專利名稱：測量渦流頻率的硬幣鑒別器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及識(shí)別金屬硬幣的方法。本方法用于硬幣鑒別器中，該硬幣鑒別器測量當(dāng)金屬硬幣到達(dá)由該硬幣外部的線圈裝置產(chǎn)生的磁場時(shí)金屬硬幣如何影響線圈裝置，該金屬硬幣有金屬芯，金屬芯被另一金屬層所覆蓋。此外，在金屬硬幣中感生的渦流由該硬幣外部的檢測裝置來檢測。
本發(fā)明還涉及包括如上所述類型的硬幣鑒別器的硬幣處理機(jī)。
背景技術(shù)：
硬幣鑒別器用于測量硬幣的不同物理特性以確定其類型，如其面額、流通時(shí)間或真實(shí)性。為此要測量各種空間的、電的和磁的特性，例如硬幣的直徑和厚度，其電導(dǎo)率，其磁導(dǎo)率，及其表面和/或邊緣圖案，如其邊緣壓花。在硬幣處理機(jī)中通常使用硬幣鑒別器，該硬幣處理機(jī)如硬幣計(jì)數(shù)機(jī)、硬幣分類機(jī)、自動(dòng)販賣機(jī)、游戲機(jī)等。先前已知的硬幣處理機(jī)的實(shí)例例如在WO97/07485和WO87/07742中公開。
此外，通過將硬幣暴露在磁脈沖中并檢測在該硬幣中感生的渦流的衰減來測量硬幣的電阻或電導(dǎo)率的方法和設(shè)備通常在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的。
該硬幣鑒別器工作的方式在例如GB-A-2 135 095中進(jìn)行了說明，在GB-A-2 135 095中，硬幣測試裝置包括發(fā)射器線圈，該線圈通以矩形電壓脈沖以產(chǎn)生磁脈沖，該磁脈沖是在通過的硬幣中感生的。在線圈中由此產(chǎn)生的渦流產(chǎn)生磁場，該磁場由接收器線圈監(jiān)視或檢測。該接收器線圈可以是單獨(dú)的線圈，或者也可以是由具有兩種工作模式的發(fā)射器線圈構(gòu)成。通過監(jiān)視在硬幣中感生的渦流的衰減，可獲得代表硬幣電導(dǎo)率的值，因?yàn)樗p速率是該值的函數(shù)。
在現(xiàn)有技術(shù)中的硬幣鑒別器經(jīng)常采用小線圈，其直徑小于硬幣的直徑。該線圈在硬幣的任意點(diǎn)，即硬幣的實(shí)際部分感生并檢測渦流，該渦流受上述電導(dǎo)率測量值的影響，渦流將根據(jù)硬幣相對(duì)于線圈的方向、速度、角度等改變。該方法對(duì)于由單一金屬或金屬合金制成的正常的同構(gòu)的硬幣來說是足夠的。
但是，近年來在不同的國家發(fā)行了新的非同構(gòu)的硬幣。例如，這些硬幣可包含兩種金屬的硬幣和覆蓋著銅的鐵的硬幣。
這些新硬幣與一些現(xiàn)有的硬幣非常類似，即它們具有幾乎相同的物理尺寸并由同一種或類似的材料制成。
形成鐵硬幣的鐵芯或盤可在它的整個(gè)表面周圍鍍上或覆蓋上一層或多層銅或黃銅，或僅在兩側(cè)周圍鍍上或覆蓋上一層或多層銅或黃銅，留下它的邊沿作為鐵邊沿自由地露出。
所有上述特征都使得很難在硬幣之間，尤其是很難在這樣兩個(gè)鐵硬幣之間作出鑒別，這兩個(gè)鐵硬幣直徑相同，一個(gè)鐵硬幣具有自由露出的鐵邊沿，而另一個(gè)鐵硬幣具有只部分地或整個(gè)地鍍上僅僅一薄層銅、黃銅或青銅的鐵邊沿。
當(dāng)在不同國家中引入新的硬幣時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)問題。這種引入意味著硬幣接收和計(jì)數(shù)機(jī)必須在新硬幣和現(xiàn)有的國內(nèi)的貨幣之間進(jìn)行區(qū)分。在大多數(shù)情形下，這不是問題。但是，由于硬幣的不同制造方法，基本上具有同一尺寸的不同硬幣也可能在測量時(shí)具有相同的“外觀”。例如，A型硬幣與另一種硬幣，即B型硬幣非常相似。B型和A型硬幣都是鐵硬幣。這些鐵硬幣之間的區(qū)別如下。B型鐵硬幣覆蓋了黃銅，而相比之下，A型鐵硬幣鍍上了或覆蓋上了銅。另一個(gè)區(qū)別是B型鐵硬幣在邊沿露出鐵，而A型鐵硬幣在邊沿上有一薄層銅。理論上，在A和B兩型的鐵硬幣之間有平均直徑的差別。但是，A型鐵硬幣的小樣品，其直徑是以數(shù)字測徑器測量的，其直徑超出了其規(guī)定的容限。B型鐵硬幣已經(jīng)用了很長時(shí)間了，其傾向于變小，尤其是在直徑上。我們期望找到一樣尺寸的B型鐵硬幣和A型鐵硬幣。
同樣，C型和D型硬幣也很難區(qū)別。這兩個(gè)硬幣都是覆蓋著銅的鐵硬幣。C型鐵硬幣具有覆蓋著銅的邊沿。D型鐵硬幣可在邊沿的一側(cè)有薄的銅斑。這是由于該D型鐵硬幣的制造方法造成的。該銅斑是當(dāng)模壓銑具模沖硬幣，由此可在模沖方向上將薄銅層涂在鐵硬幣的邊緣，即邊沿的一部分上時(shí)形成的。
上述的現(xiàn)有技術(shù)的硬幣鑒別器由于在電阻上的相同的影響，無法為當(dāng)被測鐵硬幣通過線圈時(shí)測量鐵硬幣電導(dǎo)率的線圈提供上述鐵硬幣類型的足夠正確的判斷。
所獲得的硬幣測量結(jié)果非常大地取決于在硬幣上的實(shí)際測量點(diǎn)。如果在鐵芯周圍具有薄的銅層的給定的硬幣是在位于硬幣的邊沿附近的位置測量的，其鐵芯具有露出的、未覆蓋的鐵邊沿的硬幣可被錯(cuò)誤地“看成”或鑒別為其鐵芯在所有的側(cè)，即在鐵硬幣的表面和邊沿上都被比較薄的銅或黃銅層圍繞的硬幣。此外，現(xiàn)有技術(shù)的解決方案在識(shí)別覆蓋鐵硬幣的邊沿的層是由銅、黃銅還是青銅制成時(shí)也有問題。
此外，只具有部分覆蓋邊沿的薄的銅、黃銅或青銅斑的鐵硬幣可能會(huì)難以鑒別，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)被“看成”具有未覆蓋的邊沿或覆蓋的邊沿的鐵硬幣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是通過檢測線圈中的電阻和電感變化來實(shí)現(xiàn)硬幣類型的可重復(fù)和精確的確定，硬幣類型也就是說，硬幣包括例如由另一金屬，如銅、黃銅或青銅制成的薄層完全地或部分地覆蓋的鐵芯并具有幾乎相同的物理尺寸，并在某些情況下是相同的尺寸，該線圈測量硬幣以確定該硬幣具有覆蓋的邊沿還是未覆蓋的邊沿，并確定硬幣的表面電導(dǎo)率。
這些目的是通過提供具有通過根據(jù)本發(fā)明的方法操作的硬幣鑒別器的硬幣處理機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。該方法測量當(dāng)硬幣暴露在由硬幣外部的線圈裝置產(chǎn)生的磁場中時(shí)硬幣如何影響線圈裝置，該硬幣具有例如被如銅、黃銅或青銅的另一金屬層覆蓋的鐵芯。硬幣中感生的渦流由硬幣外部的檢測裝置檢測。硬幣鑒別器通過以具有高頻的時(shí)變驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)線圈裝置來在線圈裝置中感生磁場。硬幣鑒別器以精確的位置在磁場中接收鐵硬幣。然后，硬幣鑒別器通過經(jīng)由線圈裝置測量渦流檢測在鐵硬幣中由磁場感生的渦流，并將通過線圈裝置測量出的渦流與不同類型的鐵硬幣的預(yù)定值進(jìn)行比較。最后，硬幣鑒別器利用預(yù)定值確定被測鐵硬幣的結(jié)構(gòu)、材料和類型。
通過提供具有通過根據(jù)本發(fā)明的方法操作的硬幣鑒別器的硬幣處理機(jī)，可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。用同一線圈裝置來使鐵硬幣的兩個(gè)測量在不同的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行，由此消除了額外的線圈裝置和額外的電子裝置的需要和成本，該額外的電子裝置得在操作上連接到額外的線圈裝置。其它優(yōu)點(diǎn)是硬幣處理機(jī)的結(jié)構(gòu)和維護(hù)簡化了，用于這些措施的相關(guān)成本減小了。


現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的鐵硬幣和硬幣鑒別器的截面示意圖，圖2是在鑒別期間處于兩個(gè)不同位置的鐵硬幣和硬幣鑒別器之間的相對(duì)位置的平面示意圖，圖3是圖1和2的硬幣鑒別器中所用的電子電路的框圖，圖4是當(dāng)三個(gè)不同的鐵硬幣經(jīng)過硬幣鑒別器時(shí)頻率變化的讀出圖，圖5是當(dāng)圖4的三個(gè)鐵硬幣經(jīng)過硬幣鑒別器時(shí)硬幣鑒別器中的電阻讀出圖，圖6是圖4和5中的三個(gè)鐵硬幣突出了其鐵邊沿讀出的圖，及圖7是包括圖1和2中的硬幣鑒別器的硬幣處理機(jī)的框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出硬幣鑒別器10，其包括安裝在外殼30中的線圈20。線圈20連接到用于向其提供電流脈沖的電氣設(shè)備(未示)?？捎秒妷好}沖來代替電流脈沖，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)。硬幣40被顯示成它剛剛到達(dá)硬幣鑒別器的所產(chǎn)生的磁場或脈沖的情形。此外，硬幣鑒別器包括用于檢測由影響磁脈沖的鐵硬幣引起的線圈20的電阻和電感變化的檢測裝置(未示)，該磁脈沖是線圈裝置響應(yīng)從電氣設(shè)備提供的電流脈沖而產(chǎn)生的。
在該實(shí)施例中，硬幣是鐵硬幣40，其包括第一金屬或合金的，例如鐵或鋼的盤形的大導(dǎo)電芯50。硬幣芯50被以虛線顯示在圖2的右邊的硬幣40內(nèi)。鐵芯50比實(shí)際中的小一點(diǎn)，以使鐵芯的外圍與硬幣40的外輪廓之間的尺寸差別顯示得更清楚，即被夸大了。在鐵芯50的外圍和硬幣40的外輪廓之間的該區(qū)域是薄的銅、黃銅或青銅或用作硬幣的外表面的任何其它金屬的層，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易想到的。
根據(jù)本發(fā)明的硬幣鑒別器10進(jìn)行兩個(gè)測量，每個(gè)測量分別在每個(gè)硬幣的不同部分，即在硬幣芯50和硬幣邊沿60完成。這將在下面更詳細(xì)地說明。硬幣鑒別器10的檢測裝置(未示)在一個(gè)測量中通過借助于線圈20在硬幣芯50的表面感生渦流來確定硬幣40的表面電導(dǎo)率。另一個(gè)測量確定硬幣在邊沿60具有自由地露出的鐵芯50，還是鐵芯，即邊沿覆蓋上薄的其它金屬，如銅、黃銅或青銅的層70。在盤形芯和該層之間的邊界標(biāo)為80。如果鐵芯在邊沿60未被覆蓋，該邊界80不存在，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員知道的那樣。
圖1和2中的線圈20用作用于將鐵硬幣40暴露在磁場中的發(fā)射器線圈。鐵硬幣的暴露是在它沿著硬幣軌道90(如圖2所示)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過硬幣鑒別器10時(shí)完成的。鐵硬幣的運(yùn)動(dòng)方向由指向圖1中的左邊的水平箭頭示出?；蛘?，鐵硬幣可以沿另一方向運(yùn)動(dòng)，即向圖1中的右邊運(yùn)動(dòng)，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的。
此外，圖1和2中所示的硬幣鑒別器10的線圈20還用作接收器線圈，該接收器線圈在操作上連接到合適的電子裝置，這將在本說明書的后面更詳細(xì)說明，該電子裝置用于檢測磁場變化和被測鐵硬幣的表面電導(dǎo)率并把它們轉(zhuǎn)換為相應(yīng)信號(hào)，檢測磁場變化更具體地說是檢測當(dāng)被測鐵硬幣40通過線圈20時(shí)線圈20中的電感和電阻變化。將信號(hào)提供給檢測器(未示)，該檢測器被安排來測量信號(hào)的衰減和變化，并作為響應(yīng)確定線圈20中的電感和電阻變化的各自的值以及硬幣40的表面電導(dǎo)率。確定出的每個(gè)被測鐵硬幣40的表面電導(dǎo)率值以及鐵硬幣對(duì)線圈20中的電感和電阻的影響接下來用于識(shí)別鐵硬幣的類型。
圖2示出在鑒別期間硬幣鑒別器10的主要部分之一，即其外殼30中的線圈20，與鐵硬幣40之間的相對(duì)位置。在該實(shí)施例中，線圈安裝在高于硬幣軌道90大約3mm處，即線圈的較低端高于軌道3mm。該線圈20的位置取決于將要測量的鐵硬幣的類型以及鐵硬幣的尺寸。更小或更大的鐵硬幣40為了獲得正確的讀出可能需要其它的線圈位置。
在測量期間每個(gè)鐵硬幣40在硬幣軌道90上運(yùn)動(dòng)經(jīng)過硬幣鑒別器10。根據(jù)本發(fā)明的鑒別是在不同的時(shí)間點(diǎn)完成的，因?yàn)橥痪€圈20用于兩個(gè)測量。一個(gè)測量確定鐵芯，也就是說鐵硬幣40的邊沿60是露出的還是被薄的銅、黃銅或青銅層所覆蓋。另一個(gè)測量確定鐵硬幣芯50是被銅、黃銅還是青銅層70所覆蓋。鐵硬幣芯上的銅、黃銅或青銅層通過測量鐵硬幣40表面的電導(dǎo)率來檢測。露出的還是覆蓋的鐵硬幣/芯邊沿60是由其磁屬性，即當(dāng)鐵硬幣邊沿到達(dá)或經(jīng)過線圈時(shí)其對(duì)線圈20的電阻和電感的影響來確定的。根據(jù)邊沿60的磁屬性，線圈20的電阻和電感將受到不同程度的影響。
當(dāng)鐵硬幣40在圖2中從左向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，硬幣邊沿60首先到達(dá)線圈20，因此在本實(shí)施例中邊沿的測量是首先完成的。鐵硬幣的運(yùn)動(dòng)方向由位于圖2的左邊并指向右邊的水平箭頭示出。如果需要，鐵硬幣當(dāng)然也可以沿另一方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)測量硬幣邊沿60時(shí)，鐵硬幣應(yīng)當(dāng)讓線圈20的大約75％露出，即硬幣邊沿覆蓋線圈的大約25％。然后，接下來很短的時(shí)間里，鐵硬幣的中心，更具體地說，鐵硬幣芯50，到達(dá)/覆蓋線圈，第二個(gè)測量發(fā)生。邊沿測量當(dāng)然可以在表面電導(dǎo)率測量完成后完成。這是因?yàn)樵阼F硬幣40最終被傳送經(jīng)過線圈之前硬幣邊沿60還經(jīng)過線圈20一次，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解這一點(diǎn)。
在圖2中，當(dāng)進(jìn)行表面電導(dǎo)率測量時(shí)，鐵硬幣40應(yīng)優(yōu)選放在線圈20的中心處，如在右邊的鐵硬幣位置處所示。當(dāng)測量硬幣邊沿60時(shí)，鐵硬幣的位置應(yīng)如圖1所示，讓磁場碰上鐵硬幣的邊沿。另外，線圈20的位置必須相對(duì)于將要測量的硬幣的尺寸來決定。選定線圈的位置以使鐵硬幣40的邊沿60不影響該第二個(gè)表面電導(dǎo)率的測量。硬幣邊沿60和線圈20之間的距離應(yīng)大于約1mm以確保正確讀出表面電導(dǎo)率。
硬幣鑒別器10的線圈20相對(duì)于將要測量的鐵硬幣40的直徑較小。線圈的直徑可在5到10mm之間。優(yōu)選地，鐵氧體芯的直徑在5到10mm之間，但優(yōu)選地為7.3mm。鐵氧體的高度或厚度可在2到6mm之間，優(yōu)選地為3.7mm，并充填上直徑在0.08到1mm、優(yōu)選為0.2mm的線。該線應(yīng)優(yōu)選由銅制成。原則上，任何小線圈都能用在硬幣檢測器或鑒別器10中，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的。利用鐵氧體罐形芯來引導(dǎo)磁場使得檢測器/鑒別器更加有效。
在典型的硬幣計(jì)數(shù)機(jī)(未示)中，鐵硬幣40的位置從其它的傳感器(未示)得知，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員知道的。該信息用于使在不同時(shí)間的兩個(gè)硬幣測量利用同一個(gè)線圈20。
如圖2所示，當(dāng)線圈20被鐵硬幣40的鐵芯50所覆蓋時(shí)測量表面電導(dǎo)率。這意味著鐵芯的中心基本上與線圈20的中心對(duì)準(zhǔn)，或者鐵芯50至少覆蓋了整個(gè)線圈。由電氣設(shè)備提供給線圈的電流脈沖的持續(xù)時(shí)間可按照實(shí)際應(yīng)用選定。
為了使線圈20作為硬幣檢測器/鑒別器10的一部分工作，圖3所示的電子電路100提供通過線圈的時(shí)變電流。電流中的變化產(chǎn)生由線圈20產(chǎn)生的磁場中的變化，由此變化的磁場在鐵硬幣40中產(chǎn)生電流。該鐵硬幣中的電流叫做渦流。變化的渦流又產(chǎn)生變化的磁場，該變化的磁場由線圈20測量。
如果同一線圈20同時(shí)用于產(chǎn)生和檢測該渦流，鐵硬幣40的作用是產(chǎn)生線圈的電感和電阻中的明顯變化。電子電路100測量這些變化并利用它們來識(shí)別鐵硬幣的類型。
用來以單線圈20測量鐵硬幣40的電子電路可分為以下兩類1、連續(xù)波形(CW)技術(shù)，其利用連續(xù)的正弦波或方波驅(qū)動(dòng)線圈20。
2、脈沖感應(yīng)(PI)技術(shù)，其利用電流中的階梯變化來在鐵硬幣40中產(chǎn)生成指數(shù)衰減的渦流。
圖3中的電子電路100通過利用連續(xù)波形(CW)技術(shù)驅(qū)動(dòng)硬幣鑒別器10，該連續(xù)波形技術(shù)以連續(xù)正弦波或方波驅(qū)動(dòng)線圈20。CW電子裝置可分為以下兩類1、頻移2、相移第一方法，即頻移是最簡單和最便宜的。利用該技術(shù)線圈20形成振蕩器110的頻率確定元件部分。線圈中的電感變化引起振蕩器頻率的變化。該頻移用來識(shí)別鐵硬幣40。這個(gè)簡單方法的局限性是其不測量線圈20的電阻的變化，因而，其只利用了可得到的信息的一半。
第二方法，即相移方法通常以固定頻率驅(qū)動(dòng)線圈20，然后測量線圈電壓或電流的幅度和相位。通過測量幅度和相位，線圈的電感和電阻的變化可以計(jì)算出來。
為了根據(jù)本發(fā)明將覆蓋著銅的鐵硬幣40從覆蓋著黃銅或青銅的鐵硬幣中分離出來，根據(jù)本發(fā)明的硬幣鑒別器10利用高頻渦流。集膚深度效應(yīng)將使這些電流主要在銅、黃銅或青銅層中流動(dòng)。當(dāng)利用AC電源代替DC電源時(shí)的集膚深度效應(yīng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的物理效應(yīng)。
在本實(shí)施例中，用A型、B型和D型鐵硬幣來說明根據(jù)本發(fā)明的硬幣鑒別器10的功能。這些硬幣非常相似，是參考鐵硬幣40的良好實(shí)例。或者，當(dāng)然也可以采用其大鐵芯50整個(gè)地或部分地被薄的銅、黃銅或青銅層所覆蓋的任何其它類型的現(xiàn)有的或未來的鐵硬幣，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的。
A型和B型硬幣由黃銅包覆的鐵制成。E型和D型硬幣是銅包覆的鐵硬幣。F型、C型和A型硬幣是鍍上銅或銅包覆的鐵硬幣。E型和D型硬幣通常在邊沿60上有銅斑，即銅斑僅僅部分地覆蓋了邊沿。黃銅電鍍的規(guī)定厚度為0.068mm。在25％IACS黃銅中的集膚深度在本例中是在3.7MHz。這意味著我們必須用高于3.7MHz的頻率來“隱藏”鐵芯50，即更低的頻率將使渦流進(jìn)一步穿透硬幣，由此“顯示”或到達(dá)鐵芯。
25％IACS黃銅是根據(jù)國際軟銅標(biāo)準(zhǔn)(IACS)的標(biāo)度定義的。該標(biāo)度涉及到金屬的電導(dǎo)率。按這一標(biāo)度，將純軟銅的電導(dǎo)率取為100％，在“銅”硬幣中所用的青銅大約是50％，黃銅通常為25％。在一些硬幣中的金合金大約為16％，而“銀”幣中所用的銅鎳合金只有多于5％，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解的。
在硬幣鑒別器10中所用的最大頻率也由集膚深度效應(yīng)確定，該集膚深度效應(yīng)在本實(shí)施例中是線圈20的銅線的集膚深度。因?yàn)殡娏髦辉诰€的表面上流，電阻要大于當(dāng)用DC電源時(shí)的它的電阻。從這一角度考慮，盡可能低的頻率是優(yōu)選的。
根據(jù)這些集膚深度的討論，優(yōu)選的頻率當(dāng)用于根據(jù)本發(fā)明的硬幣鑒別器10時(shí)是在4到10MHz的范圍內(nèi)，但優(yōu)選是在5到8MHz的范圍內(nèi)。
有可能設(shè)計(jì)電子裝置以在這些頻率下利用相移方法正確地測量線圈20的電感和電阻的變化。但是，圖3中的電子電路100既不簡單也不便宜，這是因?yàn)槭褂酶哳l。在根據(jù)本發(fā)明的硬幣鑒別器10中的電子電路100的特有特征是使用頻移方法，該頻移方法能正確地測量電感和電阻的變化，且是快速和穩(wěn)定的。
在圖3中，用于操作硬幣鑒別器10的電子電路100以框圖示出。壓控振蕩器110以八倍于線圈20的自諧振頻率的頻率運(yùn)行。除8電路120以正負(fù)45°相位產(chǎn)生在線圈諧振處的頻率?？刂破?30通過選擇器設(shè)備200選出這兩個(gè)相位中的一個(gè)，并通過雙向電流源170驅(qū)動(dòng)線圈20。跨線圈20的電壓為正弦波。來自比較器140的輸出是邏輯電平方波，該方波具有與線圈20中的正弦波相同的過零點(diǎn)。該方波與來自除8電路120的參考相位90°相比較。該比較是通過異或門150完成的，接下來是圖3左邊的低通濾波器160。低通濾波器包括兩個(gè)主要部件，其每一個(gè)都不再更詳細(xì)地說明，該低通濾波器是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。來自低通濾波器160的輸出電壓用來控制振蕩器110的頻率。恒定電流源170用于驅(qū)動(dòng)線圈20。16位計(jì)數(shù)器180測量壓控振蕩器110的頻率。檢測器接口190用于將控制器130，即驅(qū)動(dòng)硬幣鑒別器10的電子裝置，連接到其它電子裝置(未示)。其它電子裝置可以是任何種類的合適的硬件和軟件，如PC，該合適的硬件和軟件用于進(jìn)一步處理測量結(jié)果，如向硬幣計(jì)數(shù)和分類機(jī)的操作者或硬幣計(jì)數(shù)和分類機(jī)中的處理器呈現(xiàn)結(jié)果。
如果電流源170由零度相位驅(qū)動(dòng)，則電子電路100就會(huì)鎖定到線圈20的諧振頻率。該電子電路則會(huì)被識(shí)別為已知類型的實(shí)例，其稱為鎖相環(huán)，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)。
通過以45°相位驅(qū)動(dòng)電流源170，電子電路100仍然會(huì)鎖定。但是，該頻率將在通過線圈20的電壓和電流之間產(chǎn)生45°相移。從物理學(xué)知道該45°相移僅在諧振曲線的“3dB點(diǎn)”處產(chǎn)生。通過利用正負(fù)45°相位，可測量上下“3dB點(diǎn)”的頻率。這兩個(gè)頻率的平均值就是線圈20的諧振頻率。這兩個(gè)頻率之間的差是諧振頻率寬度。
16位計(jì)數(shù)器180測量壓控振蕩器110的頻率?？刂破?30通過計(jì)數(shù)在固定期間發(fā)生了多少個(gè)周期來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在本實(shí)施例中，期間可以是在50到200μs范圍，但125μs的期間是優(yōu)選的，這樣計(jì)數(shù)可以給出以kHz為單位的頻率變化?？刂破鬟€與余下的電子裝置接口，該電子裝置即連接到如圖7的框圖所示的硬幣計(jì)數(shù)和分類機(jī)700的其它部件(未示)的檢測器接口190。
在圖4中，示出了來自根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選硬幣鑒別器10的讀出。圖中的y軸示出了以kHz為單位的頻率變化，該頻率變化是由經(jīng)過線圈20的3個(gè)鐵硬幣40所引起的。從左到右是B型、D型和A型硬幣。
在圖4中，x軸簡單地是沿硬幣軌道90的以mm為單位的距離。實(shí)線是振蕩器110的中心或諧振頻率的變化。圖4中所用的線圈20是在所有較前的附圖中所示出的線圈。利用該線圈，沒有硬幣的中心或諧振頻率在4到10MHz之間，優(yōu)選地是5MHz。第一鐵硬幣40，即鍍黃銅的B型，增加該頻率600kHz。該頻率變化是與作用距離有關(guān)的。上圖是按從線圈到硬幣的作用距離為0.9mm作出的。
鐵硬幣40對(duì)線圈20的電阻的影響取決于鐵硬幣與線圈間的作用距離或距離。鐵硬幣對(duì)線圈電阻的影響隨著鐵硬幣與線圈之間的距離增加而減小。線圈電阻的減小與在硬幣中環(huán)形流動(dòng)的渦流的直徑成比例發(fā)生。硬幣40對(duì)線圈20的電感的影響還取決于鐵硬幣和線圈之間的作用距離或距離。對(duì)線圈電感的影響隨在鐵硬幣和線圈之間的距離增加而減小。線圈電感的減小與在硬幣中的環(huán)形流動(dòng)的渦流的直徑的二次方，即與由該環(huán)形流動(dòng)的渦流所覆蓋的面積成比例發(fā)生的。
虛線是諧振頻率的寬度，這就是上下“3dB點(diǎn)”之間的頻率差。諧振頻率的寬度是線圈20的電阻的直接測量值。諧振頻率越寬，電阻越高。虛線說明了這一效應(yīng)。B型鐵硬幣40的諧振頻率寬度為570kHz，而相比之下對(duì)于其它兩種鐵硬幣是530kHz。這是因?yàn)辄S銅的電阻高于銅，即銅是相對(duì)于黃銅的良導(dǎo)體。虛線示出了在沒有硬幣40的情況下，諧振頻率帶寬是430kHz。這是由于線圈20中的線電阻引起的。
教科書上用于找到線圈20的電阻的方法是從它的‘Q”或品質(zhì)因數(shù)。Q值高意味著線圈電阻低。線圈的Q和自諧振頻率由以下公式給出自諧振頻率是f0=12πLC]]>線圈20的Q是Q=2πfLR=fΔf]]>其中L是線圈20的電感C是與線圈并聯(lián)的總電容R是處于諧振頻率的線圈電阻f0是自諧振頻率Δf是3dB點(diǎn)之間的頻率差已經(jīng)用圖4中來自3個(gè)鐵硬幣40的讀出來產(chǎn)生圖5的圖。
圖5中，該曲線示出每當(dāng)被測鐵硬幣40經(jīng)過線圈20時(shí)線圈20的Q下降。該圖示出左邊的高電阻鍍黃銅的B型鐵硬幣比兩個(gè)鍍銅的鐵硬幣，即中間的D型鐵硬幣和右邊的A型鐵硬幣下降得更厲害。
圖6的圖示出了與圖4和5中同樣的鐵硬幣讀出，但這里讀出被處理以突出在每個(gè)鐵硬幣40的鐵邊沿的讀出。與前面一樣B型然后是D型然后是A型硬幣經(jīng)過硬幣鑒別器10，并為每個(gè)鐵硬幣進(jìn)行兩個(gè)測量。
圖6簡單地示出了諧振頻率帶寬減去中心頻移的四分之一。該處理必須是簡單的，因?yàn)殍F硬幣40經(jīng)過硬幣鑒別器10和圖7所示的硬幣計(jì)數(shù)和/或分類機(jī)700速度很高。
鍍黃銅的B型鐵硬幣40的鐵邊沿比鍍銅的D型鐵硬幣的鐵邊沿顯示得更清楚。這是因?yàn)樵谙喾捶较蛏蠣恳膬蓚€(gè)作用。鐵的磁屬性試圖增加線圈20的電感，而鐵硬幣表面的渦流試圖減小線圈電感。低電阻鍍銅D型鐵硬幣使渦流更大，這樣就在鐵硬幣40的邊沿60處隱藏了更多的鐵。
A型鐵硬幣40的覆蓋著銅的邊沿60在這些高頻下完全隱藏了鐵。這意味著線圈20的電感僅當(dāng)該A型鐵硬幣經(jīng)過其時(shí)減小。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的硬幣處理機(jī)700被示意性示出。從示例性但非限制性的意義上，圖7的硬幣處理機(jī)700選定為硬幣分類機(jī)。將要被機(jī)器700分類的硬幣40的堆被放進(jìn)硬幣入口710。這里，硬幣可以是任何類型的硬幣，而不僅僅是覆蓋了薄的銅、黃銅或青銅層的鐵硬幣，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解的。硬幣由硬幣饋送器720饋送到硬幣鑒別器10，該硬幣饋送器720如漏斗和/或環(huán)帶，該硬幣鑒別器10在上面參照?qǐng)D1、2和3已經(jīng)描述。硬幣鑒別器10在操作上連接到CPU形式的邏輯設(shè)備732，該邏輯設(shè)備732在操作上連接到存儲(chǔ)器734，如RAM、ROM、EEPROM或閃存。存儲(chǔ)器734存儲(chǔ)硬幣參考數(shù)據(jù)組，該硬幣參考數(shù)據(jù)組被邏輯設(shè)備732用來在通過硬幣入口710接收到的硬幣40中作出鑒別。更具體地說，硬幣參考數(shù)據(jù)涉及所有不同類型的硬幣的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的典型值，以及所有不同類型的硬幣對(duì)線圈20的電阻和電感的影響的典型值，這兩種典型值是硬幣處理機(jī)700能夠處理的。
邏輯設(shè)備732被編程以接收由線圈20和控制器130獲得的測量數(shù)據(jù)，該控制器130在操作上連接到檢測器接口190，用于存儲(chǔ)有關(guān)硬幣40的表面電導(dǎo)率和當(dāng)硬幣經(jīng)過線圈20時(shí)線圈20的電阻及電感變化的數(shù)據(jù)。一旦接收到對(duì)于硬幣的這些測量數(shù)據(jù)，邏輯設(shè)備732將讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器734中的硬幣參考數(shù)據(jù)，并搜索任何匹配，該存儲(chǔ)器734也在操作上連接到檢測器接口190。如果由硬幣鑒別器10測出的鐵硬幣的物理和磁屬性對(duì)應(yīng)于由鐵硬幣參考數(shù)據(jù)定義的一種特定鐵硬幣類型，則該鐵硬幣的類型被正面識(shí)別出。否則，鐵硬幣40是屬于不確定的類型，并由硬幣拒絕設(shè)備740處理，該硬幣拒絕設(shè)備740優(yōu)選地通過機(jī)器700中的外部開口輸送鐵硬幣，以使鐵硬幣可被用戶清除。被拒鐵硬幣40還可重新循環(huán)回硬幣鑒別器10以再一次嘗試鑒別它。
由存儲(chǔ)器734中的硬幣參考數(shù)據(jù)定義的硬幣類型優(yōu)選地可涉及每種不同類型硬幣40的面額和流通時(shí)間，其將要被硬幣處理機(jī)700處理。
一旦硬幣40的類型或身份被硬幣鑒別器10和邏輯設(shè)備732確定出，硬幣被傳送到硬幣分類器750，該硬幣分類器750利用識(shí)別出的硬幣類型來將硬幣40分類到硬幣存儲(chǔ)器760中的一個(gè)特定的硬幣箱等。硬幣存儲(chǔ)器中的硬幣箱等優(yōu)選地可由機(jī)器700的用戶外部訪問。
根據(jù)本發(fā)明的硬幣鑒別器10的進(jìn)一步發(fā)展可以是如果將要測量的硬幣40的直徑或厚度大于本實(shí)施例中測量的硬幣，使用多于一個(gè)線圈20。在這種情況下，線圈可能就得放在相對(duì)于彼此的不同位置，以能夠覆蓋不同直徑的硬幣，如相對(duì)于硬幣軌道90和其它線圈更高或更低的硬幣，以使每個(gè)硬幣40能精確測量。
權(quán)利要求
1.一種操作硬幣鑒別器(10)的方法，該硬幣鑒別器測量當(dāng)金屬硬幣(40)暴露在由硬幣外部的線圈裝置產(chǎn)生的磁場中時(shí)該金屬硬幣(40)如何影響線圈裝置(20)，其中在該硬幣中感生的渦流由該硬幣外部的檢測裝置(100)檢測，其特征在于通過以線圈裝置(20)本身的諧振附近的頻率的時(shí)變信號(hào)驅(qū)動(dòng)線圈裝置，在線圈裝置(20)中感生磁場，線圈裝置(20)形成硬幣鑒別器(10)的諧振電路的一部分，測量在諧振附近在硬幣(40)中的、由磁場感生的渦流的兩個(gè)或多個(gè)頻率，以及將檢測到的頻率與不同類型的硬幣(40)的預(yù)定值進(jìn)行比較，以確定硬幣的類型。
2.如權(quán)利要求1所述的操作硬幣鑒別器(10)的方法，其特征在于，所述頻率優(yōu)選地在3dB點(diǎn)測量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的操作硬幣鑒別器(10)的方法，其特征在于，比較檢測到的頻率的步驟包括步驟從所測量出的頻率中確定線圈裝置(20)的諧振頻率寬度的偏移，以及將確定出的諧振頻率寬度與不同類型的硬幣(40)的預(yù)定值進(jìn)行比較，以確定硬幣的類型。
4.如權(quán)利要求3所述的操作硬幣鑒別器(10)的方法，其特征在于，將確定出的諧振頻率寬度與預(yù)定值進(jìn)行比較的步驟包括步驟將該頻率轉(zhuǎn)換為線圈裝置的電感和電阻的變化，將線圈裝置(20)的電感和電阻變化與不同類型的硬幣(40)的預(yù)定值進(jìn)行比較。
5.如上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的操作硬幣鑒別器(10)的方法，其特征在于通過線圈裝置(20)檢測的渦流是在硬幣(40)的邊緣部分(60)處測量的，該硬幣(40)放在由線圈裝置(20)產(chǎn)生的磁場中，其中確定出被測量的硬幣(40)的邊緣部分(60)是否被另一金屬層覆蓋。
6.如上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的操作硬幣鑒別器(10)的方法，其特征在于渦流是在硬幣(40)的中心部分(50)的表面感生的，并通過經(jīng)由線圈裝置(20)測量渦流來檢測出。
7.如權(quán)利要求6所述的操作硬幣鑒別器(10)的方法，其特征在于步驟將通過線圈裝置(20)測量出的渦流轉(zhuǎn)換為硬幣(40)的電導(dǎo)率值，將硬幣(40)的電導(dǎo)率值與不同類型的硬幣的預(yù)定值進(jìn)行比較，及通過利用預(yù)定值確定被測硬幣(40)的類型。
8.如上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的操作硬幣鑒別器(10)的方法，其中該方法以頻率在4到10MHz之間，優(yōu)選在5到8MHz之間的時(shí)變驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)線圈裝置(20)用于表面電導(dǎo)率測量，或以更低的頻率的時(shí)變驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)線圈裝置(20)以測量硬幣的體積電導(dǎo)率。
9.如上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的操作硬幣鑒別器(10)的方法，其中所述金屬硬幣(40)是鐵硬幣。
10.如上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的操作硬幣鑒別器(10)的方法，其中所述金屬硬幣具有金屬芯(50)，該金屬芯(50)被另一金屬，優(yōu)選是銅、黃銅或青銅的層所覆蓋。
11.一種硬幣鑒別器，該硬幣鑒別器被配置來測量當(dāng)金屬硬幣(40)暴露在由硬幣外部的線圈裝置產(chǎn)生的磁場中時(shí)該金屬硬幣(40)如何影響鑒別器(10)的線圈裝置(20)，其中在該硬幣中感生的渦流由該硬幣外部的鑒別器的檢測裝置(100)檢測，其特征在于振蕩器電路，適于通過在線圈裝置(20)本身的諧振附近的頻率下驅(qū)動(dòng)線圈裝置來在線圈裝置(20)中感生磁場，渦流檢測器(20)，用于檢測和測量在硬幣(40)中的、由磁場感生的渦流的兩個(gè)或多個(gè)頻率，用于將通過線圈裝置(20)測量到的渦流的頻率與不同類型的硬幣(40)的預(yù)定值進(jìn)行比較，以確定硬幣的類型的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的硬幣鑒別器(10)，其特征在于，所述頻率優(yōu)選地在3dB點(diǎn)測量。
13.如權(quán)利要求11或12所述的硬幣鑒別器(10)，其特征在于轉(zhuǎn)換器，適于將該頻率轉(zhuǎn)換為線圈裝置的電感和電阻的變化，其中所述用于比較的裝置適于將線圈裝置(20)的電感和電阻變化與不同類型的硬幣(40)的預(yù)定值進(jìn)行比較。
14.如權(quán)利要求11-13中的任一項(xiàng)所述的硬幣鑒別器(10)，其特征在于所述鑒別器及其渦流檢測器(20)適于在硬幣(40)的邊緣部分(60)處檢測渦流。
15.如權(quán)利要求14所述的硬幣鑒別器(10)，其特征在于所述鑒別器(10)適于確定被測的硬幣(40)的邊緣部分(60)是否被另一金屬層所覆蓋。
16.如權(quán)利要求11-15中的任一項(xiàng)所述的硬幣鑒別器(10)，其中所述鑒別器(10)及其渦流檢測器(20)適于在硬幣(40)的中心部分(50)處檢測渦流。
17.如權(quán)利要求16所述的硬幣鑒別器(10)，其特征在于轉(zhuǎn)換器，適于將通過線圈裝置(20)測量出的渦流的參數(shù)轉(zhuǎn)換為硬幣(40)的表面電導(dǎo)率值，及用于將硬幣(40)的表面電導(dǎo)率值與不同類型的硬幣的預(yù)定值進(jìn)行比較的裝置。
18.如權(quán)利要求11-17的任一項(xiàng)所述的硬幣鑒別器(10)，其中該鑒別器(10)適于以頻率在4到10MHz之間，優(yōu)選在5到8MHz之間的時(shí)變驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)線圈裝置(20)。
19.如權(quán)利要求11-18的任一項(xiàng)所述的硬幣鑒別器(10)，其中渦流檢測器(20)適于測量在諧振附近，優(yōu)選是3dB點(diǎn)，的兩個(gè)或多個(gè)頻率，以確定線圈裝置(20)的諧振頻率寬度的偏移。
20.如權(quán)利要求19所述的硬幣鑒別器(10)，其中所述用于比較的裝置適于將確定出的線圈裝置(20)的諧振頻率寬度與不同類型的硬幣(40)的預(yù)定值進(jìn)行比較。
21.如權(quán)利要求11-20的任一項(xiàng)所述的硬幣鑒別器(10)，其中所述金屬硬幣(40)是鐵硬幣。
22.如權(quán)利要求11-21的任一項(xiàng)所述的硬幣鑒別器(10)，其中所述硬幣(40)具有金屬芯(50)，該金屬芯(50)被另一金屬層所覆蓋，所述另一金屬是銅、黃銅或青銅。
23.一種硬幣處理機(jī)(700)，包括硬幣入口(710)、硬幣饋送器(720)和硬幣處理器(750)，其特征在于該硬幣處理機(jī)(700)包括如權(quán)利要求11-22中的任一項(xiàng)所述的硬幣鑒別器(10)。
24.如權(quán)利要求23所述的硬幣處理機(jī)(700)，其中硬幣鑒別器(10)連接到硬幣處理器(750)，并適于確定從硬幣饋送器(720)接收到的各個(gè)硬幣(40)的類型、身份或面額，并適于將確定出的類型、身份或面額提供給硬幣處理器，其特征在于該硬幣處理機(jī)(700)包括硬幣鑒別器(10)，被放置以感生并檢測分別在硬幣(40)的中心部分(50)和邊緣部分(60)中的渦流；存儲(chǔ)設(shè)備(734)，在操作上連接到硬幣鑒別器(10)，并適于存儲(chǔ)硬幣參考數(shù)據(jù)；及邏輯設(shè)備(732)，在操作上連接到硬幣鑒別器(10)，并適于通過將所述硬幣參考數(shù)據(jù)與從檢測到的渦流中獲得的、并與硬幣(40)對(duì)硬幣鑒別器的磁屬性和硬幣的表面電導(dǎo)率的影響相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來確定硬幣的身份。
全文摘要
一種硬幣處理機(jī)(700)具有由根據(jù)本發(fā)明的方法操作的硬幣鑒別器(10)。硬幣鑒別器測量當(dāng)鐵硬幣(40)暴露在由硬幣外部的線圈裝置產(chǎn)生的磁場中時(shí)該鐵硬幣(40)如何影響線圈裝置(20)，該鐵硬幣(40)具有被銅、黃銅或青銅層覆蓋的鐵芯(50)。在硬幣中感生的渦流由硬幣外部的檢測裝置(100)檢測。鑒別器(10)通過以具有高頻的時(shí)變驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)線圈裝置來在線圈裝置中感生磁場。硬幣鑒別器以精確位置在磁場中接收鐵硬幣，并通過經(jīng)由線圈裝置測量渦流檢測在鐵硬幣中感生的渦流。然后，硬幣鑒別器將測量出的渦流與不同類型的鐵硬幣的預(yù)定值進(jìn)行比較，并確定鐵硬幣的結(jié)構(gòu)、材料和類型。
文檔編號(hào)G07D5/08GK1585963SQ02822212
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2002年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月5日
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