專利名稱：一種改進(jìn)的用于硬幣接收器的檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于硬幣接收器的檢測(cè)器，尤其涉及但不局限用于多種幣值的接收器的檢測(cè)器。
背景技術(shù)：
能夠識(shí)別不同幣值的硬幣接收器是熟知的，其中的一個(gè)例子在英國(guó)專利GB-A-2169429中描述了。所述接收器包括硬幣下滑通路，硬幣沿著所述通路通過(guò)硬幣檢測(cè)位置，在硬幣檢測(cè)位置檢測(cè)器線圈對(duì)硬幣進(jìn)行一系列感應(yīng)測(cè)試，以便產(chǎn)生表示被測(cè)試硬幣的材料和金屬含量的硬幣參數(shù)信號(hào)。該硬幣參數(shù)信號(hào)被數(shù)字化，從而提供數(shù)字硬幣參數(shù)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)然后借助于微控制器和存儲(chǔ)的硬幣數(shù)據(jù)比較，從而確定被測(cè)試硬幣是否可被接收。如果發(fā)現(xiàn)硬幣可以接收，則微控制器使接收門工作，使得硬幣被引導(dǎo)進(jìn)入接收通路。否則，接收門便不動(dòng)作，并把硬幣引向排出通路。
硬幣檢測(cè)位置包括多個(gè)可以用不同的頻率激勵(lì)的不同的線圈，當(dāng)被試硬幣通過(guò)硬幣檢測(cè)位置時(shí)，它們和被試硬幣形成各個(gè)感應(yīng)耦合。迄今，感應(yīng)檢測(cè)器線圈一直是和在放大器的反饋通路中的振蕩電路并聯(lián)連接，所述放大器用于維持振蕩電路的振蕩。各個(gè)振蕩電路通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器按照順序被連接在放大器的反饋通路中，并把所發(fā)生的幅值偏移的連續(xù)的采樣進(jìn)行數(shù)字化，并送到微控制器。這種現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)其按照順序轉(zhuǎn)換到放大器的反饋通路中時(shí)，每個(gè)檢測(cè)器線圈電路為了建立穩(wěn)定的振蕩狀態(tài)需要占用一個(gè)有限的時(shí)間。這又限制了多路轉(zhuǎn)換器通過(guò)各個(gè)檢測(cè)器線圈輸出進(jìn)行掃描的速度。此外，電噪聲可以使檢測(cè)器線圈的輸出精度劣化。
EP0704825披露了一種硬幣確認(rèn)器，其包括一個(gè)在串聯(lián)諧振電路中的線圈。所述線圈的一端和地相連，而線圈的另一端通過(guò)電容器和差分放大器的反相輸入端相連。
發(fā)明概述本發(fā)明旨在提供一種用于硬幣確認(rèn)器的檢測(cè)器，其可以以比現(xiàn)有的檢測(cè)器快得多的速度進(jìn)行掃描，并且不易受到噪聲的影響。
按照本發(fā)明，提供一種用于硬幣接收器的檢測(cè)器，包括用于和被測(cè)試硬幣形成感應(yīng)耦合的感應(yīng)器，其被串聯(lián)連接在自振蕩電路中的第一和第二電容器之間，以及用于檢測(cè)當(dāng)硬幣通過(guò)所述感應(yīng)器時(shí)電路的振蕩特征改變的檢測(cè)器。
第一和第二電容器可以具有基本相同的值。
按照本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，串聯(lián)連接的電路比迄今使用的現(xiàn)有技術(shù)的并聯(lián)電路能夠更快地工作，并且能夠較好地抑制噪聲。
按照本發(fā)明的檢測(cè)器可以包括多個(gè)自振蕩電路和用于把該電路按順序和檢測(cè)器連接的多路轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。
檢測(cè)器可以包括用于在自振蕩電路接通時(shí)對(duì)每個(gè)自振蕩電路施加預(yù)定的偏置，以便減少接通瞬變的裝置。
檢測(cè)器可以檢測(cè)電路的振蕩特性的幅值與/或頻率。
附圖簡(jiǎn)述為了更充分地理解本發(fā)明，下面結(jié)合


本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是包括按照本發(fā)明的檢測(cè)器的硬幣接收器的示意方塊圖；圖2是圖1所示的檢測(cè)器的電路的示意方塊圖；圖3是檢測(cè)器的更詳細(xì)的電路圖；圖4是圖3所示的信號(hào)的矢量圖；圖5是圖3所示的檢測(cè)器線圈電路16的示意圖，用于說(shuō)明噪聲抑制；圖6是說(shuō)明在圖3所示的放大器A1的輸入端流動(dòng)的噪聲電流的示意圖。
詳細(xì)說(shuō)明硬幣接收器概況圖1說(shuō)明其中包括按照本發(fā)明的檢測(cè)器的硬幣接收器的總體結(jié)構(gòu)。該硬幣接收器能夠驗(yàn)證若干種不同幣值的硬幣，其中包括雙金屬(bimet)硬幣，例如新歐元硬幣組和包括新雙金屬f2.00硬幣的新UK硬幣組。接收器包括本體1，其具有硬幣下滑通路2，被試硬幣沿著下滑通路邊緣朝外地從入口3通過(guò)硬幣檢測(cè)位置4，然后向下落到門5處。當(dāng)硬幣通過(guò)檢測(cè)位置4時(shí)，完成對(duì)每個(gè)硬幣的檢測(cè)。如果檢測(cè)結(jié)果表示是真的硬幣，門5則打開(kāi)，從而使硬幣通過(guò)而到達(dá)接收通路6，否則，門仍關(guān)閉，從而使硬幣偏轉(zhuǎn)到拒絕通路7。硬幣8的穿過(guò)接收器的硬幣通路由虛線9示意地表示。
硬幣檢測(cè)位置4包括4個(gè)硬幣檢測(cè)線圈單元S1，S2，S3和S4，如點(diǎn)圖中圓的外形所示。這些線圈單元被激勵(lì)，從而產(chǎn)生和硬幣的感應(yīng)耦合。此外，在接收通路6中，在門5的下游，提供線圈單元ps，用作貸記檢測(cè)器，用于檢測(cè)已被確定為可接收的硬幣實(shí)際上是否已經(jīng)通過(guò)接收通路6。
線圈由圖2示意地表示的驅(qū)動(dòng)和接口電路10以不同的頻率來(lái)激勵(lì)。由線圈單元在被試硬幣中感應(yīng)渦流。在4個(gè)線圈和硬幣之間的不同的感應(yīng)耦合基本上唯一地表征所述的硬幣。驅(qū)動(dòng)和接口電路10根據(jù)在硬幣和線圈單元S1，S2，S3和S4之間的不同的感應(yīng)耦合產(chǎn)生相應(yīng)的硬幣參數(shù)數(shù)據(jù)信號(hào)。線圈單元PS產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)。線圈S的直徑比被試硬幣的直徑小，以便檢測(cè)硬幣的各個(gè)弦齒區(qū)域的感應(yīng)特征。通過(guò)使面向硬幣的諸如線圈S1的線圈單元S的面積A小于72mm2，能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)的識(shí)別，這就能夠檢測(cè)硬幣表面的各個(gè)感應(yīng)區(qū)域的感應(yīng)特征。
為了確定硬幣的真實(shí)性，由被試硬幣產(chǎn)生的硬幣參數(shù)信號(hào)被送到和呈EEPROM12形式的存儲(chǔ)器相連的微控制器11。微控制器11處理由被測(cè)試硬幣上得到的硬幣參數(shù)信號(hào)，并把處理結(jié)果和在EEPROM12中存儲(chǔ)在相應(yīng)的值比較。存儲(chǔ)的值被保存在具有上限值和下限值的窗口中。因而，如果處理后的數(shù)據(jù)落在和特定幣值的真幣相關(guān)的相應(yīng)的窗口內(nèi)，則表示硬幣是可接收的，否則便被拒絕。如果是可接收的，則在線13上對(duì)驅(qū)動(dòng)電路14提供信號(hào)，使圖1所示的門5打開(kāi)，從而使硬幣通過(guò)接收通路6。否則，門5便不打開(kāi)，因而硬幣就被送到拒絕通路7。
微控制器11將處理后的數(shù)據(jù)與適合于不同幣值的硬幣的多個(gè)不同組的操作窗口相比較，使得硬幣接收器可以接收或者拒絕特定貨幣組的一個(gè)以上的貨幣。如果硬幣是可接收的，則在其通過(guò)接收通路6時(shí)，由接收后貸記檢測(cè)線圈單元PS檢測(cè)，并且單元10把相應(yīng)的數(shù)據(jù)送到微控制器11，接著，微控制器11在線15上提供一個(gè)表示屬于被接收的硬幣的貨幣貸記數(shù)量。
每個(gè)檢測(cè)器線圈單元S包括被連接在各個(gè)振蕩電路中的一個(gè)或多個(gè)電感線圈，線圈驅(qū)動(dòng)和接口電路10包括多路轉(zhuǎn)換器，用于按照順序掃描線圈單元的輸出，從而對(duì)微控制器11提供數(shù)據(jù)。每個(gè)電路在50-150kHz的頻率范圍內(nèi)振蕩，并且電路元件被這樣選擇，使得每個(gè)檢測(cè)器線圈S1-S4具有不同的固有諧振頻率，以便避免它們之間的交叉耦合。
當(dāng)硬幣通過(guò)檢測(cè)器線圈單元S1時(shí)，其阻抗在100毫秒的時(shí)間間隔內(nèi)因有了硬幣而改變。結(jié)果，通過(guò)線圈的振蕩的幅值在硬幣通過(guò)的時(shí)間間隔內(nèi)被改變，并且振蕩的頻率也被改變。由硬幣產(chǎn)生的調(diào)制而引起的幅值和頻率的改變被用于產(chǎn)生代表硬幣特征的硬幣參數(shù)信號(hào)。圖3中示出了線圈單元S1和其相關(guān)的驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)電路的更詳細(xì)的方塊圖。其中只示出了用于檢測(cè)器線圈單元S1的電路，其標(biāo)號(hào)是16，應(yīng)當(dāng)理解，其它的檢測(cè)器S2-S4具有相同的電路，這些電路被按照順序掃描，即使用一組多路轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)M1-4在共同的控制電路(未示出)的控制下被接通和斷開(kāi)。
振蕩器部分檢測(cè)器線圈單元S1包括具有電感L1和歐姆電阻RL1的線圈，在硬幣沿著下滑通路通過(guò)時(shí)，線圈和硬幣之間形成感應(yīng)耦合；具有電容器C1和C2的串聯(lián)諧振電路，從而形成檢測(cè)器網(wǎng)絡(luò)，所述檢測(cè)器網(wǎng)絡(luò)被連接作為放大器A1的輸入阻抗。如后所述，電容器C1和C2最好具有相等的值，以便抑制噪聲。在和反饋電阻R3的連接處，檢測(cè)器網(wǎng)絡(luò)使得A1的增益和輸出相位在頻率上有依從關(guān)系。放大器A1從其輸出到其+ve的輸入具有由電阻R1構(gòu)成的反饋通路，并形成自振蕩電路。在諧振時(shí)，檢測(cè)器網(wǎng)絡(luò)具有等于檢測(cè)器電阻RL1的最小的阻抗(由繞組電阻加上損耗電阻構(gòu)成)和為0的相移。因此，在諧振頻率下，放大器具有最大的增益和0相移。因而輸出中的一個(gè)有限的部分被反饋到+ve輸入端，使A1在諧振頻率下振蕩。如果在被轉(zhuǎn)換到一個(gè)新的檢測(cè)器時(shí)能夠自然地建立振蕩，則需要1或2毫秒達(dá)到穩(wěn)定的幅值，這個(gè)速度太慢。為了實(shí)現(xiàn)瞬間啟動(dòng)，通過(guò)電阻R2對(duì)檢測(cè)器加上一個(gè)階躍電壓VBIAS。
如果硬幣在檢測(cè)器S1的磁場(chǎng)中，則電阻RL1的損耗增加，使得放大器A的增益減少，因而減少其輸出電壓的幅值VOSC。檢測(cè)器電感L1也可能上下漂移，這也使諧振頻率改變。
每個(gè)檢測(cè)器S1-4和諸如為16的其自身的振蕩器電路相連，該振蕩電路在偏壓VBIAS下工作并通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器M1使其反饋通路接通。多路轉(zhuǎn)換器被這樣使用，使得所有的檢測(cè)器電路可以共用檢測(cè)器電路，從而只在單一輸入線上產(chǎn)生微控制器11的輸入信號(hào)，下面對(duì)此詳細(xì)說(shuō)明。
來(lái)自每個(gè)振蕩器的輸出通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)M1被轉(zhuǎn)換，從而饋到(信號(hào)VOSC)高速比較器CP1和采樣保持電路SH1。高速比較器CP1作為增益限制器，借以產(chǎn)生方波線間輸出VOSCSQ，提供一個(gè)受控制的反饋量，借以使振蕩器在線性區(qū)域內(nèi)工作，即產(chǎn)生正弦波輸出而不進(jìn)入飽和區(qū)域。VOSCSQ通過(guò)第二多路轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)M2，使得使用每個(gè)單獨(dú)的反饋電阻R1可以為每個(gè)檢測(cè)器設(shè)置一個(gè)不同的反饋量。第三多路轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)M3把DC偏移電壓VBIAS轉(zhuǎn)換到選定的振蕩器電路，并且電阻R2和R1形成分壓器用于設(shè)置被疊加到VBIAS上的反饋信號(hào)電壓。如前所述，當(dāng)由多路轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)M選擇所述的電路時(shí)，VBIAS快速地啟動(dòng)振蕩。
當(dāng)檢測(cè)器被解除選擇時(shí)，振蕩器放大器A1的輸入+ve輸入被電阻R4拉到地，因而A1的輸出也處于地電位。在C1、C2(由L1連接)的公共端上的電壓利用高值電阻R5接地，因而C1、C2的兩端處于地電位。當(dāng)檢測(cè)器地址改變時(shí)，所有的多路轉(zhuǎn)換器都被停止工作5微秒，以便阻止瞬變和電荷從一個(gè)檢測(cè)器的諧振電容轉(zhuǎn)移到下一個(gè)電容，這將影響啟動(dòng)信號(hào)的幅值。在所需的掃描速度下，沒(méi)有足夠的時(shí)間等待錯(cuò)誤的輸出電平穩(wěn)定。因而，當(dāng)檢測(cè)器S(即圖3中的S1和電路16)被選定時(shí)，多路轉(zhuǎn)換器重新被選通。VBIAS被在A1上轉(zhuǎn)換，+ve輸入和-ve輸入被放大器驅(qū)動(dòng)到相同的電平。這把VBIA加到C1的頂端，如圖3所示，因此也加到檢測(cè)器S1上，其開(kāi)始固有振蕩，具有VBIAS的峰-峰電壓和VBIAS/2的DC電平。設(shè)置在和R2連接處中的反饋電阻R1，以便在沒(méi)有硬幣存在時(shí)在這個(gè)電壓下精確地維持振蕩，使得振蕩器在所需的幅值下實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)啟動(dòng)。如果硬幣存在，則檢測(cè)器S1的額外的有效電阻使輸出幅值快速(一般大約200微秒)減小到其新的電平。這是當(dāng)在檢測(cè)器之間轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生的延遲的主要原因，為了克服這個(gè)延遲，在微控制器11中的計(jì)數(shù)器(未示出)計(jì)數(shù)振蕩器輸出的預(yù)定的周期數(shù)，以便在可以得到穩(wěn)定的讀數(shù)之前為每個(gè)檢測(cè)器提供停止間隔。使用同一個(gè)計(jì)數(shù)器用于進(jìn)行頻率測(cè)量，如后所述，并且可以對(duì)計(jì)數(shù)值對(duì)于最大掃描速度和頻率測(cè)量精度進(jìn)行優(yōu)化。
因?yàn)镃-L-C檢測(cè)器網(wǎng)絡(luò)(即C1，S1，C2)在諧振時(shí)具有低的阻抗，所以只需加上小的電壓便能維持振蕩，所加電壓一般小于0.2V。選擇電阻R3用于放大這個(gè)電壓，以便得到最高的A1輸出幅值而不使放大器進(jìn)入飽和，從而產(chǎn)生最大的信噪比。在諧振頻率上，放大器具有較高的增益，但是在直流和非諧振頻率下，檢測(cè)器網(wǎng)絡(luò)具有高的阻抗，因而其具有統(tǒng)一的增益。因此，VOSC主要由正弦波構(gòu)成，其幅值取決于檢測(cè)器電阻，所述電阻又取決于硬幣的存在和硬幣的幣值，以及等于反饋電壓的固定幅值的小的方波，還有VBIAS的DC偏移。
解調(diào)器部分如前所述，提供公共的采樣保持電路SH1，用于對(duì)放大器VOSC的輸出進(jìn)行幅值解調(diào)，以便檢測(cè)硬幣通過(guò)每個(gè)線圈單元S而引起的幅值改變的包絡(luò)的連續(xù)采樣。
解調(diào)器利用低成本的模擬開(kāi)關(guān)SN進(jìn)行采樣，從而產(chǎn)生等于振蕩器輸出VOSC的最小值的瞬時(shí)DC輸出，并且放大器A2緩沖這個(gè)電壓并增加增益，使得在由0V到5V的A/D輸入范圍內(nèi)充分利用微控制器。放大器A2還作為低通濾波器，用于去除帶噪聲。采樣產(chǎn)生非?？焖俚慕庹{(diào)，并且可以在振蕩的每個(gè)周期跟蹤用于放大器A1的輸出電壓，和二極管檢測(cè)器型的解調(diào)器不同，其只能在一個(gè)方向產(chǎn)生快速響應(yīng)。
采樣保持電路SH1在A1的每個(gè)振蕩周期在預(yù)定的相位被觸發(fā)，其觸發(fā)信號(hào)由檢測(cè)器網(wǎng)絡(luò)得到，如現(xiàn)在要說(shuō)明的那樣。當(dāng)A1在諧振下振蕩時(shí)，通過(guò)R3的電流IR將和輸出電壓VOSC以及反饋電壓(VOSCSO的一部分)同相。該電流也通過(guò)C-L-C諧振電路流到地。兩個(gè)諧振電容C1、C2是高質(zhì)量的COG電容，其具有非常低的損耗角(和高的穩(wěn)定性)，因而在C2上產(chǎn)生的電壓總是滯后于電流IR，因此滯后于VOSC以90度。在C2上的電壓通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器M4(如VCAP)被送到另一個(gè)高速反相比較器CP2，從而產(chǎn)生一個(gè)方波VCAPSQ，其總是具有和VOSC的最小值一致的上升沿(當(dāng)VCAP跨接到VBIAS時(shí))。單穩(wěn)的MN減少正的脈沖寬度大約到150納秒，結(jié)果的脈沖(采樣)使開(kāi)關(guān)SW瞬時(shí)閉合，從而在電容器CS上存儲(chǔ)VOSC最小電壓。和CS串聯(lián)的電阻RS減少來(lái)自模擬開(kāi)關(guān)控制輸入的高頻電荷注入尖峰的影響。
采樣脈沖的寬度根據(jù)以合理的精度捕捉VOSC的最小值的要求進(jìn)行計(jì)算，不需要非常高的電流以及非?？斓牡碗娮璧哪M開(kāi)關(guān)對(duì)CS充電。在100kHz下對(duì)于±4度(＝cos-1(0.9975))或大約±110納秒，正弦波在其峰值的0.25％以內(nèi)。一個(gè)小量的提前被加到采樣信號(hào)上，使得用于閉合開(kāi)關(guān)的所述信號(hào)的下降沿而不是上升沿和VOSC的最小值一致。這通過(guò)使用R5和R6來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些電阻還用于在檢測(cè)器被選定時(shí)保持檢測(cè)器的DC電平在VBIAS/2。
檢測(cè)器電流IR在電容器C2(IC2)和偏置電阻R5、R6之間分流，所述電容和電阻是并聯(lián)的(IR5-6)。IC2超前于VC2和IR5-6以90度，如圖4所示。因此VC2滯后于IR和VOSC略小于90度，從而使采樣脈沖提前。
在CS上產(chǎn)生的結(jié)果信號(hào)被放大器A2放大，并在線17上被送到微控制器11進(jìn)一步處理，如圖2所示。應(yīng)當(dāng)理解，在線17上的輸出包括檢測(cè)器線圈單元S1-4的振蕩包絡(luò)的幅值的模擬采樣的多重序列。這些采樣被微控制器數(shù)字化，以便進(jìn)一步處理，并和在EEPROM12中存儲(chǔ)的窗口數(shù)據(jù)比較，如前所述。
所述的電路的優(yōu)點(diǎn)在于，多路轉(zhuǎn)換器可以在比以前的多路轉(zhuǎn)換器快得多的速度下操作。如在上述supra的GB-A-2169429中所述的現(xiàn)有技術(shù)的并聯(lián)電路，每個(gè)檢測(cè)器電路需要2毫秒的時(shí)間間隔才能使檢測(cè)器線圈穩(wěn)定并產(chǎn)生有用的輸出。與此相反，利用按照本發(fā)明所述的電路，可以在200微秒內(nèi)獲得有用的數(shù)據(jù)，從而按照本發(fā)明掃描頻率可以增加10倍。
測(cè)率測(cè)量此外，可以進(jìn)行當(dāng)硬幣通過(guò)檢測(cè)器線圈時(shí)發(fā)生的頻率漂移的測(cè)量。使用微控制器11內(nèi)的兩個(gè)計(jì)數(shù)器(未示出)進(jìn)行VCAPCSQ的頻率的測(cè)量。一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄VCAPCSQ的周期數(shù)，而另一個(gè)是高速計(jì)數(shù)器(5MHz)，用于測(cè)量發(fā)生給定的周期數(shù)所用的時(shí)間。信號(hào)VCAPSQ在線18上被送到微控制器11(圖3)。當(dāng)檢測(cè)器S被圖2中的多路轉(zhuǎn)換器M選擇時(shí)，計(jì)數(shù)器忽略少量的周期數(shù)，使得檢測(cè)器磁場(chǎng)和硬幣之間的相互作用能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出，然后從高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行讀數(shù)。在經(jīng)過(guò)所需的VOSCSQ周期數(shù)之后，進(jìn)行第二讀數(shù)，然后取這兩個(gè)讀數(shù)之間的差。其結(jié)果和作為參考存儲(chǔ)的沒(méi)有硬幣存在時(shí)的相應(yīng)結(jié)果比較，以便檢查頻率的任何改變。
借助于在大量的周期數(shù)范圍內(nèi)的定時(shí)，可以在較慢的掃描速度下獲得較高的精度。最好是，只使用一個(gè)檢測(cè)器進(jìn)行頻率測(cè)量，并且和另一個(gè)檢測(cè)器相比，對(duì)用于頻率測(cè)量的檢測(cè)器分配更多的時(shí)間(周期)。也使用周期計(jì)數(shù)的結(jié)束作為在移動(dòng)到下一個(gè)檢測(cè)器之前從A/D輸入(對(duì)線17)讀出幅值的時(shí)間。由此可以看出，每個(gè)檢測(cè)器被分配和固定的時(shí)間間隔不同的若干個(gè)周期，并且具有較快的響應(yīng)的較高頻率的檢測(cè)器可以用較少的時(shí)間被掃描。
串聯(lián)諧振電路檢測(cè)器線圈S1和電容器C1、C2的串聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)能減少圖3所示的電路的電源上的共模噪聲對(duì)檢測(cè)器讀數(shù)的影響。當(dāng)噪聲只是電路的軌電壓之一時(shí)，不同的噪聲一般可以被濾除。不過(guò)，相對(duì)于地的出現(xiàn)在兩個(gè)電源軌上的共模噪聲更難于抑制。接收器電路沒(méi)有地軌(線)，因而沒(méi)有合適的用作濾除噪聲的基礎(chǔ)的無(wú)噪聲基準(zhǔn)。
共模噪聲在硬幣接收器的檢測(cè)器電路中會(huì)引起問(wèn)題，這是因?yàn)樵肼曤娏骺梢詮碾娫赐ㄟ^(guò)電路、檢測(cè)器以及通過(guò)對(duì)地的雜散電容的連接而返回。這些噪聲電流產(chǎn)生和真正的檢測(cè)器電壓組合的電壓，從而產(chǎn)生在檢測(cè)的硬幣參數(shù)中的誤差。
此外，噪聲可以和振蕩器的輸出組合而產(chǎn)生和與差幅值調(diào)制。和信號(hào)具有相當(dāng)高的頻率，通?？梢杂门c放大器A2相關(guān)的低通濾波器濾除。不過(guò)，不同的信號(hào)可能更成問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兛赡苡上鄳?yīng)于由通過(guò)硬幣而產(chǎn)生的調(diào)制的包絡(luò)的頻率構(gòu)成，這可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的檢測(cè)器輸出。
按照本發(fā)明的串聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)，能夠抑制通過(guò)雜散電容流過(guò)的電流而產(chǎn)生的噪聲效果，對(duì)此下面進(jìn)行說(shuō)明。考慮到檢測(cè)器線圈S1和兩個(gè)相同的電容器C1、C2的串聯(lián)連接，這個(gè)檢測(cè)器網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率是ωr＝1/√(L1*C1/2))一般足夠高的引起問(wèn)題的噪聲電壓具有20V的峰-峰幅值。在放大器A1的-ve輸入上產(chǎn)生的諧振電路的激勵(lì)電壓和此相比小得多，其數(shù)量級(jí)只有0.2V峰-峰值，即小100倍。只要涉及噪聲電壓，所述-ve輸入點(diǎn)便是虛擬的地。
電路的雜散電容CSTRAY可以認(rèn)為是數(shù)量級(jí)為50pF的和檢測(cè)線圈的中點(diǎn)相連的電容器，如圖5所示。通過(guò)雜散電容經(jīng)線圈的電中心流到地的噪聲電流產(chǎn)生諧振頻率ωrn＝1/√(C1*L1/2))顯然，要由電路檢測(cè)到和檢測(cè)器信號(hào)本身相同的諧振頻率。因?yàn)閳D5中的諧振網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)半個(gè)具有相同的阻抗(C1＋L1/2和C2＋L2/2)，流過(guò)兩個(gè)半個(gè)電路的兩個(gè)噪聲電流In1和In2大小相等方向相反，因而在放大器A1的-ve輸入產(chǎn)生0噪聲電壓。
在本例中，在諧振頻率下的放大器A1的增益被設(shè)置為大約20，使得由0.2V的檢測(cè)器輸入產(chǎn)生4V的峰-峰輸出電壓。在不諧振時(shí)，C-L-C檢測(cè)器網(wǎng)絡(luò)的阻抗快速增加，并且增益趨于相同。
因而，當(dāng)In1和In2相等時(shí)，在A1的輸入端不產(chǎn)生噪聲電壓，因而不產(chǎn)生放大的噪聲。唯一的剩余噪聲電壓是由通過(guò)電阻R3的電流產(chǎn)生的噪聲電壓，即In1×R3，如圖6所示。不過(guò)，因?yàn)镽3和In1都相當(dāng)小，所以導(dǎo)致的噪聲電壓非常小。
上面的分析假定雜散電容和檢測(cè)器S1的中心相連。對(duì)于在通過(guò)線圈中心之外的其它位置耦合的檢測(cè)器諧振頻率下的噪聲電流，電感則不是L1/2，并且噪聲將不通過(guò)低阻抗網(wǎng)絡(luò)，而通過(guò)高阻抗網(wǎng)絡(luò)，即非諧振網(wǎng)絡(luò)。因而，這種噪聲電流被抑制?？赡艽嬖谝恍┰讦腖1和C1或C2之間發(fā)生諧振的其它的頻率，但是感應(yīng)的噪聲電壓只能被低增益的放大器A1放大。因而，按照本發(fā)明，所述串聯(lián)諧振電路大大改進(jìn)了噪聲抑制性能。
在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)具有許多改變和改型。例如，在所述的實(shí)施例中，每個(gè)檢測(cè)器線圈S包括一個(gè)感應(yīng)器。不過(guò)，可以使用一個(gè)以上的感應(yīng)器線圈，它們或者同相連接，或者反相連接，并且兩個(gè)線圈可以設(shè)置在圖1所示的硬幣下滑通路的相對(duì)側(cè)，而不只被設(shè)置在一側(cè)。此外，可以使用4個(gè)以上的檢測(cè)器線圈單元。還應(yīng)當(dāng)理解，來(lái)自圖1所示的后接收檢測(cè)器PS的信號(hào)可以使用對(duì)多路轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)M的附加的輸入由圖3所示的電路進(jìn)行處理。此外，在上述的例子中，檢測(cè)器線圈按照規(guī)則的順序圖形被掃描。不過(guò)，在某些情況下，需要改變掃描圖形，使得從某個(gè)檢測(cè)器線圈比另外的檢測(cè)器線圈得到更多的采樣。
此外，所述檢測(cè)器可不僅用于檢測(cè)硬幣，而且可用于檢測(cè)金屬代幣，因而硬幣這個(gè)術(shù)語(yǔ)包括代幣或其它硬幣狀的物品。
權(quán)利要求
1.一種用于硬幣接收器的檢測(cè)器(S1)，包括用于和被測(cè)試硬幣形成感應(yīng)耦合的感應(yīng)器(L1)，其被串聯(lián)連接在自振蕩電路(RL1，L1，C1，C2，A1)中的第一和第二電容器(C1，C2)之間，以及用于檢測(cè)當(dāng)硬幣通過(guò)所述感應(yīng)器時(shí)電路的振蕩特性的改變的檢測(cè)器。
2.按照權(quán)利要求1所述的檢測(cè)器，其中自振蕩電路包括放大器(A1)，以及由串聯(lián)連接的感應(yīng)器和電容器構(gòu)成的和放大器相連的檢測(cè)器網(wǎng)絡(luò)，用于當(dāng)硬幣通過(guò)感應(yīng)器時(shí)改變其輸出的振蕩特性。
3.按照權(quán)利要求2所述的檢測(cè)器，其中放大器具有在反饋環(huán)中和其輸出相連的第一輸入(+)以及和檢測(cè)器網(wǎng)絡(luò)相連的第二輸入(-)。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的檢測(cè)器，其中感應(yīng)器包括具有電感(L1)和電阻(RL1)的線圈。
5.按照前面任何一個(gè)照權(quán)利要求所述的檢測(cè)器，其中第一和第二電容器具有實(shí)質(zhì)上相同的值。
6.按照前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)器，其中檢測(cè)器被構(gòu)成用于重復(fù)地采樣自振蕩電路的振蕩特性的幅值。
7.按照權(quán)利要求2到5任何一個(gè)所述的檢測(cè)器，其中檢測(cè)器包括采樣和保持電路，其被構(gòu)成用于以相對(duì)于其周期的預(yù)定的相位關(guān)系采樣放大器的輸出幅值。
8.按照權(quán)利要求7所述的檢測(cè)器，包括用于觸發(fā)采樣和保持電路的操作的觸發(fā)電路，所述觸發(fā)電路響應(yīng)在檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的相對(duì)于放大器的輸出具有相位滯后的信號(hào)。
9.按照前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)器，包括當(dāng)硬幣通過(guò)感應(yīng)器時(shí)用于識(shí)別電路的振蕩特性中的預(yù)定的幅值準(zhǔn)則的裝置。
10.按照前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)器，其中檢測(cè)器包括頻率檢測(cè)器，用于檢測(cè)電路的振蕩特性的頻率。
11.按照權(quán)利要求10所述的檢測(cè)器，包括計(jì)數(shù)器，用于計(jì)數(shù)在給定的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的電路的振蕩輸出的周期數(shù)。
12.按照權(quán)利要求10或11所述的檢測(cè)器，包括定時(shí)器，用于監(jiān)視電路的振蕩輸出達(dá)到給定數(shù)量的周期時(shí)所用的時(shí)間。
13.按照前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)器，包括用于在電路接通時(shí)對(duì)其施加預(yù)定的偏置，以便減少接通瞬變的裝置。
14.按照前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)器，包括多個(gè)所述自振蕩電路和將所述電路按順序與檢測(cè)器相連接的多路轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。
15.一種硬幣接收器，包括按照前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)器。
全文摘要
一種用于硬幣接收器的檢測(cè)器(S1),包括和串聯(lián)諧振電路連接的感應(yīng)器(L1),檢測(cè)器線圈被設(shè)置在具有由兩個(gè)相同電容器(C1,C2)構(gòu)成的諧振電容的串聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)中,每個(gè)電容器在檢測(cè)器的一側(cè)。所述串聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)減少硬幣接收器電源上的共模噪聲對(duì)檢測(cè)器讀數(shù)的影響。
文檔編號(hào)G07D5/00GK1328674SQ99813768
公開(kāi)日2001年12月26日 申請(qǐng)日期1999年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月2日
發(fā)明者安東尼·阿什利 申請(qǐng)人:硬幣控制有限公司