专利名称：滚动通道多信息元检测投币器的制作方法
技术领域：
本实用新型设计了一种能鉴别特种筹币的投币器装置。特种筹币用塑料压注而成，内含五种信息元，该投币器装置能读取和识别这五种信息元的组合，鉴别筹币真伪及币值，对外发出控制信号。本实用新型属硬币及硬币类物体检测技术领域G07F01／00。
目前在世界上许多国家和地区使用着一些投币式的自动化公共设施，它们使用本国、本地区流通的单位币值的硬辅币如美元、港元、法朗等。这些装置以投入硬辅币的大小形状等外表特征作为识别信息，如中国发明专利85107421，国外发明〈硬币识别装置〉，是采用检测线圈来检测硬币的外径、厚度及金属材质，来识别硬币。在我国，现有硬辅币的单位币值很小，使用投币式自动化公共设施存在着一定的困难。因此，除出现了一些使用硬币的类似投币装置，还出现了一些用筹币来代替硬币的投币装置。综观国内出现的这些投币装置，从技术上可分三种类型1.机械式，如实用新型专利CN2047416U〈限额投币煤气表〉，是把筹币的外形加工成与投币装置的机械结构相配套，以此来启动控制机构。2.机电开关式，见实用新型专利CN2039865U〈投币立体声音乐欣赏机〉，实用新型专利CN2048215U〈投币自动控制电费计费仪〉，实用新型专利GG87207954〈专用币和专用币投币器〉，及实用新型专利GG86209046〈投币式电报件出售装置〉，它们或者用机械装置来鉴别硬币或特殊外形的筹币，并利用硬币的导电性接通投币器中的两个电极，使电路启动；或是利用筹币去碰撞投币器中的微动开关，使电路接通。3.电子检测式，见实用新型专利GG87217521〈投币式物品存放柜〉及实用新型专利CN2066603U〈投币式可调流量控制装置〉，这些投币装置或使用霍尔元件来检测带磁性的特制筹币，或使用光电元件等，来检测投入硬币的外径和厚度，通过电子电路进行识别控制。
综上所述，目前国内出现的投币装置无论机械的、机电的、还是电子的都是利用筹币或硬币的外部特征，如外径、厚度、导电性、磁性等，来启动、触发控制装置，或者通过电子电路识别这些外部特征，发出控制动作。外部特征一般比较明显，仿制比较容易，这些投币装置的使用就有一定的局限性。国外的这些装置除识别一些外部特征外，还能对硬币金属材质特性进行检测。这样提高了识别能力，但是，必须使用含一定金属成分的硬币，而且装置的结构和电路都比较复杂。
本实用新型的投币装置通过读取特种筹币内所含五种信息元的组合来识别真伪及币值，由于筹币内含信息比较隐蔽，且信息量多，筹币仿制比较困难，装置鉴别能力较强，可普遍应用。本实用新型的结构和电路也比较简单，易于实行。
本实用新型解决了无流通硬辅币，或硬辅币的单位币值很小的条件下使用一些投币式的自动化公共设施的问题。可应用于投币自动食品、饮料发售机，投币自动控制游艺机、投币自动计时器、地铁、公园、轮渡入口处、及各种游艺场所入口处的投币自动开闭器，传呼电话亭中使用的投币式计次电话机，以及其它各种投币式自动设施中。
以下结合附图详细描述其接构和实施例
图1为投币器纵向剖面图，图3为本实用新型的投币器正向视图。图1中，一个用防锈蚀材料制造的投币面板［1］，上面加工出一个投币口［4］，投币口［4］的内侧门帘架［2］上，垂直悬挂门帘［5］。一个用尼龙、有机玻璃或其它工程塑料制成的滚动通道本体［7］，它被安装在投币器金属壳体［3］内。在本体上精密加工出倾斜的、平滑的滚动通道［6］。通道侧壁上安装一个电磁传感器［8］以及一个以上的通道红外传感器［10］。它们被安装在通道中后部，距离滚动平面一定的垂直高度上电磁传感器的安装高度等于筹币的半径；而通道红外传感器的安装高度则根据特种筹币中所含检测信息的区域位置而定。几个通道红外传感器可被安装在垂直于滚动平面的同一直线上，也可不安装在同一直线上，在滚动通道出口处安装一承币斗［13］，它被固定在一杠杆［14］的左侧端部。它们和支架［16］、支轴［15］、游码［17］、砝码［18］构成一天平测量机构。另一指针式光电测量机构由光测指针［21］以及沿针轴［19］园周线安装在测量壁上的一个以上的光测红外传感器［20］组成。天平测量机构和指针式光电测量机构组成一筹币质量检测装置。上述三种传感检测装置能对投入筹币中的信息元读出和识别，并由电路板［11］综合这些信息鉴别筹币真伪和其代表的币值大小，由插座［9］向外输出控制信号。筹币检测结束后，通过出币口［12］送出投币器。
图4为图1中沿1－－1线局部剖视的细部放大图，图中展示了电磁传感器的结构，它由安装在通道一侧壁中的两个绕在同一磁芯［25］上的电感耦合线圈［26］组成，它们接在电路板［11］上和一放大器构成电感反馈振荡电路，其中一线圈为反馈线圈，另一为振荡线圈，振荡电路依靠这两个相互耦合的线圈的反馈作用来维持振荡。
图5为图1沿2－－2线的剖视图，图6为图5中红外传感器部件结构放大图。图中可见通道红外传感器是由一对分别埋设于滚动通道的二侧壁内的红外发光管［27］和红外接收管［28］组成。它们被罩在不透红外线的金属屏蔽套［29］中，屏蔽套顶部中央开有一0.8－－1.5毫米的小孔［30］，通过精密定位，在通道中无任何阻挡物体时，发光管发出的红外光线从小孔中射出，穿过通道，准确地射进对侧接收管屏蔽套的小孔中，射到接收管上。指针式光电测量装置上的光测红外传感器结构也与此相同由一对分别埋设于指针式光电测量装置测量壁内的红外发光管［27］和红外接收管［28］组成。它们同样被罩在不透红外线的金属屏蔽套［29］中，并通过屏蔽套顶部中央的小孔［30］，保持光路。
图2为本实用新型所用的特种筹币放大局部剖视图。图中，一个以聚乙烯或聚酯类等一些对红外线吸收率小、衰耗小的塑料为基材，并以一定颜色的萤光颜料作为着色填充剂，经压注而成的圆形的筹币。其内部含有一个或一个以上的金属同心圆环［24］，和一个金属同心圆［23］，或不含同心圆。此筹币包含着五种鉴别信息元筹币的质量、内含金属同心圆及同心圆环的数量、它们的宽度、大小以及这些同心圆及同心圆环在筹币中的位置。这五种信息元可构成许多不同的组合方式，表征此筹币的不同使用场合或不同币值。
图7为检测控制电路功能示意框图，图中［31］为电磁传感器，［32］、［33］分别为通道红外传感器组的红外发光管和红外接收管，［34］、［35］分别为指针式光电测量装置上光测红外传感器组的红外发光管和红外接收管，［36］为振荡器和检波器电路，［37］、［42］为放大、整形电路，［38］为时基脉冲发生器，［39］为时基门，［40］、［41］、［45］为计数器，［44］为信息元符合门及保持器，［43］为放大、整形以及脉冲输出门，［46］为输出保持器，［47］为信息元符合输出门电路。
图8为电路逻辑原理图，图中，L1、L2分别为电磁传感器的反馈线圈和振荡线圈，它们与放大器K1(可用LM423)组成振荡器，调节电容Cf可调节振荡频率，调节Cb及电阻Rb可调节振荡强度。K2为振荡信号放大器，d1为检波器，K3、K4及反相门m3组成放大整形电路。m1、m2、m4、晶体Cy及计数器T1组成时基脉冲发生器，其中m1、m2、Cy组成一TTL晶体振荡器，振荡信号经m4整形并经T1分频后，作为时基信号输出至时基门M1。
h1－－h3及g1－－g3分别为通道红外传感器的红外发光管和红外接收管，h4－－h6及g4－－g6分别为指针式光电测量装置上光测红外传感器的红外发光管和红外接收管，三极管Tr1－－Tr3及反相门m5－－m7组成检测信号放大整形电路。m8、M2、d2、C1、R2、m11及斯密特触发器s1组成信息元符合门及保持器，Tr4－－Tr6及M3组成了放大、整形及脉冲输出门，m9、m10、M4、M5则组成信息元符合输出门电路。m12、C2、R3、d3、s2、m14组成输出保持器，R4、C3、s3、m13为计数器T2、T3、T4延时清除电路。
筹币投入投币口［4］后，由于受到门帘［5］的阻挡，垂直下落至通道平面，作初速为零的匀加速滚动。在忽略滚动摩擦阻力的情况下，任何大小的筹币在通道中的滚动加速度都为恒值，其大小等于重力加速度在滚动方向上的分量。
筹币没有经过电磁传感器［8］时，振荡电路振荡，振荡输出信号经K2放大并由d1检波，检波后信号经K3、k4、m3输出一低电平。当筹币滚动经过电磁传感器前面时，由于电感线圈的磁场会在金属物体上产生涡流损耗，使电感线圈L1、L2耦合减弱，反馈减小，振荡电路的振荡减弱乃至停振，m3输出电平由低变高，因此，随着筹币的滚动、金属同心圆和圆环的靠近和离开，振荡电路不断停振和重新起振。振荡器的这种变化信号由d1检波，经放大整形，输入至m3，m3的输出随之不断产生低电平－－高电平－－低电平的变化，形成一列脉冲。当经过电磁传感器前面的金属圆及环的宽度和数量不同，此脉冲的宽度和脉冲的个数也不同。计数器T3对脉冲个数进行计数，这一计数值也即为筹币中金属同心圆及圆环的数量信息T3计数值＝＝(园环数×2)＋同心园数(园数只能为1或0)。
当金属同心圆和圆环经过电磁传感器前面时，即m3输出高电平时，时基门M3打开，T1输出的时基脉冲信号对计数器T2计数，这一计数值相当于脉冲信号的宽度，它表征了筹币中金属同心圆及圆环的宽度信息T2总计数值＝＝ (T2输出频率×［(园半径＋每个园环宽度之和)×2］)/(筹币滚动经过电磁传感器前的速度V)速度V的平方＝＝2×G×S×cosA其中G为重力加速度，S为滚动平面上筹币下落点到电磁传感器安装点的距离，A为滚动平面的倾角。
筹币滚动经过红外传感器时，由于筹币的基材区［22］对红外线的衰耗小，红外线能穿透过去，而在含金属同心圆及圆环的区域［23］和［24］，红外线则被完全阻挡。因此，对距滚动面不同高度的红外传感器来说，对应于此高度的筹币区域中是否含金属同心圆或圆环，决定了该红外传感器的接收管能否接收到对侧发光管发来的红外线。
图1中，安装在通道侧壁的三个红外传感器［10］分布在距滚动平面不同的高度上h1、g1对应于筹币外缘的基材区［22］，h2、g2对应于筹币中央含金属同心圆的区域［23］，h3、g3对应于筹币含金属同心圆环区域［24］，当筹币在通道中滚动通过红外传感器时，三个红外传感器的接收管g1－－g3就输出不同的电平信号g1输出低电平，g2、g3输出高电平。这一组电平信号代表筹币中金属同心园和园环的直径大小和相对位置。这一组电平信号经三极管Tr1－－Tr3放大并经m5－－m7整形后输出。在投入的筹币符合前述信息区特征时，m5、m6输出高电平，m7输出低电平。m7输出之低电平，经m8反相后输出高电平。此时信息元符合门M3输出高电平，当有一个信息特征不符合时，M3输出就为低电平。M3输出之高电平经d2输入至斯密特触发器s1，使其反转，经m11输出一高电平，由于R2、C1延时回路作用，当M2输出由高电平转成低电平后，m11的输出将维持一段时间，调整R2和C1的值，使维持时间大于或等于筹币落入通道至滚动离开通道落入出币口的时间，这将在最后全部检测信息符合比较时，m11仍保持原来电平。
通道红外传感器的数量和安装位置，可根据测量精度要求和筹币中金属圆及环的分布和数量来确定。
筹币未落入承币斗［13］前，承币斗紧靠滚动通道出口处外缘，天平测量机构处于稳定状态，移动游码［17］，改变它的位置可调节天平的稳定性和灵敏度。承币斗的承币底面的斜度小于通道滚动平面的斜度，在斗的出口处有一上翘的门槛，使滚入斗的筹币运动受到阻挡。因此，筹币进入斗后会在斗中产生一定时间的滞留。
筹币进入承币斗后，在斗中产生滞留，并且和斗一起运动，此时，可近似地把它们看作为一个完全非弹性碰撞的物理系统，有一个大小等于筹币的质量与滚动加速度的乘积、沿筹币滚动方向的外力作用在这个系统上。此力在垂直方向上的分力，使天平机构产生倾斜，倾斜角度的大小取决于此分力的大小。由于筹币在通道中滚动时的滚动加速度为恒值，因此，外力的大小正比于筹币的质量。所以在砝码［18］重量和游码［17］的位置确定之后，这倾斜角度的大小就取决于筹币质量的大小。这一倾斜角度通过联动机构传递给光测指针［21］，使其产生相应的偏转角度。指针由不透红外光的金属薄片制成，当其偏转扫掠过安装在针轴同心圆周上的某个光测红外传感器［20］时，即遮挡从发光管射向接收管的红外线。
随着承币斗的倾斜，筹币滚入出币口［12］，被送出投币器，此刻，天平测量机构恢复到原来的稳定状态位置，光测指针也回到初始位置。因此，筹币从进入承币斗到离开承币斗这个过程中，光测指针将在某一角度来回扫掠一次，在此角度范围中的光测红外传感器将被其遮挡二次，而正好位于此角度边缘上的光测红外传感器将被其遮挡一次。这样，g4－－g6中的某些接收管将会按序产生一次或二次低电平－－高电平－－低电平的变化，也即按序产生一或二个正脉冲。经Tr4－－Tr6放大后，由脉冲门M3输出一列脉冲对计数器T4进行计数，T4的计数值表示光测指针偏转角的大小，也即间接表征了筹币的质量信息元T4计数值＝＝(光测指针偏转角覆盖范围中的光测红外传感器数×2)＋正好位于光测指针偏转角边缘上的光测红外传感器数。
光测红外传感器的数量和分布位置可根据测量精度的要求和筹币的质量范围来确定。
当计数器T4计数值符合预置计数值时，表示投入筹币质量信息元符合预置值，符合门M4输出了高电平。同样，当投入筹币的其它信息元也符合预置值时，计数器T2、T3计数值都与预置计数值符合，并且，保持器门m11输出为高电平，此时信息元符合门M5将输出控制电平，经m12、C2、R3、d3、s2、m14组成的保持器对外输出控制信号，这样就完成了整个检测、控制过程。M5输出的控制电平，经由R4、C3、s3、m13组成的延时器延时后，对计数器T2、T3、T4清除，以准备接收下次计数信息。
在一些使用场合中，投币器只需读取上述五种信息元的一部分用作筹币鉴别，此时，检测传感装置可只用上述三种类型中的任意一种或任意两种的组合。在不使用电磁传感器时，筹币内含同心园和园环可用不透红外线的非金属材料制造。在不用通道红外传感器时，筹币的基材也可采用不透红外线的非金属材料。
通道本体［7］也可为金属材料制成。图9、图10为通道本体用金属材料制造时，红外传感器和电磁传感器的接构。此时红外传感器的发光管和接收管不用屏蔽套［29］，而电磁传感器线圈外面，必须加一塑料绝缘衬套［48］。
权利要求1.一种由投币面板[1]、投币口[4]、金属壳体[3]、滚动通道本体[7]、出币口[12]和电路板[11]所组成，使用特种筹币的投币器，其特征是用尼龙、有机玻璃或其它工程塑料制成的通道本体[7]上，加工出一个倾斜的、平滑的滚动通道[6]，投币口[4]的内侧垂直悬挂门帘[5]，用以阻挡投入的筹币，使其垂直下落至滚动通道平面上，在滚动通道[6]的中后部通道侧壁上安装着一个以上，用来检测筹币内含金属园环信息的通道红外传感器[10]，通道红外传感器的具体结构为由一对分别埋设于滚动通道的二侧壁内的红外发光管[27]和红外接收管[28]组成，它们被罩在不透红外线的金属屏蔽套[29]中，屏蔽套顶部中央开有一0.8--1.5毫米的小孔[30]，通过精密定位，使发光管发出的红外光线从屏蔽套小孔中射出，准确地射进对侧屏蔽套的小孔中，射到接收管上，通道红外传感器对通道滚动平面的垂直安装高度则根据筹币中所含鉴别信息区域[22]、[23]、[24]的位置而定。
2.按权利要求1所述投币器，其特征是在滚动通道出口处还安装一个筹币质量检测装置，具体结构为2a、一个接受筹币的承币斗［13］，它被固定在杠杆［14］的左侧端部，紧靠滚动通道出口处外缘，它和杠杆［14］、支架［16］、支轴［15］、游码［17］、砝码［18］构成一天平测量机构，2b、由光测指针［21］以及一个以上的，沿针轴［19］园周线安装在测量壁上的光测红外传感器［20］，组成指针式光电测量机构，此机构和天平测量机构联动，将天平测量机构的测量结果转变成电信号输出，
3.按权利要求1及权利要求2所述投币器，其特征是在滚动通道［6］的中后部一侧壁上还安装着一个用来检测筹币内含金属园环信息的电磁传感器［11］，它由两个绕在同一磁芯［25］上的电感耦合线圈［26］组成。
4.按权利要求1、权利要求2、及权利要求3所述投币器，其特征是通道本体［7］用金属材料制造，此时通道红外传感器发光管和接收管不用屏蔽套［29］，而电磁传感器外面，必须加一塑料绝缘衬套［48］。
5.按权利要求1所述投币器使用的特制筹币，其特征是由对红外线吸收小，衰耗小的塑料为基材压注而成，内含一个或者一个以上金属同心园环［24］和一个金属同心园［23］，或者不含金属同心园。
6.按权利要求1及权利要求5所述投币器使用的特制筹币，其特征是内含同心园环［24］和同心园［23］，可用不透红外线的非金属材料制造。
专利摘要一种在滚动通道中安装电磁传感器、通道红外传感器和质量检测装置的投币器，使用一种用透红外线的塑料为基材，内含金属圆和圆环的特制圆形筹币，具有五种鉴别信息元，通过对该筹币所含信息元不同组合的读出和识别，鉴别其真伪和代表的币值大小，并通过控制电路，向外发出信号，控制相应设备。本实用新型属硬辅币检测技术领域G07F01/00。该投币器能对五种信息元的组合进行识别，鉴别能力强，可应用于投币自动食品、饮料发售机、投币计时器、投币自动游艺机和地铁、公园、轮渡入口处、游艺场所入口处的投币自动开闭器及其它各种投币式自动化公共设施中。
文档编号G07D9/00GK2093420SQ91203300
公开日1992年1月15日 申请日期1991年3月7日 优先权日1991年3月7日
发明者潘炳松 申请人:潘炳松