專利名稱：硬幣核實裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬幣核實裝置，尤其涉及能夠檢測投入投幣口的硬幣值的裝置，因此可將其用在售貨機，電話投幣盒，儲幣機或其它需要檢驗由可能的顧客或用戶投入的硬幣值的適當(dāng)設(shè)備里。
按照本發(fā)明，提供了硬幣核實裝置，該裝置包括一個硬幣滑道，將其安排成能對準(zhǔn)進(jìn)入該裝置的硬幣使硬幣能和一個堅硬的撞擊表面實現(xiàn)接觸，還包括一個拾音器，將其定位成能檢測硬幣撞擊所說表面后所發(fā)出的聲音振動，還包括一個電子學(xué)電路，它能將來自所說硬幣的數(shù)據(jù)和代表一組標(biāo)準(zhǔn)硬幣的存貯數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并指示出哪一個硬幣值和已經(jīng)進(jìn)入所說裝置的硬幣值一致，其中在該電子學(xué)電路前邊的裝置部分包括一個硬幣檢測器，將其安排成能在已經(jīng)檢測到進(jìn)入該裝置的一個硬幣時驅(qū)動所說電路。
在一個實施例內(nèi)，該硬幣檢測器可以包括一個粘結(jié)到所說撞擊表面的壓力傳感器。該壓力傳感器可以是一個壓電或壓阻材料體。另一方面，該硬幣檢測器也可以依據(jù)硬幣引起的電容變化，電磁感應(yīng)變化或光束傳輸?shù)淖兓?br> 在另一個實施例中，硬幣檢測器可能依據(jù)來自拾音器的電輸出來驅(qū)動所說電路。
下面參照附圖，借助于實例來描述本發(fā)明的某些具體的實施例，其中

圖1表示硬幣該實裝置的一種形式，用于獲得硬幣發(fā)出的聲譜;
圖2是一個電子學(xué)電路的方塊圖，用于識別投入的硬幣值;
圖3是該電子學(xué)電路的一個窄帶通濾波器的一個類似的方塊圖;
圖4和圖5表示在圖2的電路中檢測到一些特定的硬幣時得到的一些信號;
圖6描述了對一個硬幣進(jìn)行快速富里葉變換的結(jié)果;
圖7表示硬幣核實裝置的另一種形式的側(cè)視圖和平面圖;
圖8表示從圖7所示裝置的壓電傳感器對不同的硬幣值得到的電壓信號;
圖9表示從不同的硬幣值得到的峰-峰電壓;以及圖10表示利用了感應(yīng)傳感方法的硬幣核實裝置的另一種形式。
當(dāng)硬幣撞擊到一個堅硬的物體時，該硬幣將以一組特定的模式振動，振動的模式由組成該硬幣的金屬及其尺寸(厚度、如果硬幣是圓形的還有其直徑、以及其它任何尺寸特性，例如是否存在刻面、孔或不同組分區(qū))決定。硬幣發(fā)出的聲將包含有關(guān)這些共振模式的信息，其相對幅度將隨硬幣撞擊后的時間而變化。圖1表示的裝置可被用于獲得硬幣發(fā)出的聲譜。允許硬幣1跌落到一個滑道2上以便撞擊彈性板3并發(fā)出聲音。在一個壓力拾音器4檢測所發(fā)出的聲音。
該拾音器的最佳位置是靠近硬幣的正面，而不是硬幣的邊緣，因為在這個位置的信號是最大。但是，靠近硬幣的任何方便的位置都能提供一個可以利用的信號。將拾音器檢測到的信號加到如圖2所示的電路。
圖2是一個識別投入的硬幣值的電子學(xué)電路的方塊圖。如圖所示，將拾音器4連到一個放大器6上，由放大器6連到帶通濾波器7。濾波器7的輸出加到一個RMS檢測器8(它是相敏檢測器)，然后再連到一個斯密特觸發(fā)器設(shè)備9。
在圖2的電路內(nèi)，在放大級之后，濾波器7是一個“陷波”濾波器，將其頻率設(shè)置在待識別的硬幣的基本共振模式的頻率上。這樣一個濾波器的一種構(gòu)成形式如圖3所示，它們作用是一個窄的帶通濾波器。圖3表示一個音頻(AF)振蕩器11，將其連到一個參考單元12，單元12給相敏檢測器13提供一個頻率和相位都和來自音頻振蕩器11的信號相同的方波信號。在線14上的信號輸入也加到檢測器13，這樣就在線16上得到一個輸出圖3中，參照單元12是一個Brookdeal型9422單元，相敏檢測器13是一個Brookdeal型9412單元。由音頻振蕩器來設(shè)定該最終濾波器的頻率，而相敏檢測器13的輸出反比于由音頻振蕩器11設(shè)定的頻率和信號輸入頻率之間的頻率差。在線16上的信號輸出是一個交流信號，其頻率等于線14上的輸入信號和由音頻振蕩器11設(shè)定的信號的頻率差。重要的是該濾波器的頻帶寬度要足夠大，只有這樣才能檢測到具有一個特定面額的所有硬幣的共振，同時該頻帶寬度還要足夠窄，只有這樣才能避免不同面額硬幣的虛假檢測的發(fā)生。為此，5%的頻帶寬度足矣。
在濾波級后，使用RMS檢測器8，檢測器8將給出一個正比于通過該濾波器的交流信號的均方根的信號(見圖2)。在電路的這一部分之后的是斯密特觸發(fā)器9和單穩(wěn)態(tài)17。當(dāng)RMS電路的輸出低于一個預(yù)定電壓時該斯密特觸發(fā)器9的輸出為0伏(邏輯零)，當(dāng)RMS電路的輸出高于該預(yù)定電壓時觸發(fā)器9的輸出等于正電壓源的輸出(邏輯1)。單穩(wěn)態(tài)17在邏輯1時觸發(fā)并保持在邏輯1一個預(yù)定時間，以便使下面的處理硬幣的電路和機械設(shè)備能夠根據(jù)該硬幣是具有特定面額這一信息進(jìn)行動作。圖4和圖5表示的是在該裝置內(nèi)使用硬幣時產(chǎn)生的一些信號。
圖4表示在圖1的裝置內(nèi)使用特定硬幣時在圖3中描述的這種類型的濾波器的輸出電平。垂直軸表示在RMS檢測器8的輸出端測到的信號的峰-峰值電壓(單位為伏特)輸出幅度。標(biāo)度自0至4.0伏。水平線A給出了和9.987千赫頻率相對應(yīng)的電平。圖中的水平軸表示的是價值為10、5、2和1便士的硬幣產(chǎn)生的不同幅度。由圖可以看出，只有10便士硬幣產(chǎn)生超過由線A表示的指定鑒別電平的幅度。
圖5是一個與圖4類似的圖，其中垂直軸復(fù)蓋的范圍自0至1.0伏，并且用線B標(biāo)記出頻率為8.460千赫的鑒別電平。檢驗相同的4種硬幣，可以看出，這時只有2便士硬幣產(chǎn)生了幅度超過由線B表示的鑒別電平。
由此可見，在這兩個情況下，都可以設(shè)定一個信號電平，該電平將只有利于從實際所有硬幣中鑒別出一種特定的硬幣。
存在一種會使這里所描述的設(shè)備給出一個虛假觸發(fā)反應(yīng)的情況。發(fā)生這種情況是一種硬幣的尺寸和金屬類型與期望的硬幣不同但恰巧和期望的硬幣具有一個類似的共振頻率。這樣一種硬幣可以通過設(shè)置一個用于測量送進(jìn)該系統(tǒng)的硬幣的直徑、可能的話還有它的厚度的設(shè)備分選出來。然后用一個簡單的邏輯電路就能毫不含糊地提供硬幣的這種分選。進(jìn)行直徑測量的適當(dāng)方法包括感應(yīng)技術(shù)和光學(xué)技術(shù)。測量硬幣直徑的另一種方法是下面將要描述的利用一個特定的共振模式的結(jié)構(gòu)。
讓具有能復(fù)蓋待識別的各個硬幣的所選的不同濾波器頻率的任意數(shù)目的圖2所示電路并聯(lián)，就能構(gòu)成能分選一系列不同硬幣的系統(tǒng)。每一個電路都和一個直徑測量設(shè)備相連，以便對錯誤的分選和選擇給出進(jìn)一步的保護(hù)。
對于上述的簡單系統(tǒng)可以做出一系列改進(jìn)分選操作的改進(jìn)。
在第一個實施例中，應(yīng)該認(rèn)識到，撞擊在一塊金屬板上的硬幣所產(chǎn)生的振動模式不止一個，并且應(yīng)該認(rèn)識到，盡管基本的撓曲模式占主導(dǎo)地位，但諸如高階撓曲模式、徑向模式和厚度模式這樣一些其它模式的振動對該模式結(jié)構(gòu)都有影響、因而即對硬幣發(fā)出的聲音都有影響。再有，對每一種硬幣，每種模式的瞬時形狀都不相同，這取決于所發(fā)生模式之間的耦合和每一個模式衰減的程序。這些因素又取決于構(gòu)成硬幣的材料、硬幣的實際尺寸及其(考慮到不是所有的硬幣都是簡單的圓盤形這一事實)形狀。因此認(rèn)識到，可以通過分析硬幣發(fā)出的聲音的頻率/時間結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)硬幣的識別?？砂聪率龇绞街粊韺崿F(xiàn)這一點a)將所發(fā)出的聲音數(shù)字化并對其記錄，對最終的信號進(jìn)行快速富里葉變換(FFT)。FFT函數(shù)包含為完成硬幣識別任務(wù)所需的所有頻率的信息，這可以通過利用該硬幣的FFT函數(shù)與不同硬幣的一系列庫存函數(shù)的數(shù)字相關(guān)性來完成。
已經(jīng)通過使用一種Wavetek5820AFFT分析器、使用一種Bruel和Kjaer4135拾音器來檢測聲音信號來證實這種構(gòu)思的可用性。圖6給出了對單獨一個硬幣記錄的聲譜的實例。
圖6給出了兩個曲線，上邊的曲線的垂直標(biāo)度表示從靈敏拾音器記錄到的電壓，電壓數(shù)值從-4到+4。水平軸表示時間(秒)，從0至5.8毫秒。下邊曲線的垂直軸硎駒 赫茲頻率寬度內(nèi)的聲能，單位是分貝，標(biāo)度自-90至10。水平軸代表頻率(以赫茲為單位量度的)，標(biāo)度自0到50，000。
可清晰地看到由不同共振模式而產(chǎn)生的多個峰值。
聲譜中的峰是硬幣面額的特征，表1列出了最高達(dá)50千赫的一些頻段，其中這些聲譜的大、小共振峰是對一套英國硬幣得到的。
表1面額5便士10便士20便士50便士1鎊頻段9.4-9.8BA9.9-10.5AAA12.8-13.2A16.8-17.2AA17.9-18.8AA18.8-19.5A21.6-21.8A21.9-22.0A22.1-22.4A23.9-24.1A29.9-30.3A31.1-31.3B31.6-33.0A35.4-35.9B36.0-36.5B37.5-38.4BA39.3-39.4A
表1(續(xù))面額5便士10便士20便士50便士1鎊頻段40.8-42.1AA46.3-46.6B47.1-47.5A48.9-49.0A49.1-49.2A“A”表示一個清晰的共振峰“B”表示一個副峰，或者面額相同但不同日期的硬幣之間的振動。
仔細(xì)檢查聲譜就揭示出，在大多數(shù)硬幣之間存在著極明顯的差別，因此只根據(jù)聲音特征就應(yīng)該能夠在大多數(shù)這些硬幣面額之間得良好的鑒別。
b)讓聲音信號通過一個濾波器組(每個濾波器對應(yīng)于表1中的一個頻率)并且記錄通過每一個濾波器的信號的瞬時振動。然后，將這些瞬時振動與存貯在一個數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以得到硬幣的識別。實現(xiàn)該濾波器組的方式或者是用低頻聲波濾波器，或者是用硬幣產(chǎn)生的聲音去調(diào)制一個射頻載波，再通過使用一些離散的射頻濾波器(可以以表面聲波姆絞交蛺沾陜瞬ㄆ骼詞迪鄭?，来鉴兵d壞髦頻腦夭?，着眼釉r壞髦頻謀咂蕩?。这种射茩n髦品椒贍芑峒跎俾瞬ㄆ魎枰某嘰綰統(tǒng)殺盡 在第二實施例中，認(rèn)識到了在諸如圖1描述的一個系統(tǒng)中，提供某種能檢測硬幣的存在、并用來接通聲音識認(rèn)電路的裝置將會有益的。為此設(shè)計出一系列可能的方法。
a)被硬幣撞擊的彈性板3提供一個觸敏分，該觸敏部分可以給出一個電信號來觸發(fā)聲音電路。這樣一個觸敏部分可以以一個機械開關(guān)或一個電傳感器的形式被提供。一種適當(dāng)?shù)碾妭鞲衅骺梢允钦辰Y(jié)在該彈性板3上的一塊PZT壓電陶瓷、鈮酸鋰壓電單晶或PVDF壓電塑料材料，圖7中示出了適于這樣做的裝置。在這種情況下，將壓電材料18粘結(jié)到板3的背面，因此在硬幣1撞擊板3時它將彎曲，借助于壓電效應(yīng)在線19上就產(chǎn)生了一個電輸出。這種方法的優(yōu)點是輸出正比于硬幣1的質(zhì)量，可以將該輸出和其它信息一道用于該系統(tǒng)的電子學(xué)電路以便給出識別硬幣的其它方法。下面要描述這種示范。將由壓電材料18組成的PZT-5圓盤焊接到板3上，板3由磷/青銅片構(gòu)成，尺寸為0.8X12X51厘米。。讓硬幣1從一個已知的固定距離沿由斜坡21構(gòu)成的滑道滑下去撞擊板3，線19上的PZT圓盤的輸出通過一個放大器加到一個示波器上。圖8表示出從幾種不同的硬幣獲得的輸出的形狀，從上邊曲線開始，這些硬幣值分別是50、10、5、2和1便士。在這些曲線中，垂直軸的標(biāo)度是每個方格5伏，而水平軸的度量為每個方格0.5毫秒。
圖9表示的是所記錄到的峰-峰電壓和所用的不同硬幣之間的依賴關(guān)系，圖中所示的垂直軸的電壓從4至24伏。由圖可見，硬幣的特性可以由這些電壓值來表征，這些電壓值對分類處理給出了有用的信息。這些電壓輸出的構(gòu)成是很復(fù)雜的，并且仍然是由給定硬幣的類型決定的。通過利用這些波形形狀與數(shù)據(jù)庫的不同硬幣的已知波形的相關(guān)性，也可以將這些波形形狀用于硬幣的分選。作為利用與彈性板3的彎曲耦合的壓電d31系數(shù)的另一種方案，一個置于彈性板3前面的并以其d33方式工作的壓電材料體可能會給出存在硬幣的確切指示。可用于構(gòu)成觸敏部分的其它電傳感器包括壓阻聚合物，如導(dǎo)電的炭橡膠，它在受到硬幣撞擊時能給出一個電阻變化。另外，如果要求硬幣的撞擊給出一個電容變化，則可使用構(gòu)成平行板電容的一個塑料/金屬夾層。
b)另一方面還可以使用感應(yīng)方法來給出一個指示硬幣存在的信號。使用這種方法的裝置可以取兩個同軸線圈的形式，其中一個線圈通以交流電流。這兩個線圈可按如圖10所示布置，其中的第一線圈22包圍著第二線圈23。由硬幣的存在引起線圈互感的變化改變了由于在第一線圈內(nèi)流動的電流而在第二條線圈23中產(chǎn)生的信號，而這就可以用于指示硬幣的存在。
c)可以使用一個簡單的光束傳感器來指示硬幣的存在。如果用一個光源來提供至一個檢測器上的光束，則光束的切斷就給出了硬幣存在的指示，可用其觸發(fā)電子學(xué)敏感電路。
以上僅借助于實例描述了本發(fā)明的實施方案，在不離開如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的情況下可以做出一系列改進(jìn)。例如，可用一個定向壓力梯度拾音器來代替圖1中所示的壓力拾音器。壓力拾音器會遭受外部噪聲源的干擾，這些噪聲源可能會干擾系統(tǒng)的工作。盡管可以通過保證拾音器和外部環(huán)境有良好的聲隔離來大大減輕這些干擾的影響，但是在某些情況下，例如在極端吵雜的環(huán)境中工作，使用壓力梯度拾音器是有益的。這樣一種拾音器對諸如由遠(yuǎn)距離的噪聲源引起的環(huán)境聲壓變化不產(chǎn)生響應(yīng)，但是對由靠近該拾音器附近的聲源引起的壓力梯度卻是很靈敏的。因此，這樣一種拾音器對靠近它的振動硬幣發(fā)生的聲音能產(chǎn)生很好的響應(yīng)，但對環(huán)境噪聲卻很不靈敏。這種拾音器還有很強的方向性，因此如果正確定位，就能提供用于從背景噪聲中鑒別出振動硬幣產(chǎn)生的信號。
權(quán)利要求
1.一種硬幣核實裝置，它包括一個硬幣滑道，安排成對準(zhǔn)進(jìn)入該裝置的硬幣、使它和一個堅硬的撞擊表面實現(xiàn)接觸，一個拾音器，將其定位成能檢測硬幣撞擊所說表面后發(fā)出的聲音振動，一個電子學(xué)電路，它能將來自所說硬幣的數(shù)據(jù)和代表一組標(biāo)準(zhǔn)硬幣的存貯數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并指出哪一個硬幣值和已經(jīng)進(jìn)入所說裝置的硬幣值一致，其中，在該電子學(xué)電路前邊的裝置部分包括一個硬幣檢測器，將其安排成能在已經(jīng)檢測到進(jìn)入該裝置的一個硬幣時驅(qū)動所說的電路。
2.一種如權(quán)利要求1所述的裝置，其中的硬幣檢測器包括一個粘結(jié)到所說撞擊表面的壓力傳感器。
3.一種如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所說的壓力傳感器是一種壓電材料體。
4.一種如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所說的壓力傳感器是一種壓阻材料體。
5.一種如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所說的硬幣檢測器依據(jù)硬幣引起的電容變化，電磁感應(yīng)變化、或光束傳輸?shù)淖兓?br> 6.一種如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所說的硬幣檢測器依據(jù)來自拾音器的電輸出以驅(qū)動所說的電子學(xué)電路。
7.基本上如前所述的、參照任何一個附圖描述的硬幣核實裝置。
全文摘要
硬幣核實裝置包括硬幣滑道，安排成對準(zhǔn)進(jìn)入裝置的硬幣使其和一個硬撞擊表面接觸；拾音器，能檢測硬幣撞擊所說表面后發(fā)出的聲音振動；電子學(xué)電路，能比較來自所說硬幣的數(shù)據(jù)和代表一組標(biāo)準(zhǔn)硬幣的存貯數(shù)據(jù)并指出哪一個硬幣值和已經(jīng)進(jìn)入所說裝置的硬幣值一致；其中，在電子學(xué)電路前邊的裝置包括一個硬幣檢測器，能在已經(jīng)檢測到進(jìn)入裝置的硬幣時驅(qū)動所說電路。該檢測器可以是拾音器4。
文檔編號G07D5/00GK1036470SQ8810865
公開日1989年10月18日 申請日期1988年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月24日
發(fā)明者羅杰·威廉·沃特英爾, 保羅·克里斯托弗·奧斯邦德 申請人:Gec-普列斯長途電訊有限公司