用于感测货币项目的装置及方法

摘要

一种包括货币项目传感器的装置，该货币项目传感器包括在多个不同振荡频率下可操作以感测货币项目的至少一个属性的电振荡器。振荡器配置为在振荡器的新频率周期开始时同步触发振荡频率的改变。

说明书

技术领域

本发明涉及货币项目传感器。本发明特别地但不限于涉及电磁感应货币项目传感器，其振荡器配置为在不同的振荡频率之间同步转换。

背景技术

用于验证诸如硬币的货币项目的电磁传感器可使用振荡器电路来确定货币项目的属性。

发明内容

本发明提供了一种包括货币项目传感器的装置，该货币项目传感器包括在多个不同振荡频率下可操作以感测货币项目的至少一个属性的电振荡器。其中振荡器配置为在振荡器新的半周期开始时同步触发振荡频率的改变。

该装置还可包括用于选择振荡器的新的振荡频率的控制器。

控制器可配置为向振荡器提供新的振荡频率的指示。

振荡器可配置为响应于从控制器接收新的振荡频率的指示而触发向新的振荡频率改变。

传感器可配置为通过引起对振荡器特性的改变来改变振荡器的振荡频率。

传感器可配置为通过引起振荡器元件配置的改变来改变振荡器的振荡频率。

改变振荡器的元件配置可包括选择性地改变振荡器中的至少一个电路元件的操作。

该至少一个电路元件可包括电感元件。

改变振荡器的元件配置可包括选择性地将至少一个电路元件转换到振荡器内。

改变振荡器的元件配置可包括选择性地将至少一个电路元件转换到振荡器外。

该至少一个电路元件可包括电容元件。

振荡器可包括谐振振荡器电路。

振荡器可配置为在谐振振荡器电路中零电流时刻同步触发振荡频率的改变。

在零电流时刻，振荡电路中的电能可存储在一个或多个谐振电容器中。

谐振电路可包括LC谐振电路。

该装置可配置为测量由在振荡器产生的磁场中的货币项目引起的振荡器的波形的波动，以确定货币项目的至少一个属性。

本发明还提供根据所附权利要求中任意一项所述的装置，其配置为在振荡器的第一基本频率处测量该振荡器的振荡频率的第一波动，以确定货币项目的第一属性；以及在振荡器的第二基本频率处测量该振荡器的振荡频率的第二波动，以确定货币项目在该基本振荡频率改变之后的第二属性。

该装置可位于货币项目引导路径附近，以确定沿引导路径移动的货币项目的至少一个属性。

货币项目可以是导电的。

货币项目可以是世界硬币。

本发明还提供包括该装置的货币项目处理装置。

本发明还提供了一种感测货币项目的属性的方法，其包括，在包含在多个不同振荡频率下可操作的电振荡器的货币项目传感器中，使振荡器在振荡器新的半周期开始时同步触发振荡频率的改变。

附图说明

仅出于示例目的，下面参照附图描述实施例，其中：

图1是包括用于感测货币项目的属性的电磁感应传感器的货币项目处理装置的示意图；

图2是包括用于在货币项目经过货币项目引导路径上的传感器时感测货币项目的属性的电磁感应传感器的货币项目验证器的图示；

图3是可在多个不同频率下操作以感测货币项目的属性的电振荡器电路的示意图；

图4是用于感测货币项目的属性电磁感应传感器的振荡频率改变的图；以及

图5是感测移动货币项目的属性的方法的流程图。

具体实施方式

下面解释用于确定诸如硬币的导电货币项目属性的装置1。货币项目的属性基于在货币项目穿过由传感器2中的振荡器3产生的磁场时如何影响电磁感应传感器2来确定。振荡器3配置为在不同的振荡基本频率之间转换，以允许装置1确定货币项目的不同属性。在基本频率转换之后，振荡器3在新频率下非常迅速地稳定。在这种频率转换之后没有任何显著的稳定时间，这允许传感器2在不同基本频率之间进行一系列快速转换，进而允许在货币项目经过传感器2时快速确定该货币项目的多个不同属性。

在图1中示出了装置1的示意图。装置1可以是用于接收和/或支出货币项目的货币项目处理装置。如图1所示，装置1包括引导路径4，货币项目在装置1内沿引导路径被引导。

例如，引导路径4可以是货币项目入口路径或货币项目出口路径。或者，引导路径4可以是货币项目传送器的路径，或者可以是在特性(denominator)模块或验证器模块内引导货币项目的路径。电磁感应传感器2可配置为在货币项目沿引导路径4移动时感测货币项目的属性。

例如，传感器2可位于或邻近于引导路径4，使传感器2在引导路径4中产生磁场。传感器2配置为通过检测由货币项目移动穿过磁场而引起的传感器2中的改变来感测货币项目的属性。传感器2配置为产生指示所感测的属性的信号，使得能够通过分析信号来确定属性。装置1和传感器2可在诸如微控制器的电子控制器5的控制下操作，该控制器控制装置1和传感器2的操作。该控制器5可配置为执行信号的分析。传感器2由振荡器电路6驱动并由电源9供电。控制器5从电路6接收信号，并通过连接10指示电路6以选定的频率谐振。

在图2中示出了传感器2在旋转货币项目验证器模块的大致的圆形引导路径4中的合适位置的示例。可以看出，传感器2位于引导路径4的附近，使得货币项目的正面在它们围绕圆形路径4传送时在传感器2的正下方经过。在图2的装置中，硬币通过由电机(未示出)驱动的旋转元件11沿路径4移动，该电机具有径向延伸的臂12，臂12在环形支撑表面13上滑动并限定接收器14以接收和传送单个硬币在路径4上经过传感器2。硬币15在一个接收器14中以虚线轮廓示意性示出。

如上所述，传感器2包括用于产生磁场的振荡器3。参照图3，振荡器3可包括电振荡器电路6，其振荡频率取决于货币项目感测元件L1的电特性并随其变化。货币项目感测元件L1具有在货币项目移动穿过由振荡器3产生的磁场时因货币项目的电磁效应而暂时变化的电特性。例如，货币项目感测元件L1可包括诸如感应线圈或其他绕组的电磁感应元件。

如图3所示，振荡器电路6可基于串联谐振电路。所示电路6包括电感器形式的货币项目感测元件L1和多个谐振电容元件C1-3A/B。每个谐振电容元件C1-3A/B可以呈一个或多个电容器的形式。货币项目感测元件L1可选择性地连接到电路6中的每个谐振电容元件C1-3A/B。例如，如图3所示，电路6可包括一个或多个开关7，其用于选择性地将货币项目感测元件L1连接到不同的电容元件C1-3A/B或从不同的电容元件C1-3A/B断开。因此，传感器2包括感应式感测元件L1，其用于与待测试货币项目形成感应耦合，感测元件L1串联连接在自振式谐振电路中的第一和第二电容元件C1-3A/B之间，并且如下所述提供检测器以检测在硬币经过电感器时电路振荡特性的改变。

如上所述，传感器2，特别是货币项目检测元件L1位于货币项目处理装置1的货币项目引导路径4附近。货币项目沿引导路径4移动穿过由振荡器3产生的磁场引起货币项目感测元件L1的电特性中诸如阻抗或电抗的可检测的改变。因此，在货币项目经过货币项目感测元件L1时，振荡器3的振荡频率以与货币项目的至少一个属性相关的方式从其基本频率暂时改变。

传感器2配置为产生与振荡器3的振荡频率的改变成比例和/或指示振荡器3的振荡频率的改变的输出信号。传感器2的输出信号反映货币项目感测元件L1的电特性的变化，并因此反映引导路径4中的货币项目的特性。例如，在货币项目经过感测元件L1时，可在传感器2的输出信号中观察到代表货币项目感测元件L1的电特性改变的波动。例如，输出信号可包括振荡器电路6的输出电压信号。

用于传感器2的输出电压信号可通过布置图3所示的放大器A1-A4来产生。放大器A1和A4是运算放大器，而A2和A3是电压比较器。包括开关和存储电容器的采样与保持电路配置为对A1的输出进行采样，然后该输出经放大器A4作为线路17上的输出经连接10提供到电子控制器5。

放大器A1驱动由传感器L1和所选电容器C1-3A/B形成的串联谐振网络上的方波。A1的输出电压与流过其反馈电阻器R1的电流成比例，其与流过谐振网络的电流相同。由于电路处于谐振，所以电流和电压同相。

比较器A2对A1的正弦波输出进行平方，并用作限压器。通过将放大器A2的输出的一小部分经分压电阻器R2、R3反馈给A2的非反相(+)输入上，A1可保持以线性模式而非饱和模式操作。

来自A2的数字信号的边沿对应于传感器L1中的零电流点，因此A2上升边沿可用于通过经锁存器19上的数字值进行计录来同步转换电容器选择开关7,该数字值由电子控制器5通过连接10设置在锁存器19上。

比较器A3对下方所选择的电容器C1-3B上的电压进行平方。因为电容器两端的电压滞后于L1中的电流90度，所以A3的输出的上升边沿对应于A1上的信号的最小电压。

该边沿被集成以形成窄脉冲，其短暂地闭合采样/保持电路16的开关以获取A1输出的最小值。该解调器可非常迅速地追踪A1的幅度改变。

放大器A4是高阻抗缓冲器，用于缓冲在采样/保持电容器上所保持的电压并在线路17上提供输出。对应于振荡器3的频率的信号可在线18上提供到控制器5。

货币项目处理装置1可配置为根据传感器2输出信号的改变的细节来确定货币项目的属性。例如，装置1可配置为确定诸如货币项目厚度、货币项目直径及物质结构的特性。通过在货币项目经过货币项目感测元件L1时使所有货币项目经受磁场的多个不同的基本频率，可最好地促进对不同货币项目的属性的最佳的确定。装置1可配置为在每个不同的磁场频率下获取传感器输出信号的读数，以便最佳地确定每个货币项目的各种属性。如下面进一步解释的，传感器2配置为通过改变振荡器3的基本振荡频率来产生磁场的不同频率。

传感器2可配置为将其输出信号提供到上文提到并在图1中示出的电子控制器5。控制器5可配置为例如通过将信号特性与存储在装置1的存储器8中的已知货币项目特性进行比较来分析该信号，以确定所感测的货币项目的属性。这可允许装置1验证货币项目为真或非真。

可操作传感器2以使用相同的振荡器3和货币项目感测元件L1产生多个基本振荡频率。这是有利的，因为货币项目处理装置1中可用的尺寸包络常常非常有限，因此使用单个振荡器3来产生所有不同的频率避免了给专用于单个频率的多个传感器分配额外的包络空间的需求。还节省了元件成本。此外，传感器2产生所有不同振荡频率的能力意味着与振荡器3相关的任何误差对于所有测量都是一致的。这能够降低确定感测的货币项目的属性的复杂性。

如下所述，传感器2配置为在不同振荡频率之间引起转换以使振荡器3在新振荡频率下非常迅速地稳定的方式进行。振荡器3在频率转换之后的迅速稳定允许装置1在货币项目移动穿过传感器2所需的短时间段内以不同的基本频率获取多个读数。

传感器2配置为通过修改振荡器3的元件配置来改变振荡器3的基本频率，从而改变磁场。例如，如下面将更详细描述的，可通过将一个或多个电路元件转换到振荡器电路6中或转换到振荡器电路6外来修改振荡器3，以改变电路6的特性。

参照图3，可操作传感器2以通过改变上述货币项目感测元件L1和谐振电容元件C1-3A/B之间的电路连接来改变振荡器3的基本振荡频率。在图3的振荡电路6中，存在以三对谐振电容器C1A和C1B、C2A和C2B、C3A和C3B的形式提供的三个谐振电容元件C1-3A/B。每个电容元件C1-3A/B具有不同的电容，并且能够通过操作两个所示的开关7单独地连接到感应式感测元件L1，以便获得振荡器3的相应数量的不同振荡频率f1-f3。应当理解，电容元件的数量不限于三个，此外，每个电容元件可包括比图3所示更多或更少数量的电容器。

振荡器3的元件配置的选择可由控制器5控制。例如，控制器5可配置为使振荡器电路6依次采用一系列不同的电路配置，以便允许传感器2在受测货币项目经过传感器2时确定该货币项目的不同属性。不同配置的序列可存储在装置1的存储器8中。

不同元件配置之间的改变的时间可由振荡器3本身基于振荡器电路6中的电荷流动来触发。振荡器3可配置成触发振荡器电路6的配置的改变，并因此在货币项目感测元件L1中的电流为零并且电路6中的所有电能反而被存储在谐振电容元件C1-3A/B中时触发振荡器3的基本振荡频率的改变。

当货币项目感测元件L1中的电流为零时，例如在振荡器3的新的正半周期的开始时刻，振荡器3可通过使开关7将一个或多个谐振电容元件C1-3A/B转换到振荡器电路6外来改变振荡器电路6的配置。在此情况下，在这些谐振电容元件C1-3A/B被转换出振荡器电路6时保持在其中的电能将以电容元件C1-3A/B两端的电压的形式继续保持直到电容元件C1-3A/B因电路配置的进一步改变而转换回电路6的时刻。

例如，参照图3和图4，控制器5可配置为使振荡器3从第一电路配置转换到第二电路配置，在第一电路配置中，第一电容元件C1A和C1B联接到货币项目感测元件L1；在第二电路配置中，第二电容元件C2A和C2B联接到货币项目感测元件L1。第一电容元件C1A和C1B以及第二电容元件C2A和C2B之间的电容差使电路6的振荡频率从第一频率f1改变到第二频率f2。当电路6的电能被存储在第一电容元件C1A和C1B中时，振荡器3在振荡器3的新的半周期开始时同步触发转换。

在稍后的时间，控制器5可配置为使振荡器3转换回第一电路配置，以便重建第一振荡频率f1。如从图4可以看出，在新的振荡周期开始时重新建立第一电路配置，振荡器3的波形非常迅速地稳定在第一频率f1。特别地，波形的幅度非常迅速地稳定在与先前处于第一电路配置时相同的幅度。这是由于振荡器3在其它配置下操作的时期存储在第一电容元件C1A和C1B中的最大电路能量。从图4可以看出，每当振荡器3触发向新的电路配置转换时，会出现这种迅速稳定效应；由于先前存储的从与新电路配置相关联的电容元件C1-3A/B释放电路能量，所以在新的振荡频率f1、f2、f3下的波形的振幅非常迅速地稳定。

从图4可以看出，在所有电能被存储在电容元件C1-3A/B中并且电路6中的电流为零时，振荡器3在振荡的新的正半周期开始时同步触发每个改变。振荡器3几乎立即稳定在新的基本频率，允许装置1几乎立即开始对传感器2的输出信号进行采样，以从新的基本频率的波动确定一个或多个货币项目属性。不需要装置1在频率转换之后的一段时间内延迟采样输出信号，以便允许振荡器3稳定在新频率下。

传感器2配置为使振荡器3触发电路配置中通过控制器5传递的改变。一旦电路转换已被触发，传感器2配置为对控制器5生成反馈信号，以通知控制器5转换已经发生并且振荡器3正以新的基本频率振荡。控制器5可使用反馈信号中的信息来开始在新频率下读取传感器2的输出信号，以便确定从新频率中特别可确定的货币项目的属性。

控制器5可以按规律的时间间隔诸如每200至400微秒为振荡器3选择新的配置，以便引起振荡频率的迅速改变。振荡器3的精确的元件配置对于控制器5总是已知的。

下面参照图4和图5描述包括货币项目传感器2的装置1的操作方法。

在第一步S1中，包含传感器2、控制器5和存储器8的装置1的元件从电源9接收电力。例如，电源9可设置在货币项目处理装置1中并联接到主电源。

在第二步S2中，控制器5选择振荡器3的第一基本振荡频率f1。第一基本振荡频率f1对应于振荡器电路6的第一配置。第一振荡频率f1和/或电路配置由控制器5选择并经由控制器5和传感器2之间的通信联接10传送至传感器2。控制器5可配置为基于存储在存储器8中的计算机可读指令中的预设程序来选择振荡频率和/或电路配置。如图1所示，控制器5和存储器8之间的通信可经由通信联接11进行。

在第三步S3中，传感器2在控制器5的控制下操作，以使振荡器电路6采用对应于第一基本振荡频率f1的第一电路配置。第一电路配置的采用可通过操作开关7以上述方式将电容元件C1-3A/B连接到振荡器电路6和/或从振荡器电路6断开来实现。例如，在第一电路配置中，开关7可将第一电容元件C1A和C1B联接到货币项目感测元件L1。采用第一电路配置使存储在最近连接的电容元件C1-3A/B中的任何电能释放到振荡器电路6中。使振荡器3以第一基本频率f1振荡，并在货币项目处理装置1中的货币项目引导路径4的区域中产生相应的磁场。

在第四步S4中，如果在由振荡器3产生的磁场中存在诸如硬币的导电货币项目，例如当货币项目在由振荡器3产生的磁场中沿货币项目引导路径4移动时，在磁场中的货币项目的电磁效应引起振荡器3的波形的波动35。波动可以在振荡器3的波形的振幅和/或频率中。当不存在货币项目时，波动是与波形的正常振幅和频率f1相应的。第一振荡频率f1可特别适合于感测货币项目的一个或多个特定属性，例如一个或多个材料或结构布置，因此相较于货币项目的其他属性，波动可更强烈地指示这些特定属性。传感器2向控制器5输出指示第一振荡频率f1的波动的输出信号，使控制器5能够从输出信号获取读数，并确定与第一振荡频率f1相关联的货币项目的一个或多个特定属性。

在第五步S5中，从传感器2的输出信号取得读数以确定货币项目的一个或多个第一属性，控制器5为振荡器3选择第二基本振荡频率f2。该第二基本振荡频率f2对应于振荡器电路6的第二配置，并且可特别适合于感测货币项目的一个或多个第二不同属性，例如材料结构的不同方面。第二振荡频率f2和/或电路配置由控制器5选择并以前述方式传送至传感器2。

在第六步S6中，振荡器3响应于从传感器2接收振荡器电路6的第二配置的指示在振荡器3的振荡的新的半周期开始时同步触发电路配置的改变。在该时刻，电路6中的电流为零。如上所述，第二电路配置的采用可通过操作开关7以将电容元件C1-3A/B连接到振荡器电路6和/或从振荡器电路6断开来实现。例如，在第二电路配置中，开关7可将第二电容元件C2A和C2B联接到货币项目感测元件L1。

采用第二电路配置使存储在最近连接的电容元件C1-3A/B中的任何电能释放到振荡器电路6中。这意味着，如前所述，振荡器3立即稳定在新的基本频率f2，并且在货币项目处理装置1中的货币项目引导路径4的区域中产生相应的磁场。

在第七步S7中，货币项目在磁场中的电磁效应引起振荡器3的第二振荡频率f2的波动。该波动在本质上可类似于上述关于第四步S4中的波动。该波动可强烈地指示上述货币项目的一个或多个第二属性。传感器2向控制器5输出指示第二振荡频率f2的波动的输出信号，使控制器5能够从输出信号获取读数，并确定与第二振荡频率f2相关联的货币项目的一个或多个第二属性。

在第八步S8中，从传感器2的输出信号取得读数以确定货币项目的一个或多个第二属性，控制器5为振荡器3选择第三基本振荡频率f3。第三基本振荡频率f3对应于振荡器电路6的第三配置，并且可特别适合于感测货币项目的一个或多个第三不同属性，例如材料结构的另一方面。第三振荡频率f3和/或电路配置由控制器5选择并以前述方式传送至传感器2。

在第九步S9中，振荡器3响应于从传感器2接收振荡器电路6的第三配置的指示在振荡器3的振荡的新的半周期开始时同步触发电路配置的改变。在该时刻，电路6中的电流为零。第三电路配置的采用可通过操作开关7以将电容元件C1-3A/B连接到振荡器电路6和/或从振荡器电路6断开来实现。例如，在第三电路配置中，开关7可将第三电容元件C3A和C3B联接到货币项目感测元件L1。

采用第三电路配置使存储在最近连接的电容元件C1-3A/B中的任何电能释放到振荡器电路6中。这意味着，如前所述，振荡器3立即稳定在新的基本频率f3，并且在货币项目处理装置1中的货币项目引导路径4的区域中产生相应的磁场。

在第十步S10中，货币项目在磁场中的电磁效应引起振荡器3的第三振荡频率f3的波动。该波动在本质上可类似于上述关于第四步S4中的波动。该波动可强烈地指示上述货币项目的一个或多个第二属性。传感器2向控制器5输出指示第三振荡频率f3的波动的输出信号，使控制器5能够从输出信号获取读数，并确定与第三振荡频率f3相关联的货币项目的一个或多个第三属性。

第二至第十步S2-S10可循环重复进行，从而每当货币项目沿引导路径4经过时，其第一、第二和第三属性将由频率转换传感器2感测并传送至控制器5。传感器2能够在不同基本频率下稳定的振荡状态之间转换的速度意味着在移动货币项目在磁场均匀区域中仍非常接近传感器2时能够进行多次频率转换。这有助于装置使用单个振荡器3而非多个传感器中的多个振荡器来用于移动货币项目的所有测量的能力。如图4所示，传感器2可以能够在小于20微秒的周期内在稳定的振荡状态之间转换，例如小于10微秒的周期。

应当理解，上述实施例及其替代方案可以单独使用或组合使用。还应当理解，上面没有明确讨论的替代方案包含在本发明的范围内。例如，虽然控制器5在此处描述为处于传感器2外，但是其可以可选地包括在传感器2内。还应当理解，图2中所示的特定元件可以用替代元件替换，以实现与所示电路相同的效果。

可使用传感器2的货币项目处理系统1的示例包括自动支付系统，例如在零售点中用于自助结账的系统。其他示例可在自动售货机或游戏机中找到。货币项目可包括硬币或其他导电的盘状代币。货币项目基本上可以是圆形的，如在硬币的情况下，并且可以是金属的。