硬幣5辨識為一偽幣時，硬幣5便會由通道內側處之閘門沿著退幣通道朝面板上之退幣口退出，而硬幣5辨識為一真幣時，電磁閥則會帶動閘門活動位移，使硬幣5通過出幣口後掉落至機體內部之收幣容器中來進行收納。

而在第六圖之振盪訊號向量圖中可清楚看出，其中水平軸為實部(Vreal)、垂直軸為虛部(Vimag)，而振盪訊號F解調後所輸出之已解調調幅波訊號Y向量與已解調調頻波訊號X向量為形成垂直角度，且振盪電路1所輸出之振盪訊號F向量與已解調調頻波訊號X向量、已解調調幅波訊號Y向量經由數學公式計算後可以得到幅角θ=tan^-1 [Y/(F+X)]之振盪訊號F’向量，使振盪訊號F’向量與原始振盪訊號F向量即會產生一定的差距範圍，如此便可藉由已解調調頻波訊號X與已解調調幅波訊號Y的波形以時間為參數重疊結合在一起後所產生之輸出電壓差距範圍，以及上述結合後之波形同一時間的分佈情況與特徵等相對關係參數與預設值來進行比對，並提昇其整體對硬幣5辨識時之準確率與穩定性，且可保留已解調調幅波訊號Y的辨識效果，使已解調調頻波訊號X與已解調調幅波訊號Y可保留各自特性。

此外，以上所述僅為本發明較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，本發明主要針對振盪電路1所具之振盪器11為連接有可感測硬幣5通過所產生渦電流電感值的變化之感測線圈12，並以振盪電路1連接有具緩衝器21、31且可將振盪訊號F的電壓頻率變化、振幅大小同時進行解調之調頻解調器2及調幅解調器3，再由調頻解調器2、調幅解調器3連接有辨識邏輯單元4，是以，當不同幾何形狀或材質製成之硬幣5通過感測線圈12時，其互感耦合程度也會隨之改變並造成感測線圈12產生之渦電流電感值的變化，即可透過調頻解調器2及調幅解調器3將振盪訊號F的電壓頻率變化、振幅大小同時進行解調後輸出已解調調頻波訊號X、已解調調幅波訊號Y，再利用辨識邏輯單元4根據已解調調頻波訊號X與已解調調幅波訊號Y的波形以時間作為參數重疊結合後所產生之輸出電壓差距範圍，以及上述結合後之波形同一時間的相對關係進行比對，提昇其整體對硬幣5辨識時之準確率與穩定性。

上述詳細說明為針對本發明一種較佳之可行實施例說明而已，惟該實施例並非用以限定本發明之申請專利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示之技藝精神下所完成之均等變化與修飾變更，均應包含於本發明所涵蓋之專利範圍中。

綜上所述，本發明硬幣檢測裝置於使用時為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼　審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦發明，倘若　鈞局有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感公便。

1．．．振盪電路

11．．．振盪器

12．．．感測線圈

2．．．調頻解調器

21．．．緩衝器

3．．．調幅解調器

31．．．緩衝器

4．．．辨識邏輯單元

5‧‧‧硬幣

第一圖　係為本發明之方塊圖。

第二圖　係為本發明之已解調調頻波訊號波形圖。

第三圖　係為本發明之已解調調幅波訊號波形圖。

第四圖　係為本發明之已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號波形圖。

第五圖　係為本發明之已解調調頻波訊號與已解調調幅波訊號模態圖。

第六圖　係為本發明之振盪訊號向量圖。

1．．．振盪電路

11．．．振盪器

12．．．感測線圈

2．．．調頻解調器

21．．．緩衝器

3．．．調幅解調器

31．．．緩衝器

4．．．辨識邏輯單元

5．．．硬幣

Claims (3)

1. 一種硬幣檢測裝置，係包括有振盪電路、調頻解調器、調幅解調器及辨識邏輯單元，其中該振盪電路具有可產生預定振盪頻率激磁訊號之振盪器，並以該振盪器連接有可接收激磁訊號形成交流磁場感測硬幣通過所產生渦電流電感值的變化使該振盪電路輸出振盪訊號之感測線圈，而該振盪電路連接有具緩衝器且可將振盪訊號電壓頻率變化、振幅大小同時進行解調分別輸出已解調調頻波訊號、已解調調幅波訊號之調頻解調器及調幅解調器，並由該調頻解調器、該調幅解調器連接有可根據已解調調頻波訊號、已解調調幅波訊號以時間為參數的相對關係進行硬幣的幣值及真偽辨識之該辨識邏輯單元，該辨識邏輯單元可根據已解調調頻波訊號、已解調調幅波訊號的波形以時間為參數結合後所產生之輸出電壓差距範圍，以及結合後之波形同一時間的分佈情況與特徵之相對關係進行統計、分類，並擷取出包括水平軸或垂直軸的最大值、轉折點或相關參數與預設值來進行比對，藉此作為硬幣的幣值及真偽之判斷標準。
2. 如申請專利範圍第1項所述之硬幣檢測裝置，其中該振盪電路之振盪器可為一LC振盪電路。
3. 如申請專利範圍第1項所述之硬幣檢測裝置，其中該振盪電路之振盪器可為考畢茲(Colpitts)振盪器、哈特萊(Hartley)振盪器或其他可產生一預定振盪頻率 之諧振式電路。