专利名称：电话设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电话设备。
本发明的目的在于提供一种具有防欺骗装置的电话设备，以便防止不付应该承担的费用从电话设备打电话的不正当行为。
本发明目的由权利要求1和7的特征部分实现了。在从属权利要求中提出了各种有利的结构。
下面结合附图详细说明本发明的实施例，其中
图1是和电话交换机连接的电话设备的电原理图；图2是测量电路；图3表示磁化曲线和信号形状；图4表示磁化曲线和电流电压的形状；以及图5表示用于测量变压器的输入阻抗的测量电路。
图1表示通过三条线路2、3和4和电话交换机5相连的公共电话设备1的电路图。它具有两个开关6和7，各自的第一和第二线圈8和9，电路元件10，测量线圈11，磁材料体12，和测量电路13。开关6、第一线圈8、电路元件10、第二线圈9和开关7电气串联。开关6和7在其输出侧和线路2、3分别相连，并被电话设备1的手机14操作。当手机14放下时它们打开，而当手机14被拿起时闭合。电路元件10具有两个接点，它们通过各自的电阻15、16与线路4相连。电路元件10是电话设备1的实际的核心部分。从电的观点来看，它代表一个阻抗ZT。至于电路元件10的结构的其它细节对于理解本发明并不重要，因此这里不再说明。
在电话交换机5内，第一条线2通过线圈17和接地点m相连，并和作为地线的线4和dc电压源18的正端相连。第二线3通过线圈19和dc电压源18的负端相连。电话交换机5具有包括线圈21和ac电压发生器22的接地电路20，它特别用来调制两条线2和3上的收费脉冲。收费脉冲是频率一般在50Hz的交流信号。收费脉冲被电话设备1的电路元件10接收，并被用于例如把通过插入硬币或类似的支付物而产生的存款直接地删减。也可以使电话设备1首先将收费脉冲相加，然后用这些脉冲形成帐单，例如在利用信用卡或芯片卡的无现金支付的情况。
电路23在打算欺骗的情况下和电话设备1相连。电路23的第一馈线24和位于电路元件10和第二线圈9之间的电话设备1的柚头A相连。电路23的第二馈线25和接地点mf相连。从电的观点来看，电路23代表设置于两条馈线24和25之间的阻抗Zf。根据所涉及的欺骗类型，电路23可以是用来减弱收费脉冲的电话机或电路。
在拿起手机14时，直流电路闭合直流电流I1通过电路元件10从dc电压源18的正端经第一线路2流到抽头A，直流电流I2从抽头A经第二线路3流到dc电压源18的负端，并且还有直流电流I3从dc电压源18的正端经地线4流入抽头A。这些直流电流被关系式I2＝I1+I3联系起来。直流电流I1和I2的大小是100mA的量级。直流电流I3相对于直流电流I1和I2非常小，因为电阻15和16相对于电路元件10的阻抗ZT是很大的电阻。在这种情况下，电话设备1可以通过两条线2、3从电话交换机5被供给电能。
收费脉冲代表交流电流h1和h2，它们在线2和3上从电话交换机5并行地到达电话设备1并分别通过电阻15和16以及线4流入地。电流脉冲h1和h2的强度一般为几个或几十mA，因而相对于直流电流I1和I2是非常小的。
如果不在柚头A上连接用于故意舞弊的电路23，则两个直流电流I1和I2的大小几乎相等。然而如果接入一个作为电路23的电话机则有另一电流I4从地mf通过阻抗Zf流到抽头A并流到dc电压源18的负端。按照节点定律有如下关系I2＝I1+I3+I4线圈8、9、测量线圈11、磁体12和测量电路13代表用来阻止通过电话机23试图欺骗的装置。如图所示，线圈8、9以相反的方向绕在磁体12上，并具有相同的匝数N1。磁体12是环形。直流电流I1和I2分别通过线圈8、9，并在环12中产生磁场HΔI，它正比于直流电流之间的差ΔI＝I1-I2和匝数N1HΔI～ΔI*N1。测量线圈11也绕在磁环12上。
图2表示测量电路13的第一实施例。其中包括交流电流源，它和测量线圈11的两个接点相连并由互相串连的ac电压源26和电阻27构成；电压测量装置28，用来测量测量线圈11两端的电压；以及比较电路29。电压测量装置28输出直流电压V，比较电路29将其和预定门限电压V0比较。作为比较电路的输出，比较电路29提供其值可假定为“0”或“1”的二进制信号。值“0”表示dc电压V大于值V0，值“1”表示dc电压V小于V0。比较电路29的输出被这样送到开关6和7，使得信号“0”使开关6、7的位置保持不变，而信号“1”使开关6、7打开。
当开关6、7打开时，电话设备1不再从电话交换机5得到电能。因此，当能量供给停止时，当拿起手机14时，开关6、7不再立即关闭，而仅在手机14被放下又被提起之后，它们处于双稳开关的形式，例如双稳继电器。如果电话23在手机14被再次拿走之后仍然连着，则测量电路13立即再次使开关6、7打开。
测量线圈11一方面和交流电源26、27一起用来在磁环12中产生交变磁场HM(t)，它被迭加到由直流电I1和I2产生的磁场HΔI上。另一方面，测量线圈11根据磁化曲线B(H)用来测量在磁环12中发生的磁感应B(t)的时间的导数。这两个功能也可以借助于两个测量线圈实现。
在第一个实施例中磁环12(图1)包括具有如图3定性表示的磁化曲线B(H)的软磁材料。对于其绝对值在HK以下的磁场H，磁感应B(H)正比于H，其斜率dB/dH即导磁率μr远大于1μr＞＞1。对于其绝对值大于HK的磁场H，斜率dB/dH小得多。这种磁性材料变为或处于饱和状态导磁率μr接近于1。在磁场HK的情况下，磁化曲线B(H)具有已知的间断点K。设线圈8、9的匝数N1为N1＝25，从而ΔI＝2mA的电流差产生比磁场HK低的磁场HΔI，从而不使磁环12进入饱和状态，并使ΔI＝4mA的电流差值产生明显大于磁场HK的磁场HΔI，使磁环12进入饱和状态。磁性材料必须具有这样的特性从高导磁率向低导磁率的转变发生在比HK相对低的范围ΔH内，ΔH＜＜HK，使得可以容易地确定不认为是试图欺骗的最大允许电流差ΔIs。按照本领域的术语，这叫作陡的转折点。
交流电压源26产生一个交流电压，其频率处在大约从5到100kHz的范围内，电阻27大约为10kΩ。此值比测量线圈11在频率为ωM时的阻抗大得多，从而使得幅值相对低的预定交流电流IM(t)流过测量线圈11。交流电流IM(t)在磁环12内产生一个测量磁场HM(t)，它被叠加到磁场HΔI上。测量磁场HM(t)正比于交流电流IM(t)，并正比于测量线圈11的匝数N2，N2大约为250。大的匝数N2用来在几个μA的相当低的交流电流IM(t)下产生相当大的测量磁场HM(t)，从而使测量电路13消耗小量能量。利用10μA的交流电流IM(t)所得的测量磁场HM(t)比利用电流差ΔI＝2mA产生的磁场HΔI大约小20倍。电压测量装置28测量加于测量线圈11两端的电压U(t)，它正比于通过测量线圈11的磁通φ(t)的时间的导数，因而也正比于因为磁场H(t)＝HΔI+HM(t)而在磁环12中产生的磁感应B(t)的时间的导数。
图3除去分别表示无磁滞的磁化曲线B(H)和B(ΔI)之外，还分别表示磁场H1(t)＝HΔI，1+HM(t)和H2(t)＝HΔI，2+HM(t)和电压U(t)＝U1(t)以及U(t)＝U2(t)，它们是分别在第一种情况电流差ΔI1＝2mA和第二种情况电流差ΔI2＝4mA下发生的。为清楚起见，磁场HM(t)和电压U1(t)和U2(t)以放大的尺寸表示。激励测量线圈11的交流电流的形状并不特别重要。锯齿波的交流电流可以容易地产生。
磁场H1(t)仍不能使磁环12(图1)进入饱和状态，因此，发生在磁环12中的在转折点K之前的相应于磁化曲线B(H)的大的斜率dB/dH的磁感应B(t)相对于时间的变化便在测量线圈11中产生相当大的电压U1(t)。在磁场H2(t)的情况下，因为恒定磁场分量HΔI，2而使磁环12磁饱和，因此，相应于间断点K之后的磁化曲线B(H)的斜率dB/dH的磁场B(t)相对于时间只有微小的变化。因此，电压U2(t)的值非常小。电压U1(t)和U2(t)是交变的，因而没有dc电压分量。
在第一种情况下，即当电压U1(t)存在时，电压测量装置28产生大于V0的dc电压V。在第二种情况下，即当电压U2(t)存在时，dc电压V小于V0。大于预定门限值ΔIs的两个直流电流I1和I2之间的差ΔI因而使开关6、7打开。这样，电话设备1适用于检测并阻止如上所述利用和电话设备1连接的电话机23打电话的企图。
图3所示的磁化曲线B(H)相应于理想情况。实际上任何铁磁材料都有磁滞效应，这表现为具有一定的剩磁Br和一定的矫顽磁场强度Hc。因此，在一次被阻止而未成功的欺骗之后，测量装置应自动地恢复其功能，这便要求磁材料的剩磁Br足够低，更详细地说，这里低的剩磁Br意味着，只要电流I1和I2的差ΔI及由其产生的磁场HΔI消失，在磁环12中的磁场B便取比饱和值B(HK)相当低的值。借助于高的导磁率μr，低的剩磁Br也意味着低的矫顽磁场强度Hc。非常接近所述理想磁化曲线的材料例如有金属玻璃，即非晶体铁磁材料。具有低的剩磁Br、低的矫顽磁场强度Hc的金属玻璃在市场上有一种名称为VITROVAC6025F的可以买到。这种金属玻璃具有横向异向性，这使得磁化曲线B(H)具有所谓的F环特性。
在第二实施例中，测量电路13(图2)作为磁门(Fluxgate)检测器操作测量线圈11。为此，交流电流源26、27的大小和第一实施例的不同，并且电压测量装置28具有带通滤波器30，比较电路具有在其下游连接的反相器。由ac电压源26和电阻27构成的电流源供给基波频率最好为ωF的锯齿波交流电流IF，其中电流的大小和测量线圈11的匝数N2如此进行匹配，使得在测量线圈11中由交流电流IF产生的磁场HF周期地使磁环12处于饱液和状态，即交流电流IF的幅值产生一个大于磁场HK的磁场H。带通滤波器30至少通过基波频率ωF的一个偶次谐波，最好是频率为2*ωF的第一偶次谐波。
图4表示磁场HF(t)＝HF1(t)和HF(t)＝HF2(t)和测量线圈11两端的电压U(t)＝UF1(t)和U(t)＝UF2(t)相对于时间的曲线。在第一种情况下，要测量的电流差ΔI是零，因而磁场HF1(t)没有恒定的磁场分量，正比于磁通φ(t)对时间的变化率因而正比于磁场B(t)对时间的变化率的电压UF1(t)呈由正负矩形波构成的波形。电压UF1(t)的正负矩形脉冲呈偶函数曲线形状，电压UF1(t)的频谱只含有奇次谐波。在电压测量装置28的输出中的dc电压V消失，因而比较电路29的输出为“1”。随着电流差值ΔI的增加，磁场HF2(t)的恒定磁场分量增加。因为磁环12被进入磁饱和状态，所以正负矩形脉冲的长度和相对于时间轴位置变化，并且电压UF2(t)的频谱也具有偶次谐波。借助于上游边带通滤波器30，电压测量装置28测量二次谐波的强度。dc电压V随电流差值ΔI的增加而增加。如果dc电压V超过V0，则比较电路29输出信号“0”。借助于值V0，便可以监视比较电路29的输出信号改变时的门限值ΔIs。在比较电路29的输出侧上连接的反相器使信号电平反相，从而使开关6、7可以接上述步骤进行控制。
利用这种第二电路结构，也可以使用呈现已知的磁滞效应的铁磁材料如玻莫合金代替磁性玻璃作为磁环12的材料。这时电压UF1(t)和UF2(t)不呈现图4所示的矩形脉冲形状，但测量原理是相同的。关于磁门检测器操作方式的详细情况例如可在文章“Fluxgate Sensor in PlanarMicrotechnology”中找到，作者为Thomas Seitz，发表在1990年编辑的杂志“Sensors and Actuators“第A21～A23卷，第799-802页。
在另一种测量电路13的情况下，测量线圈11被集成在测量电路13中，与作为LC谐振电路一部分的电容C串联或并联。测量电路13包括一电子电路，用来驱动谐振电路谐振，并产生正比于谐振电路的谐振频率ωR的信号。在足够小的电流差ΔI的情况下，磁环12不进入饱和状态，并且测量线圈11具有大的电感L1。在足够大的电流差Δ1的情况下，磁环12进入磁饱和状态，测量线圈11类似于一空心线圈，具有电感L＝L1B，大大小于电感L＝L1。因为在正常情况下谐振频率由 给出，而在试图欺骗时由 给出，所以可以容易地识别出欺骗企图。设计测量电路13用来当谐振频率ωR超过预定值时产生用于打开开关6和7的信号。因为在电容C的值被预先固定的情况下，谐振频率ωR取决于测量线圈1l的电感L，所以这种测量方法相应于阻抗测量。
上述用于阻止利用和电话设备l(图1)相连的电话机作为电路23来打电话的方法基于利用一种磁材料，其磁化曲线在要测量的电流差ΔI的范围内是非线性的，但具有饱和效应，这可被按上述方式用来中断在试图欺骗时的电话机连接。下面说明如果电路23是一个用于抑制收费脉冲的电路时用来阻止打电话的方法。
线圈8、9沿反方向绕制，从而电流I1、I2在磁环12内产生磁场H，如上所述，它正比于电流之间的差I1-I2，电流I1和I2的方向在图1中用箭头规定。在这方面，电流I1-I2是直流还是交流并不重要。两个线圈8和9总共的电感Ltot＝0。当交流电流脉冲h1(图1)和直流电流I1的方向相同时，则交流电流脉冲h2的方向和直流电流I2的方向相反。因此，线圈8、9对于由交流电流脉冲h1和h2形成的收费脉冲而言是一个不为零的电感。因此，线圈8、9、磁环12和测量线圈11对于交流电流脉冲h1、h2而言类似一个变压器。为了回答使收费脉冲减弱甚至抑制收费脉冲的电路23是否使抽头A和地m相连的问题，只要利用变压器的阻抗变换性能设计测量电路13用来确定测量线圈11的阻抗，在这种情况下，它被认为是变压器的输入阻抗ZTe。变压器的输入阻抗ZTe取决于变压器的输出阻抗ZTa，后者由变压器的负载决定。因此，输入阻抗ZTe取决于电路23是否存在。
用于测量变压器的输入阻抗的电路13如图5所示。它具有ac电压发生器31、电阻32、电压测量装置33和判定电路34。用来产生预定幅值和频率ωT的电压的ac电压发生器31和电阻32串联，并且电阻32相对于输入阻抗ZTe是相当大的，从而使预定幅值的交流电流流过测量线圈11。选择频率ωT近似等于交流电流脉冲h1和h2的频率，因而大约为50Hz。电压测量装置28测量测量线圈11两端的ac电压，并把正比于变压器的输入阻抗ZTe的dc电压V供给判定电路34。由图1可见，由线圈8、9、磁环12和测量线圈11形成的变压器的输出阻抗ZTa也取决于电话交换机5在线2、3中存在的阻抗。因此，电话设备1最好被设计通过其操作或周期性地用来确定输入阻抗ZTe，并把其作为值ZTe，normal存储在判定电路34中。然后当开关6、7闭合时，在电话设备1的操作过程中判定电路34以规则的或随机分布的时间间隔确定输入阻抗ZTe，并将其和存储的值ZTe，normal比较。如果差值ZTe-ZTe，normal超过预定值，则判定电路34就产生使开关6、7断开的输出信号。
以上对理解本发明是·重要的部分进行了原理性说明，图2所示的测量电路和图5所示的测量电路用于检测不同类型的欺骗行为，它们可以以本领域人员熟知的方式组合起来，从而可以设计用来识别并阻止不同类型的欺骗行为的电话设备。
权利要求
1.一种电话设备(1)，具有手机(14)，第一和第二开关(6，7)，通过所述开关(6，7)借助于两条线(2，3)可使电话设备(1)和电话交换机(5)相连，其中当开关(6，7)闭合时，电话设备(1)可以借助于线路(2，3)由电话交换机(5)提供电能，以及电路元件(10)，其中第一开关(6)，电路元件(10)和第二开关(7)电气串联，并且其中开关(6，7)可由电话设备(1)的手机(14)操作，其特征在于，为了阻止欺骗，在第一开关(6)和电路元件(10)之间安装第一线圈(8)，在电路元件(10)和第二开关(7)之间安装第二线圈(9)，两个线圈(8，9)沿相反方向绕在磁性材料体(12)上，设置有用来在磁体(12)中产生交变磁场(HM(t)；HF(t))的装置(11，13；11，26，27)，用来测量在磁体(12)中的磁感应B(t)的时间导数dB/dt的装置(11，13；11，28，29；11，28，29，30)，以及如果测量的导数dB/dt满足预定的准则时产生用来使开关(6，7)打开的信号的装置(13；29)。
2.如权利要求1所述的电话设备，其特征在于，磁性材料近似具有磁化曲线B(H)，其对于幅值|H|低于值HK的磁场H具有大于1的导磁率(μr)，而对于幅值|H|大于值HK的磁场H，具有低的导磁率(μr)，从高导磁率向低导磁率(μr)的转移范围ΔH小于HK，并且剩磁Br比饱和值B(H)小。
3.如权利要求2所述的电话设备，其特征在于，所述磁性材料是金属玻璃。
4.如权利要求2或3所述的电话设备，其特征在于，用于产生交流磁场(HM(t))的装置是由ac电压发生器(26)和电阻(27)构成的交流电流源，绕在磁体(12)上的测量线圈和其相连，磁场(HM(t))的幅值小于值HK。
5.如权利要求1到3之一的电话设备，其特征在于，用于产生交变磁场(HF(t))的装置是一个由ac电压发生器(26)和电阻(27)构成的交流电流源，绕在磁体(12)上的测量线圈(11)和其相连，交流磁场(HF(t))的幅值如此之大，使得在磁体(12)中发生磁饱和效应。
6.如权利要求5所述的电话设备，其特征在于，通过测量线圈(11)流过的电流具有基波频率ωF，用于测量时间导数dB/dt的装置(11，13；11，28，29，30)包括电压测量装置(28)和通过频率为2*ωF的二次谐波的带通滤波器(30)。
7.一种电话设备(1)，具有手机(14)，第一及第二开关(6，7)，通过所述开关电话设备(1)可以借助于两条线(2，3)和电话交换机(5)相连，其中当开关(6，7)闭合时，电话设备(1)可以借助于线路(2，3)由电话交换机(5)提供电能，以及电路元件(10)，其中第一开关(6)，电路元件(10)和第二开关(7)电气串联，开关(6，7)可由电话设备(1)的手机(14)操作，其特征在于，为了防止欺骗，在第一开关(6)和电路元件(10)之间安装第一线圈(8)，在电路元件(10)和第二线圈(7)之间要安装第二线圈(9)，两个线圈(8，9)沿相反方向绕在磁性材料体(12)上；作为测量线圈(11)的第三线圈绕在体(12)上；并且根据测量线圈(11)的阻抗(L)，可以产生使开关(6，7)打开的信号。
8.如权利要求7所述的电话设备，其特征在于，测量线圈(11)被设置在一个谐振电路中，并提供有用来驱动测量线圈(11)谐振并确定谐振频率(ωR)的装置，其中谐振频率(ωR)取决于测量线圈(11)的阻抗(L)，并且当谐振频率超过预定值时，所述信号使开关(6，7)打开。
9.如权利要求7所述的电话设备，其特征在于提供有用来确定在收费脉冲频率(ωT)下测量线圈(11)的阻抗(L)的电路(31，32，33，34)。
10.如权利要求1至9之一所述的电话设备，其特征在于磁体(12)是一个圆环。
全文摘要
一种具有手机(14)的电话设备(1),可以通过第一和第二开关(6,7)借助于两条线(2,3)和电话交换机(5)相连。当开关(6,7)闭合时,电话设备(1)可通过线(2,3)由电话交换机提供电能。在电话设备(1)内,第一开关(6),第一线圈(8),电路元件(10),第二线圈(9)和第二开关(7)电气串联。开关(6,7)可由手机(14)操作。两个线圈(8,9)沿相反方向绕在磁体(12)上。还提供有测量线圈(11)和测量电路(13),用来在磁体(12)中产生交变磁场并用于测量磁体(12)中的磁感应B(t)对时间的导数dB/dt,并当测量的导数满足预定准则时产生用来使开关(6,7)打开的信号。线圈(8,9),磁体(12),测量线圈(11)和测量电路(13)用于阻止欺骗行为。
文档编号H04M1/66GK1173956SQ96191879
公开日1998年2月18日 申请日期1996年1月15日 优先权日1995年2月10日
发明者托马斯·赛茨, 厄休·发克 申请人:电力技术革新股份公司