2024年9月24日发(作者：壤驷良吉)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN00805919.5
(22)申请日 2000.03.29
(71)申请人 千禧企业有限公司;格拉哈姆·尼思威;比尔·基斯
地址 百慕大邮箱1806号
(72)发明人 格拉哈姆·尼思威 比尔·基斯
(74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司
代理人 程天正
(51)
G07D5/08
权利要求说明书 说明书 幅图
(10)申请公布号 CN 1346480 A
(43)申请公布日 2002.04.24
(54)发明名称
双线圈钱币识别器
(57)摘要
钱币识别装置包括重力滑道,它具有
用于接收要加以识别的钱币的开口。唤醒
电路启动两个钱币传感电路,每个电路均具
有一振荡器,该振荡器带有用于检测从中经
过的钱币的特性的特定线圈装置。第一钱
币传感电路包括一线圈装置,因此,钱币会从
其中经过并构成了第一振荡器的一部分。
第二钱币传感电路包括一线圈装置,它具有
安装在U形芯上的线圈,因此,钱币会在芯
的底脚之间的间隙内经过。第二线圈装置
构成了第二振荡器的一部分。第一和第二
振荡器用于按一个或多个基频振荡。在钱
币经过时测定第一和第二振荡器的频移,以
生成钱币特性的特征。微处理器将所生成
的特征与已知的钱币特征作比较,以识别钱
币。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1、一种钱币识别装置,该装置包括:
用于形成两个磁场的装置;
用于按预定顺序将要加以识别的钱币引导经过两个磁场的装置,其中,一个磁场的
磁力线基本上平行于钱币的平面,另一个磁场的磁力线基本上垂直于钱币的平面;以
及
处理器装置,它用于在钱币经过磁场时监测该振荡器的频移,以生成用于钱币的特
征信号并将这些特征与已知的钱币特征相比较,以确定钱币的真伪。
2、如权利要求1的钱币识别装置,其特征在于,上述用于形成磁场的装置包括:
两个振荡器,每个振荡器均可按一个或多个基频振荡并且具有一电磁体以生成上
述两个磁场中的一个。
3、如权利要求2的钱币识别装置,其特征在于,
上述用于生成磁场的电磁体包括一中空线圈,它用于使钱币从中经过,而所述磁场
则具有与钱币平面相平行的磁力线;以及
上述用于生成磁场的电磁体包括一U形芯,它具有两个基本平行的底脚,这两个
底脚在一端处与支臂相连,该支臂带有安装在芯上并使钱币经过该芯的底脚之间的
间隙的线圈装置,而所述磁场则具有与钱币平面相垂直的磁力线。
4、如权利要求3的钱币识别装置,其特征在于,所述振荡器按基本上相同的基频
振荡。
5、如权利要求3的钱币识别装置,其特征在于,在钱币经过相应振荡器生成的磁
场时,每个振荡器均可在处理器装置的控制下按两个不同的基频振荡。
6、如权利要求3的钱币识别装置,其特征在于,护罩位于U形芯上,以使磁力线集
中于芯底脚之间的间隙内。
7、如权利要求2的钱币识别装置,其特征在于,所述用于引导钱币的装置包括重
力输送滑道结构,该结构具有用于接收钱币的开口、用于在钱币向下移动时引导钱
币的壁面、以及供钱币从其中离开的开口。
8、如权利要求7的钱币识别装置,其特征在于,
上述用于生成磁场的电磁体包括一中空线圈,它用于使钱币从中经过,而所述磁场
则具有与钱币平面相平行的磁力线;以及
上述用于生成磁场的电磁体包括一U形芯,它具有两个基本平行的底脚,这两个
底脚在一端处与支臂相连,该支臂带有安装在芯上并使钱币经过该芯的底脚之间的
间隙的线圈装置,而所述磁场则具有与钱币平面相垂直的磁力线。
9、如权利要求8的钱币识别装置,其特征在于,所述滑道包括一偏移件,它沿钱币
通路位于滑道开口与电磁体之间,从而在钱币经过电磁体之前稳定住钱币。
10、如权利要求8的钱币识别装置,其特征在于,所述振荡器按基本上相同的基频
振荡。
11、如权利要求8的钱币识别装置,其特征在于,在钱币经过由相应的振荡器生成
的磁场时,每个振荡器均可在处理器装置的控制下顺序地按两个不同的基频振荡。
12、如权利要求8的钱币识别装置,其特征在于,护罩位于U形芯上,以使磁力线
集中于芯底脚之间的间隙内。
13、如权利要求8的钱币识别装置,其特征在于,在钱币经过由相应的振荡器生成
的磁场时,所述处理器装置监测振荡器的频移。
14、如权利要求13的钱币识别装置,其特征在于,所述处理器装置生成作为随振
荡器相对其基频的最大百分比频移的函数的特征信号。
15、如权利要求13的钱币识别装置,其特征在于,所述振荡器按基本上相同的基
频振荡。
16、如权利要求13的钱币识别装置,其特征在于,在钱币经过由相应的振荡器生
成的磁场时,每个振荡器均可在处理器装置的控制下按两个不同的基频振荡。
17、一种钱币识别装置,该装置包括:
重力输送滑道结构,该结构具有用于接收要加以识别钱币的开口、用于在钱币移
过该滑道时引导钱币的壁面、以及供钱币从其中离开的开口;
一振荡器,它按一个或多个基频振荡并且包括电磁体,该电磁体包括一中空线圈,
它安装在滑道周围以使钱币从中经过;
一振荡器,它按一个或多个基频振荡并且包括电磁体,该电磁体具有一U形芯,它
具有两个基本平行的底脚,这两个底脚的在一端处与支臂相连,该支臂带有安装在芯
上的线圈装置,所述U形芯安装在滑道周围以使钱币在核心底脚之间的间隙中经过;
以及
处理器装置,它用于在钱币经过磁场时监测该振荡器的频称,以生成钱币的特征并
将这些特征与已知的钱币特征相比较,从而确定钱币的真伪。
18、如权利要求17的钱币识别装置,其特征在于,所述振荡器按基本上相同的基
频振荡。
19、如权利要求17的钱币识别装置,其特征在于,在钱币经过由相应的振荡器生
成的磁场时,每个振荡器均可在处理器装置的控制下按两个不同的基频振荡。
20、如权利要求17的钱币识别装置,其特征在于,护罩位于U形芯上,以使磁力线
集中于芯底脚之间的间隙内。
21、如权利要求17的钱币识别装置,其特征在于,所述滑道包括一偏移件,它沿钱
币通路位于滑道开口与电磁体之间,从而在钱币经过电磁体之前稳定住钱币。
22、一种钱币识别方法,该过程包括:
(a)形成两个在空间上分离的振荡磁场;
(b)将要加以识别的钱币引导经过一个振荡磁场并将钱币引导经过另一个振荡磁
场,钱币的平面基本上平行于所述第一个磁场的磁力线,钱币的平面基本上垂直于所
述另一个磁场的磁力线;
(c)在钱币经过这些磁场时监测平行的磁力线磁场和垂直的磁力线磁场,以提供表
示钱币特性的特征;以及
(d)将所获得的特征与已知的钱币特征相比较,以确定钱币的真伪。
23、如权利要求22的钱币识别方法,其特征在于,步骤(c)包括在钱币经过这些磁
场时测定各振荡磁场的频移。
24、如权利要求22的钱币识别方法,其特征在于,在步骤(b)中,
(b1)首先将钱币引导经过其磁力线与钱币的平面基本上相平行的振荡磁场;以及
(b2)然后将钱币引导经过其磁力线与钱币的平面基本上相垂直的振荡磁场。
25、如权利要求22的钱币识别方法,其特征在于,在步骤(a)中,
(a1)至少在钱币经过一个振荡磁场的时间内开启该振荡磁场;
(a2)关闭上述一个振荡磁场;
(a3)至少在钱币经过另一个振荡磁场的时间内开启该振荡磁场;以及
(a4)关闭上述另一个振荡磁场。
26、如权利要求25的钱币识别方法,其特征在于,在步骤(a1)中包括:
(a11)在上述一个开启时间的开始部分中使上述一个振荡磁场按频率f1振荡;以
及
(a12)在上述一个开启时间的其余部分中使上述一个振荡磁场按频率f2振荡。
27、如权利要求28的钱币识别方法,其特征在于,在步骤(a3)中包括:
(a31)在上述另一个开启时间的开始部分中使上述另一个振荡磁场按频率f3振荡;
以及
(a32)在上述另一个开启时间的其余部分中使上述另一个振荡磁场按频率f4振荡。
28、如权利要求27的钱币识别方法,其特征在于,f1=f2,f3=f4,f1≠4。
29、如权利要求27的钱币识别方法,其特征在于,f1≠f2,f3≠f4,f1≠4。
30、如权利要求27的钱币识别方法,其特征在于,步骤(c)包括:
(c1)在一个振荡磁场按频率f1振荡时测定该磁场的频移,以提供第一特征;
(c2)在一个振荡磁场按频率f2振荡时测定该磁场的频移,以提供第二特征;
(c3)在一个振荡磁场按频率f3振荡时测定该磁场的频移,以提供第三特征;以及
(c4)在一个振荡磁场按频率f4振荡时测定该磁场的频移,以提供第四特征。
31、如权利要求30的钱币识别方法,其特征在于,步骤(d)包括:将所获得的特征中
的至少三个特征与已知的特征作比较,以确定钱币的真伪。
说 明 书
发明领域
本发明在总体上涉及电子钱币感应装置,具体地说,本发明涉及用于识别多种钱币的
装置。
发明背景
多年来,已经为更有效和更高效率地提供自动服务而研发出了诸如停车计时表、付
费电话、复印机和售货机之类的各种用钱币控制的装置。这些装置通常接受本国钱
币,但是,它们也偶尔接受诸如代币之类的其它钱币。已经确定,一种装置不足以实现
这样多的功能,即:不仅要区分一个国家通常存在的多种各不相同的钱币,还需要能区
分来自多个国家的钱币。在后一种情况下,钱币在物理上有时非常相似,但在面额上
有所不同。
随着世界上钱币的增加以及在国家之间旅行的增加,能区分来自不同国家并区分真
币、代币和假币变得更加重要。可以很容易制造代用币和毛坯去模仿本国和外国真
币。可靠的钱币识别需要灵敏和精确的分析。
早期的钱币控制装置构造成能确定少数钱币的面额。典型的先有技术装置借助于多
种机械或机电式选择器根据诸如直径、厚度、边缘特性、平滑还是隆起、有否中心
孔之类的钱币几何特性或根据诸如重量之类的钱币其它物理特性来辨别钱币的类型
及有效性。这种装置一般不适于辨别伪币,特别是在伪币的特性接近真币的特性时。
一些最近的先有技术装置使用电子传感器而不是机械或机电型选择器。从而,除了
根据钱币的物理特性以外,还根据构成钱币的材料的诸如钱币的磁导率或导电率之
类的一种或多种电学特性来对钱币进行分析。
最近研发出的电子装置还更加可靠,并由于具有较少的移动部件因而与旧式机械装
置相比需要较少的维护及服务。
目前的钱币识别装置使用多种电子传感器的组合去确定钱币的特征。作为典型的实
例,1990年1月23日颁发给Speas的美国专利4895238说明了具有4个传感器的钱
币识别器。第一传感器发特征表示钱币的存在。第二即霍尔效应金属检测器检测任
何亚铁金属的存在。第三传感器即红外LED/光二极管系统检测钱币的直径。第四
传感器即一个用于在钱币通过时使振荡器发生频移的线圈可检测钱币的金属含量。
因此,在钱币经过传感器时会产生两个或更多的特征。这些特征与先前存储的值相
比较,如果比较的结果在设定的限度内,则可识别并接受该钱币。如果比较的结果在
设定的限度之外,则拒绝该钱币。
此外,如上述美国专利所述,具有主控制器或微处理器对使用钱币识别器的装置来说
也是普遍的,所述主控制器或微处理器接收来自传感器的特征以控制LCD显示,并执
行诸如检测经过声纳的车辆的存在并将信息通过红外收发器传给和传自所述装置之
类的功能。
为了简化检测过程,业已发现,可仅用线圈来获得用于多种钱币的特征。1987年11
月10日颁发给Masho等人的美国专利4705154说明了一种钱币选择设备,其中,沿
钱币行进通路而设置两组线圈。第一组包括一对线圈,它们设置在钱币通路任一侧
上并以串联和同相的方式相连,以便形成跨通路的磁力线。第二组包括一对线圈,它
们设置在钱币通路任一侧上并以串联但反相的方式相连,以便形成沿通路的磁力线。
两组线圈还以串联的方式相连,以便形成用于振荡器的谐振电路的一部分。在钱币
经过上述线圈时,振荡器电路检测线圈中阻抗的变化并提供振荡器电压输出的变化,
以而提供用于有关钱币的识别特征。
1993年9月14日颁发给Carmen的美国专利5244070也描述了一种双线圈钱币传
感设备。在这种特定设备中,一对线圈沿钱币通路设置,因此,钱币会顺序地穿过两个
形成沿通路的磁力线的线圈。线圈串连成振荡电路的反馈通路中的谐振电路的一部
分。因此,在钱币经过线圈时,振荡器的频率会有频移。频移能提供用于钱币的识别
特征,该特征与存储在表中的标准值作比较,以便确定钱币的尺寸是否有效。
由于钱币从不同国家流入以及产生廉价伪币的能力,很重要的是需要识别钱币是否
是真币并识别其面额。
发明概要
所以,本发明的目的是提供用于精确检测钱币的方法和设备。
本发明的另一目的是提供用于实时精确识别钱币的方法和设备。
利用本发明识别钱币的方法和设备可达到上述和其它目的,其中,将要加以识别的钱
币顺序地引导经过两个振荡磁场,在这两个磁场中,一个磁场的磁力线基本上平行于
钱币的平面,另一个磁场的磁力线基本上垂直于钱币的平面。在钱币经过这些磁场
时,测定磁场的频移,以提供表示钱币特性的特征。这些特征与周知的钱币特征相比
较,以确定有关钱币的真伪。
依照本发明的另一个方面,可在钱币通过磁场时通过切换两个振动磁场的基频而获
得两个或更多的特征。如果两个基频用于各磁场,则各磁场会产生两个有区别的用
于钱币的特征,从而导致有总共四个特征,它们与周知的钱币特征相比较。
就本发明的一个具体方面而言,钱币识别装置包括两个线圈结构,每个结构均连入一
个独立振荡器的反馈电路,从而,当钱币经过相应的线圈结构时,振荡器的基频会有频
移。所述线圈结构按任意的顺序安装在重力输送滑道结构上,该结构具有用于接收
钱币的开口、用于在钱币向下移动时引导钱币的壁面、以及供钱币离开之用的开口。
依照本发明的另一个具体方面,所述线圈结构中的一个包括一个中空线圈,它安装在
滑道周围,因此,钱币会在移经滑道时经过该线圈。另一个线圈结构包括一U形核心,
它具有两个基本平行的底脚,这两个底脚在一端处与支臂相连,该支臂带有一个或多
个安装在核心上的线圈。U形核心也安装在滑道周围,因此,线圈会经过核心的底脚
之间的间隙。此外,可将护罩放置在底脚的端部和三个侧面,以便使磁力线集中于U
形核心底脚之间的间隙。
从对附图的详细说明中可以清楚本发明的多个其它目的和方面。
附图简述
参照附图说明本发明的实施例,在附图中:
图1是本发明钱币识别装置的框图;
图2说明了图1中的唤醒电路的一个实施例;
图3说明了图1中的钱币传感电路的一个实施例;
图4具本发明钱币滑道的分解透视图;
图5是用于滑道的U形线圈的一个实施例;
图6A和6B是U形线圈中的磁力线分布的顶视和端视图;
图7A和7B是带有护罩的U形线圈中的磁力线的顶视和端视图;
图8A和8B是带有护罩的、并且钱币从其中经过的U形线圈中的磁力线分布的顶
视和端视图。
图9是四个Δ频率范围的表,它提供被O形线圈振荡器和U形线圈振荡器所检测到
的九种钱币中的每一种钱币的特征值,这些特征值在50KHz的基频f1与100KHz的
基频f2之间切换。
对附图的详细说明本发明在一般应用于需要钱币识别的诸如售货机、复印机或电话
之类的多种不同钱币控制的应用中的任何一种,以及诸如停车计费器之类需要小型、
模块化、低电力、智能型电子钱币确认器的应用中。本发明的新颖钱币识别装置可
供预定数量的钱币使用,不管它们是来自一个或多个国家的合法货币、代币还是伪
币。以下连同电子停车计费器说明本发明。在某些应用中,这些停车计费器从电力
干线或由用太阳能收集器充电的电池来供电。典型的停车计费器还包括:钱币槽,它
连接到钱币滑道,客户可将钱币插进钱币槽,以操纵停车计费器;显示器,它用于显示
停车计费器上剩余的时间。在新近的停车计费器中,所述显示器是电子的。图1说
明了本发明的钱币识别装置10的框图;装置10包括微处理器11,它与适当的存储器
12相连。在应具有自含式模块的情况下,微处理器11可为钱币标别功能所专用,并
带有将其与停车计费器相连的接口13。在其它情况下,微处理器11可以是用于受钱
币控制的装置的唯一处理器并且为钱币识别功能和所有其它停车计费器功能所共用。
为了特别是在电池是唯一能源的情况下节约电力,微处理器应具有缺省的低功耗待
机模式及正常的操作模式。钱币识别装置10还包括唤醒电路14,它与微处理器11
相连。电路14检测在何时将钱币插进设备的钱币槽,并将信号提供给微处理器11,
所述信号将微处理器11从待机模式切换成操作模式。可按诸如用红外二极管/LED
阵列、机械开关或线圈检测器之类的多种方式进行钱币检测。在这一特定实施例中,
使用了在Bushnik、Campbell、Chauvin、Church和Pincock的加拿大专利申请
2173428中描述的带有线圈检测器的唤醒电路14,上述专利申请于1996年10月7
日公开。以下将连同图2详细说明唤醒电路。微处理器11还与两个钱币传感电路
15和16相连,这两个电路用线圈在钱币移经钱币滑道时检测钱币的多种特性。电路
15和16均由线圈结构17、19构成,线圈结构17、19与振荡器18、20的反馈储能
电路相连,这些振荡器按一个或多个预定的基频顺序地操作。振荡器18、20的基频
在钱币经过相应的线圈结构17、19时有频移。连同图3详细说明电路15和16。
电路15和16彼此是不同的。线圈结构17之一会形成一个磁力线图案,从而使磁力
线在钱币经过结构17时垂直于钱币的平面。振荡器18的最终形成的频移主要受钱
币直径的影响并在较小的范围内受钱币厚度和材料的影响。另一线圈结构19会形
成一个磁力线图案,从而使磁力线在钱币经过结构19时平行于钱币的平面。振荡器
18的最终形成的频移主要受钱币特性的影响,但与振荡器18的频移有着完全的不同。
因此,振荡器18和20的百分比频移均会提供出对于每个经过线圈结构17和19的
特定钱币的不同特征。还应注意,传感电路15和16以彼此独立的方式操作,并且,所
述传感器可按任一顺序安装在钱币通路上。如图2所示的接近性传感器14是用以
一个感应方式耦合的振荡器来实现的。检测器14包括一调谐电路,它是由电容器23
和第二电容器的构成的,电容器23与空心线圈21相并联,而空心线圈21则与三极管
24的基极相连,第二电容器与第二空心线圈22相并联,而第二空心线圈22则与三极
管24的集电极相连。为了使振荡开始,将受控于微处理器11的偏压电压通过端子
27提供给电阻器25,从而使三极管24开启。由于安装在如图4所述的钱币滑道上
的两个线圈21和22之间的不同相耦合而使振荡保持下去。当线圈21与22之间的
电感耦合被一个通过这两个线圈的钱币断开时,振荡器就会停止。因此,当不存在钱
币时,振荡器会自由地振荡,产生的信号通过二极管28和过滤电容器29及电阻器30
进行整流,从而在用于微处理器11的端子处提供输出电压。当线圈21与22之间存
在钱币时,振荡器停止振荡,从而在端子31处不提供信号。在操作过程中,微处理器
11通过向端子27施加偏压而以一个例如32Hz的可选周期对钱币检测器14取样。
如果钱币不存在,则振荡器开始振荡并且通常在将偏压施加给端子27的150微秒内
将输出特征提供给端子31。在这种情况下,微处理器开始上述序列,以便将其置于操
作模式下,从而开始钱币识别例程。参照图3,传感电路16包括一个频率选择振荡器
电路20和线圈结构19。振荡器电路20的选择是由于振荡器的频率是由线圈19以
及与线圈19相串联的振荡器电路20的电容量来确定的。此外,频率选择振荡器电
路20包括端子32,它与微处理器11相连,以便选择频率选择电路20的基频。例如,
振荡基频可在一般为50kHz的低频与一般为100kHz的高频之间切换。传感电路16
还包括向与非门35a进行馈送的第一反相器34a,所述与非门的输出经由反相器34b
反馈给振荡器电路。与非门35a还通过两个另外的反相器34c和34d与与非门35c
相连。与非门35c的输出具有端子36,它用于与微处理器11相连。与非门35a的第
二输入具有一个与微处理器11相连以便使振荡器电路20通和断的端子37。传感
电路15包括频率选择振荡器电路18和线圈装置17。振荡器电路18的选择是由于
振荡器的频率主要取决于线圈17的电感量以及与线圈17相并联的振荡器电路20
的电容量。此外,频率选择振荡器电路18包括端子33,它与微处理器11相连,以便选
择频率选择振荡电路18的基频。例如,振荡器基频可在一般为50kHz的低频与一般
为100kHz的高频之间切换。传感电路15的输出馈送给与非门35b,所述与非门的
输出反馈给振荡器电路18。与非门35b还与与非门35c的第二输入相连。与非门
35b的第二输出具有端子38,它用于与微处理器11相连,以便使振荡器电路18接通
和关断。在操作过程中,微处理器11首先根据沿滑道下落的钱币会遇到哪个线圈装
置17或19而相应地接通振荡器电路18或20。当钱币下落经过线圈装置17或19
时,与非门35c的输出就会馈送给微处理器11,该处理器将测定振荡器18或20中的
频移。当钱币继续下落时,微处理器11会关断已接通的振荡器电路18或20并接通
已关断的另外的振荡器电路18或20。然后,在钱币经过相应的线圈装置17或19时,
微处理器测定上述频移。因此,在任何一个时间,或者振荡器电路18和20两者都是
关闭的,或者,只有它们两者之一是开启的。在另外的情况下,在微处理器11业已测
定了钱币经过线圈装置17或19时的最大频移之后,微处理器11会通过端子32或
33分别将振荡器电路18或20的基频从高切换至低或从低切换至高,并在钱币分别
移过线圈装置17或19时再次测定振荡器电路18或20的最大频移。将会对线圈装
置17和19重复上述过程。图4是本发明钱币滑道40的分解透视图。钱币滑道40
包括:开口41,它位于顶部,用于接收钱币;前后壁面42和43;以及,侧壁44和45,它用
于将钱币从开口41经由一个自由下落通路而引导至滑道40底部处的出口46。滑
道40是狭窄的,因此,使钱币的平面保持成基本上平行于滑道40的壁面42和43。
用聚碳酸酯材料模制而成的滑道40在其中间偏下处具有一个偏移件57。偏移件57
提供更安全的钱币通路,因为,偏移件不大会受诸如将钱币连接或悬吊在线绳或其他
附着物上之类的欺骗行为的影响。此外,偏移件57具有能使按高速塞入的钱币迅速
稳定的作用,从而提供通过设有线圈装置17和19的滑道40的下部区域的一个较为
可预测的钱币流,位于上述下部区域处。这种特定的钱币流因而就会产生出较一致
的钱币特征。连同图2一起说明的用于唤醒电路14的一对线圈21和22分别设置
在钱币开口41附近的前后壁面42和43上。通过导线47和48与振荡器20相连的
线圈装置19由在线轴形突出部49和50之间直接卷绕在滑道40上的铜线构成,从
而形成椭圆形的0形线圈,所述突出部49被模制成滑道壁面42至45。当钱币经过
0形线圈19时,振荡器20的基频会有频移。在钱币经过线圈时最大的频移量或频移
的最大百分比与钱币的直径、厚度和材料类型成比例,因此,在一个或多个特性方面
略有不同的钱币会导致不同的频移和特征。将多个挠性翼片56经由前后壁面42和
43插进滑道40的内部并通过固定件64和65的固定而就位。这些翼片56导致钱
币具有一个沿滑道40向下的无障碍的单向通路,但是,这些翼片能在业已将钱币检测
为有效的服务付款之后阻止将钱币拉出滑道40的顶部开口41。图5中更详细示出
的线圈装置17由U形铁氧体芯51构成。U形芯51的底脚52和53制作得足够长,
从而从滑道40的一侧44延伸至另一侧45,因此,经滑道下落的钱币会完全在底脚52
与53之间经过。铜线线圈54和55分别安装在底脚52和53上。两个线圈54和55
相串联,但是,它们也可用安装在底脚52与53之间的连接臂上的单个线圈来代替。
一对输出导线58和59将线圈54和55连接到振荡器18。为了提供更大的灵敏度
和一致的可重复结果,铁氧体芯底脚52和53分别配备有护罩60和61,它们盖住了
各底脚52和53的三个侧面和端部。这些底脚的彼此相对的侧面未被罩住,从而能
通过将磁力线限制在底脚52与53之间的间隙中而获得有所提高的磁力线浓度。护
罩60与61由诸如黄铜之类高导电性材料制成。图6A、7A和8A用侧视图的形式
说明了图5所述类型的U形线圈17的底脚52和53周围的磁力线分布,并且还示出
了卷绕在连接底脚52和53的支臂周围的单个线圈62。图6B、7B和8B分别是图
6A、7A和8A所示的U形线圈17的端视图。图6A和6B说明了当底脚52和53
不具有安装在其上的护罩时在底脚52和53周围的磁力线分布。底脚52和53之间
的分布磁力线从底脚52和54的所有侧面以及从底脚的端部发射出来。图7A和7B
说明了同样的结构,其不同在于,护罩61和62设置在底脚52和53以外。这就会迫
使磁力线分布几乎全部集中在底脚52和53的彼此相对的侧面之间的间隙。由于护
罩60和61减少了磁力线泄露(即磁力线不限制于上述间隙中),故能获得更良好的钱
币传感和最后获得的特征。图8A和8B说明了钱币63经过线圈装置17的底脚52
与53之间的间隙时的事件。钱币63的通导性会阻止磁力线穿过钱币63,从而与钱
币63的整个尺寸成比例地减少磁力线的总数量。所以,底脚52与53之间间隙的未
被钱币63占据的区域中磁力线密度会略微增加。在这种特殊的情况下,利用与振荡
器电路18相连的U形线圈装置17,当钱币63经过底脚52和53时,振荡器18的基
频将偏移一定的百分比值。该百分比频移与钱币63的直径成比例。频移与钱币厚
度之间以及频移与钱币所用材料之间存在着二阶关系。但是,实验表明,百分比频移
主要与钱币直径有关。钱币滑道40可以是一个模块式钱币传感单元,它仅包括图4
所示的部件或可以是一个模块式的自包含的钱币识别单元,因为,该单元还包括唤醒
电路14、传感电路15和16以及微处理器11和存储器12,它们安装在滑道40上。
这种单元具有一个连接器,以便将该单元连接到停车计费器或售货机接口13。在操
作过程中,在经由开口41将钱币塞进滑道40时,钱币会下落并经过环绕在滑道偏移
件57周围的唤醒线圈21和22,然后经过线圈装置19、经过防拉回装置56,最后经
过线圈装置17,此后,钱币经由出口46掉出滑道。本发明的钱币传感装置可装配入
一个金属外罩,以便使线圈结构17和19不受外部磁场影响并针对外部温度变化最
佳地对电路和线圈进行补偿。参照图1和4,微处理器11控制用于对通过滑道40的
钱币进行检测的过程,以便采集钱币的特征并识别钱币。上述控制过程由在将钱币
放置至钱币槽开口41时开始的下列步骤构成:1、当钱币经过唤醒线圈21和22时,
唤醒电路14会生成唤醒信号,从而将微处理器11置于操作模式。2、微处理器启动
振荡器20。3、经过O形线圈19的钱币会使振荡器20相对其基频而产生频移。4、
测定振荡器20的最大频率,并将其转换成第一钱币特征。5、微处理器使振荡器20
停止。6、微处理器启动振荡器18。7、经过U形线圈17的钱币会使振荡器18相
对其基频而产生频移。8、测定振荡器18的最大频率,并将其转换成第二钱币特征。
9、微处理器使振荡器20停止。10、将第一和第二特征与存储在存储器表中的相应
第一和第二特征相比较,以识别滑道40中的钱币。11、将钱币识别特征传送给停车
计费器或售货机接口13。图9是用于九个不同钱币(即钱币#1至钱币#9)的按百分
比频移表示的标准特征表的实例。该表包括每个钱币的四个读数范围,在表中,一个
范围用于标记为U和O形的各线圈结构,按标记为低和高的50kHz和100kHz的各
基频取值。为了形成图9所示类型的用于多种钱币的标准特征表,对于每一钱币,必
需取一系列读数。所述标准由示于表中上半部的平均值以及示于表的下半部的用于
各钱币的最小和最大值构成。在理想情况下,两个特征通常适于识别大多数的钱币,
并且,钱币识别器中的振荡器可以按低频或高频操作,甚至可能使每一个振荡器按各
自的频率操作。因此,将最终的读数与表的低频部或高频部或两者的组合作比较。
但是,由于诸如天气和用于对待设备的方式之类的条件会有显著的不同,故最好形成
一些附加的读数。如从图9中的表中看出的那样,当振荡器按不同频率操作时,振荡
器的百分比频移对特定钱币而言是不同的。有鉴于此,可编制出图9所示类型的标
准特征表。因此,为了识别钱币,可以使各振荡器20和18在钱币经过相应线圈19和
17时按两个不同的基频f1-f2和f3-f4分别顺序地振荡,以便提供用于各钱币的四个
特征。然后,这些特征与存储器中的特征相比较,以便识别钱币。但是,应该注意,在多
数情况下,可仅用四个特征中的三个特征来正确地识别一个钱币。尽管就钱币而言
四个读数中的三个通常就足够了,但是,可通过取四个以上特征读数(即通过使振荡器
按三个或更多基频操作)而在其它用于识别复杂形状的应用中使用上述过程。用于
使各振荡器20和18按两个基频f1-f2和f3-f4操作的系统的控制过程可以由当将钱
币放置至钱币槽开口41时开始的下列步骤构成:1、当钱币经过唤醒线圈21和22
时,唤醒电路14会生成唤醒信号,从而将微处理器11置于操作模式。2a、微处理器
按f1启动振荡器20。3a、经过O形线圈19的钱币会使振荡器20相对其基频而产
生频移。4a、测定按f1工作的振荡器20的最大频率,并将其转换成第一钱币特征。
2b、微处理器将振荡器20切换至f2。4b、在钱币离开磁场时测定按f2工作的振荡
器20的最大频率,并将其转换成第二钱币特征。5、微处理器使振荡器20停止。6a、
微处理器按f3启动振荡器18。7a、经过U形线圈17的钱币会使振荡器18相对其
基频而产生频移f3。8a、测定按f3工作的振荡器18的最大频率,并将其转换成第
三钱币特征。6b、微处理器将振荡器18切换至f4。8b、在钱币离开磁场时测定按
f4工作的振荡器18的最大频率,并将其转换成第四钱币特征。9、微处理器使振荡
器18停止。10、将第一、第二、第三和第四特征顺序地与存储在存储器中的相应
的第一、第二、第三和第四特征相比较,以便识别滑道40中的钱币。11、将钱币识
别信号传送给停车计费器接口13。为了节约处理时间,上述步骤10可如下改变:10a、
将第一和第三特征与存储在存储器中的相应的第一和第三特征相比较,以便识别滑
道40中的钱币。10b、如果未识别钱币,于是,将第二特征与存储在存储器中的相应
的第二特征相比较,以便识别滑道40中的钱币。10c、如果仍未识别钱币,于是,将第
四特征与存储在存储器中的相应的第四特征相比较,以便识别滑道40中的钱币。使
振荡器18和20可按50kHz以上的频率工作,因为,在这个频率以下,要花费太长的时
间来进行频移测定。在较低频下会更容易地识别磁性钱币,而较高频率则最好用于
非磁性钱币。理想的折衷是对低频而言在50至100kHz的范围内工作,就高频而言
在100kHz以上工作。在不脱离本发明范围的情况下,可实现本发明上述实施例中的
多种改进形式,因此,本发明的范围仅由后附的权利要求来限定。
2024年9月24日发(作者：壤驷良吉)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN00805919.5
(22)申请日 2000.03.29
(71)申请人 千禧企业有限公司;格拉哈姆·尼思威;比尔·基斯
地址 百慕大邮箱1806号
(72)发明人 格拉哈姆·尼思威 比尔·基斯
(74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司
代理人 程天正
(51)
G07D5/08
权利要求说明书 说明书 幅图
(10)申请公布号 CN 1346480 A
(43)申请公布日 2002.04.24
(54)发明名称
双线圈钱币识别器
(57)摘要
钱币识别装置包括重力滑道,它具有
用于接收要加以识别的钱币的开口。唤醒
电路启动两个钱币传感电路,每个电路均具
有一振荡器,该振荡器带有用于检测从中经
过的钱币的特性的特定线圈装置。第一钱
币传感电路包括一线圈装置,因此,钱币会从
其中经过并构成了第一振荡器的一部分。
第二钱币传感电路包括一线圈装置,它具有
安装在U形芯上的线圈,因此,钱币会在芯
的底脚之间的间隙内经过。第二线圈装置
构成了第二振荡器的一部分。第一和第二
振荡器用于按一个或多个基频振荡。在钱
币经过时测定第一和第二振荡器的频移,以
生成钱币特性的特征。微处理器将所生成
的特征与已知的钱币特征作比较,以识别钱
币。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1、一种钱币识别装置,该装置包括:
用于形成两个磁场的装置;
用于按预定顺序将要加以识别的钱币引导经过两个磁场的装置,其中,一个磁场的
磁力线基本上平行于钱币的平面,另一个磁场的磁力线基本上垂直于钱币的平面;以
及
处理器装置,它用于在钱币经过磁场时监测该振荡器的频移,以生成用于钱币的特
征信号并将这些特征与已知的钱币特征相比较,以确定钱币的真伪。
2、如权利要求1的钱币识别装置,其特征在于,上述用于形成磁场的装置包括:
两个振荡器,每个振荡器均可按一个或多个基频振荡并且具有一电磁体以生成上
述两个磁场中的一个。
3、如权利要求2的钱币识别装置,其特征在于,
上述用于生成磁场的电磁体包括一中空线圈,它用于使钱币从中经过,而所述磁场
则具有与钱币平面相平行的磁力线;以及
上述用于生成磁场的电磁体包括一U形芯,它具有两个基本平行的底脚,这两个
底脚在一端处与支臂相连,该支臂带有安装在芯上并使钱币经过该芯的底脚之间的
间隙的线圈装置,而所述磁场则具有与钱币平面相垂直的磁力线。
4、如权利要求3的钱币识别装置,其特征在于,所述振荡器按基本上相同的基频
振荡。
5、如权利要求3的钱币识别装置,其特征在于,在钱币经过相应振荡器生成的磁
场时,每个振荡器均可在处理器装置的控制下按两个不同的基频振荡。
6、如权利要求3的钱币识别装置,其特征在于,护罩位于U形芯上,以使磁力线集
中于芯底脚之间的间隙内。
7、如权利要求2的钱币识别装置,其特征在于,所述用于引导钱币的装置包括重
力输送滑道结构,该结构具有用于接收钱币的开口、用于在钱币向下移动时引导钱
币的壁面、以及供钱币从其中离开的开口。
8、如权利要求7的钱币识别装置,其特征在于,
上述用于生成磁场的电磁体包括一中空线圈,它用于使钱币从中经过,而所述磁场
则具有与钱币平面相平行的磁力线;以及
上述用于生成磁场的电磁体包括一U形芯,它具有两个基本平行的底脚,这两个
底脚在一端处与支臂相连,该支臂带有安装在芯上并使钱币经过该芯的底脚之间的
间隙的线圈装置,而所述磁场则具有与钱币平面相垂直的磁力线。
9、如权利要求8的钱币识别装置,其特征在于,所述滑道包括一偏移件,它沿钱币
通路位于滑道开口与电磁体之间,从而在钱币经过电磁体之前稳定住钱币。
10、如权利要求8的钱币识别装置,其特征在于,所述振荡器按基本上相同的基频
振荡。
11、如权利要求8的钱币识别装置,其特征在于,在钱币经过由相应的振荡器生成
的磁场时,每个振荡器均可在处理器装置的控制下顺序地按两个不同的基频振荡。
12、如权利要求8的钱币识别装置,其特征在于,护罩位于U形芯上,以使磁力线
集中于芯底脚之间的间隙内。
13、如权利要求8的钱币识别装置,其特征在于,在钱币经过由相应的振荡器生成
的磁场时,所述处理器装置监测振荡器的频移。
14、如权利要求13的钱币识别装置,其特征在于,所述处理器装置生成作为随振
荡器相对其基频的最大百分比频移的函数的特征信号。
15、如权利要求13的钱币识别装置,其特征在于,所述振荡器按基本上相同的基
频振荡。
16、如权利要求13的钱币识别装置,其特征在于,在钱币经过由相应的振荡器生
成的磁场时,每个振荡器均可在处理器装置的控制下按两个不同的基频振荡。
17、一种钱币识别装置,该装置包括:
重力输送滑道结构,该结构具有用于接收要加以识别钱币的开口、用于在钱币移
过该滑道时引导钱币的壁面、以及供钱币从其中离开的开口;
一振荡器,它按一个或多个基频振荡并且包括电磁体,该电磁体包括一中空线圈,
它安装在滑道周围以使钱币从中经过;
一振荡器,它按一个或多个基频振荡并且包括电磁体,该电磁体具有一U形芯,它
具有两个基本平行的底脚,这两个底脚的在一端处与支臂相连,该支臂带有安装在芯
上的线圈装置,所述U形芯安装在滑道周围以使钱币在核心底脚之间的间隙中经过;
以及
处理器装置,它用于在钱币经过磁场时监测该振荡器的频称,以生成钱币的特征并
将这些特征与已知的钱币特征相比较,从而确定钱币的真伪。
18、如权利要求17的钱币识别装置,其特征在于,所述振荡器按基本上相同的基
频振荡。
19、如权利要求17的钱币识别装置,其特征在于,在钱币经过由相应的振荡器生
成的磁场时,每个振荡器均可在处理器装置的控制下按两个不同的基频振荡。
20、如权利要求17的钱币识别装置,其特征在于,护罩位于U形芯上,以使磁力线
集中于芯底脚之间的间隙内。
21、如权利要求17的钱币识别装置,其特征在于,所述滑道包括一偏移件,它沿钱
币通路位于滑道开口与电磁体之间,从而在钱币经过电磁体之前稳定住钱币。
22、一种钱币识别方法,该过程包括:
(a)形成两个在空间上分离的振荡磁场;
(b)将要加以识别的钱币引导经过一个振荡磁场并将钱币引导经过另一个振荡磁
场,钱币的平面基本上平行于所述第一个磁场的磁力线,钱币的平面基本上垂直于所
述另一个磁场的磁力线;
(c)在钱币经过这些磁场时监测平行的磁力线磁场和垂直的磁力线磁场,以提供表
示钱币特性的特征;以及
(d)将所获得的特征与已知的钱币特征相比较,以确定钱币的真伪。
23、如权利要求22的钱币识别方法,其特征在于,步骤(c)包括在钱币经过这些磁
场时测定各振荡磁场的频移。
24、如权利要求22的钱币识别方法,其特征在于,在步骤(b)中,
(b1)首先将钱币引导经过其磁力线与钱币的平面基本上相平行的振荡磁场;以及
(b2)然后将钱币引导经过其磁力线与钱币的平面基本上相垂直的振荡磁场。
25、如权利要求22的钱币识别方法,其特征在于,在步骤(a)中,
(a1)至少在钱币经过一个振荡磁场的时间内开启该振荡磁场;
(a2)关闭上述一个振荡磁场;
(a3)至少在钱币经过另一个振荡磁场的时间内开启该振荡磁场;以及
(a4)关闭上述另一个振荡磁场。
26、如权利要求25的钱币识别方法,其特征在于,在步骤(a1)中包括:
(a11)在上述一个开启时间的开始部分中使上述一个振荡磁场按频率f1振荡;以
及
(a12)在上述一个开启时间的其余部分中使上述一个振荡磁场按频率f2振荡。
27、如权利要求28的钱币识别方法,其特征在于,在步骤(a3)中包括:
(a31)在上述另一个开启时间的开始部分中使上述另一个振荡磁场按频率f3振荡;
以及
(a32)在上述另一个开启时间的其余部分中使上述另一个振荡磁场按频率f4振荡。
28、如权利要求27的钱币识别方法,其特征在于,f1=f2,f3=f4,f1≠4。
29、如权利要求27的钱币识别方法,其特征在于,f1≠f2,f3≠f4,f1≠4。
30、如权利要求27的钱币识别方法,其特征在于,步骤(c)包括:
(c1)在一个振荡磁场按频率f1振荡时测定该磁场的频移,以提供第一特征;
(c2)在一个振荡磁场按频率f2振荡时测定该磁场的频移,以提供第二特征;
(c3)在一个振荡磁场按频率f3振荡时测定该磁场的频移,以提供第三特征;以及
(c4)在一个振荡磁场按频率f4振荡时测定该磁场的频移,以提供第四特征。
31、如权利要求30的钱币识别方法,其特征在于,步骤(d)包括:将所获得的特征中
的至少三个特征与已知的特征作比较,以确定钱币的真伪。
说 明 书
发明领域
本发明在总体上涉及电子钱币感应装置,具体地说,本发明涉及用于识别多种钱币的
装置。
发明背景
多年来,已经为更有效和更高效率地提供自动服务而研发出了诸如停车计时表、付
费电话、复印机和售货机之类的各种用钱币控制的装置。这些装置通常接受本国钱
币,但是,它们也偶尔接受诸如代币之类的其它钱币。已经确定,一种装置不足以实现
这样多的功能,即:不仅要区分一个国家通常存在的多种各不相同的钱币,还需要能区
分来自多个国家的钱币。在后一种情况下,钱币在物理上有时非常相似,但在面额上
有所不同。
随着世界上钱币的增加以及在国家之间旅行的增加,能区分来自不同国家并区分真
币、代币和假币变得更加重要。可以很容易制造代用币和毛坯去模仿本国和外国真
币。可靠的钱币识别需要灵敏和精确的分析。
早期的钱币控制装置构造成能确定少数钱币的面额。典型的先有技术装置借助于多
种机械或机电式选择器根据诸如直径、厚度、边缘特性、平滑还是隆起、有否中心
孔之类的钱币几何特性或根据诸如重量之类的钱币其它物理特性来辨别钱币的类型
及有效性。这种装置一般不适于辨别伪币,特别是在伪币的特性接近真币的特性时。
一些最近的先有技术装置使用电子传感器而不是机械或机电型选择器。从而,除了
根据钱币的物理特性以外,还根据构成钱币的材料的诸如钱币的磁导率或导电率之
类的一种或多种电学特性来对钱币进行分析。
最近研发出的电子装置还更加可靠,并由于具有较少的移动部件因而与旧式机械装
置相比需要较少的维护及服务。
目前的钱币识别装置使用多种电子传感器的组合去确定钱币的特征。作为典型的实
例,1990年1月23日颁发给Speas的美国专利4895238说明了具有4个传感器的钱
币识别器。第一传感器发特征表示钱币的存在。第二即霍尔效应金属检测器检测任
何亚铁金属的存在。第三传感器即红外LED/光二极管系统检测钱币的直径。第四
传感器即一个用于在钱币通过时使振荡器发生频移的线圈可检测钱币的金属含量。
因此,在钱币经过传感器时会产生两个或更多的特征。这些特征与先前存储的值相
比较,如果比较的结果在设定的限度内,则可识别并接受该钱币。如果比较的结果在
设定的限度之外,则拒绝该钱币。
此外,如上述美国专利所述,具有主控制器或微处理器对使用钱币识别器的装置来说
也是普遍的,所述主控制器或微处理器接收来自传感器的特征以控制LCD显示,并执
行诸如检测经过声纳的车辆的存在并将信息通过红外收发器传给和传自所述装置之
类的功能。
为了简化检测过程,业已发现,可仅用线圈来获得用于多种钱币的特征。1987年11
月10日颁发给Masho等人的美国专利4705154说明了一种钱币选择设备,其中,沿
钱币行进通路而设置两组线圈。第一组包括一对线圈,它们设置在钱币通路任一侧
上并以串联和同相的方式相连,以便形成跨通路的磁力线。第二组包括一对线圈,它
们设置在钱币通路任一侧上并以串联但反相的方式相连,以便形成沿通路的磁力线。
两组线圈还以串联的方式相连,以便形成用于振荡器的谐振电路的一部分。在钱币
经过上述线圈时,振荡器电路检测线圈中阻抗的变化并提供振荡器电压输出的变化,
以而提供用于有关钱币的识别特征。
1993年9月14日颁发给Carmen的美国专利5244070也描述了一种双线圈钱币传
感设备。在这种特定设备中,一对线圈沿钱币通路设置,因此,钱币会顺序地穿过两个
形成沿通路的磁力线的线圈。线圈串连成振荡电路的反馈通路中的谐振电路的一部
分。因此,在钱币经过线圈时,振荡器的频率会有频移。频移能提供用于钱币的识别
特征,该特征与存储在表中的标准值作比较,以便确定钱币的尺寸是否有效。
由于钱币从不同国家流入以及产生廉价伪币的能力,很重要的是需要识别钱币是否
是真币并识别其面额。
发明概要
所以,本发明的目的是提供用于精确检测钱币的方法和设备。
本发明的另一目的是提供用于实时精确识别钱币的方法和设备。
利用本发明识别钱币的方法和设备可达到上述和其它目的,其中,将要加以识别的钱
币顺序地引导经过两个振荡磁场,在这两个磁场中,一个磁场的磁力线基本上平行于
钱币的平面,另一个磁场的磁力线基本上垂直于钱币的平面。在钱币经过这些磁场
时,测定磁场的频移,以提供表示钱币特性的特征。这些特征与周知的钱币特征相比
较,以确定有关钱币的真伪。
依照本发明的另一个方面,可在钱币通过磁场时通过切换两个振动磁场的基频而获
得两个或更多的特征。如果两个基频用于各磁场,则各磁场会产生两个有区别的用
于钱币的特征,从而导致有总共四个特征,它们与周知的钱币特征相比较。
就本发明的一个具体方面而言,钱币识别装置包括两个线圈结构,每个结构均连入一
个独立振荡器的反馈电路,从而,当钱币经过相应的线圈结构时,振荡器的基频会有频
移。所述线圈结构按任意的顺序安装在重力输送滑道结构上,该结构具有用于接收
钱币的开口、用于在钱币向下移动时引导钱币的壁面、以及供钱币离开之用的开口。
依照本发明的另一个具体方面,所述线圈结构中的一个包括一个中空线圈,它安装在
滑道周围,因此,钱币会在移经滑道时经过该线圈。另一个线圈结构包括一U形核心,
它具有两个基本平行的底脚,这两个底脚在一端处与支臂相连,该支臂带有一个或多
个安装在核心上的线圈。U形核心也安装在滑道周围,因此,线圈会经过核心的底脚
之间的间隙。此外,可将护罩放置在底脚的端部和三个侧面,以便使磁力线集中于U
形核心底脚之间的间隙。
从对附图的详细说明中可以清楚本发明的多个其它目的和方面。
附图简述
参照附图说明本发明的实施例,在附图中:
图1是本发明钱币识别装置的框图;
图2说明了图1中的唤醒电路的一个实施例;
图3说明了图1中的钱币传感电路的一个实施例;
图4具本发明钱币滑道的分解透视图;
图5是用于滑道的U形线圈的一个实施例;
图6A和6B是U形线圈中的磁力线分布的顶视和端视图;
图7A和7B是带有护罩的U形线圈中的磁力线的顶视和端视图;
图8A和8B是带有护罩的、并且钱币从其中经过的U形线圈中的磁力线分布的顶
视和端视图。
图9是四个Δ频率范围的表,它提供被O形线圈振荡器和U形线圈振荡器所检测到
的九种钱币中的每一种钱币的特征值,这些特征值在50KHz的基频f1与100KHz的
基频f2之间切换。
对附图的详细说明本发明在一般应用于需要钱币识别的诸如售货机、复印机或电话
之类的多种不同钱币控制的应用中的任何一种,以及诸如停车计费器之类需要小型、
模块化、低电力、智能型电子钱币确认器的应用中。本发明的新颖钱币识别装置可
供预定数量的钱币使用,不管它们是来自一个或多个国家的合法货币、代币还是伪
币。以下连同电子停车计费器说明本发明。在某些应用中,这些停车计费器从电力
干线或由用太阳能收集器充电的电池来供电。典型的停车计费器还包括:钱币槽,它
连接到钱币滑道,客户可将钱币插进钱币槽,以操纵停车计费器;显示器,它用于显示
停车计费器上剩余的时间。在新近的停车计费器中,所述显示器是电子的。图1说
明了本发明的钱币识别装置10的框图;装置10包括微处理器11,它与适当的存储器
12相连。在应具有自含式模块的情况下,微处理器11可为钱币标别功能所专用,并
带有将其与停车计费器相连的接口13。在其它情况下,微处理器11可以是用于受钱
币控制的装置的唯一处理器并且为钱币识别功能和所有其它停车计费器功能所共用。
为了特别是在电池是唯一能源的情况下节约电力,微处理器应具有缺省的低功耗待
机模式及正常的操作模式。钱币识别装置10还包括唤醒电路14,它与微处理器11
相连。电路14检测在何时将钱币插进设备的钱币槽,并将信号提供给微处理器11,
所述信号将微处理器11从待机模式切换成操作模式。可按诸如用红外二极管/LED
阵列、机械开关或线圈检测器之类的多种方式进行钱币检测。在这一特定实施例中,
使用了在Bushnik、Campbell、Chauvin、Church和Pincock的加拿大专利申请
2173428中描述的带有线圈检测器的唤醒电路14,上述专利申请于1996年10月7
日公开。以下将连同图2详细说明唤醒电路。微处理器11还与两个钱币传感电路
15和16相连,这两个电路用线圈在钱币移经钱币滑道时检测钱币的多种特性。电路
15和16均由线圈结构17、19构成,线圈结构17、19与振荡器18、20的反馈储能
电路相连,这些振荡器按一个或多个预定的基频顺序地操作。振荡器18、20的基频
在钱币经过相应的线圈结构17、19时有频移。连同图3详细说明电路15和16。
电路15和16彼此是不同的。线圈结构17之一会形成一个磁力线图案,从而使磁力
线在钱币经过结构17时垂直于钱币的平面。振荡器18的最终形成的频移主要受钱
币直径的影响并在较小的范围内受钱币厚度和材料的影响。另一线圈结构19会形
成一个磁力线图案,从而使磁力线在钱币经过结构19时平行于钱币的平面。振荡器
18的最终形成的频移主要受钱币特性的影响,但与振荡器18的频移有着完全的不同。
因此,振荡器18和20的百分比频移均会提供出对于每个经过线圈结构17和19的
特定钱币的不同特征。还应注意,传感电路15和16以彼此独立的方式操作,并且,所
述传感器可按任一顺序安装在钱币通路上。如图2所示的接近性传感器14是用以
一个感应方式耦合的振荡器来实现的。检测器14包括一调谐电路,它是由电容器23
和第二电容器的构成的,电容器23与空心线圈21相并联,而空心线圈21则与三极管
24的基极相连,第二电容器与第二空心线圈22相并联,而第二空心线圈22则与三极
管24的集电极相连。为了使振荡开始,将受控于微处理器11的偏压电压通过端子
27提供给电阻器25,从而使三极管24开启。由于安装在如图4所述的钱币滑道上
的两个线圈21和22之间的不同相耦合而使振荡保持下去。当线圈21与22之间的
电感耦合被一个通过这两个线圈的钱币断开时,振荡器就会停止。因此,当不存在钱
币时,振荡器会自由地振荡,产生的信号通过二极管28和过滤电容器29及电阻器30
进行整流,从而在用于微处理器11的端子处提供输出电压。当线圈21与22之间存
在钱币时,振荡器停止振荡,从而在端子31处不提供信号。在操作过程中,微处理器
11通过向端子27施加偏压而以一个例如32Hz的可选周期对钱币检测器14取样。
如果钱币不存在,则振荡器开始振荡并且通常在将偏压施加给端子27的150微秒内
将输出特征提供给端子31。在这种情况下,微处理器开始上述序列,以便将其置于操
作模式下,从而开始钱币识别例程。参照图3,传感电路16包括一个频率选择振荡器
电路20和线圈结构19。振荡器电路20的选择是由于振荡器的频率是由线圈19以
及与线圈19相串联的振荡器电路20的电容量来确定的。此外,频率选择振荡器电
路20包括端子32,它与微处理器11相连,以便选择频率选择电路20的基频。例如,
振荡基频可在一般为50kHz的低频与一般为100kHz的高频之间切换。传感电路16
还包括向与非门35a进行馈送的第一反相器34a,所述与非门的输出经由反相器34b
反馈给振荡器电路。与非门35a还通过两个另外的反相器34c和34d与与非门35c
相连。与非门35c的输出具有端子36,它用于与微处理器11相连。与非门35a的第
二输入具有一个与微处理器11相连以便使振荡器电路20通和断的端子37。传感
电路15包括频率选择振荡器电路18和线圈装置17。振荡器电路18的选择是由于
振荡器的频率主要取决于线圈17的电感量以及与线圈17相并联的振荡器电路20
的电容量。此外,频率选择振荡器电路18包括端子33,它与微处理器11相连,以便选
择频率选择振荡电路18的基频。例如,振荡器基频可在一般为50kHz的低频与一般
为100kHz的高频之间切换。传感电路15的输出馈送给与非门35b,所述与非门的
输出反馈给振荡器电路18。与非门35b还与与非门35c的第二输入相连。与非门
35b的第二输出具有端子38,它用于与微处理器11相连,以便使振荡器电路18接通
和关断。在操作过程中,微处理器11首先根据沿滑道下落的钱币会遇到哪个线圈装
置17或19而相应地接通振荡器电路18或20。当钱币下落经过线圈装置17或19
时,与非门35c的输出就会馈送给微处理器11,该处理器将测定振荡器18或20中的
频移。当钱币继续下落时,微处理器11会关断已接通的振荡器电路18或20并接通
已关断的另外的振荡器电路18或20。然后,在钱币经过相应的线圈装置17或19时,
微处理器测定上述频移。因此,在任何一个时间,或者振荡器电路18和20两者都是
关闭的,或者,只有它们两者之一是开启的。在另外的情况下,在微处理器11业已测
定了钱币经过线圈装置17或19时的最大频移之后,微处理器11会通过端子32或
33分别将振荡器电路18或20的基频从高切换至低或从低切换至高,并在钱币分别
移过线圈装置17或19时再次测定振荡器电路18或20的最大频移。将会对线圈装
置17和19重复上述过程。图4是本发明钱币滑道40的分解透视图。钱币滑道40
包括:开口41,它位于顶部,用于接收钱币;前后壁面42和43;以及,侧壁44和45,它用
于将钱币从开口41经由一个自由下落通路而引导至滑道40底部处的出口46。滑
道40是狭窄的,因此,使钱币的平面保持成基本上平行于滑道40的壁面42和43。
用聚碳酸酯材料模制而成的滑道40在其中间偏下处具有一个偏移件57。偏移件57
提供更安全的钱币通路,因为,偏移件不大会受诸如将钱币连接或悬吊在线绳或其他
附着物上之类的欺骗行为的影响。此外,偏移件57具有能使按高速塞入的钱币迅速
稳定的作用,从而提供通过设有线圈装置17和19的滑道40的下部区域的一个较为
可预测的钱币流,位于上述下部区域处。这种特定的钱币流因而就会产生出较一致
的钱币特征。连同图2一起说明的用于唤醒电路14的一对线圈21和22分别设置
在钱币开口41附近的前后壁面42和43上。通过导线47和48与振荡器20相连的
线圈装置19由在线轴形突出部49和50之间直接卷绕在滑道40上的铜线构成,从
而形成椭圆形的0形线圈,所述突出部49被模制成滑道壁面42至45。当钱币经过
0形线圈19时,振荡器20的基频会有频移。在钱币经过线圈时最大的频移量或频移
的最大百分比与钱币的直径、厚度和材料类型成比例,因此,在一个或多个特性方面
略有不同的钱币会导致不同的频移和特征。将多个挠性翼片56经由前后壁面42和
43插进滑道40的内部并通过固定件64和65的固定而就位。这些翼片56导致钱
币具有一个沿滑道40向下的无障碍的单向通路,但是,这些翼片能在业已将钱币检测
为有效的服务付款之后阻止将钱币拉出滑道40的顶部开口41。图5中更详细示出
的线圈装置17由U形铁氧体芯51构成。U形芯51的底脚52和53制作得足够长,
从而从滑道40的一侧44延伸至另一侧45,因此,经滑道下落的钱币会完全在底脚52
与53之间经过。铜线线圈54和55分别安装在底脚52和53上。两个线圈54和55
相串联,但是,它们也可用安装在底脚52与53之间的连接臂上的单个线圈来代替。
一对输出导线58和59将线圈54和55连接到振荡器18。为了提供更大的灵敏度
和一致的可重复结果,铁氧体芯底脚52和53分别配备有护罩60和61,它们盖住了
各底脚52和53的三个侧面和端部。这些底脚的彼此相对的侧面未被罩住,从而能
通过将磁力线限制在底脚52与53之间的间隙中而获得有所提高的磁力线浓度。护
罩60与61由诸如黄铜之类高导电性材料制成。图6A、7A和8A用侧视图的形式
说明了图5所述类型的U形线圈17的底脚52和53周围的磁力线分布,并且还示出
了卷绕在连接底脚52和53的支臂周围的单个线圈62。图6B、7B和8B分别是图
6A、7A和8A所示的U形线圈17的端视图。图6A和6B说明了当底脚52和53
不具有安装在其上的护罩时在底脚52和53周围的磁力线分布。底脚52和53之间
的分布磁力线从底脚52和54的所有侧面以及从底脚的端部发射出来。图7A和7B
说明了同样的结构,其不同在于,护罩61和62设置在底脚52和53以外。这就会迫
使磁力线分布几乎全部集中在底脚52和53的彼此相对的侧面之间的间隙。由于护
罩60和61减少了磁力线泄露(即磁力线不限制于上述间隙中),故能获得更良好的钱
币传感和最后获得的特征。图8A和8B说明了钱币63经过线圈装置17的底脚52
与53之间的间隙时的事件。钱币63的通导性会阻止磁力线穿过钱币63,从而与钱
币63的整个尺寸成比例地减少磁力线的总数量。所以,底脚52与53之间间隙的未
被钱币63占据的区域中磁力线密度会略微增加。在这种特殊的情况下,利用与振荡
器电路18相连的U形线圈装置17,当钱币63经过底脚52和53时,振荡器18的基
频将偏移一定的百分比值。该百分比频移与钱币63的直径成比例。频移与钱币厚
度之间以及频移与钱币所用材料之间存在着二阶关系。但是,实验表明,百分比频移
主要与钱币直径有关。钱币滑道40可以是一个模块式钱币传感单元,它仅包括图4
所示的部件或可以是一个模块式的自包含的钱币识别单元,因为,该单元还包括唤醒
电路14、传感电路15和16以及微处理器11和存储器12,它们安装在滑道40上。
这种单元具有一个连接器,以便将该单元连接到停车计费器或售货机接口13。在操
作过程中,在经由开口41将钱币塞进滑道40时,钱币会下落并经过环绕在滑道偏移
件57周围的唤醒线圈21和22,然后经过线圈装置19、经过防拉回装置56,最后经
过线圈装置17,此后,钱币经由出口46掉出滑道。本发明的钱币传感装置可装配入
一个金属外罩,以便使线圈结构17和19不受外部磁场影响并针对外部温度变化最
佳地对电路和线圈进行补偿。参照图1和4,微处理器11控制用于对通过滑道40的
钱币进行检测的过程,以便采集钱币的特征并识别钱币。上述控制过程由在将钱币
放置至钱币槽开口41时开始的下列步骤构成:1、当钱币经过唤醒线圈21和22时,
唤醒电路14会生成唤醒信号,从而将微处理器11置于操作模式。2、微处理器启动
振荡器20。3、经过O形线圈19的钱币会使振荡器20相对其基频而产生频移。4、
测定振荡器20的最大频率,并将其转换成第一钱币特征。5、微处理器使振荡器20
停止。6、微处理器启动振荡器18。7、经过U形线圈17的钱币会使振荡器18相
对其基频而产生频移。8、测定振荡器18的最大频率,并将其转换成第二钱币特征。
9、微处理器使振荡器20停止。10、将第一和第二特征与存储在存储器表中的相应
第一和第二特征相比较,以识别滑道40中的钱币。11、将钱币识别特征传送给停车
计费器或售货机接口13。图9是用于九个不同钱币(即钱币#1至钱币#9)的按百分
比频移表示的标准特征表的实例。该表包括每个钱币的四个读数范围,在表中,一个
范围用于标记为U和O形的各线圈结构,按标记为低和高的50kHz和100kHz的各
基频取值。为了形成图9所示类型的用于多种钱币的标准特征表,对于每一钱币,必
需取一系列读数。所述标准由示于表中上半部的平均值以及示于表的下半部的用于
各钱币的最小和最大值构成。在理想情况下,两个特征通常适于识别大多数的钱币,
并且,钱币识别器中的振荡器可以按低频或高频操作,甚至可能使每一个振荡器按各
自的频率操作。因此,将最终的读数与表的低频部或高频部或两者的组合作比较。
但是,由于诸如天气和用于对待设备的方式之类的条件会有显著的不同,故最好形成
一些附加的读数。如从图9中的表中看出的那样,当振荡器按不同频率操作时,振荡
器的百分比频移对特定钱币而言是不同的。有鉴于此,可编制出图9所示类型的标
准特征表。因此,为了识别钱币,可以使各振荡器20和18在钱币经过相应线圈19和
17时按两个不同的基频f1-f2和f3-f4分别顺序地振荡,以便提供用于各钱币的四个
特征。然后,这些特征与存储器中的特征相比较,以便识别钱币。但是,应该注意,在多
数情况下,可仅用四个特征中的三个特征来正确地识别一个钱币。尽管就钱币而言
四个读数中的三个通常就足够了,但是,可通过取四个以上特征读数(即通过使振荡器
按三个或更多基频操作)而在其它用于识别复杂形状的应用中使用上述过程。用于
使各振荡器20和18按两个基频f1-f2和f3-f4操作的系统的控制过程可以由当将钱
币放置至钱币槽开口41时开始的下列步骤构成:1、当钱币经过唤醒线圈21和22
时,唤醒电路14会生成唤醒信号,从而将微处理器11置于操作模式。2a、微处理器
按f1启动振荡器20。3a、经过O形线圈19的钱币会使振荡器20相对其基频而产
生频移。4a、测定按f1工作的振荡器20的最大频率,并将其转换成第一钱币特征。
2b、微处理器将振荡器20切换至f2。4b、在钱币离开磁场时测定按f2工作的振荡
器20的最大频率,并将其转换成第二钱币特征。5、微处理器使振荡器20停止。6a、
微处理器按f3启动振荡器18。7a、经过U形线圈17的钱币会使振荡器18相对其
基频而产生频移f3。8a、测定按f3工作的振荡器18的最大频率,并将其转换成第
三钱币特征。6b、微处理器将振荡器18切换至f4。8b、在钱币离开磁场时测定按
f4工作的振荡器18的最大频率,并将其转换成第四钱币特征。9、微处理器使振荡
器18停止。10、将第一、第二、第三和第四特征顺序地与存储在存储器中的相应
的第一、第二、第三和第四特征相比较,以便识别滑道40中的钱币。11、将钱币识
别信号传送给停车计费器接口13。为了节约处理时间,上述步骤10可如下改变:10a、
将第一和第三特征与存储在存储器中的相应的第一和第三特征相比较,以便识别滑
道40中的钱币。10b、如果未识别钱币,于是,将第二特征与存储在存储器中的相应
的第二特征相比较,以便识别滑道40中的钱币。10c、如果仍未识别钱币,于是,将第
四特征与存储在存储器中的相应的第四特征相比较,以便识别滑道40中的钱币。使
振荡器18和20可按50kHz以上的频率工作,因为,在这个频率以下,要花费太长的时
间来进行频移测定。在较低频下会更容易地识别磁性钱币,而较高频率则最好用于
非磁性钱币。理想的折衷是对低频而言在50至100kHz的范围内工作,就高频而言
在100kHz以上工作。在不脱离本发明范围的情况下,可实现本发明上述实施例中的
多种改进形式,因此,本发明的范围仅由后附的权利要求来限定。