PL177877B1 - Urządzenie do sprawdzania autentyczności monet, żetonów lub innych płaskich przedmiotów metalowych - Google Patents

Abstract

1 . Urzadzenie do sprawdzania autentycz nosci monet (M), zetonów lub innych plaskich przedmiotów metalowych, posiadajace kanal wrzutowy z dolna i górna scianka boczna, przy czym kanal wrzutowy jest pochylony pod okre- slonym katem wzgledem pionu (V), a moneta (M) w idealnym przypadku porusza sie wzdluz dolnej scinki bocznej w styku z nia; zawierajace dwa czujniki indukcyjne rozmieszczone wzdluz kanalu wrzutowego, obwód elektroniczny oraz ze- spól sterowania i oceny, znamienne tym, ze pier- wszym czujnikiem indukcyjnym jest cewka (9) przymocowana do dolnej scianki bocznej (4), drugim czujnikiem indukcyjnym jest cewka (10) przymocowana do górnej scianki bocznej (5), przy czym zastosowane sa srodki (13, 14) do dzialania tych dwóch cewek ( 9 , 10) elektrycznie niezaleznie, a obwód elektroniczny (14) jest wy- posazony do mierzenia zmiany w czasie rezy- stancji R9 (t) i R1 0 (t) tych dwóch cewek ( 9 , 10) podczas przechodzenia monety (M). Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do sprawdzania autentyczności monet, żetonów lub innych płaskich przedmiotów metalowych posiadające kanał wrzutowy z dolna i górną ścianką boczną, w którym kanał wrzutowy jest pochylony pod określonym katem względem pionu, a moneta porusza się wzdłuż dolnej ścianki bocznej w styku z tą ścianką. Urządzenie to zawiera dwa czujniki indukcyjne rozmieszczone wzdłuż kanału wrzutowego, obwód elektroniczny oraz zespół sterowania i oceny monety, żetonu lub innego płaskiego przedmiotu metalowego.

Urządzenia takie nadają się przykładowo jako zespoły zbiorcze w publicznych aparatach telefonicznych, automatach do sprzedaży, licznikach energii elektrycznej itd.

Urządzenie do sprawdzania autentyczności monet typu wymienionego powyżej znane jest z EP 304 535 B1. Urządzenie to ma trzy czujniki indukcyjne działające niezależnie od siebie w celu określania grubości, składu stopowego i średnicy badanych monet. Są one skonstruowane jako podwójne cewki, które są umieszczone po obu stronach kanału wrzutowego i są połączone ze sobą elektrycznie równolegle lub szeregowo, tak że rozrzut pomiarowy na skutek odbijania lub podskakiwania monety w kanale wrzutowym może być częściowo skompensowany, przy czym odbijanie lub sprężynowanie oznacza podnoszenie się z dna kanału wrzutowego lub zmianę położenia względem ścianek bocznych kanału wrzutowego. Zastosowanie podwójnych cewek związane jest jednak z tą niedogodności że nie można określać składu stopowego i grubości monety niezależnie od siebie. Każdy z czujników indukcyjnych jest częścią równoległego obwodu rezonansowego, w którym mierzy się przesunięcie częstotliwości rezonansowej powodowane przez monetę i zmienionąjakość. Zmierzone zmiany tych parametrów służąjako kryteria decyzyjne dla przyjęcia lub odrzucenia monety. Zalecane jest również skonstruowanie czujnika indukcyjnego służącego do określania składu stopowego w postaci prostej cewki, która jest przymocowana tylko do jednej strony kanału wrzutowego.

W opisie patentowym EP 0213 283 opisano kanał monety z odpowiednimi równoległymi ściankami bocznymi, który jest wyposażony w sześć czujników indukcyjnych. Czujniki te są oddzielnie dołączone w określony sposób tak, że wykluczone jest wzajemne oddziaływanie czujników na siebie. Moneta toczy się w kanale monety ślizgając się po jednej ściance bocznej najpierw obok dwóch pierwszych czujników, które umożliwiają rozpoznanie wytłoczonego obrazu, a trzeci i czwarty czujnik dostarczają sygnały pomiarowe w celu określenia średnicy, piąty czujnik jest wrażliwy na stop monety, zaś szósty czujnik określa grubość monety. Czujniki 1-5 są umieszczone na jednej ściance bocznej, po której ślizga się moneta, natomiast szósty czujnik jest zamocowany na przeciwległej ściance bocznej i jest ustawiony współosiowo względem piątego czujnika.

Z opisu patentowego GB 1 397 083 znany jest detektor monet z czujnikami indukcyjnymi, który działa przy częstotliwościach 3 kHz - 1 Mhz. Czujniki indukcyjne są umieszczone w obwodach rezonansowych i w obwodach mostkowych. Częstotliwość rezonansowa w obecności monety służy do scharakteryzowania monety.

Zastosowanie elementów pochłaniających energię w celu uzyskania toczenia się monety bez odbić lub podskoków w obszarze czujników znane jest z GB 2 266 804 jak również z niemieckiego wzoru użytkowego G 90 13 836.8. Takie elementy pochłaniające energię są korzystnie płytkami wykonanymi z ceramiki, które są umieszczone w kanale wrzutowym w taki sposób, że każda moneta wprowadzona w otwór wlotowy uderza w nie.

177 877

Z DE 30 07 484 znane jest wykonanie dolnej ścianki bocznej kanału wrzutowego, która jest pochylona pod określonym katem względem pionu, z żebrami stanowiącymi szyny prowadzące w kierunku ruchu monety.

Celem wynalazku było opracowanie urządzenia do sprawdzania autentyczności monet, w którym skład stopowy i grubość monety można określać niezależnie od siebie, przy czym odbijanie lub podskakiwanie monety jest po pierwsze w miarę możliwości wykluczone, a po drugie wszelkie resztkowe odbijanie lub podskakiwanie powoduje rozrzut pomiarowy, który jest możliwie mały.

W urządzeniu według wynalazku pierwszym czujnikiem indukcyjnym jest cewka przymocowana do dolnej ścianki bocznej, drugim czujnikiem indukcyjnym jest cewka przymocowana do górnej ścianki bocznej, przy czym zastosowane są środki do działania tych dwóch cewek elektrycznie niezależnie, a obwód elektroniczny jest wyposażony do mierzenia zmiany w czasie rezystancji R₉ (t) i R₁₀ (t) tych dwóch cewek podczas przechodzenia monety (M).

Urządzenie posiada zespół sterowania i oceny, który określa największą wartość rezystancji Rg (t) pierwszej cewki jako wartość Kb przez określanie przez ten zespół sterowania i oceny lokalnych maksimów (ml, m2) rezystancji R^ (t) przyjmowanej przez drugą cewkę i określania większej z dwóch wartości (v1, v2) dwóch maksimów (ml, m2) jako wartość K2, przy czym wartości Ki i K2 lub wartości Kp H2 = K1 + K2 są decydujące o przyjęciu lub odrzuceniu monety (M).

Zespół sterowania i oceny określa największą wartość rezystancji Rg (t) pierwszej cewki jako wartość K_b przez określanie przez ten zespół sterowania i oceny lokalnych maksimów (ml, m2) rezystancji R_w(t) przyjmowanej przez drugą cewkę i określania większej z dwóch wartości (v1, v2) dwóch maksimów (ml, m2) jako wartość K2, przy czym zespół sterowania i oceny określa wewnętrzną rezystancję η pierwszej cewki i wewnętrzną rezystancję ty drugiej cewki bezpośrednio przed lub po przejściu monety (M), przy czym wartości Pi = r,/Ki i P2 = ty/K2 lub wartości Pii I2 = Pi+ P2 są decydujące o przyjęciu lub odrzuceniu monety (M).

Cewki mierzące rezystancję są umieszczone w szeregowym obwodzie rezonansowym (RLC).

W urządzeniu tym obwód elektroniczny zawiera wzmacniacz różnicowy i obwód wzmacniający, przy czym sygnał wyjściowy wzmacniacza różnicowego jest podawany w sprzężeniu zwrotnym poprzez rezystor na inwersyjne wejście i poprzez obwód wzmacniający na nieinwersyjne wejście, przy czym obwód wzmacniający po pierwsze po włączeniu obwodu elektronicznego wprawia w drgania szeregowy obwód rezonansowy (RLC), a po drugie udostępnia stabilizowane amplitudowo napięcie (U3 (t)) do wzbudzania szeregowego obwodu rezonansowego (RLC).

Obwód wzmacniający ma dwa inwertory połączone szeregowo lub elementy NAND lub

NOR.

Urządzenie zawiera środki do określania, podczas przechodzenia monety (M), znaku zmiany częstotliwości rezonansowej (ω₀ (L_g)) w pierwszej cewce, przy czym znak jest dalszym kryterium decyzyjnym dla przyjęcia lub odrzucenia monety (M).

W każdym przypadku na ściance bocznej leżącej naprzeciwko cewek zamocowana jest metalowa płytka.

Korzystnie urządzenie do sprawdzania autentyczności monet (M), żetonów lub innych przedmiotów metalowych, posiada kanał wrzutowy z dolną i gómą ścianką bocmą przy czym dolna ścianka boczna ma żebra w kierunku ruchu monety. Kanał wrzutowy jest pochylony pod określonym katem względem pionu (V), przy czym moneta (M) w idealnym przypadku porusza się wzdłuż żeber dolnej ścianki bocznej w kontakcie z tymi żebrami. Promień krzywizny (R) żeber jest co najmniej równy połowie odstępu (a) pomiędzy sąsiednimi żebrami. Promień krzywizny (R) żeber jest w przybliżeniu porównywalny z odstępem (a) sąsiednich żeber.

Wynalazek jest dokładniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kanał wrzutowy urządzenia według wynalazku, fig. 2 - kanał wrzutowy w przekroju,

177 877 fig. 3 4- wykresy zmierzonych wartości, fig. 5 - sygnał czujnika, a fig. 6 przedstawia obwód elektroniczny.

Na figurze 1 przedstawione jest urządzenie do sprawdzania autentyczności monet, żetonów lub innych przedmiotów metalowych, posiadające kanał wrzutowy 1, który jest korzystnie zbudowany jako zagłębienie w korpusie 2 złożonym z dwóch części z tworzywa sztucznego. Kanał wrzutowy 1 jest ograniczony przez dno 3, dolną i górną ściankę boczną 4 i 5 oraz pokrywę 6. Dolna ścianka boczna 4 ma integralnie ukształtowane żebra, które przebiegają równolegle do dna 3 w kierunku ruchu monety M. Kanał wrzutowy 1 jest pochylony w kierunku ruchu monety M, która ma być sprawdzana, a obie ścianki boczne 4 i 5 są pochylone pod kątem ostrym zwykle 10° względem pionu V, tak że sprawdzana moneta M toczy się lub zsuwa po dnie 3 do dołu wzdłuż kanału wrzutowego 1, podczas gdy jedna powierzchnia czołowa monety M leży idealnie płasko na żebrach 7 dolnej ścianki bocznej 4. Obie ścianki boczne 4 i 5 mają po swej stronie oddalonej od kanału wrzutowego 1 zagłębienia mieszczące cewki 9 i 10, które są umieszczone z przemieszczeniem względem osi, oraz ewentualnie metalowe płytki 11, 12. Cewka 9 i płytka 12 są usytuowane nia dolnej bocznej ściance 4 i z tego w^z^^^c^u są one pokazane liniami przerywanymi. Dla przejrzystości zagłębienia przedstawione są tylko na fig. 2. Płytki 11 i 12 są zamocowane naprzeciwko cewek 9 i 10. Są one korzystnie okrągłe lub prostokątne, ale mogą również mieć dowolny inny żądany kształt geometryczny. W każdym przypadku jedna cewka 9 lub 10 oraz, jeśli jest to odpowiednie, metalowa płytka 11 lub 12 umieszczona w przeciwległej ściance bocznej 5 lub 4 tworzą czujnik indukcyjny. Obie cewki 9 i 10 mają po dwa wprowadzenia, z których jedno jest dołączone do punktu m ziemi elektrycznej, a drugie do przełącznika 13, tak że mogą być one dołączone do elektronicznego obwodu 14, by działały elektrycznie niezależnie od siebie. Urządzenie zawiera ponadto zespół 15 kontroli i oceny, np. w postaci mikroprocesora, do oceniania sygnału wyjściowego dostarczonego przez obwód elektroniczny 14 i do sterowania urządzenia. Obwód 14 i mikroprocesor 15 są skonstruowane tak, aby wytwarzały one z sygnałów zmierzonych za pomocą cewek 9 i 10 dyskretne wartości, które są miarą stopu i grubości d monety M. Moneta M jest uważana za autentyczną i akceptowana przez urządzenie sprawdzające tylko wtedy, jeżeli te wartości są zgodne z -uprzednio określonymi wartościami w przewidzianych granicach, a w przeciwnym wypadku moneta M jest odrzucana.

Na figurze 2 przedstawiono kanał wrzutowy 1 w przekroju na poziomie cewki 10. Żebra 7 są umieszczone we wzajemnym odstępie od siebie wynoszącym korzystnie a=7,25 mm. Kształt ich powierzchni zwróconej do kanału wrzutowego 1 jest cylindryczny, ich promień krzywizny R jest porównywalny z odstępem a : R = a. Korzystna jest nieco większa wartość R = 8 mm. Żebra 7 są w naturalny sposób przedzielone zagłębieniami 16, których głębokość jest około 0,5 mm. Zagłębienia 16 mają płaski obszar 17 w części o największej głębokości pomiędzy żebrami 7, tak że boczna ścianka 4 ma minimalną grubość ścianki w obszarze zagłębień 8, przy czym grubość ścianki jest wybrana w oparciu tylko na właściwościach materiałowych korpusu 2 i na naprężeniach mechanicznych oczekiwanych jako wynik działania monet M, ale niezależnie od promienia krzywizny R i od odstępu a. Korzystnie minimalna grubość ścianki wynosi 0,6 mm, tak że cewka 9 umieszczona w zagłębieniu 8 w dolnej bocznej ściance 4 ma stały odstęp 1,1 mm od monety M przetaczającej się w idealny sposób. Żebra 7 przewidziano tam również w celu zapobiegania niepożądanemu klejeniu się lub nawet zakleszczaniu wilgotnej monety.

Konstrukcja żeber 7 posiadających cylindryczną powierzchnię o stosunkowo dużym promieniu krzywizny R powoduje w wyniku większe pole powierzchni styku pomiędzy dolną boczną ścianką. 4 a monetą M niż w przypadku żeber według stanu techniki. Dzięki temu uderzenie wprost w dolną ściankę boczną 4 monety M, która nie spoczywa w idealnie płaski sposób, połączona jest ze stosunkowo dużym tłumieniem, tak że rzadko będzie występować odskakiwanie i odbijanie monety M w obszarze cewek 9 i 10, nawet jeśli moneta ma uszkodzenia, takie jak rysy lub wgniecenia. Stopień możliwego tłumienia odbijania i podskakiwania monety M przez żebra 7, których promień krzywizny jest mniejszy niż odstęp a, np. wynosi tyl6

177 877 ko a/2, można łatwo określić za pomocą prób. Również kształt żeber nie musi być dokładnie cylindryczny.

Silne tłumienie uderzenia monety M w dolną boczną ściankę 4 przyczynia się również do znacznego zmniejszenia hałasu w porównaniu z konwencjonalną konstrukcją żeber 7.

Inny przykład realizacji wynalazku zawiera zamiast żeber 7 w dolnej ściance bocznej 4 w obszarze cewek 9 i 10 cienką płytkę, która jest luźno przymocowana równolegle do ścianki bocznej 4. Płytka ta ma stosunkowo małą masę w porównaniu z masami badanych monet M i wykonana jest przykładowo z metalu lub ceramiki. Służy ona do pochłaniania energii podskakującej moenety M, jeśli jest to konieczne w przypadku uderzenia monety M w płytkę, aby w rezultacie tłumić podskakiwanie monety M.

Według dalszego przykładu realizacji wynalazku, niezależnie od mechanicznych środków zapobiegania odbijaniu i/lub podskakiwaniu monety M przewidziane są również ulepszenia pomiaru, które zmniejszają wpływ ewentualnego możliwego resztkowego odbijania lub podskakiwania na pomiar ważnych właściwości składu stopu i grubości monety M.

Ponieważ rozwiązania dotyczą obu cewek 9 i 10, dla uproszczenia zamiast oznaczeń 9 i 10 poniżej zastosowano oznaczenie S. Tak więc cewka S oznacza jedną z cewek 9 lub 10. Cewka S jest elektrycznie charakteryzowana przez swą indukcyjność Rs i jej wewnętrzną rezystancję Rs. Stanowi ona czujnik indukcyjny. Wspomniane powyżej połączenie cewki S z jedną z płytek 11 lub 12 stanowi drugi czujnik indukcyjny. Podczas przechodzenia monety M obok cewki S, wartości L_s i Rs zmieniają się na krótki czas na skutek fizycznych oddziaływań pomiędzy cewką S a monetą M. Wewnętrzna rezystancja Rs zawiera składową stałą R_S;d,c i składową dynamiczną Rs _ _Ac (ω), która jest funkcją pulsacji co prądu płynącego przez cewkę S, właściwości fizycznych monety M, kształtu geometrycznego cewki S i w szczególności odstępu pomiędzy cewką S a monetą M. W chwili przechodzenia monety M, toczącej się wzdłuż kanału 1, w obszar pomiarowy cewki S wzrasta jej wewnętrzna rezystancja R_s. Typowa zmiana tej wewnętrznej rezystancji Rs w czasie pokazana jest na fig. 5. Aby uniknąć jakiegokolwiek wpływu średnicy monety M na pomiary grubości d i składu stopu, średnica cewki S jest wybrana mniejsza niż średnica najmniejszej monety M, która będzie mierzona, a cewka S jest umieszczona na bocznej ściance 4 lub 5 kanału wrzutowego 1 na odpowiednim poziomie, tak że najmniejsza sprawdzana moneta M całkowicie zakrywa cewkę S podczas przechodzenia przez krótki czas. Średnica cewki S wynosi np. 14 mm. Rezystancja przewodów doprowadzeń jest stosunkowo mała. Uzwojenia z drutu na rdzeniu ferrytowym są szczególnie odpowiednie jako cewki 9 i 10. Zastosowanie cewek 9 i 10 jako pojedynczych cewek umieszczonych w każdym przypadku tylko po jednej stronie kanału wrzutowego 1. oraz ich całkowite oddzielenie elektryczne pozwala na uniknięcie spadku czułości związanego z podwójnymi cewkami.

Obwód elektryczny 14 włącza cewkę S w szeregowy obwód rezonansowy i daje na swym wyjściu sygnał analogowy, który jest proporcjonalny do wewnętrznej rezystancji R_s cewki S. Podczas przechodzenia monety M przez obszar pomiarowy cewki S zmiana tego sygnału wyjściowego w czasie jest przyjmowana przez mikroprocesor 15 za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego jako szereg f1 wartości cyfrowych, które zostają zapamiętane. Następnie mikroprocesor 15 przeprowadza szczegółową analizę, która jest wyjaśniona poniżej, której wynikiem są dwie wartości, np. wartość K i K₂ opisane poniżej, które służą do podejmowania decyzji o przyjęciu lub odrzuceniu monety M;

Cewka 9 jest usytuowana na dolnej ściance bocznej 4, wzdłuż której moneta M porusza się w styku z nią, tak że odstęp pomiędzy cewką 9 a najbliższą stroną monety M jest stały, np. wynosi 1,1 mm. Moneta M jest wykonana albo z pojedynczego stopu, albo z kilku stopów. Wewnętrzna rezystancja R9 cewki 9 mierzona w obecności monety M, jest w przybliżeniu funkcją materiału monety M wyłącznie wtedy, jeśli pulsacja co prądu płynącego przez cewkę 9 jest właściwie wybrana. Na fig. 3 pokazano wewnętrzną rezystancję R9 w funkcji grubości d monety M dla monet produkowanych z różnych stopów L1, L2 i L3, przy czym moneta M jest usytuowana podczas pomiaru w położeniu symetrycznym, spoczywając przed cewką 9.

177 877

Widać stąd, że wewnętrzna rezystancja Rę jest praktycznie niezależna od grubości d. Używając zatem cewki 9 można w prosty sposób określić pierwszą ważną zmienną właściwość monety M, która jest prawie wyłącznie funkcjąjej stopu lub jej składu stopowego.

Odstęp pomiędzy cewką 10 a monetą M jest funkcjąjej grubości d. W przypadku cewki 10 wewnętrzna rezystancja R₁₀ jest zatem funkcją nie tylko materiału monety M, ale również jej grubości d. Jak pokazano na fig. 4, zależność od grubości d w interesującym zakresie jest w przybliżeniu liniowa dla wszystkich pokazanych stopów L1, L2 i L3. Jeżeli stop monety M jest znany, można jednocześnie określić grubość d monety M.

W przeciwieństwie do stosowania tzw. podwójnych cewek, które są umieszczone po obu stronach kanału wrzutowego 1 i są połączone elektrycznie równolegle lub szeregowo, zastosowanie dwóch pojedynczych cewek 9 i 10 z płytkami 11 i 12 lub bez nich, które są umieszczone odpowiednio tylko na jednej ściance bocznej 4 i 5, umożliwia całkowite niezależne wzajemnie określanie dwóch parametrów monety M, które charakteryzują te monetę M na podstawie jej stopu lub jej składu stopowego i grubości.

Na figurze 5 pokazano zmianę w czasie sygnału wyjściowego obwodu elektronicznego 14 dla trzech monet tego samego typu. Monety te wchodzą w obszar pomiarowy pierwszej cewki 9 w czasie t_t i opuszczają ten obszar w przybliżeniu w czasie t₂. W czasie t3 wchodzą, one w obszar pomiarowy drugiej cewki 10, który opuszczają one znowu w przybliżeniu w czasie t₄. Sygnał wyjściowy z cewki 9 ma dwa maksima Ml i M2 o wartościach U1 i U2, sygnał wyjściowy cewki 10 ma dwa maksima ml i m2 o wartościach v1 i v2. Linia ciągła reprezentuje sygnał wyjściowy dla monety M, która stacza się do dołu w kanale wrzutowym 1 (fig. 1) bez podskakiwania lub odbijania, leżąc płasko na żebrach 7. W takim przypadku zmierzone wartości Ul i U2 oraz wartości vl i v2 są równe: U1 = U2, V1 = V2. Linia osiowa przedstawia sygnał wyjściowy dla monety M, która jest odbijana lub podskakuje w obszarze pomiarowym pierwszej cewki 9: wartości Ul i U2 są różne. Linia przerywana przedstawia sygnał wyjściowy dla monety M, która jest odbijana lub podskakuje w obszarze pomiarowym drugiej cewki 10: wartości vl i v2 są różne. Próby wykazały, że przynajmniej jedna z tych wartości U1 lub U2 i vl lub v2 jest stosunkowo stabilna, to znaczy ma mały rozrzut, przy czym minimum leżące pomiędzy odpowiednimi maksimami podlega większemu rozrzutowi. W przypadku pierwszej cewki 9 wartość większego z dwóch maksimów odpowiada najmniejszemu odstępowi pomiędzy cewką 9 a monetą M, ponieważ tłumienie cewki 9 jest wtedy największe. W przypadku przykładu pokazanego na fig. 5 dla obu linii drugie maksimum M2 o wartości U2 jest również bardziej stabilnym z tych dwóch maksimów. Mikroprocesor 15 jest zatem na wykrywanie maksymalnej wartości sygnału wyjściowego w pierwszej cewce 9 i zapamiętanie jej jako wartości K_P Tłumienie drugiej cewki 10 jest mniejsze, im większy jest odstęp pomiędzy cewką 10 a monetą M. Mikroprocesor 15 jest zatem zaprogramowany tak, że określa on wartości vl i v2 dwóch maksimów ml i m2 w drugiej cewce 10 i zapamiętuje mniejszą z tych dwóch wartości vl i v2 jako wartość K₂: K₂ = min (v1, v2). W przykładzie z fig. 5 odpowiada temu przypadkowi maksimum m2.

W znany sposób mikroprocesor 15 przeprowadza tę opisaną analizę sygnałów wyjściowych. W celu skompensowania wpływu szumów i zmniejszenia rozrzutu określanych wartości K1 i K2 korzystne jest przetworzenie sekwencji f1 w sekwencję f2, przy czym każda wartość sekwencji f2 jest dynamiczną średnią określoną przykładowo z dziesięciu kolejnych wartości sekwencji f1. Określenie największej wartości sygnału wyjściowego z pierwszej cewki 9 może być przeprowadzane za pomocą porównań cyfrowych, a określanie maksimów ml i m2 może być przeprowadzane prze obliczanie pierwszej i drugiej pochodnej sekwencji f2.

W celu wykluczenia wpływów innych czynników fizycznych, takich jak temperatura, wilgotność itd., na zmierzone wyniki w możliwie największym stopniu korzystne jest, by mikroprocesor 15 tworzył względne wartości P1 = Tj/K_t i P2 = ^/^, przy czym zmienne r, i r₂ reprezentują rezystancje odniesienia, które są równe wewnętrznej rezystancji R9 cewki 9 i R_w

177 877 cewki 10 przy braku monety M. Rezystancje odniesienia R1 i R₂ są korzystnie określane za każdym razem bezpośrednio przed lub po przejściu monety M.

Jak pokazano, każda moneta M ma dwie powierzchnie, które są różnie tłoczone i które nazywane są awersem i rewersem. To asymetryczne wytłaczanie monety M powoduje, że charakterystyczne zmienne K i K₂ określone w przypadku monety M zależą od tego, którą stroną moneta M spoczywa na ściance bocznej 4. Rozrzut zmiennych K, i K2, występujący w przypadku specyficznego typu monet, jest dodatkowo zwiększany przez zjawisko. Jednakże zakres rozrzutu zmiennej K₁ pozostaje wystarczająco mały, by można było określić niedwuznacznie stop monety M. Z drugiej strony pomiar grubości d jest zakłócony przez to zjawisko w takim stopniu, że ocena autentyczności monety M i/lub określenie jej wartości stają się trudniejsze, ponieważ monety o różnej wartości wytworzone z tych samych stopów często różnią się bardzo nieznacznie swą grubością. Wpływ tego zjawiska na określanie grubości d można zmniejszyć przez zastosowanie dalszego pomiaru, który zostanie opisany poniżej. W przypadku monety M bez wytłoczeń pomiary z cewki 9 i 10 dają przykładowo wartość K1 i wartość K2. Jeśli moneta M ma asymetryczne tłoczenie i jeśli moneta jest zwrócona do cewki 9 swym awersem, pomiary dają nieco zmienione wartości K1 + δη i K2 - δ u. Zwiększenie zmiennej K powoduje zmniejszenie zmiennej K2, ponieważ zmniejszenie odstępu pomiędzy cewką 9 a monetą M prowadzi w konsekwencji do zwiększania odstępu pomiędzy monetą M a cewką 10. Ze względu na liniowość zmiennych Kp K2 w funkcji odległości monety M od odpowiedniej cewki, w przypadku stosowania identycznych cewek 9 i 10 i używania takiej samej częstotliwości do pobudzania cewek 9 i 10 słuszne jest, że: δ η = δ r2 = δ r. W przypadku tej samej monety M, jeśli jej rewers jest zwrócony do cewki 10, pomiary dają wartości K- δ r i K2 + δ r. Suma ^^2 ^^1 + ^^2 lub su^na I2 P1+ P2 służy korzystnie jako ^mara grubości d monety M, a więc jako kryterium decyzji o przyjęciu lub odrzuceniu monety M. Te sumy H2 i I2 są niezależne od strony, którą moneta M jest zwrócona do ścianki bocznej 4, ponieważ wartości - δ r i + δ r kasują się nawzajem.

Na figurze 3 pokazano, że zmierzone wartości K1 są wyraźnie różne dla różnych stopów. Stop monety M można zatem określić stosunkowo łatwo, to znaczy granice tolerancji, które mówią o tym, czy moneta M jest akceptowana, czy odrzucana na podstawie zmierzonego stopu, można ustawić stosunkowo szeroko. Im węższe są ustawione granice tolerancji dla zmiennych K2 lub P2 lub H2 lub I2, tym więcej monet M można niezawodnie odróżnić na podstawie ich grubości d. Zapobieganie odbijaniu lub podskakiwaniu monet w obszarze czujników indukcyjnych za pomocą nowo skonstruowanych żeber 7 w połączeniu ze szczegółową analizą sygnału umożliwia teraz ustawienie bardzo ścisłych wartości tolerancji dla zmiennych K₂ lub P₂ lub H2 lub I2.

Figura 6 przedstawia korzystny obwód elektroniczny 14 posiadający szeregowy obwód rezonansowy RLC dla oddzielnego wyznaczania zmiany rezystancji R_s i indukcyjności Ls cewki S. Punktem wyjściowym jest znajomość faktu, że szeregowy obwód rezonansowy RLC utworzony z cewki S i elementu pojemnościowego C przedstawia w przypadku rezonansu czysto rezystancyjną impedancję Z_s, która jest równa rezystancji Rs cewki S. W przeciwieństwie do tego w przypadku rezonansu równoległy obwód rezonansowy, w którym cewka S i element pojemnościowy C są połączone równolegle, zachowuje się jak impedancja

która jest funkcją stosunku rezystancji Rs do indukcyjności L_s cewki S (j oznacza jednostkę urojoną). Częstotliwość rezonansowa ω ₀ (L_s) szeregowego obwodu rezonansowego RLC jest określona przez wzór ω₀(1=)

177 877

Obwód elektroniczny 14 ma wzmacniacz różnicowy 18 z wejściem inwersyjnym 19 i wejściem nieinwersyjnym 20, rezystor 21, dwustopniowy obwód wzmacniający 22 i detektor amplitudy 23. Szeregowy obwód rezonansowy RLC złożony jest z cewki S i elementu pojemnościowego C, które są połączone ze sobą szeregowo, i jest dołączony do ziemi m jednym wprowadzeniem, a do inwersyjnego wejścia 19 wzmacniacza różnicowego 18 drugim wprowadzeniem. Sygnał wyjściowy wzmacniacza różnicowego 18 jest podawany zwrotnie poprzez rezystor 21 na inwersyjne wejście 19 i poprzez obwód wzmacniacza 22 na nieinwersyjne wejście 20.

Obwód wzmacniający 22 ma za zadanie, po pierwsze wprowadzenie szeregowego obwodu rezonansowego RLC w drgania, kiedy obwód 14 jest włączony, a po drugie dostarczenie stabilizowanego amplitudowo napięcia U3 (t) do wzbudzania szeregowego obwodu rezonansowego RLC. Cel ten jest realizowany za pomocą dwóch inwertorów 24 i 25 połączonych szeregowo oraz dołączonego za nimi dzielnika napięcia 26. Kondensator 27 i 28 dołączone są każdy przed wejściem inwertorów 24 i 25, a sygnał wyjściowy inwertorów 24 i 25 jest podawany w sprzężeniu zwrotnym na wejście w każdym przypadku poprzez rezystor 29 i 30. Kondensatory 27 i 28 służą do odsprzężenia dla prądu stałego. Rezystory 29 i 30 określają punkt pracy inwertorów 24 i 25 dla prądu stałego. Po włączeniu obwodu 14 obwód wzmacniający 22 zachowuje się jak liniowy wzmacniacz prądu przemiennego, także na skutek dodatniego sprzężenia zwrotnego napięcia wyjściowego U^t) wzmacniacza różnicowego 18 na jego wejście 20 szeregowy obwód rezonansowy RLC zaczyna drgać. Wzmocnienie wejściowego sygnału U! (t) jest wybrane tak duże, że drugi inwertor 25 jest wtedy zawsze wprowadzony w stan nasycenia, tak że na jego wyjściu występuje prostokątny przebieg napięciowy U₂ (t), przy czym dwa poziomy napięciowe tego przebiegu odpowiadają dodatniemu i ujemnemu napięciu, przy których cały obwód elektroniczny 14 jest wprowadzany w stan dwubiegunowy- w odniesieniu do ziemi m w znany sposób. Za pomocą rezystancyjnego dzielnika napięcia 26 dołączonego do ziemi m zmniejszany jest poziom napięcia U₂(t). Prostokątny przebieg napięciowy U₃ (t) występuje zatem na wyjściu obwodu wzmacniającego 22, a więc również na wejściu 20 wzmacniacza różnicowego 18, przy czym wymieniony przebieg napięciowy jest zgodny w fazie z napięciem Ui (t), ale jego amplituda jest niezależna od amplitudy napięcia U, (t). Dzielnik napięcia 26 ma dwa rezystory 31 i 32, przy czym rezystor 31 jest rzędu wielkości rezystancji R_s cewki S. Rezystor 32 jest wybrany tak, że wartość napięcia U₃ (t) jest od kilkudziesięciu do stu miliwoltów. Detektor amplitudowy 26 służy do mierzenia amplitudy napięcia U₁ (t) i do przekazywania jej w odpowiedniej postaci do mikroprocesora 15.

Podczas przechodzenia monety M przy cewce S zmienia się częstotliwość rezonansowa ω ₀(Ls) zgodnie ze zmiana indukcyjności Ls< Opisany obwód 14 działa tak, że szeregowy obwód rezonansowy RLC drga z częstotliwością kątową co , która jest zawsze równa częstotliwości rezonansowej ω 0(L_S). Podczas przechodzenia monety M przy cewce S rezystancja R_s tej cewki również zmienia się. Ponieważ szeregowy obwód rezonansowy RLC ma w stanie rezonansu rezystancyjną impedancję Zs = Rs i ponieważ napięcie U₃ (t), które służy do pobudzania szeregowego obwodu rezonansowego RLC jest napięciem okresowym o stałej amplitudzie, prąd i(t) przepływający przez szeregowy obwód rezonansowy RLC, a zatem amplituda napięcia U, (t) na wyjściu wzmacniacza różnicowego 18 jest bezpośrednio miarą rezystancji Rs cewki S. Mikroprocesor 15 przeprowadza teraz ocenę sygnału U1 (t) jak poprzednio opisano.

Częstotliwość kątowa ω prostokątnego przebiegu napięciowego U2 (t) występującego na wyjściu drugiego inwertora 25 może być w prosty sposób określona (nie pokazano), np. za pomocą modułu licznikowego, który jest uruchamiany dla liczenia przez mikroprocesor 15 w zależności od zmiany w czasie amplitudy napięcia U (t), podczas gdy moneta M zakrywa cewkę S. Częstotliwości kątowe ω! i ω ₂ określone w ten sposób w cewce 9 lub w cewce 10 odpowiadają częstotliwościom rezonansowym podczas przechodzenia monety M i reprezentują trzecią i czwartą charakterystyczną zmienną K3 i K4, które mogą służyć jako dalsze kryteria decyzyjne dla przyjęcia lub odrzucenia monety M.

177 877

Przy stosowaniu opisanego urządzenia zmienne K1 i K2, a zatem skład stopowy i grubość d monety M można określać z dokładnością, która wystarcza dla rozróżniania wielu monet M. Aby wykluczyć możliwość oszustwa przez zastąpienie monety M z określonego stopu i o większej grubości d moneta Ml o mniejszej grubości d lub z cienką płytką metalową, przy czym odstęp monety M1 lub płytki metalowej od cewki 9 zwiększa się w zamierzony sposób, np. przez wprowadzenie niemetalicznej warstwy pomiędzy monetę M1 a cewką 9, wystarczy stwierdzić czy częstotliwość rezonansowa ω 0(L_S) cewki 9 podczas przechodzenia monety jest większa czy mniejsza niż przy braku monety. Znak zmiany częstotliwości rezonansowej ω 0 (Ls) cewki 9 służy zatem korzystnie jako dalsze kryterium decyzyjne dla przyjęcia lub odrzucenia monety M. Dokładne określenie częstotliwości rezonansowej ω 0 (Ls) w obecności monety M nie jest konieczne.

Umieszczenie cewki 9 lub 10 w szeregowym obwodzie rezonansowym RLC zapewnia tę zaletę, że zmienną charakteryzującą skład stopowy lub zmienną charakteryzującą grubość d można określić za pomocą obwodu, który ma prostą konstrukcję i mierzy tłumienie szeregowego obwodu rezonansowego RLC w obecności monety M. Szeregowy obwód rezonansowy RLC w konsekwencji stanowi szczególnie odpowiednie środki do mierzenia zmiany rezystancji powodowanej w cewce S. Mogą być więc również wykrywane monety, które nie dają żadnej zmiany sygnału lub dają niewystarczającą zmianę sygnału, kiedy stosuje się równoległy obwód rezonansowy, jeśli zmiany indukcyjności Ls i rezystancji Rs kompensują się wzajemnie.

Indukcyjność Ls cewki S i wartość elementu pojemnościowego C są wybrane tak, że częstotliwość rezonansowa ω 0 (Ls) dostrojonego obwodu RLC znajduje się w zakresie 50-200 kHz, a typową wartością jest 90 kHz. Przy tych częstotliwościach głębokość penetracji pola magnetycznego wytwarzanego przez cewkę S w monetę M jest wytarczająco duża, na skutek czego skład materiałowy monety M można określać wystarczająco selektywnie.

Wahania poziomu napięcia U3 (t) pobudzającego obwód rezonansowy RLC, które są wywołane przykładowo przez wahania napięcia zasilania obwodu 14, nie mają żądnego wpływu na zmienne P1 i P2, ponieważ reprezentują one stosunek dwóch bezpośrednio po sobie następujących pomiarów rezystancji.

Inwertory 24 i 25 mogą być przykładowo inwertorami znanego typu 4007. W specjalnym przykładzie realizacji obwodu 14, przynajmniej jeden z inwertorów 24 lub 25 jest zastąpiony przez element NAND lub NOR z dodatkowym wejściem, które jest dołączone do wyjścia mikroprocesora 15. Obwód 14 może być włączany i wyłączany w prosty sposób poprzez potencjał logiczny na tym wyjściu mikroprocesora 15. Obwód 14 może być zatem szybko włączany, gdy potrzeba, tylko dla sprawdzania monety M. Zastąpienie obu inwertorów 24 i 25 przez element NAND lub NOR daje tę zaletę, że obwód 14 wymaga wyjątkowo małej mocy w stanie wyłączonym.

Na figurze 6 przedstawiono tylko jeden przykład obwodu elektronicznego 14, który nadaje się do wykrywania zmiany rezystancji Rs cewki S za pomocą szeregowego obwodu rezonansowego RLC. Liczne dalsze przykłady obwodów elektrycznych z obwodem rezonansu szeregowego RLC, które pobudzają szeregowy obwód rezonansowy RLC napięciowo lub prądowo, można zaleźć w literaturze technicznej.

m 877

177 877

Rg

Fig. 3

L3

-----L2

- L1

4-)-1—e»-d[]mm]

2 3

Fig.5

177 877

177 877

W

.-Hakted 70

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do sprawdzania autentyczności monet (M), żetonów lub innych płaskich przedmiotów metalowych, posiadające kanał wrzutowy z dolną i górną ścianką, boczną, przy czym kanał wrzutowy jest pochylony pod określonym kątem względem pionu (V), a moneta (M) w idealnym przypadku porusza się wzdłuż dolnej ścinki bocznej w styku z nią; zawierające dwa czujniki indukcyjne rozmieszczone wzdłuż kanału wrzutowego, obwód elektroniczny oraz zespół sterowania i oceny, znamienne tym, że pierwszym czujnikiem indukcyjnym jest cewka (9) przymocowana do dolnej ścianki bocznej (4), drugim czujnikiem indukcyjnym jest cewka (10) przymocowana do górnej ścianki bocznej (5), przy czym zastosowane są środki (13, 14) do działania tych dwóch cewek (9, 10) elektrycznie niezależnie, a obwód elektroniczny (14) jest wyposażony do mierzenia zmiany w czasie rezystancji Rg (t) i R₁₀ (t) tych dwóch cewek (9,10) podczas przechodzenia monety (M).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespół sterowania i oceny (15) określa największą wartość rezystancji Rg (t) pierwszej cewki (9) jako wartość K_b przez określanie przez ten zespół sterowania i oceny (15) lokalnych maksimów (ml, m2) rezystancji R_w (t) przyjmowanej przez drugą cewkę (10) i określania większej z dwóch wartości (v1, v2) dwóch maksimów (m1, m2) jako wartość K₂, przy czym wartości Kj i K₂ lub wartości K i H₂ - + K2 są decydujące o przyjęciu lub odrzuceniu monety (M).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespół sterowania i oceny (15) określa największą wartość rezystancji Rg (t) pierwszej cewki (9) jako wartość K_l5 przez określanie przez ten zespół sterowania i oceny (15) lokalnych maksimów (m1, m2) rezystancji R₁₀ (t) przyjmowanej przez drugą cewkę (10) i określania większej z dwóch wartości (vl, v2) dwóch maksimów (m1, m2) jako wartość K2, przy czym zespół sterowania i oceny (15) określa wewnętrzną rezystancję ty pierwszej cewki (9) i wewnętrzną rezystancję ty drugiej cewki (10) bezpośrednio przed lub po przejściu monety (M), przy czym wartości P1 = r/K i P2 = ty/K lub wartości P1 i I2 = P1+ P2 są decydujące o przyjęciu lub odrzuceniu monety (M).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienne tym, że cewki (9, 10) mierzące rezystancję są umieszczone w szeregowym obwodzie rezonansowym (RLC).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że obwód elektroniczny (14) zawiera wzmacniacz różnicowy (18) i obwód wzmacniający (22), przy czym sygnał wyjściowy wzmaniacza różnicowego (18) jest podawany w sprzężeniu zwrotnym poprzez rezystor (21) na inwersyjne wejście (19) i poprzez obwód wzmacniający (22) na nieinwersyjne wejście (20), przy czym obwód wzmacniający (22) po pierwsze po włączeniu obwodu elektronicznego (14) wprawia w drgania szeregowy obwód rezonansowy (RLC), a po drugie udostępnia stabilizowane amplitudowo napięcie (U₃ (t)) do wzbudzania szeregowego obwodu rezonansowego (RLC).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że obwód wzmacniający (22) ma dwa inwertory (24, 25) połączone szeregowo lub elementy NAND lub NOR.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 4 albo 5, albo 6, znamienne tym, że zawiera środki określania, podczas przechodzenia monety (M), znaku zmiany częstotliwości rezonansowej (<»0 (L_s)) w pierwszej cewce (9), przy czym znak jest dalszym kryterium decyzyjnym dla przyjęcia lub odrzucenia monety (M).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w każdym przypadku na ściance bocznej (5, 4) leżącej naprzeciwko cewek (9,10) zamocowana jest metalowa płytka (11,12).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że dolna ścianka boczna (4) w kierunku przebiegu monety jest wyposażona w żebra (7) tak, że moneta (M) w idealnym przypadku

   177 877 porusza się wzdłuż żeber (7) przylegając do dolnej ścianki bocznej (4), przy czym promień krzywizny (R) żeber (7) jest przynajmniej równy połowie odstępu (a) pomiędzy sąsiednimi żebrami (7).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że promień krzywizny (R) żeber (7) jest w przybliżeniu porównywalny z odstępem (a) sąsiednich żeber (7) .

    * * *