硬币综合特性参数复合测定法及测定仪

摘要

本发明涉及一种硬币综合特性参数复合测定法，同时还涉及实现该方法的测定仪，属于防伪识别技术领域。本发明的方法包括可变频信号发生步骤、涡流传感步骤、整形放大步骤、整流滤波步骤、频率测量步骤、幅度测量步骤、处理识别步骤。本发明的测定仪包括相应的装置。本发明不仅对多个频点的涡流传感检测频率进行测量，而且还同时对涡流传感检测的输出幅度及输出频率信号进行测量，因此可以得到表征被测硬币的综合特征参数，由于迄今尚未发现综合特征参数与真币完全相同的材料，所以采用本发明后，可以杜绝误判，确保硬币高速识别的准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬币类物体的识别方法，尤其是一种硬币综合特性参数复合测定法，同时还涉及实现该方法的测定仪，属于防伪识别技术领域。

背景技术

硬币类物体的防伪识别一直受到相关领域的关注。随着国民经济的不断发展，高精度、高速度(例如850枚/分以上)实现硬币类物体的识别，已经成为十分迫切的需求。

检索发现申请号为200410095383.1、名称为“硬币识别装置”，以及申请号为85107241A、名称为“硬币识别装置”的中国专利申请分别公开了通过测量振荡器输出幅度进行硬币识别的装置。前者还对识别过程进行了温度的补偿。通过实验可以知道，仅仅通过测量振荡器的输出幅度对硬币进行识别，在识别精度上不足以对所有的硬币进行识别和区分，虽然不会将现有的真币识别为假币，但充分的试验表明，某些材料(例如镀锌铁片)对振荡器的输出幅度的影响几乎和真币的影响一样，因此会将某些非真币判别为真币。

此外，申请号为02822212.1、名称为“测量涡流频率的硬币识别器”的中国专利公开了通过测量振荡器输出振荡频率变化进行硬币识别的装置。因为硬币经过通以一定频率交变电源的振荡线圈时，表面会形成涡流，该涡流将影响振荡线圈的阻抗，从而会改变振荡器的振荡频率。不同的硬币通过线圈时所产生的涡流不同，因此对振荡器的影响也不同。通过测量硬币经过时振荡器的频率变化，就可以对不同的硬币进行识别。然而，充分的试验表明，某些材料(例如镍合金)对振荡器的输出频率的影响也会和真币的影响一样，因此测量频率变化也存在着上述问题，不能很好的将某些非磁性币和真币区分开来。

此外，由于传感器线圈是振荡器的组成部分，容易因温度的变化而改变参数；另一方面由于组成振荡器的所有元器件都存在着参数的离散性，加之线圈在安装和使用过程中的位置的不确定性(因使用过久或因震动的原因，传感器的位置会有微小的移动)，会造成传感器空载(传感器线圈中没有硬币通过)时参数的变化，从而对测量精度产生影响。上述仅200410095383.1公开的硬币识别装置对识别过程进行了温度的补偿。然而，由于仅仅采用了热敏电阻来进行温度补偿，因此补偿精度有限，并且不能对传感器的位置等变动因素进行补偿。

总之，现有硬币类物体识别技术的测量精度欠佳，不能满足高精度识别测量的需求。尤其是，随着社会经济的不断发展，硬币识别的速度要求越来越快，在高速识别时，上述现有技术更难以满足要求。

发明内容

本发明的首要目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种可以杜绝误判的硬币综合特性参数复合测定法，从而可以进行高速、高精度的识别测量，同时给出实现该方法的测定仪。

本发明进一步的目的在于：在以上基础上，进一步提出一种具有综合补偿功能的硬币综合特性参数复合测定法，从而保证在周围影响因素发生变化时，依然能够保证识别精度，为本发明的切实推广应用奠定坚实基础。

申请人在对现有各种材料进行充分测定后发现，对振荡器输出频率和输出幅度的影响同时与真币相同的材料十分罕见。尤其是，迄今为止，尚未发现在两个及以上多个频率(2、4、6.....个频率)频率上对振荡器输出频率和输出幅度的影响同时与真硬币相同的材料。因此，如果将振荡器输出幅度及输出频率测量有机结合在一起，采用以下技术方案可以达到发明目的。

本发明的硬币综合特性参数复合测定法包括以下步骤：

信号发生步骤：两路振荡电路分别产生不同频率的激励振荡信号，输送到各自的涡流传感电路；

涡流传感步骤：两涡流传感电路产生的交流检测信号分别输出到两整形放大电路，同时检测信号之一还输出到整流滤波电路；

整形放大步骤：两整形放大电路分别将输入的交流检测信号整形为方波信号，并放大输出到频率测量电路；

整流滤波步骤：整流滤波电路将输入的交流检测信号整流为直流信号，输出到幅度测量电路；

频率测量步骤：频率测量电路将两路输入的方波信号分别测量后与空载预置参数进行频率比较，并将比较结果输出到处理识别电路；

幅度测量步骤：幅度测量电路将输入的直流信号与空载预置参数进行幅值比较，并将比较结果输出到处理识别电路；

处理识别步骤：处理识别电路根据频率测量和幅度测量的比较结果，识别硬币的真假。

以上的信号发生步骤中最好由两路可变频振荡电路分别在不同时刻产生可变频率的多个(4、6、8...个)激励振荡信号，输送到各自的涡流传感电路。这样，涡流传感步骤中的两涡流传感电路可以产生多个分时可变频率检测信号分别输出到两整形放大电路，同时检测信号之一还输出到整流滤波电路；

实现本发明方法的硬币综合特性参数复合测定仪包括：

信号发生电路：含有两路振荡电路，用以在不同时刻产生可变频率的激励振荡信号(即分时可变频率的激励振荡信号)，输送到各自的涡流传感电路；

涡流传感电路：含有两路涡流传感电路，用以产生交流检测信号分别输出到两整形放大电路，同时检测信号之一还输出到整流滤波电路；整形放大电路：含有两路整形放大电路，用以分别将输入的交流检测信号整形为方波信号，并放大输出到频率测量电路；

整流滤波电路：用以将输入的交流检测信号整流为直流信号，输出到幅度测量电路；

频率测量电路：用以将两路输入的方波信号分别与空载预置参数进行频率比较，并将比较结果输出到处理识别电路；

幅度测量电路：用以将输入的直流信号与空载预置参数进行幅值比较，并将比较结果输出到处理识别电路；

处理识别电路：用以根据频率测量和幅度测量的比较结果，识别硬币的真假。

本发明将频率幅度测量有机复合在一起，不仅对两个频点或者多个可变频点的的涡流传感检测频率进行测量，而且还同时对涡流传感检测的输出幅度及输出频率信号进行测量，这种同时对多种、多个测量值的复合测量，可以得到表征被测硬币的综合特征参数，由于迄今尚未发现综合特征参数与真币完全相同的材料，因此采用本发明后，可以杜绝误判，确保硬币识别、包括在高速运行条件下的准确性。

为了达到进一步的目的，上述硬币综合特性参数复合测定法还包括：

预置补偿步骤——处理识别电路以预定时间间隔输入的(无硬币输入时)空载检测参数刷新空载预置参数。

这样，可以不断以即时的空载检测参数作为空载预置参数，取代原先存储的过时空载预置参数，从而消除由于温度变化、位置变化等因素对测量精度的影响，切实保证本发明在各种环境中均可以推广应用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明实施例一的整机结构示意图。

图2是图1实施例的电路框图。

图3是图1实施例的信号发生及整形电路图。

图4是图1实施例的测量及识别处理电路原理图。

图5是图1实施例的温度和离散补偿流程图。

图6是本发明实施例二的信号发生及整形电路图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的硬币综合特性参数复合测定仪整机如图1所示，由震动送料装置1、中转送料装置5、硬币综合特性参数复合测定仪2，以及不合格品料箱3、合格品料箱4组成。

硬币综合特性参数复合测定仪的电路框图如图2所示，具体电路如图3、图4、图5所示。

图3中A处分别由Q1、L1、C1、C6以及Q2、L2、C7、C8构成两路LC振荡器，作为信号发生电路，用以分别产生不同频率的正弦波激励振荡信号，输送到同时兼作各自涡流传感电路的电感线圈L1、L2上。此两电感线圈上产生的空载(无硬币通过)或有载(有硬币通过)交流检测信号将分别通过C2、C3的隔直输出到两整形放大电路器件——工作在线性区的与非门U4F和U4C，经放大整形得到对应频率的两路方波，输出到图4中D处的频率测量电路。同时，检测信号之一(L12或L22)还输出到图3中B处的整流滤波电路，经过Q3缓冲、D4整流、C29滤波以及Q4放大，得到与振荡信号幅度相对应的直流信号，输送至图4中C处的处理识别电路中含有的AD转换器进行AD转换。此外，图3中A处的信号发生电路还含有光电发射和接收器件构成的过币检测电路，光电发射和接收器件安置在图1的中转送料装置的硬币通道中，用于识别是否有硬币通过，从而判断是否处于空载，其信号输出端经过具有施密特输入特性的UA4整形放大后，经过图4中D处的兼作频率测量电路的CPLD芯片25脚，再转接至图4中C处的处理识别电路。

频率、幅度测量以及识别处理如图4所示，C处的频率测量电路主要由CPLD(Complex Programmable Logic Device)芯片U3(型号MAX3128ATI10)构成，来自图3中A处的两路方波检测信号由该芯片的90脚输入，识别硬币是否通过的光电检测信号则由该芯片25脚输入。在对两路输入的方波信号分别与空载预置参数进行频率比较后，比较结果与光电检测信号一起输出到图4中C处的处理识别电路。图4中C处的处理识别电路主要由MCU芯片U2(STC89LE516AD)构成，其它部分的J1是通讯接口，U1是掉电数据保存芯片，U7是复位电路。U2芯片内含AD转换器，兼作幅度测量电路，来自图3中B处经整流滤波的直流检测信号输入到该芯片的40脚，在与空载预置参数进行幅值比较后，将比较结果传输到该芯片的处理识别电路部分。此后，处理识别电路部分根据频率测量和幅度测量的比较结果，判断后识别硬币的真假，或合格与不合格。

完成识别处理后，在经过显示电路输入显示检测结果数据的同时，经过电磁铁接口电路和电机接口电路分别控制硬币输出通道的切换电磁阀和中转输送电机，即可实现硬币的自动输送分拣。

为了消除环境温度、硬币位置、器件离散性等变化因素对测量精度的影响，本实施例的处理识别电路还兼作预置补偿电路，采取了补偿措施(参见图5)，系统上电时，处理识别电路的MCU自动读出补偿时间间隔。首先在不存在硬币(即空载)的情况下，自动测量每个线圈的特性参数(频率、幅度)值，同时记录下当时的温度，并将此时的参数值作为基准——空载预置参数。此后，在正常工作时，判断补偿时间间隔未到时，开始自动测量电感线圈的空载频率、幅度参数及温度，并连续保存一组参数，当判断补偿时间到达时，继续测量一组线圈的空载频率、幅度参数和当前温度。并根据来自过币检测电路的信号判断是否有硬币通过，如果此期间没有硬币从涡流传感器中经过，那么此前测量的一组空载检测参数即为有效参数，先去除最大和最小的值，再求出剩余参数的算术平均值后，以该空载检测参数算术平均值刷新原先的过时参数，作为空载预置参数，用作比较判断的依据，这样可以消除意外因素的干扰。如果此期间有硬币从传感器中间经过，则放弃有硬币经过这段时间的测量值，将补偿往后推一个时间点，继续测量及保存空载线圈的参数值，直到完成这一过程后，再重新设置下一个补偿时间点。这样一来，就避免了因为温度变化、参数离散等因素带来的涡流传感电路空载时参数的变化，从而消除对测量结果产生的影响。

工作时，两个激励信号发生电路分别产生不同频率的激励振荡信号，送到相应的涡流传感电路(即LC振荡电路的电感线圈)上，当硬币经过涡流传感电路时，根据涡流原理，电感线圈中信号的频率和幅度将发生变化。发生变化的信号分别经过整形放大，其中一路还经缓冲整流滤波，分别送至频率测量和幅度测量电路，分别与作为判断标准参数的空载预置参数进行相应的测量比较，结果送至中央处理器的识别处理电路中。在此过程中，由于不断进行空载预置参数的测量补偿，因此可以消除环境因素变化的影响。最终，借助LCD和LED可以显示输出测量结果和特征参数值。而进行参数设定或其他需要输入参数的操作，则可以通过8x8键盘输入接口，进行按键的输入。两路电机驱动电路，可以直接驱动两个大功率的直流电机，进行硬币的输送和中转，以使硬币快速和均匀地通过涡流传感电路。而两路电磁铁驱动电路，可以分别驱动两个大功率的电磁铁，一方面可以将不合格的硬币快速地从硬币通道上分离出来，而不影响正常硬币的快速运动；另一方面，也可以将需要的硬币分离出来。

实施例二

本实施例的硬币综合特性参数复合测定仪基本结构如实施例一相同。不同之处在于信号发生及整形电路图如图6所示图中A’处分别由Q1、L1、C1、C6、C30以及Q2、L2、C7、C8、C32构成两路LC可变频的振荡器，作为可变频率信号发生电路，用以在可控开关U12和U13的控制下，分时产生多个(4个或更多个)频率的正弦波激励振荡信号，输送到同时兼作各自涡流传感电路的电感线圈L1、L2上。其它部分与实施例一相同，不另赘述。

实验证明，本实施例的硬币综合特性参数复合测定仪与现有技术相比，具有以下显著优点：

1、采用了复合测量方式，同时对分时可变频率振荡器的输出幅度及输出频率变化以及多个频率点进行测量，从而得到反映综合特征的电子参数，杜绝了误判。

2、由于涡流传感电路的电感线圈是振荡电路的组成部分，容易因温度的变化而改变参数；由于组成振荡器的元器件存在着参数的离散性，加之线圈在安装和使用过程中的位置的不确定性(因使用过久或因震动的原因，传感器的位置会有微小的移动)，会造成传感器空载(传感器线圈中没有硬币通过)时参数的变化，因此采用了相应的补偿，进一步保证了参数测量的精度及一致性。

3、采用同一涡流传感电路同时测得振荡频率和幅度的变化，极大提高了检测的灵活性，降低了成本，使其可以灵活应用在不同的硬币检测装置中。

4、信号幅度值的测量通过高速A/D来实现的，MCU只需要对金属物体通过时CPLD所测得的数据和A/D所测得的数据进行处理即可，不需花费大量的MCU时间来进行参数的测量，可以使MCU具有大量的空余时间来进行传感器的温度及空载的补偿。

5、使用了CPLD(Complex Programmable Logic Device)来对频率参数直接进行测量，而不需要MCU的参与，节省了大量的CPU时间，在有效提高测量精度的同时，显著提高了测量速度。

总之，本实施例具有测量速度快、测量精度高、一致性好的显著优点，可稳定无误地应用于850枚/分的硬币测量识别，设计速度达到1000枚/分以上。