устройство для проверки подлинности монет, жетонов и других плоских металлических предметов

Формула изобретения

1. Устройство для проверки подлинности монет (М), жетонов и других плоских металлических предметов (далее - монет), имеющее индуктивный измерительный элемент для измерения фазового сдвига и оценки параметров монеты (М), содержащий катушку (S; 9; 10; 16), выполненную с возможностью протекания через нее первого тока (I₁) от первого источника тока или напряжения (19) и электрически характеризующуюся индуктивностью L_s и омическим внутренним сопротивлением R_s, отличающееся тем, что катушка (S; 9; 10; 16) выполнена с возможностью протекания через нее второго тока (I₂; I₃) от второго источника тока или напряжения (21; 28), а емкостной элемент (С₁) включен между катушкой (S; 9; 10; 16) и первым источником тока или напряжения (19), причем катушка (S; 9; 10; 16) и емкостной элемент (С₁) образуют цепь с полным сопротивлением (Z₁), а измеряемый фазовый сдвиг (₁) между первым током (I₁) и напряжением на цепи с полным сопротивлением (Z₁) является критерием для принятия или отклонения монеты.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что величина емкости емкостного элемента (С₁) такова, что фазовый сдвиг (₁) составляет приблизительно 45^o в отсутствие монеты, либо в присутствие монеты заданного вида.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что между катушкой (S; 9; 10; 16) и вторым источником тока или напряжения (21) включен дополнительный емкостной элемент (С₂), причем катушка (S; 9; 10; 16) и дополнительный емкостной элемент (С₂) образуют вторую цепь с полным сопротивлением (Z₂), а фазовый сдвиг (₂) между вторым током (I₂) и напряжением на второй цепи с полным сопротивлением (Z₂) служит критерием для принятия или отклонения монеты.

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что дополнительный емкостной элемент (С₂) включен между катушкой (S; 9; 10; 16) и вторым источником тока или напряжения (28), причем катушка (S; 9; 10; 16) и дополнительный емкостной элемент (С₂) образуют последовательный резонансный контур, а второй источник тока или напряжения (28) поддерживает резонанс в последовательном резонансном контуре.

5. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что величина полного сопротивления цепи с полным сопротивлением (Z₁) также служит критерием для принятия или отклонения монеты.

6. Устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что значение частоты первого тока (I₁) находится в пределах от 1 до 10 кГц.

7. Устройство по одному из пп. 1-6, отличающееся тем, что значение частоты второго тока (I₂; I₃) находится в пределах от 50 до 5 МГц.

8. Устройство по одному из пп. 1-7, отличающееся тем, что индуктивный измерительный элемент образован катушкой (S; 9; 10), которая установлена на одной боковой стенке (4; 5) монетного канала (1), и металлической пластиной (11; 12), установленной на противоположно расположенной стенке (5; 4) монетного канала (1).

9. Устройство по одному из пп. 1-7, отличающееся тем, что катушка индуктивного измерительного элемента представляет собой двойную катушку (16), состоящую из двух отдельных обмоток (17; 18), которые установлены на нижней и верхней боковых стенках (4; 5) монетного канала и которые намотаны в противоположных направлениях, а электрически соединены последовательно.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что отдельная обмотка (17), установленная в нижней части боковой стенки (4), намотана многожильным проводом с малым сопротивлением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для проверки подлинности монет, жетонов и других плоских металлических предметов.

Такие устройства применяются, например, в приспособлениях для сбора монет в телефонах-автоматах, торговых автоматах, счетчиках потребленной энергии и др.

Устройство для проверки подлинности монет, определяемое ограничительной частью п. 1 формулы изобретения, известно из патента ФРГ 2455112 и патента Великобритании 2287341. Устройство имеет индуктивный измерительный элемент, на который воздействуют колебания двух различных частот f₁ и f₂. Колебания двух различающихся частот используются потому, что существуют монеты, измерительный сигнал от которых легко определяется и отличается от сигнала от других монет при относительно низком значении частоты f₁, однако есть и монеты, неотличимые от других монет при использовании колебаний низкой частоты f₁, но отличающиеся при использовании более высокой частоты f₂. Измерительный элемент содержит индуктивный передатчик и индуктивный приемник, установленные на противоположных стенках монетного канала. Передатчик имеет сердечник, на котором намотаны две катушки. Катушки возбуждаются независимо друг от друга колебаниями различных частот, в результате чего в монетном канале существуют колебания магнитного поля на двух различных частотах. На выходе приемника, который также выполнен в виде катушки, включены фильтры для измерения амплитуды сигналов, возбуждаемых в приемнике на двух частотах. Такое устройство отличается сложностью конструкции и электрической схемы.

В патенте Великобритании 2069211 описано устройство для проверки подлинности монет, в котором измеряется фазовый сдвиг между напряжением на измерительной катушке и опорным напряжением.

В европейской заявке на выдачу патента ЕР 704825, которая не является первичной публикацией, описано устройство для проверки подлинности монет, в котором катушка, входящая в состав последовательного резонансного контура, используется в качестве индуктивного измерительного элемента для определения состава сплава и толщины монеты.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для проверки подлинности монет, обладающего высокой способностью различения монет при использовании простого индуктивного измерительного элемента.

В настоящем изобретении предлагается устройство, имеющее индуктивный измерительный элемент, в котором на монету воздействует переменное магнитное поле, по крайней мере, двух частот. Измерительный элемент имеет одну катушку, на которую от двух источников подаются токи или напряжения различных частот, то есть катушка одновременно входит в состав двух различных схем. По крайней мере, в одной схеме фазовый сдвиг между током от источника и напряжением на катушке используется как измерительный сигнал. Для увеличения чувствительности измерения фазового сдвига в соответствующей схеме используется конденсатор, с помощью которого может быть выставлено нулевое значение фазового сдвига, соответствующее отсутствию монеты.

Варианты выполнения изобретения подробно описаны ниже со ссылками на чертежи, где монетой М обозначаются также жетоны и другие плоские металлические предметы.

Фиг.1 показывает монетный канал устройства с индуктивными измерительными элементами.

Фиг. 2 показывает монетный канал с другим индуктивным измерительным элементом.

Фиг.3 показывает первую электронную схему включения индуктивных измерительных элементов.

Фиг.4 показывает вторую электронную схему включения индуктивных измерительных элементов.

Фиг. 1 показывает устройство для проверки подлинности монет, жетонов и других металлических предметов, имеющее монетный канал 1, в предпочтительном варианте представляющий собой щель в корпусе 2, состоящем из двух пластмассовых частей. Монетный канал 1 ограничен дном 3, нижней и верхней боковыми стенками соответственно 4 и 5, и крышкой 6. На нижней боковой стенке 4 сделаны ребра 7, которые расположены вдоль направления движения монеты М. Монетный канал 1 наклонен в направлении движения проверяемой монеты М, а обе боковые стенки 4 и 5 наклонены относительно вертикали V под острым углом с характерным значением 12^o, таким образом, что проверяемая монета М катится или скользит вдоль монетного канала 1 по его дну 3 и при этом идеально прилегает своей боковой поверхностью к ребрам 7 нижней боковой стенки 4. Боковые стенки 4 и 5 каждая имеют отверстия (не показаны) на стороне, внешней относительно монетного канала 1, для размещения катушек соответственно 9 и 10, которые разнесены относительно друг друга, и, как вариант, металлических пластин 11 и 12. Катушка 9 и пластина 12 установлены на нижней боковой стенке 4, поэтому на чертеже они изображены пунктирной линией. Пластины 11 и 12 расположены соответственно напротив катушек 9 и 10. Рекомендуемая форма пластин - круглая или четырехугольная, хотя они могут быть любой другой формы. Соответственно катушки 9 и 10 и, возможно, металлические пластины 11 и 12, установленные на противоположных боковых стенках 4 и 5, образуют индуктивный измерительный элемент. Катушки 9 и 10 имеют по два вывода, из которых соответственно первый присоединен к общей электрической "земле" m, a второй подводится к переключателю 13, таким образом, что они могут быть соединены с электронной схемой 14 и работать независимо. Устройство также включает узел управления и вычислений 15, например в виде микропроцессора, для оценки выходного сигнала, вырабатываемого электронной схемой 14, и управления устройством. Схема 14 и микропроцессор 15 устроены таким образом, чтобы извлекать из сигналов, создаваемых катушками 9 и 10, дискретные значения, которые зависят от характера сплава или толщины d монеты М. Монета считается подлинной и принимается проверяющим устройством только, если эти значения совпадают, в пределах установленных допусков с заданными, в противном случае монета не принимается.

Микропроцессор 15 управляет переключателем 13 таким образом, чтобы сигналы, возникающие последовательно в катушках 9 и 10 при прохождении монеты М в устройстве, могли быть измерены одной электронной схемой 14. Вместо переключателя 13 и общей для обеих катушек 9 и 10 электронной схемы 14 можно каждую из катушек 9 и 10 снабдить своей схемой 14, с тем, чтобы условия работы для катушек 9 и 10 могли быть выбраны по отдельности и оптимизированы.

Катушка 9 установлена на нижней боковой стенке 4, вдоль которой монета М движется по монетному каналу, таким образом, что расстояние между катушкой 9 и боковой поверхностью монеты М строго определено и составляет, например, 1,1 мм. Монета М изготовлена либо целиком из одного, либо из нескольких сплавов. Внутреннее активное сопротивление R₉ катушки 9, измеряемое в присутствии монеты М, при соответствующем выборе частоты f тока, протекающего через катушку 9, почти целиком зависит от материала монеты М.

Расстояние между катушкой 10 и монетой М зависит от толщины монеты d. Поэтому в случае катушки 10 ее внутреннее активное сопротивление R₁₀ зависит не только от материала монеты М, но и ее толщины d. Если сплав монеты М известен, толщина d монеты М может быть точно определена.

Чтобы исключить влияние диаметра монеты М на результат измерения толщины d и определения состава сплава, диаметр катушек 9 и 10 выбирается меньшим, чем диаметр самой маленькой монеты М, подлежащей проверке, а катушки устанавливаются на боковых стенках 4 и 5 монетного канала 1 на такой высоте, чтобы самая маленькая из проверяемых монет М, проходя по каналу, полностью перекрывала катушку. Диаметр катушки, например, составляет 11 мм. Сопротивление соединительных проводов сравнительно низкое. Подходящими катушками 9 и 10 являются катушки, намотанные на ферритовом сердечнике.

Вместо отдельных катушек 9 и 10, совместно с размещенными напротив металлическими пластинами 11 и 12, либо без этих пластин, в качестве индуктивного измерительного элемента может использоваться одна двойная катушка 16, как это показано фиг.2. Двойная катушка 16 состоит из двух отдельных обмоток 17 и 18, установленных по обеим сторонам монетного канала 1, намотанных в противоположных направлениях и электрически соединенных последовательно так, что магнитное поле, создаваемое ими внутри монетного канала 1, в основном, параллельно боковым стенкам 4 и 5.

Катушки 9 и 10 (фиг.1), совместно с размещенными напротив металлическими пластинами 11 и 12, а также двойная катушка 16 (фиг.2) соответственно представляют собой индуктивный измерительный элемент. При прохождении монеты М электрические характеристики индуктивного измерительного элемента временно изменяются в результате физического взаимодействия монеты М и соответственно катушек 9, 10 или 16. Индуктивный измерительный элемент включен в электронную схему 14, и представляет для нее полное электрическое сопротивление Z_S. Здесь и далее индекс S показывает отношение к катушкам 9, 10 или 16 индуктивного измерительного элемента.

Катушка S может быть электрически определена через индуктивность L_S и омическое внутреннее сопротивление R_S. Соответственно ее полное сопротивление Z_S = j2fL_S+R_S., где j - мнимая единица, f - частота. Внутреннее сопротивление R_S имеет статическую часть R_S,DC и динамическую часть R_S,AC (f), зависящую от частоты f тока, протекающего через катушку S, физических свойств монеты М, геометрии катушки S, металлических пластин 11 и 12 в случае их наличия (фиг.1), и, в случае индуктивного измерительного элемента с отдельными катушками (9, 10), от расстояния между отдельными катушками (9 и 10) и монетой М. Как только монета М, прокатываясь по монетному каналу 1, входит в измерительную область катушки S, внутреннее сопротивление R_S катушки увеличивается.

Фиг. 3 показывает первый вариант выполнения электронной схемы 14. Первый вывод катушки S соединен с "землей" m, а ее второй вывод с помощью емкостного элемента в виде конденсатора С₁ соединен с первым источником тока 19, создающим переменный ток I₁ на частоте f₁ приблизительно постоянной амплитуды. Источник тока 19 состоит из первого источника переменного напряжения 20 и первого резистора R₁, сопротивление которого велико по сравнению с полным сопротивлением Z_S катушки S. Свободный вывод источника 19 соединен с "землей" m.

Второй вывод катушки S также соединен с помощью второго конденсатора С₂ со вторым источником тока 21, который создает переменный ток I₂ на частоте f₂ приблизительно постоянной амплитуды. Второй источник тока 21 образован источником переменного напряжения 22 и вторым резистором R₂, сопротивление которого также велико по сравнению с полным сопротивлением Z_S катушки S. Свободный вывод источника тока 21 также соединен с "землей" m.

Внутреннее сопротивление источников тока 19 и 21 таково, что ток I₁, создаваемый источником тока 19, в основном протекает через катушку S, а не через источник тока 21, и наоборот. Поэтому суммарный ток, протекающий через катушку S, составляет приблизительно I=I₁+I₂.

Индуктивность L_S катушки S составляет в общем случае 0,5-2 мГн. На частоте тока возбуждения в диапазоне от 5 до 100 кГц часть ее внутреннего сопротивления R_S,AC составляет от 20 до 250 Ом, а на более высоких частотах, около 1 МГц, эта составляющая будет иметь величину в несколько кОм. В первом варианте выполнения источник переменного напряжения 20 создает напряжение с частотой f₁ в диапазоне 1-10 кГц, а источник переменного напряжения 22 создает напряжение с частотой f₂ в диапазоне 50-200 кГц. Во втором варианте выполнения частоты f₁ и f₂ составляют соответственно 50-200 кГц и 1 МГц.

Частота f₂ на один-два порядка больше, чем частота f₁.

Катушка S представляет собой комплексное полное сопротивление Z_S, что означает, что ток I₁, протекающий через катушку S, и напряжение на катушке S имеют фазовый сдвиг, определяемый выражением = arctg(2f₁L_S/R_S). Пока числитель больше знаменателя и остается большим, когда монета М проходит через устройство, фазовый сдвиг ₁ при прохождении монеты М практически не может быть измерен. Однако с помощью конденсатора С₁, включенного по току I₁ последовательно с катушкой S, можно создать цепь с полным сопротивлением Z₁, содержащую катушку S и конденсатор С₁, в которой фазовый сдвиг ₁ между током I₁, протекающим через эту цепь, и напряжением на ней может быть легко измерен. В силу соотношения ₁ = arctg((2₁L_S-1/2f₁C₁)/R_S) нулевое значение _1,0, то есть величина фазового сдвига ₁, когда монета М отсутствует, либо когда присутствует монета М, относящаяся к заданному типу монет, может быть отрегулировано желаемым образом величиной конденсатора С₁. Например, величина С₁ выбрана таким образом, что нулевое значение _1,0 равно 45^o, так, что функция arctg при 45^o имеет максимальный градиент. Однако нулевое значение _1,0 может равняться и 0^o или любой другой величине.

Для измерения фазового сдвига ₁ ток I₁, протекающий через цепь с полным сопротивлением Z₁, преобразуется в напряжение U_R1, например, с помощью операционного усилителя 23, два входа которого соединены с двумя выводами резистора R₁. Напряжение U_Z1, на цепи с полным сопротивлением Z₁ определяется с помощью другого операционного усилителя 24. Напряжения U_R1 и U_Z1 с выходов операционных усилителей соответственно 23 и 24 через фильтры 25 и 26 подаются на измеритель фазы 27, в качестве выходного сигнала которого получается сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу ₁. Параметры фильтров 25 и 26 таковы, что они пропускают сигналы на частоте f₁ и отфильтровывают сигналы на частоте f₂. Измерение фазового сдвига ₁ может также быть выполнено другим способом.

Катушка S и конденсатор С₂ образуют вторую цепь, с полным сопротивлением Z₂. Фазовый сдвиг ₂ между током I₂ и напряжением U_Z2 на цепи с полным сопротивлением Z₂ может быть измерен аналогичным образом, поэтому соответствующие электронные элементы схемы, такие как усилители и измеритель фазы не показаны на чертеже для большей его ясности. Предпочтительные значения частоты f₁ выбираются в диапазоне от 1 до 10 кГц, а частоты f₂ в диапазоне 50-200 кГц, хотя значения частоты f₂ могут лежать и в диапазоне мегагерц.

Таким образом, описанная схема 14 может быть использована для измерения фазовых сдвигов ₁ и ₂, наводимых каждой монетой М. При необходимости, величины полных сопротивлений Z₁ и Z₂ могут быть определены, как параметры, характеризующие монету М.

Емкостные элементы С₁ и С₂ служат для уменьшения мнимой части соответствующих полных сопротивлений Z₁ и Z₂ до значений, при которых изменения, вызываемые монетой М могут быть измерены с высокой точностью. Поэтому величины полных сопротивлений Z₁ и Z₂ меньше, чем величина полного сопротивления одной катушки S.

Фиг. 4 показывает второй вариант осуществления электронной схемы 14. Источник тока 21 заменен схемой 28, которая действует как источник напряжения и которая, с одной стороны, поддерживает последовательный резонансный контур, образованный катушкой S и конденсатором С₂, в состоянии резонанса на резонансной частоте f₂=f_R, а, с другой стороны, возбуждает последовательный резонансный контур напряжением определенной заданной амплитуды, так, что ток I₃, протекающий через последовательный резонансный контур, пропорционален внутреннему сопротивлению R_S,AC(fR). Если последовательный резонансный контур находится в резонансе, полное сопротивление последовательного резонансного контура, которое определяет ток I₃, является омическим. Такая схема 28 и оценка формируемого ей сигнала описаны в Европейском патенте ЕР 704825. Выходной сигнал схемы 28 пропорционален току I₃, а значит, омическому внутреннему сопротивлению R_S.AC(fR), которое изменяется при прохождении монеты М. Поэтому ток I₃ также служит критерием принятия или отклонения монеты М.

Эта вторая электронная схема 14 может быть использована для измерения всех четырех параметров, характеризующих монету М, а именно фазового сдвига ₁, величины полного сопротивления Z₁, омического внутреннего сопротивления R_S,AC(fR) катушки S и резонансной частоты f_R или производных параметров. Соотношение величин емкостей емкостных элементов С₁ и С₂ определяется тем, что ток I₁ имеет низкую частоту f₁, величиной в несколько кГц, а резонансная частота fR превышает частоту f₁ на один-два порядка величины.

Поэтому, чтобы последовательный резонансный контур, образованный катушкой S и конденсатором С₂, не шунтировался цепью, содержащей источник тока 19, необходимо, чтобы сопротивление источника тока 19 было велико по сравнению с сопротивлением катушки S.

Если в качестве индуктивного измерительного элемента используется двойная катушка 16 (фиг.2), ее часть (обмотку) 17, расположенную на нижней боковой стенке 4, лучше наматывать многожильным проводом, сопротивление которого мало по сравнению с обычным проводом, так, чтобы ее внутреннее сопротивление R_S,AC было как можно меньше.

Общим для обоих вариантов осуществления является то, что, с одной стороны, катушка S соединена последовательно с емкостным элементом, совместно с которым она образует электрическую цепь с полным сопротивлением Z, запитываемую первым током от первого источника, а фазовый сдвиг между первым током и напряжением на цепи с сопротивлением Z служит критерием принятия или отклонения монеты. С другой стороны, через катушку S дополнительно протекает второй ток от второго источника тока или напряжения для измерения других параметров монеты. Измерение фазового сдвига и других параметров осуществляется в этом случае фактически независимо.