聲硬幣傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種容量檢測器、波導(dǎo)和用于和硬幣傳感器一起使用的集合管以及用于感測硬幣容器的容量的方法。在一個方面中，用于和硬幣傳感器一起使用的波導(dǎo)包括用于接收聲信號的激勵端、鄰近硬幣容器布置的喇叭端和將喇叭端和激勵端互連的管道。在實(shí)施方案中，該波導(dǎo)的喇叭端可限定一個喇叭，該喇叭選自錐形喇叭、指數(shù)形喇叭、曳物線喇叭或改型的曳物線喇叭。
【專利說明】聲硬幣傳感器
[0001] 優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請要求享有于2012年5月8日提交的美國臨時申請序列號No. 61/644, 280 的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時申請的全部內(nèi)容以引用的方式納入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本公開內(nèi)容涉及感測儲存設(shè)備（且具體地是硬幣管）的容量的裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0004] 硬幣容器（例如硬幣管）可被用在貨幣處理裝置中儲存硬幣?？墒褂酶鞣N技術(shù)來 測量硬幣管用于儲存額外硬幣的可用容量。
[0005] 例如，在某些實(shí)施方式中，處理器能夠通過比較插入到硬幣管中的硬幣數(shù)量的當(dāng) 前計數(shù)（running-count)和容器的已知能夠儲存的硬幣的預(yù)定數(shù)量，來計算硬幣管的可用 容量。該處理器能夠使用已計算的可用容量來確定是否停止接受特定面額的硬幣和/或是 否需要維修。
[0006] 該方法是基于已儲存的硬幣具有固定的尺寸（例如厚度）這一假定。上述假定會 導(dǎo)致計算的可用容量不準(zhǔn)確，這是因為硬幣尺寸可能出于各種原因而變化（例如，制造公 差、環(huán)境條件等）。不準(zhǔn)確地計算可用容量能夠?qū)е氯萜鞯奈闯錆M或過度充滿。容器的未充 滿或過度充滿能夠?qū)е仑泿盘幚硌b置的擁塞和/或停工。
[0007] 該方法還依賴于總是以預(yù)定的取向（例如，面對面地堆疊）接收并儲存硬幣這一 假定。只要沒有以預(yù)定的取向接收并堆疊硬幣，硬幣管就可能在接收到預(yù)定數(shù)量的硬幣之 前就已經(jīng)達(dá)到或超出了最大容量。例如，已存放在硬幣管內(nèi)的硬幣或異物會阻止后續(xù)插入 的硬幣以預(yù)定的取向堆疊，這樣可能會導(dǎo)致硬幣容器在接收到預(yù)定數(shù)量的硬幣之前就達(dá)到 或超出了最大容量。在這種情況下，處理器可能未檢測到溢出事件，導(dǎo)致了硬幣管的溢出和 貨幣處理裝置的故障。
[0008] 還能夠使用超聲脈沖來測量硬幣容器的可用容量。在某些實(shí)施方式中，能夠?qū)⒊?聲脈沖引向硬幣堆的頂部，且能夠測量發(fā)射脈沖和反射脈沖之間的時延。然而，超聲換能器 是產(chǎn)生振鈴的諧振結(jié)構(gòu)，因此很難構(gòu)造。此外，雖然能夠使用阻尼來減少振鈴，但上述阻尼 也具有減少輸出功率的負(fù)面影響并能夠?qū)е聺撛诘脑肼晢栴}。此外，必須將這樣的超聲換 能器放置在距離硬幣堆很長的距離，以避免在完全檢測發(fā)射脈沖之前檢測到反射脈沖。此 夕卜，如果換能器輸出的大部分被耦合到周圍結(jié)構(gòu)，這會導(dǎo)致接收傳聲器的飽和。
[0009] 因此，需要能夠確定硬幣管可用容量的更有效率的、更小形狀因數(shù)的、高準(zhǔn)確度的 容量檢測器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明涉及一種用于在硬幣傳感器中使用的容量檢測器。本發(fā)明還涉及用于和硬 幣傳感器一起使用的波導(dǎo)和集合管（manifold)以及用于感測硬幣容器的容量的方法。 toon] 在一個方面中，用于和硬幣傳感器一起使用的波導(dǎo)包括用于接收聲信號的激勵端 (excitation end)、鄰近硬幣容器布置的喇機(jī)端（horn end)和將該喇機(jī)端和該激勵端互連 的管道（conduit)。
[0012] 波導(dǎo)的喇叭端可限定一個喇叭，該喇叭選自錐形喇叭、指數(shù)形喇叭、曳物線喇叭或 改型的曳物線喇叭。此外，喇叭端半徑可以逐漸擴(kuò)展，以減小當(dāng)聲信號穿過并離開波導(dǎo)時呈 現(xiàn)給聲信號的聲阻抗中的瞬時變化。附加地或替代地，該喇叭端可被配置為使得聲信號的 內(nèi)部反射最小化。
[0013] 在另一個方面中，該另一個方面可與上述任一方面結(jié)合使用，波導(dǎo)的喇叭端可以 是具有3-20mm 口端半徑的曳物線喇叭或改型的曳物線喇叭。該喇叭端可包括具有半徑rQ 的口端。在相對于口端給定位移d處的喇機(jī)端半徑rd可以由如下公式給出：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于和硬幣傳感器一起使用的波導(dǎo)，所述波導(dǎo)包括： 用于接收聲信號的激勵端； 鄰近一個硬幣容器布置的喇叭端； 將所述喇叭端和所述激勵端互連的管道。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)，其中，所述喇叭端限定一個喇叭，該喇叭選自錐形喇 口八、指數(shù)形喇叭、曳物線喇叭或改型的曳物線喇叭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的波導(dǎo)，其中，喇叭端半徑逐漸擴(kuò)展，以減小當(dāng)所 述聲信號穿過并離開所述波導(dǎo)時呈現(xiàn)給所述聲信號的聲阻抗中的瞬時變化。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述喇叭端被配置為使得所述聲信 號的內(nèi)部反射最小化。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述喇叭端是具有3-20mm 口端半徑 的曳物線喇叭或改型的曳物線喇叭。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述喇叭端包括具有半徑^的口端。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的波導(dǎo)，其中，在相對于所述口端給定位移d處的喇叭端半徑rd 由如下公式給出： /rj\ d =r0 x ln o
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述喇叭端包括一個信號腔，所述信 號腔被配置為使得波導(dǎo)阻抗和所述硬幣容器之間的瞬時聲阻抗失配最小化。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述喇叭端包括一個信號腔，所述腔 的至少一部分根據(jù)一個指數(shù)函數(shù)而變化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求5中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述喇叭端包括一個具 有錐角Θ、口端半徑A和內(nèi)半徑rd的信號腔，所述內(nèi)半徑r d在相對于口端的給定位移d處 根據(jù)如下的公式變化： d Γ---Γ0- ta_。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述激勵端被布置為靠近用于生成 聲信號的火花隙。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述聲信號由火花生成。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述聲信號包括寬帶脈沖。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述波導(dǎo)被配置為將所述聲信號耦 合到一個硬幣容器。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述至少一種波導(dǎo)材料包括塑料。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的波導(dǎo)，其中，所述波導(dǎo)具有-3dB的截止頻率。
17. -種供硬幣傳感器使用的集合管，所述集合管包括： 至少一個波導(dǎo)，該波導(dǎo)包括： 用于接收聲信號的激勵端， 喇叭端，和 將所述喇叭端和所述激勵端互連的管道； 激勵室，用于接收所述聲信號并向所述至少一個波導(dǎo)激勵端分配所述聲信號。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的集合管，其中，所述喇叭端限定一個喇叭，該喇叭選自錐形 喇叭、指數(shù)形喇叭、曳物線喇叭或改型的曳物線喇叭。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17或權(quán)利要求18所述的集合管，其中，喇叭端半徑逐漸擴(kuò)展，以減小 當(dāng)所述聲信號穿過并離開所述波導(dǎo)時呈現(xiàn)給所述聲信號的聲阻抗中的瞬時變化。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求19中任一項所述的集合管，其中，所述喇叭端被配置 為使得所述聲信號的內(nèi)部反射最小化。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求20中任一項所述的集合管，其中，所述喇叭是具有約 3-20mm 口端半徑的曳物線喇叭或改型的曳物線喇叭。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求21中任一項所述的集合管，其中，所述喇叭端包括具 有半徑A的口端。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的集合管，其中，在相對于所述口端給定位移d處的喇叭端半 grd由公式給出： 次.1-(_ ?...........................................................g d = r0 x m 1..........................................十............................................................| - v r〇' -
24. 根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求23中任一項所述的集合管，其中，所述喇叭端包括 一個信號腔，所述信號腔被配置為使波導(dǎo)阻抗和所述硬幣容器之間的瞬時聲阻抗失配最小 化。
25. 根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求24中任一項所述的集合管，其中，所述喇叭端包括一 個信號腔，所述腔的至少一部分根據(jù)一個指數(shù)函數(shù)變化。
26. 根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求21中任一項所述的集合管，其中，所述喇叭端包括一 個具有錐角Θ、口端半徑A和內(nèi)半徑^的信號腔，所述內(nèi)半徑r d在相對于所述口端的給定 位移d處根據(jù)如下公式而變化： d d 0 tanfi
27. 根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求26中任一項所述的集合管，其中，所述激勵端被布置 為靠近用于生成所述聲信號的火花隙。
28. 根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求27中任一項所述的集合管，其中，所述聲信號由火花 生成。
29. 根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求28中任一項所述的集合管，其中，所述聲信號包括寬 帶脈沖。
30. 根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求29中任一項所述的集合管，其中，所述波導(dǎo)被配置為 將所述聲信號耦合到一個硬幣容器。
31. -種用于在硬幣傳感器中使用的容量檢測器，所述容量檢測器包括： 信號發(fā)生器，被配置為發(fā)送聲信號； 至少一個波導(dǎo)，每個波導(dǎo)還包括： 用于接收所述聲信號的激勵端， 喇叭端，和 將所述喇叭端和所述激勵端互連的管道； 硬幣容器，被布置為鄰近每個喇叭端并被配置為儲存包括至少一個硬幣的硬幣堆，其 中，發(fā)送的聲信號被該硬幣容器內(nèi)的至少一個表面反射，由此形成反射的聲信號； 聲傳感器，被配置為響應(yīng)于接收發(fā)送的聲信號或反射的聲信號而輸出測量信號； 處理器，被配置為響應(yīng)于接收所述測量信號而計算所述硬幣容器的至少一個參數(shù)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的容量檢測器，其中，所述喇叭端限定一個喇叭，該喇叭選自 錐形喇叭、指數(shù)形喇叭、曳物線喇叭或改型的曳物線喇叭。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31或權(quán)利要求32所述的容量檢測器，其中，喇叭端半徑逐漸擴(kuò)展，以 減小當(dāng)所述聲信號穿過并離開所述波導(dǎo)時呈現(xiàn)給所述聲信號的聲阻抗中的瞬時變化。
34. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求33中任一項所述的容量檢測器，其中，所述喇叭端被 配置為使得所述聲信號的內(nèi)部反射最小化。
35. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求34中任一項所述的容量檢測器，其中，所述喇叭是具 有約3-20mm 口端半徑的曳物線喇叭或改型的曳物線喇叭。
36. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求35中任一項所述的容量檢測器，其中，所述喇叭端包 括具有半徑A的口端。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的容量檢測器，其中，在相對于所述口端的給定位移d處的喇 叭端半grd由如下公式給出： 冬r2 \ -\- I - V ro - ra o
38. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求37中任一項所述的容量檢測器，其中，所述喇叭端包 括一個信號腔，所述信號腔被配置為使得波導(dǎo)阻抗和所述硬幣容器之間的瞬時聲阻抗失配 最小化。
39. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求38中任一項所述的容量檢測器，其中，所述喇叭端包 括一個信號腔，所述腔的至少一部分根據(jù)一個指數(shù)函數(shù)變化。
40. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求35中任一項所述的容量檢測器，其中，所述喇叭端包 括一個具有錐角Θ、口端半徑Γ(ι和內(nèi)半徑^的信號腔，該內(nèi)半徑^在相對于所述口端的給 定位移d處根據(jù)如下公式變化：= r0 _
41. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求40中任一項所述的容量檢測器，其中，所述激勵端被 布置為靠近用于生成所述聲信號的火花隙。
42. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求41中任一項所述的容量檢測器，其中，所述聲信號由 火花生成。
43. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求42中任一項所述的容量檢測器，其中，所述聲信號包 括寬帶脈沖。
44. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求43中任一項所述的容量檢測器，其中，所述波導(dǎo)被配 置為將所述聲信號耦合到一個硬幣容器。
45. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求44中任一項所述的容量檢測器，其中，所述至少一個 參數(shù)包括所述堆的高度。
46. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求45中任一項所述的容量檢測器，其中，所述至少一個 參數(shù)包括所述硬幣容器的可用容量。
47. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求46中任一項所述的容量檢測器，其中，所述至少一個 參數(shù)包括所述堆的至少一個表面和所述聲傳感器之間的距離。
48. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求47中任一項所述的容量檢測器，其中，所述聲傳感器 包括傳聲器。
49. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求48中任一項所述的容量檢測器，其中，所述至少一個 表面包括所述堆中最上面硬幣的表面。
50. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求49中任一項所述的容量檢測器，其中，所述聲傳感器 包括被配置為輸出數(shù)字測量信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
51. 根據(jù)權(quán)利要求31到權(quán)利要求50中任一項所述的容量檢測器，其中，所述處理器被 配置為計算發(fā)送的信號和反射的信號之間的時延。
52. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的容量檢測器，其中，所述至少一個參數(shù)的計算基于所述時 延。
53. -種感測硬幣容器容量的方法，所述方法包括： 發(fā)送聲信號； 將所述聲信號耦合到硬幣容器，其中，所述硬幣容器被配置為儲存包括至少一個硬幣 的硬幣堆； 接收所述聲信號和一個返回信號的樣本，其中，所述返回信號是響應(yīng)于所述硬幣容器 內(nèi)的至少一個表面反射發(fā)送的聲信號而生成的； 通過處理器，基于接收發(fā)送的信號和返回信號之間的時延計算所述硬幣容器的至少一 個參數(shù)。
54. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其中，通過波導(dǎo)將所述聲信號耦合到所述硬幣容器， 所述波導(dǎo)包括： 用于接收聲信號的激勵端； 鄰近硬幣容器布置的喇叭端； 將所述喇叭端和所述激勵端互連的管道。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中，所述喇叭端限定一個喇叭，該喇叭選自錐形喇 口八、指數(shù)形喇叭、曳物線喇叭或改型的曳物線喇叭。
56. 根據(jù)權(quán)利要求54或權(quán)利要求55所述的方法，其中，喇叭端半徑逐漸擴(kuò)展，以減小當(dāng) 所述聲信號穿過并離開所述波導(dǎo)時呈現(xiàn)給所述聲信號的聲阻抗中的瞬時變化。
57. 根據(jù)權(quán)利要求54到權(quán)利要求56中任一項所述的方法，其中，所述喇叭端被配置為 使得所述波導(dǎo)內(nèi)的所述聲信號的內(nèi)部反射最小化。
58. 根據(jù)權(quán)利要求54到權(quán)利要求57中任一項所述的方法，其中，所述喇叭是具有 3-20mm 口端半徑的曳物線喇叭或改型的曳物線喇叭。
59. 根據(jù)權(quán)利要求54到權(quán)利要求58中任一項所述的方法，其中，所述喇叭端包括具有 半徑A的口端。
60. 根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中，在相對于所述口端給定位移d處的喇叭端半徑 rd由如下公式給出： ... r-,Ι、 -?...........................................................J a = 1? X in I -----11 一 V'▲一.『(? 〇
61. 根據(jù)權(quán)利要求54到權(quán)利要求60中任一項所述的方法，其中，所述喇叭端包括一 個信號腔，所述信號腔被配置為使得波導(dǎo)阻抗和所述硬幣容器之間的瞬時聲阻抗失配最小 化。
62. 根據(jù)權(quán)利要求54到權(quán)利要求61中任一項所述的方法，其中，所述喇叭端包括一個 信號腔，所述腔的至少一部分根據(jù)一個指數(shù)函數(shù)變化。
63. 根據(jù)權(quán)利要求54到權(quán)利要求58中任一項所述的方法，其中，所述喇叭端包括一個 具有錐角Θ、口端半徑Γ(ι和內(nèi)半徑^的信號腔，該內(nèi)半徑^在相對于所述口端的給定位移 d處根據(jù)如下的公式變化： d ................. _ ______ f ? - /〇 " · a u tan θ
64. 根據(jù)權(quán)利要求54到權(quán)利要求63中任一項所述的方法，其中，所述激勵端被布置為 靠近用于生成所述聲信號的火花隙。
65. 根據(jù)權(quán)利要求53到權(quán)利要求64中任一項所述的方法，其中，所述聲信號由火花生 成。
66. 根據(jù)權(quán)利要求53到權(quán)利要求65中任一項所述的方法，其中，所述聲信號包括寬帶 脈沖。
67. 根據(jù)權(quán)利要求53到權(quán)利要求66中任一項所述的方法，其中，所述至少一個參數(shù)包 括所述堆的高度。
68. 根據(jù)權(quán)利要求53到權(quán)利要求67中任一項所述的方法，其中，所述至少一個參數(shù)包 括所述硬幣容器的可用容量。
69. 根據(jù)權(quán)利要求53到權(quán)利要求69中任一項所述的方法，其中，所述至少一個參數(shù)包 括所述堆的至少一個表面和所述聲傳感器之間的距離。
70. 根據(jù)權(quán)利要求53到權(quán)利要求69中任一項所述的方法，其中，所述聲信號從一個聲 傳感器接收。
71. 根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，其中，所述聲傳感器包括傳聲器。
72. 根據(jù)權(quán)利要求70或權(quán)利要求71所述的方法，其中，所述聲傳感器包括被配置為輸 出數(shù)字測量信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
73. 根據(jù)權(quán)利要求53到權(quán)利要求72中任一項所述的方法，其中，所述至少一個表面包 括堆中最上面硬幣的表面。
74. 根據(jù)權(quán)利要求53到權(quán)利要求73中任一項所述的方法，其中，所述處理器被配置為 計算發(fā)送的信號和反射的信號之間的時延。
75. 根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，其中，所述至少一個參數(shù)的計算基于所述時延。
76. -種波導(dǎo)，包括： 與一個曳物線喇叭端接的一個端部。
【文檔編號】G07D9/04GK104303213SQ201380024543
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月8日
【發(fā)明者】J·D·斯奈德, 小E·M·佐拉茲, C·S·卡麥 申請人:梅伊有限公司