專利名稱：硬幣鑒別器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬幣鑒別器和用于鑒別真硬幣與某些假硬幣的方法。
本發(fā)明具體涉及用于測量硬幣表面電導(dǎo)率和平均電導(dǎo)率的硬幣鑒別器。簡單地說，測量電導(dǎo)率可以借助于在硬幣內(nèi)誘發(fā)渦流的線圈。渦流中的高頻分量測量表面電導(dǎo)率。低頻分量測量體電導(dǎo)率或平均電導(dǎo)率。利用硬幣外部的檢測裝置，測量金屬硬幣中誘發(fā)的渦流。把測得的數(shù)值與已知真硬幣的數(shù)值進(jìn)行比較，可以排除被懷疑的硬幣。
背景技術(shù)：
硬幣鑒別器用于測量硬幣的不同物理特性，為的是確定它的類型，例如，它的貨幣面額，幣值或真實(shí)性。為此目的，可以測量各種尺寸，電磁特性，例如，硬幣的直徑和厚度，它的電導(dǎo)率，它的磁導(dǎo)率，和它的表面和/或邊緣圖形，例如，它的邊緣花紋。硬幣鑒別器通常用在硬幣處理機(jī)中，例如，硬幣計(jì)數(shù)器，硬幣分類器，自動(dòng)售貨機(jī)，游戲機(jī)等。例如，在WO 97/07485和87/07742中公開了以前知道的硬幣處理機(jī)例子。
現(xiàn)有技術(shù)硬幣鑒別器往往利用小的線圈，其直徑小于硬幣的直徑。圖1表示線圈的安排。這個(gè)線圈用于測量硬幣的電導(dǎo)率和/或磁性質(zhì)。硬幣滾動(dòng)或被驅(qū)動(dòng)通過線圈。當(dāng)硬幣的中間部分是在線圈之上時(shí)，通常給出用于識(shí)別硬幣的測量結(jié)果。在許多應(yīng)用中，測量是連續(xù)進(jìn)行的以確定硬幣何時(shí)是在正確的識(shí)別位置。
得到的硬幣電導(dǎo)率測量結(jié)果是隨硬幣上實(shí)際的測量點(diǎn)而變化。這可能是由于硬幣上的圖形造成線圈與金屬之間有不同的距離，或硬幣邊緣鄰近造成渦流環(huán)路畸變。
利用單個(gè)線圈測量硬幣的電子電路可以分成兩種類型1)連續(xù)波(CW)技術(shù)，它利用正弦波或方波驅(qū)動(dòng)線圈。
2)脈沖感應(yīng)(PI)技術(shù)，它利用電流的步進(jìn)變化以便在硬幣內(nèi)產(chǎn)生指數(shù)衰減的渦流。
在CW技術(shù)中，若相同的線圈用于產(chǎn)生和檢測渦流，則硬幣的作用是使線圈的電感和電阻產(chǎn)生明顯的變化。電子電路測量這些變化并利用這些變化識(shí)別硬幣的類型。這是自動(dòng)售貨機(jī)，游戲機(jī)和硬幣計(jì)數(shù)器中硬幣接收器的工作原理。
專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)理解，在用于非磁性硬幣時(shí)，CW技術(shù)和PI技術(shù)是相當(dāng)?shù)摹?br> CW技術(shù)可以再細(xì)分成兩種類型電子電路。
1.1)頻移方法是最簡單和最廉價(jià)的方法。在這種技術(shù)中，線圈形成確定振蕩器元件的頻率部分。線圈電感的變化造成振蕩器頻率的變化。這種頻移用于識(shí)別硬幣。這個(gè)方法的限制是，它不測量線圈電阻的變化，因此，它僅僅利用可用信息的一半。
1.2)相移方法通常以固定的頻率驅(qū)動(dòng)線圈，然后測量線圈電壓或電流的幅度或相位。通過測量幅度或相位，可以計(jì)算線圈電感和電阻的變化。
脈沖感應(yīng)(PI)方法在技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的，該方法是將硬幣暴露在磁脈沖下，測量硬幣的電阻或電導(dǎo)率，并檢測該硬幣中誘發(fā)的渦流衰減。例如，在GB-A-2135095中描述這種硬幣鑒別器的工作原理，其中硬幣測試裝置包含發(fā)射器線圈，利用矩形電壓脈沖驅(qū)動(dòng)該線圈，為的是在運(yùn)動(dòng)硬幣中產(chǎn)生誘發(fā)的磁脈沖。因此在硬幣中產(chǎn)生的渦流導(dǎo)致接收器線圈監(jiān)測或檢測的磁場。接收器線圈可以是單獨(dú)的線圈或可以是有兩種工作模式的發(fā)射器線圈構(gòu)成。通過監(jiān)測硬幣中誘發(fā)渦流的初始幅度和衰減速率，可以得到代表線圈電導(dǎo)率的數(shù)值，因?yàn)樗p速率是線圈電導(dǎo)率的函數(shù)。
如以上所討論的，對(duì)于非磁性硬幣，CW技術(shù)和PI技術(shù)是相當(dāng)?shù)摹＠梅Q之為傅里葉變換的數(shù)學(xué)方法，一種方法得到的結(jié)果可以轉(zhuǎn)換成另一種方法得到的結(jié)果。在這個(gè)應(yīng)用中，現(xiàn)有技術(shù)是利用CW方法描述的。然而，利用PI技術(shù)的語言，可以描述相同的思想。
一些現(xiàn)有的硬幣鑒別器可以排除物理尺寸，電導(dǎo)率或磁性質(zhì)不同的假硬幣。測得的電導(dǎo)率可以與硬幣的厚度有關(guān)或無關(guān)。這是由產(chǎn)生渦流和表皮(skin)深度效應(yīng)的頻率所確定。表皮深度效應(yīng)使高頻電流僅在導(dǎo)體的表面上流動(dòng)。圖2表示表皮深度，頻率和電導(dǎo)率之間的關(guān)系。
圖2中給出的電導(dǎo)率是利用國際退火銅線標(biāo)準(zhǔn)的百分比％IACS表示。這種定標(biāo)是基于利用退火方法熱處理純銅的電導(dǎo)率。我們規(guī)定退火純銅的電導(dǎo)率為100％。圖2中畫出兩個(gè)其他的電導(dǎo)率。用于制作各種硬幣的金色合金電導(dǎo)率在16％左右。英國貨幣中10便士和50便士的銀色合金電導(dǎo)率是5％IACS，即，它的電導(dǎo)率僅為純銅的1/20。
作為經(jīng)驗(yàn)法則，若硬幣的厚度大于3倍或4倍表皮深度，則電導(dǎo)率讀數(shù)與硬幣厚度無關(guān)。從圖2中可以看出，100kHz以上的頻率給出硬幣的電導(dǎo)率讀數(shù)與硬幣厚度無關(guān)。相反，若測量頻率是在20kHz以下，則硬幣厚度對(duì)“電導(dǎo)率”讀數(shù)有很大的影響。
在現(xiàn)有技術(shù)中利用兩種頻率鑒別硬幣，例如，Mars Inc patent(GB 1397083 May 1971)。高頻測量電導(dǎo)率，而低頻測量電導(dǎo)率和厚度的組合。實(shí)際上，基于這個(gè)專利的產(chǎn)品是利用不同位置上的兩個(gè)單獨(dú)線圈進(jìn)行高頻和低頻測量。這種方法可以簡化電子電路的設(shè)計(jì)。
還存在利用甚高頻測量硬幣表面上薄鍍層的現(xiàn)有技術(shù)，例如，Coinstar GB 2358272，這個(gè)說明書描述利用2MHz頻率的硬幣傳感器，用于檢測美國1角硬幣上覆蓋銅的薄鎳層。因此，這種鑒別器能夠區(qū)分有真電鍍硬幣和類似物理外觀的假硬幣，但是，在總體上，這些硬幣有非常不同的材料成份。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是增大被排除的假硬幣數(shù)目。這個(gè)工作考慮到這樣的事實(shí)，特定貨幣面額的真硬幣在機(jī)鑄之后有一個(gè)特性范圍，因此，理想的是能夠區(qū)分非常類似材料的假硬幣和某個(gè)范圍的特定貨幣面額的各種真硬幣。
在GB 2135492A中提出利用一個(gè)或多個(gè)參數(shù)識(shí)別集合，每個(gè)識(shí)別集合是由被測量特性的最高值和最低值構(gòu)成，但是，這種方法一般不能足夠準(zhǔn)確地處理有類似金屬成份的一些假硬幣。
按照本發(fā)明的第一方面，我們提供一種用于區(qū)分預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣(minted coin)和類似金屬成份的偽造硬幣，例如，鑄造硬幣(castcoin)的方法，包括使相鄰于測試硬幣的線圈流過低頻電流和高頻電流，監(jiān)測硬幣中誘發(fā)渦流導(dǎo)致線圈阻抗的表觀變化，可以產(chǎn)生代表所述阻抗變化的第一信號(hào)和第二信號(hào)，和比較測試硬幣的所述第一信號(hào)和第二信號(hào)集合與機(jī)鑄硬幣的第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)集合存儲(chǔ)分布，該存儲(chǔ)分布是在利用機(jī)鑄硬幣的定標(biāo)過程中得到的，每個(gè)參考信號(hào)集合中的第一參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于這種機(jī)鑄硬幣的加工硬化表皮中產(chǎn)生的渦流，而每個(gè)參考信號(hào)集合中的第二參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于機(jī)鑄硬幣體內(nèi)產(chǎn)生的渦流，按照這樣方式選取所述低頻電流的頻率，使所述第二參考信號(hào)基本上與所述預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣的厚度無關(guān)。
參考信號(hào)集合的分布可以存儲(chǔ)為多項(xiàng)式，如果需要，可以使該多項(xiàng)式擬合在定標(biāo)期間得到的第一信號(hào)和第二信號(hào)測量結(jié)果集合的測量分布。
我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于許多機(jī)鑄硬幣，在標(biāo)稱相同的批量機(jī)鑄硬幣中，機(jī)鑄硬幣的表皮電導(dǎo)率與體電導(dǎo)率之間有近似的線性關(guān)系，而機(jī)鑄硬幣的第一信號(hào)和第二信號(hào)集合分布并不與鑄造硬幣的第一信號(hào)和第二信號(hào)分布重疊。這可以使我們得到一個(gè)優(yōu)選過程，其中所述比較步驟包括讀取第一信號(hào)與第二信號(hào)之比率，和比較計(jì)算的比率與所述第一參考信號(hào)集合與第二參考信號(hào)集合之比率。
按照本發(fā)明的第二方面，我們提供一種用于區(qū)分預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣和類似金屬成份的偽造硬幣，例如，鑄造硬幣的方法，包括使相鄰于測試硬幣的一個(gè)或多個(gè)線圈流過低頻電流和高頻電流，監(jiān)測硬幣中誘發(fā)渦流導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)線圈阻抗的表觀變化，可以產(chǎn)生代表所述阻抗變化的第一信號(hào)和第二信號(hào)，和比較測試硬幣的所述第一信號(hào)與第二信號(hào)之比率與機(jī)鑄硬幣的第一信號(hào)與第二信號(hào)所述比率的存儲(chǔ)參考集合，每個(gè)參考信號(hào)集合中的第一參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于這種機(jī)鑄硬幣的加工硬化表皮中產(chǎn)生的渦流，而每個(gè)參考信號(hào)集合中的第二參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于機(jī)鑄硬幣體內(nèi)產(chǎn)生的渦流，按照這樣方式選取所述低頻電流的頻率，使所述第二參考信號(hào)基本上與所述預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣的厚度無關(guān)。
按照本發(fā)明的第三方面，我們提供一種用于區(qū)分預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣和類似金屬成份的偽造硬幣，例如，鑄造硬幣的方法，包括使放置在相鄰于測試硬幣的線圈流過低頻電流，并使所述線圈或放置在硬幣鄰近的另一個(gè)線圈流過高頻電流，監(jiān)測該硬幣中誘發(fā)的渦流，可以產(chǎn)生代表所述低頻和高頻線圈電流分別誘發(fā)的渦流幅度和相位的第一信號(hào)和第二信號(hào)，和比較測試硬幣的所述第一信號(hào)與第二信號(hào)之比率與機(jī)鑄硬幣所述信號(hào)的存儲(chǔ)參考集合之比率，或在利用機(jī)鑄硬幣的定標(biāo)過程中得到的所述第一和第二參考信號(hào)集合的存儲(chǔ)分布，第一參考值對(duì)應(yīng)于這種機(jī)鑄硬幣的加工硬化表皮中產(chǎn)生的渦流幅度和相位，而第二參考信號(hào)集合對(duì)應(yīng)于機(jī)鑄硬幣體內(nèi)產(chǎn)生的渦流幅度和相位，按照這樣方式選取所述低頻電流的頻率，使所述第二參考信號(hào)基本上與所述預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣的厚度無關(guān)。
按照本發(fā)明的第四方面，我們提供一種硬幣鑒別器，包括接收測試硬幣的硬幣路徑，至少一個(gè)線圈放置在所述硬幣路徑鄰近；第一線圈激勵(lì)裝置，用于使所述線圈流過第一低頻電流；第二線圈激勵(lì)裝置，用于使所述線圈或放置在所述路徑鄰近的另一個(gè)線圈流過第二高頻電流；第一監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測所述一個(gè)線圈阻抗的第一表觀變化，該阻抗變化是由于所述第一電流在所述硬幣體內(nèi)誘發(fā)的渦流，并產(chǎn)生代表所述第一阻抗變化的第一信號(hào)；和第二監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測所述線圈或另一個(gè)線圈阻抗的第二表觀變化，該阻抗變化是由于所述第二電流在硬幣的加工硬化表皮中誘發(fā)的渦流，并產(chǎn)生代表所述第二阻抗變化的第二信號(hào)；和比較裝置，配置成比較硬幣產(chǎn)生的所述第一信號(hào)與第二信號(hào)之比率與所述第一信號(hào)與第二信號(hào)存儲(chǔ)參考集合之比率，或比較第一信號(hào)和第二信號(hào)的集合與第一和第二參考信號(hào)的存儲(chǔ)分布，該存儲(chǔ)分布是在利用機(jī)鑄硬幣的定標(biāo)過程中得到的。
按照本發(fā)明的第五方面，我們提供一種用于區(qū)分預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣和類似金屬成份的偽造硬幣，例如，鑄造硬幣的方法，包括使相鄰于測試硬幣的一個(gè)或多個(gè)線圈接收短驅(qū)動(dòng)脈沖和長驅(qū)動(dòng)脈沖；監(jiān)測脈沖通過一個(gè)或多個(gè)線圈時(shí)在硬幣中誘發(fā)的渦流衰減，可以產(chǎn)生分別代表所述第一脈沖和第二脈沖產(chǎn)生渦流衰減速率的第一信號(hào)和第二信號(hào)；和比較測試硬幣的所述第一信號(hào)與第二信號(hào)之比率與機(jī)鑄硬幣的述第一信號(hào)與第二信號(hào)所述比率的存儲(chǔ)參考集合，或比較測試硬幣的第一信號(hào)和第二信號(hào)脈沖集合與在利用機(jī)鑄硬幣的定標(biāo)過程中得到的所述集合存儲(chǔ)分布，每個(gè)參考信號(hào)集合中的第一參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于這種機(jī)鑄硬幣的加工硬化表皮中產(chǎn)生的渦流，而每個(gè)參考信號(hào)集合中的第二參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于機(jī)鑄硬幣體內(nèi)產(chǎn)生的渦流，按照這樣方式選取所述長脈沖的脈沖長度，使所述第二參考信號(hào)基本上與所述預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣的厚度無關(guān)。
按照本發(fā)明的第六方面，我們提供一種硬幣鑒別器，包括接收測試硬幣的硬幣路徑，至少一個(gè)線圈放置在所述硬幣路徑鄰近；第一線圈脈沖驅(qū)動(dòng)裝置，使所述線圈接收短脈沖寬度的第一驅(qū)動(dòng)脈沖；第二線圈脈沖驅(qū)動(dòng)裝置，使所述線圈或所述至少一個(gè)線圈中的另一個(gè)線圈接收較長脈沖寬度的第二驅(qū)動(dòng)脈沖；第一監(jiān)測裝置，適合于監(jiān)測短脈沖在測試硬幣中誘發(fā)的渦流衰減，并產(chǎn)生代表短脈沖感應(yīng)渦流衰減速率的第一信號(hào)；和第二監(jiān)測裝置，適合于監(jiān)測長脈沖在硬幣中誘發(fā)的渦流衰減，并產(chǎn)生代表長脈沖在硬幣中誘發(fā)渦流衰減速率的第二信號(hào)；比較裝置，用于比較所述第一信號(hào)和第二信號(hào)集合與所述第一信號(hào)和第二信號(hào)的存儲(chǔ)參考集合，該存儲(chǔ)參考集合是機(jī)鑄硬幣在定標(biāo)過程中接收所述第一和第二驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)得到的，每個(gè)參考信號(hào)集合中的第一參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于這種機(jī)鑄硬幣的加工硬化表皮中產(chǎn)生的渦流，而每個(gè)參考信號(hào)集合中的第二參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于機(jī)鑄硬幣體內(nèi)產(chǎn)生的渦流，按照這樣方式選取所述長脈沖的脈沖長度，使所述第二參考信號(hào)基本上與所述預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣的厚度無關(guān)。
現(xiàn)在參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，它僅僅作為本發(fā)明的例子。


在附圖中圖1說明硬幣如何使典型硬幣鑒別器線圈產(chǎn)生的磁場發(fā)生畸變，圖2表示非磁性材料的頻率，電導(dǎo)率和表皮深度之間的關(guān)系曲線，圖3表示各個(gè)硬幣的表面電導(dǎo)率讀數(shù)與體電導(dǎo)率讀數(shù)的分布圖，圖4與圖3中的分布圖類似，但它比較真的機(jī)鑄硬幣與假的鑄造硬幣，圖5表示線圈的表觀電感和電阻隨線圈與硬幣之間的距離而變化，圖6表示本發(fā)明連續(xù)波(CW)實(shí)施例的方框圖，圖7表示本發(fā)明脈沖感應(yīng)(PI)實(shí)施例的方框圖，和圖8說明脈沖感應(yīng)(PI)實(shí)施例的一些優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)實(shí)施例中，在兩個(gè)頻率下驅(qū)動(dòng)單個(gè)線圈，例如，圖1所示的線圈。低頻的選取可以造成恰好小于1mm的表皮深度，該深度小于測試硬幣的厚度。高頻的選取可以造成小于約0.1mm的表皮深度。硬幣的存在使線圈的表觀電感和電阻發(fā)生變化。在兩個(gè)頻率下測量這種變化。根據(jù)這些變化，可以計(jì)算硬幣的電導(dǎo)率。高頻變化給出表面電導(dǎo)率，而低頻變化給出體電導(dǎo)率。
若測量大量硬幣且畫出各個(gè)電導(dǎo)率，則可以得到圖3所示的電導(dǎo)率分布。該曲線圖說明，高的表面電導(dǎo)率也具有高的體電導(dǎo)率，反之亦然。這是我們所預(yù)期的，因?yàn)楦鱾€(gè)硬幣之間的電導(dǎo)率差是由于制造硬幣的批量合金微小變化造成的。
利用放置在硬幣中心的單個(gè)小線圈是有利的。重要的是，渦流應(yīng)當(dāng)在硬幣的相同部分中流動(dòng)，因?yàn)檫吘壭?yīng)可以改變電導(dǎo)率讀數(shù)。
圖4所示的電導(dǎo)率分布指出假硬幣與真硬幣之間的差別。假硬幣的分布是“點(diǎn)狀”分布。這是因?yàn)榧儆矌诺臄?shù)目小于真硬幣的數(shù)目。單從表面電導(dǎo)率或體電導(dǎo)率考慮，假硬幣的讀數(shù)重疊真硬幣的讀數(shù)，因此，它們不能被排除。然而，在一起考慮時(shí)，真硬幣在給定的體電導(dǎo)率下有較高的表面電導(dǎo)率，這是由于硬幣在機(jī)鑄過程中的加工硬化(work-hardening)效應(yīng)。
我們知道，硬幣坯體的電導(dǎo)率略微不同于機(jī)鑄硬幣的電導(dǎo)率。這種效應(yīng)描述為“表面的加工硬化造成％IACS值增大”。最簡單的圖像是硬幣機(jī)鑄機(jī)把原子擠壓得更接近，從而增大它們的導(dǎo)電性。
機(jī)鑄過程使硬幣表面有更好的導(dǎo)電性。這種效應(yīng)可用于區(qū)分機(jī)鑄硬幣與完全相同材料制成的贗品。這種假設(shè)是贗品是鑄造的，因此，各處有相同的電導(dǎo)率。電導(dǎo)率的精確值隨不同的硬幣而變化。普遍的想法是由于每批金屬中存在雜質(zhì)。因?yàn)橄嗤垠w制成的硬幣比流通硬幣有高得多的可重復(fù)性。機(jī)鑄過程造成的表面電導(dǎo)率變化小于各個(gè)批量之間的可變性。因此，我們不能單從表面電導(dǎo)率區(qū)分鑄造硬幣與機(jī)鑄硬幣。表面電導(dǎo)率與體電導(dǎo)率之比率是機(jī)鑄硬幣的特征。
如以上所討論的，兩種類型電路可用于測量表面電導(dǎo)率和體電導(dǎo)率。這兩種方法稱之為連續(xù)波CW方法和脈沖感應(yīng)PI方法。解釋CW方法比較簡單，因?yàn)樗玫念l率是與圖2中表皮深度和硬幣厚度有關(guān)。具體地說，CW方法涉及精確地測量線圈中電感和電阻的微小百分比變化。
PI方法測量從零開始的變化。若沒有金屬硬幣，則不存在渦流衰減。
圖6表示本發(fā)明CW實(shí)施例的方框圖。它從利用100kHz和2MHz的兩個(gè)振蕩器開始。從圖2所示的曲線圖中選取這兩種頻率。100kHz頻率在16％IACS硬幣中的表皮深度為0.5mm。2MHz頻率在相同硬幣中的表皮深度為0.1mm。表皮深度的這種差別說明，100kHz信號(hào)給出有關(guān)體電導(dǎo)率的更多信息，而2MHz信號(hào)給出有關(guān)表面電導(dǎo)率的更多信息。
這兩個(gè)頻率組合在一起并用于通過電流源驅(qū)動(dòng)線圈。線圈總是包含一定量的雜散電容，它使線圈產(chǎn)生自諧振頻率。這種自諧振頻率必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最高驅(qū)動(dòng)頻率。因此，線圈必須是低電阻和低電感線圈。硬幣使線圈的電阻發(fā)生明顯的變化。為了使這種變化是巨大的，線圈必須是低電阻線圈。利用Litz導(dǎo)線纏繞的單層線圈給出最佳的特性。
線圈兩端的電壓被放大并饋送到一對(duì)相敏檢測器。這些檢測器利用來自兩個(gè)振蕩器的參考信號(hào)使線圈上的頻率分量轉(zhuǎn)換成DC電平。對(duì)每個(gè)振蕩器產(chǎn)生兩個(gè)DC電平。這兩個(gè)DC電平測量與振蕩器中參考信號(hào)同相和成直角的信號(hào)。這是對(duì)每個(gè)振蕩器進(jìn)行的，從而給出總數(shù)是4個(gè)的DC電平。這4個(gè)DC電平在硬幣滾動(dòng)通過線圈時(shí)發(fā)生變化。利用微處理器中內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A2D使這4個(gè)DC電平轉(zhuǎn)換成數(shù)字。普通專業(yè)人員知道如何使用這種相敏檢測器。
可以利用軟件處理這4個(gè)測量電壓，用于確定硬幣何時(shí)超出線圈的中部。利用硬幣在這個(gè)位置的讀數(shù)產(chǎn)生100kHz電導(dǎo)率與2MHz電導(dǎo)率之比率。普通專業(yè)人員知道用于這種轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)公式。該計(jì)算包含硬幣與線圈之間互感值的變量‘M’。這個(gè)數(shù)值不是精確知道的，因?yàn)樗Q于硬幣與線圈之間的距離。圖5表示線圈的表觀電感和電阻隨硬幣距離變化的曲線。我們不可能精確知道硬幣的距離，因?yàn)樗c硬幣面上的圖形有關(guān)。在兩個(gè)頻率下利用相同的線圈，未知的‘M’數(shù)值互相抵消可以給出正確的比率。把這個(gè)比率與機(jī)鑄硬幣的已知范圍進(jìn)行比較，可用于排除在這個(gè)范圍之外的硬幣。
在一個(gè)改進(jìn)方案中，可以利用工作在這兩個(gè)振蕩器頻率之間頻率的第三個(gè)振蕩器?？梢赃x取這樣的頻率使誘發(fā)渦流的深度小于表皮深度。
這個(gè)方案可以提高測試硬幣的特征。三個(gè)頻率給出測試硬幣的三個(gè)測量集合，它可以與機(jī)鑄硬幣在定標(biāo)過程中得到的三個(gè)測量集合進(jìn)行比較。
圖7表示本發(fā)明的PI實(shí)施例。微處理器控制連接線圈與恒流源的晶體管開關(guān)。典型的電流大小約為1安培。使用電流源優(yōu)于使用電壓源，因?yàn)榫€圈的電阻隨溫度而變化。為了產(chǎn)生與溫度無關(guān)的線圈讀數(shù)，磁場和電流必須是穩(wěn)定的。
微處理器控制開關(guān)閉合的時(shí)間。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，線圈產(chǎn)生大的反電動(dòng)勢(shì)(EMF)。為了防止線圈上的電壓發(fā)生振鈴現(xiàn)象，放大器輸入電阻選取成可以臨界地阻尼該線圈和它的雜散電容值。在沒有硬幣的情況下，反電動(dòng)勢(shì)非常快速地衰減到零。在線圈之前有硬幣的情況下，電壓緩慢地返回到零。其衰減速率與硬幣內(nèi)的渦流衰減速率相同。通過測量衰減速率，可以知道硬幣的電導(dǎo)率。
相同的表皮深度效應(yīng)也適用于PI方法。然而，不是頻率，因素是開關(guān)的閉合時(shí)間和衰減速率測量的延遲。開關(guān)閉合時(shí)間稱之為驅(qū)動(dòng)脈沖長度。驅(qū)動(dòng)脈沖末端與測量之間的時(shí)間稱之為“抽樣延遲”。使這些時(shí)間較長相當(dāng)于在CW方法中使用較低的頻率。
通過閉合開關(guān)剛好超過1微秒，可以實(shí)現(xiàn)高頻測量的PI方法。在開關(guān)斷開之后，延遲1微秒可以使反電動(dòng)勢(shì)衰減，然后，利用A2D轉(zhuǎn)換器測量放大器的輸出電壓。
在開關(guān)閉合后的1微秒期間，通過線圈的電流增大必須到恒定的電流強(qiáng)度。這個(gè)電流強(qiáng)度，時(shí)間和電流源的開路電壓確定必須使用的線圈電感值。在一個(gè)實(shí)施例中，電流強(qiáng)度是1安培和開路電壓是10伏特。這意味著，線圈電感值必須等于或小于10微亨利。
在讀出A2D轉(zhuǎn)換器之前，通過開關(guān)閉合較長時(shí)間和等待較長時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)低頻或體電導(dǎo)率測量的PI方法。典型的開關(guān)閉合時(shí)間數(shù)值是100至200微秒。典型的抽樣延遲數(shù)值是50至100微秒。對(duì)于給定的硬幣電導(dǎo)率和厚度，可以優(yōu)化選取這些時(shí)間的準(zhǔn)確數(shù)值，如以下所討論的。
在PI系統(tǒng)中，不能同時(shí)進(jìn)行低頻測量和高頻測量。理想的是，首先進(jìn)行高頻測量。低頻驅(qū)動(dòng)脈沖是在高頻測量之后立刻開始。在低頻驅(qū)動(dòng)脈沖期間，硬幣可以輕微地移動(dòng)。與CW方法比較，這是PI方法的缺點(diǎn)。
圖8說明PI方法的優(yōu)點(diǎn)。左圖中的曲線表示在放大器輸出端看到的“低頻”驅(qū)動(dòng)脈沖和渦流衰減。在抽樣點(diǎn)上測得的電壓隨硬幣的厚度而變化。右圖中的曲線表示這個(gè)電壓如何隨硬幣厚度而變化。該曲線包含平坦的頂部，在這一點(diǎn)上，電壓讀數(shù)不受硬幣厚度微小變化的影響。這些微小變化是由于硬幣上圖形造成的。為了從大量硬幣中得到一致的讀數(shù)，在平坦頂部附近操作該系統(tǒng)可以使硬幣讀數(shù)有較小的起伏。
平坦頂部的位置取決于硬幣的厚度和電導(dǎo)率以及驅(qū)動(dòng)脈沖的長度?？梢哉{(diào)整這個(gè)脈沖長度，使它與被測硬幣的類型匹配。能夠這樣操作是PI方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，電子電路較簡單，因此，它的成本較低。
PI結(jié)果與CW結(jié)果之間的關(guān)系是傅里葉變換。理論上，根據(jù)CW幅度和相位測量結(jié)果，可以計(jì)算與硬幣厚度無關(guān)的電導(dǎo)率讀數(shù)。實(shí)際上，這種計(jì)算有時(shí)是很困難的，因?yàn)殡娫肼暫虯2D轉(zhuǎn)換限制不能使這種測量足夠地精確。
權(quán)利要求
1.一種用于區(qū)分預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣和類似金屬成份的偽造硬幣，例如，鑄造硬幣的方法，包括使相鄰于測試硬幣的一個(gè)或多個(gè)線圈流過低頻電流和高頻電流，監(jiān)測硬幣中誘發(fā)渦流導(dǎo)致該一個(gè)或多個(gè)線圈阻抗的表觀變化，可以產(chǎn)生代表所述阻抗變化的第一信號(hào)和第二信號(hào)，和比較測試硬幣的所述第一信號(hào)與第二信號(hào)之比率與機(jī)鑄硬幣的第一信號(hào)與第二信號(hào)所述比率的存儲(chǔ)參考集合，每個(gè)參考信號(hào)集合中的第一參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于這種機(jī)鑄硬幣的加工硬化表皮中產(chǎn)生的渦流，而每個(gè)參考信號(hào)集合中的第二參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于機(jī)鑄硬幣體內(nèi)產(chǎn)生的渦流，按照這樣方式選取所述低頻電流的頻率，使所述第二參考信號(hào)基本上與所述預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣的厚度無關(guān)。
2.一種用于區(qū)分預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣和類似金屬成份偽造硬幣的方法，例如，鑄造硬幣，包括使相鄰于測試硬幣的一個(gè)或多個(gè)線圈流過低頻電流和高頻電流，監(jiān)測硬幣中誘發(fā)渦流導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)線圈阻抗的表觀變化，可以產(chǎn)生代表所述阻抗變化的第一信號(hào)和第二信號(hào)，和比較測試硬幣的所述第一信號(hào)和第二信號(hào)集合與機(jī)鑄硬幣的第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)集合的存儲(chǔ)分布，該存儲(chǔ)分布是在利用機(jī)鑄硬幣的定標(biāo)過程中得到的，每個(gè)參考信號(hào)集合中的第一參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于這種機(jī)鑄硬幣的加工硬化表皮中產(chǎn)生的渦流，而每個(gè)參考信號(hào)集合中的第二參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于機(jī)鑄硬幣體內(nèi)產(chǎn)生的渦流，按照這樣方式選取所述低頻電流的頻率，使所述第二參考信號(hào)基本上與所述預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣的厚度無關(guān)。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其中單個(gè)線圈用于傳輸?shù)皖l電流和高頻電流，并監(jiān)測所述線圈阻抗的表觀變化，可以提供代表所述線圈阻抗變化的所述第一信號(hào)和第二信號(hào)，第一信號(hào)和第二信號(hào)分別是從所述低頻電流和高頻電流中得到的。
4.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，包括使相鄰于測試硬幣的該線圈或所述多個(gè)線圈之一流過介于所述低頻與所述高頻之間另一個(gè)頻率的電流，和監(jiān)測該線圈或所述多個(gè)線圈之一阻抗的表觀變化，可以產(chǎn)生代表監(jiān)測線圈阻抗變化的第三信號(hào)，第三信號(hào)是從所述另一個(gè)頻率所述電流在硬幣中進(jìn)入到所述表皮以下誘發(fā)的渦流得到的，并比較所述第一，第二和第三信號(hào)的組合與第一，第二和第三信號(hào)所述組合的存儲(chǔ)參考集合，或第一，第二和第三參考信號(hào)集合的存儲(chǔ)分布，該存儲(chǔ)分布是在利用機(jī)鑄硬幣的定標(biāo)過程中得到的。
5.一種用于區(qū)分預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣和類似金屬成份的偽造硬幣，例如，鑄造硬幣的方法，包括使放置在相鄰于測試硬幣的線圈流過低頻電流，并使所述線圈或與放置在硬幣鄰近的另一個(gè)線圈流過高頻電流，監(jiān)測該線圈中誘發(fā)的渦流，可以產(chǎn)生代表所述低頻和高頻線圈電流分別誘發(fā)的渦流幅度和相位的第一信號(hào)和第二信號(hào)，并比較測試硬幣的所述第一信號(hào)與第二信號(hào)之比率與機(jī)鑄硬幣的所述信號(hào)存儲(chǔ)參考集合之比率，或在利用機(jī)鑄硬幣的定標(biāo)過程中得到的所述第一和第二參考信號(hào)集合的存儲(chǔ)分布，第一參考值對(duì)應(yīng)于這種機(jī)鑄硬幣的加工硬化表皮中產(chǎn)生的渦流幅度和相位，而第二參考信號(hào)集合對(duì)應(yīng)于機(jī)鑄硬幣體內(nèi)產(chǎn)生的渦流幅度和相位，按照這樣方式選取所述低頻電流的頻率，使所述第二參考信號(hào)基本上與所述預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣的厚度無關(guān)。
6.一種硬幣鑒別器，包括接收測試硬幣的硬幣路徑，至少一個(gè)線圈放置在所述硬幣路徑鄰近；第一線圈激勵(lì)裝置，用于使所述線圈流過第一低頻電流；第二線圈激勵(lì)裝置，用于使所述線圈或放置在所述路徑鄰近的另一個(gè)線圈流過第二高頻電流；第一監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測所述一個(gè)線圈阻抗的第一表觀變化，該阻抗變化是由于所述第一電流在所述硬幣體內(nèi)誘發(fā)的渦流，并產(chǎn)生代表所述第一阻抗變化的第一信號(hào)；和第二監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測所述線圈或另一個(gè)線圈阻抗的第二表觀變化，該阻抗變化是由于所述第二電流在硬幣的加工硬化表皮中誘發(fā)的渦流，并產(chǎn)生代表所述第二阻抗變化的第二信號(hào)；和比較裝置，配置成比較硬幣產(chǎn)生的所述第一信號(hào)與第二信號(hào)之比率與所述第一信號(hào)與第二信號(hào)參考集合之比率，或比較第一信號(hào)和第二信號(hào)的集合與第一和第二參考信號(hào)的存儲(chǔ)分布，該存儲(chǔ)分布是在利用機(jī)鑄硬幣的定標(biāo)過程中得到的。
7.按照權(quán)利要求6的硬幣鑒別器，其中所述第一激勵(lì)裝置和第二激勵(lì)裝置連接到相同的線圈。
8.按照權(quán)利要求6的硬幣鑒別器，包括第三線圈激勵(lì)裝置，用于使所述至少一個(gè)線圈中的線圈，或放置在所述硬幣路徑鄰近的另一個(gè)線圈，流過第三中間頻率電流；和第三監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測所述至少一個(gè)線圈或所述另一個(gè)線圈阻抗的表觀變化，該阻抗變化是由于所述第三頻率電流在所述硬幣的所述加工硬化表皮以下深度但不是在所述硬幣體內(nèi)誘發(fā)的渦流，并產(chǎn)生代表所述第三阻抗變化的第三信號(hào)；比較裝置，配置成比較測試硬幣產(chǎn)生的所述第一，第二和第三信號(hào)分布與所述第一，第二和第三信號(hào)參考集合的存儲(chǔ)分布，該存儲(chǔ)分布是在利用機(jī)鑄硬幣的定標(biāo)過程中得到的。
9.一種用于區(qū)分預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣和類似金屬成份的偽造硬幣，例如，鑄造硬幣的方法，包括使相鄰于測試硬幣的線圈接收短驅(qū)動(dòng)脈沖和長驅(qū)動(dòng)脈沖；監(jiān)測脈沖通過線圈時(shí)在硬幣中誘發(fā)的渦流衰減，可以產(chǎn)生分別代表所述第一脈沖和第二脈沖產(chǎn)生渦流衰減速率的第一信號(hào)和第二信號(hào)；和比較測試硬幣的所述第一信號(hào)與第二信號(hào)之比率與機(jī)鑄硬幣的第一信號(hào)與第二信號(hào)所述比率的存儲(chǔ)參考集合，或比較測試硬幣的所述第一信號(hào)和第二信號(hào)集合與在利用機(jī)鑄硬幣的定標(biāo)過程中得到的所述集合存儲(chǔ)分布，每個(gè)參考信號(hào)集合中的第一參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于這種機(jī)鑄硬幣的加工硬化表皮中產(chǎn)生的渦流，而每個(gè)參考信號(hào)集合中的第二參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于機(jī)鑄硬幣體內(nèi)產(chǎn)生的渦流，按照這樣方式選取所述長脈沖的脈沖長度，使所述第二參考信號(hào)基本上與所述預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣的厚度無關(guān)。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其中單個(gè)線圈用于相繼地傳輸短脈沖和長脈沖，并相繼地監(jiān)測硬幣中形成的渦流衰減。
11.按照權(quán)利要求9或10的方法，其中使一個(gè)所述線圈或另一個(gè)這種線圈接收第三驅(qū)動(dòng)脈沖，其脈沖寬度介于所述短脈沖與長脈沖之間，并監(jiān)測各個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖在測試硬幣中誘發(fā)的渦流衰減，可以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于三個(gè)誘發(fā)渦流衰減速率的三個(gè)信號(hào)集合，并比較這三個(gè)信號(hào)集合與在機(jī)鑄硬幣的定標(biāo)過程中產(chǎn)生的所述三個(gè)信號(hào)的參考集合。
12.一種硬幣鑒別器，包括接收測試硬幣的硬幣路徑，至少一個(gè)線圈放置在所述硬幣路徑鄰近；第一線圈脈沖驅(qū)動(dòng)裝置，使所述線圈接收短脈沖寬度的第一驅(qū)動(dòng)脈沖；第二線圈脈沖驅(qū)動(dòng)裝置，使所述線圈或所述至少一個(gè)線圈中的另一個(gè)線圈接收較長脈沖寬度的第二驅(qū)動(dòng)脈沖；第一監(jiān)測裝置，適合于監(jiān)測短脈沖在測試硬幣中誘發(fā)的渦流衰減，并產(chǎn)生代表短脈沖感應(yīng)渦流衰減速率的第一信號(hào)；和第二監(jiān)測裝置，適合于監(jiān)測長脈沖在硬幣中誘發(fā)的渦流衰減，并產(chǎn)生代表長脈沖在硬幣中誘發(fā)渦流衰減速率的第二信號(hào)；比較裝置，用于比較所述第一信號(hào)和第二信號(hào)集合與所述第一信號(hào)和第二信號(hào)的存儲(chǔ)參考集合，該存儲(chǔ)參考集合是機(jī)鑄硬幣在定標(biāo)過程中接收所述第一和第二驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)得到的，每個(gè)參考信號(hào)集合中的第一參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于這種機(jī)鑄硬幣的加工硬化表皮中產(chǎn)生的渦流，而每個(gè)參考信號(hào)集合中的第二參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于機(jī)鑄硬幣體內(nèi)產(chǎn)生的渦流，按照這樣方式選取所述長脈沖的脈沖長度，使所述第二參考信號(hào)基本上與所述預(yù)定類型機(jī)鑄硬幣的厚度無關(guān)。
全文摘要
一種測量硬幣表面電導(dǎo)率和平均電導(dǎo)率的硬幣鑒別器，為的是區(qū)分真的機(jī)鑄硬幣和假硬幣，例如，與機(jī)鑄硬幣在標(biāo)稱上相同材料制成的鑄造硬幣。電導(dǎo)率的測量是利用在硬幣內(nèi)誘發(fā)渦流的線圈。監(jiān)測渦流中的高頻分量以測量表面電導(dǎo)率。測量低頻分量用于監(jiān)測體電導(dǎo)率。推導(dǎo)出每個(gè)硬幣的第一信號(hào)和第二信號(hào)，可以給出該硬幣的測量集合，第一信號(hào)是硬幣表皮電導(dǎo)率的量度，而第二信號(hào)是硬幣體電導(dǎo)率的量度。然后，按照某種方法比較測量集合與參考信號(hào)的存儲(chǔ)集合，該存儲(chǔ)集合是機(jī)鑄硬幣在定標(biāo)過程中得到的。
文檔編號(hào)G07D5/08GK1856808SQ200480027758
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2004年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者喬弗利·W.·豪威爾斯 申請(qǐng)人:斯坎硬幣工業(yè)公司