DE2507398A1 - Pruefeinrichtung fuer metallische gegenstaende - Google Patents

Description

SODECO-SAIA AG CH-1211 Geneve 16

Prüfeinrichtung für metallische Gegenstände

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Prüfeinrichtung für metallische Gegenstände, wie Münzen u.dgl., bestehend aus einem Sinus-Generator, aus einem aus einer Primärspule und aus einem Kondensator gebildeten L-C Schwingkreis, aus einer mit der Primärspule induktiv gekoppelten Sekundärspule und aus Mitteln zur Auswertung von Ausgangssignalen, die beim Durchgang eines metallischen Gegenstandes zwischen den beiden Spulen entstehen.

Es ist ein Verfahren zur Prüfung metallischer Gegenstände wie Münzen u.dgl. bekannt, bei dem sich der Gegenstand durch ein periodisch wechselndes Feld hindurchbewegt. Die positive, bzw. die negative Amplitude des Wechselfeldes wird mit einer Referenzgrösse verglichen, wobei die Gut-Kennung des Gegenstandes nur dann erfolgt, wenn die Amplitude inner-

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halb eines Toleranzbereiches liegt. Es ist ebenfalls bekannt, für die Auswertung der Ausgangssignale zwei spannungsempfindliche Schwellen zu verwenden, welche mittels einer logischen Verknüpfung verbunden sind und die keinen Impuls liefern, wenn das Messergebnis ausserhalb der Schwellenbreite geblieben ist. Sie liefern jedoch einen Impuls, wenn die Mess-Spannung in diesen Bereich gekommen ist und ihn wieder verlassen hat. Beim völligen Durchlaufen des Messbereiches liefert die logische Verknüpfung zwei Signale, die durch einen Flip-Flop-Kreis und durch eine nachgeschaltete Steuerschaltung ausgewertet werden.

Als Sinus-Generatoren werden im einfachsten Falle L-C Oszillatoren verwendet, bei welchen die Primärspule einen Bestandteil des Oszillators bildet. Die Konstanz der Amplitude ist bei einem solchen Oszillator nicht besonders gut.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfeinrichtung für metallische Gegenstände zu schaffen, bei welcher der Schwingkreis automatisch auf Resonanz gehalten wird und welcher der Frequenz und der Phasenverschiebung proportionale Ausgangsspannungen zum Zwecke der Gut-Kennung bzw. der Aussonderung des metallischen Gegenstandes liefert.

Die gestellte Aufgabe wird bei der eingangs erwähnten Prüfeinrichtung für metallische Gegenstände, wie Münzen u.dgl.

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durch die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale gelöst .

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Prüfeinrichtung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:

Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung,

Fig. 2 den Verlauf der Ausgangsspannungen, ■ und Fig. 3 ein Tiefpassfilter.

Die Prüfeinrichtung für metallische Gegenstände gemäss der Fig. 1 besteht aus einem digitalen Sinus-Generator 1, welcher aus einem Taktgeber 2, aus einem Johnson-Zähler 3 und aus einem dem Johnson-Zähler 3 nachgeschalteten Widerstandsnetz 4 besteht, welches über einen L-C Schwingkreis 5 an die Masse der Prüfeinrichtung geschaltet ist. Der Taktgeber 2 ist ein spannungs-kontrollierter Oszillator (VCO), welcher rechteckförmige Spannungen an den Johnson-Zähler 3 liefert und dessen Ausgangsfrequenz mit Hilfe einer Gleichspannung variiert werden kann. Der hier verwendete Sinus-Generator 1 ist vierstufig, so dass seine Ausgangsspannungen zueinander eine

Phasenverschiebung von 45 aufweisen. Der Johnson-Zähler 3 ist einerseits mit einem an den L-C Schwingkreis 5 geschalteten Ansteuerungskreis 6 verbunden, welcher aus einem Phasenkomparator und aus einem Integrator besteht und mit dem Taktgeber 2 verbunden ist. Die Ausgangsspannung U₅. des Johnson-Zählers 3 wird einem Analog-Schalter 7 zugeführt, dessen gesteuerter Kontakt an den L-C Schwingkreis 5 an-

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geschlossen ist. Der Analog-Schalter 7 liefert über ein Tiefpassfilter 8 eine Ausgangsgleichspannung U?, welche der am L-C Schwingkreis 5 liegenden Wechselspannung U^ proportional ist. Es gilt U* ~ U₁. Der Johnson-Zähler 3 ist ferner mit einem Phasenkomparator 9 verbunden, welcher einerseits über einen Spannungskomparator 1O mit einer mit der Spule L des L-C Schwingkreises 5 induktiv gekoppelten Sekundärspule 11 und andererseits mit einem Analog-Schalter 12 verbunden ist, dessen gesteuerter Kontakt an der Sekundärspule 11 liegt. Dem Analog-Schalter 12 ist ein Tiefpassfilter 13 nachgeschaltet.

Die am Ausgang des Ansteuerungskreises 6 abnehmbare Ausgangsspannung U- ist eine Gleichspannung, die zum Steuern des Taktgebers 2 verwendet wird und die der Resonanzfrequenz des L-C Schwingkreises 5 proportional ist. Es gilt U^ = U~f_res< Die Spannung U. - U~f_pes kann als Kriterium für die Gut-Kennung bzw. Aussonderung des Metallgegenstandes M verwendet werden.

Der durch eine Rechteckspannung des Spannungskomparators 10 gespeiste Phasenkomparator 9 kann in einer ersten Ausführung aus einem Ex-Or Gatter bestehen, dessen Ausgangsspannung durch ein Tiefpassfilter 14 nach der Fig. 3 geglättet und in Auswertemitteln zur Gut-Kennung bzw. Aussonderung metallischer Gegenstände bearbeitet wird. Der Phasenkompara-

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tor 9 kann in einer anderen Ausführung aus einem Flip-Flop bestehen, welchem ebenfalls ein Tiefpassfilter 14 nachgeschaltet wird. Die am Ausgang des Phasenkomparators 9 abnehmbare, durch das Tiefpassfilter 14 geglättete Spannung ist der Phasenverschiebung φ zwischen der Spannung L^ der Sekundärspule 11 und der Spannung U₁ des L-C Schwingkreises 5 proportional. Es gilt U_Q ~ φ.

Das Tiefpassfilter 14 gemäss der Fig. 3 besteht aus einem Operationsverstärker 15 mit frei zugänglichem Summationspunkt S, zu welchem ein aus Widerständen R^ und R£ und Kondensatoren Cj und C2 bestehender Doppel-T-Kreis parallel liegt. Dem Operationsverstärker 15 ist ein aus Widerständen R3 und R4 und aus einem Kondensator Co bestehendes T-Glied vorgeschaltet. Der frei zugängliche Summationspunkt S ist über ein- Potentiometer P an die Masse oder an ein geeignetes Potential geschaltet.

Nähert sich der Spule L des L-C Schwingkreises 5 ein metallischer Gegenstand M, z.B. eine Münze, so wird durch die Aenderung der Induktivität sowohl die Resonanzfrequenz des L-C Schwingkreises 5 als auch die Phasenverschiebung zwischen der Primärspannung U^ und der Ausgangsspannung U₅-J. des Johnson-Zählers 4 geändert. Diese Aenderung hat zur Folge, dass der Mittelwert der Ausgangsspannung des Phasenkomparators des Ansteuerungskreises 6 nicht mehr Null ist.

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Der Integrator des Ansteuerungskreises 6 summiert die vorhandenen Abweichungen auf und steuert über den Taktgeber 2 die Taktfrequenz so, dass der Mittelwert der Ausgangsspannung des Phasenkomparators des Ansteuerungskreises 6 wieder zu Null wird. In dieser Weise wird der L-C Schwingkreis 5 in Resonanz gehalten. Die Ausgangsspannung U. des Integrators ist gleichzeitig der Resonanzfrequenz, proportional: Ui = U~f_res. Sie kann zur Speisung von zwei Schmitt-Triggern einer nicht gezeigten Auswerteeinrichtung zur Gut-Kennung bzw. Aussonderung metallischer Gegenstände verwendet werden.

Während des Durchlaufens des Metallgegenstandes M zwischen der Spule L und der Sekundärspule 11 ergibt sich eine Phasenverschiebung zwischen der Primär- und Sekundärspannung U- und U₂. Es wurde festgestellt, dass sich diese Phasenverschiebung genau wie die Sekundärspannung Uo zur Unterscheidung verschiedener metallischer Gegenstände eignet. Die Spannung U2 wird mit Hilfe des Spannungskomparators 1O in eine Rechteckspannung umgewandelt, die bezüglich der Phasenlage mit der Ausgangsspannung U_st des Johnson-Zählers 3 verglichen wird. Wird als Phasenkomparator 9 ein Ex-Or Gatter mit nachgeschaltetem Tiefpassfilter 14 verwendet, so ergibt sich für die Ausgangsspannung U = U_s .φ/ 18O°, wobei U die Speisespannung des Ex-Or Gatters und φ der Phasenwinkel zwischen U_st und U₂ sind. Dabei beträgt der

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ο
Detektorbereich 18Ο . Führt man den Phasenvergleich nach der zweiten Ausführung mit einem Flip-Flop durch, so be-

trägt der Detektorbereich 360 und die Ausgangsspannung U = U . φ/ 360 . Wie ersichtlich, ist die Ausgangsspannung U in beiden Fällen dem Phasenwinkel φ proportional.

Die beschriebene Prüfeinrichtung für metallische Gegenstände liefert insgesamt vier Grossen in Form von Spannungen U ^ ~ U-j , U ₂ ~ U₂, U^ ~ f_pes und U_a ~ φ, die zur Gut- Kennung bzw. Aussonderung metallischer Gegenstände, insbesondere Münzen in Münzkassierautomaten, Telefonmünzkassierern, Verkaufsautomaten u.dgl. mit Vorteil verwendet werden können. Die zur Verfügung stehenden Grossen können verschiedenartig kombiniert werden, so dass eine sichere Gut-Kennung bzw. Aussonderung gewährleistet wird.

Für eine vereinfachte Leitfähigkeitsmessung kann die beschriebene Prüfeinrichtung so betrieben werden, dass der L-C Schwingkreis 5 mit einer festen Frequenz, d.h. mit seiner Resonanzfrequenz ohne Metall angeregt wird, wobei die Phasenverschiebung zwischen der Spannung des Sinus-Generators und der Spannung U^ ein Mass für die Leitfähigkeit des an der Spule L des L-C Schwingkreises 5 entlanggleitenden Metallgegenstandes M darstellt. Die Sekundärspannung U*₂ ~ U₂ und die durch die Phasenverschiebung zwischen der Primär- und Sekundärspannung U^ und U_ entstandene Spannung U_Q ~ φ

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sind zwei weitere Grossen, die in diesem vereinfachten Fall zur Gut-Kennung bzw. Aussonderung des Metallgegenstandes M angewendet werden können. Die Spannungen U*2 ~ Ug und U ~ φ sind dabei von der mittleren Leitfähigkeit und der Dicke des Metallgegenstandes M abhängig. Das Feld der Spule L hingegen wird vorwiegend durch die Leitfähigkeit der an der Oberfläche des Metallgegenstandes M liegenden Metallschicht beeinflusst.

Die Spannungen, welche zur Unterscheidung von Metallgegenständen während des Durchlaufens herangezogen werden, haben einen in der Fig. 2 gezeigten Verlauf. Die gestrichelten Linien I und II bilden zwei Schwellen, mit deren Hilfe sich feststellen lässt, ob der Minimalwert den geforderten Bedingungen entspricht. Kommen als Schwellendetektoren zwei Schmitt-Trigger zur Anwendung, so müssen die beiden Grenzen einreguliert werden, was nachteilig ist. Mit Hilfe des Tiefpassfilters 14 gemäss der Fig. 3 mit frei zugänglichem Summationspunkt S kann eine Pegelverschiebung vorgenommen werden, indem auf den Eingang des Operationsverstärkers 15 ein Strom addiert oder subtrahiert wird. Das hat den Vorteil, dass die Referenzspannungen der Schmitt-Trigger fest eingestellt werden können, wobei die minimale Spannung mit Hilfe des Potentiometers P in die gewünschten Grenzen hineingetrimmt wird. Bei grösseren Phasenverschiebungen kann der Gleichspannungsanteil der Rechteckspannung des Spannungs-

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komparators 1O zwischen Null Volt und der positiven Speisespannung variieren, was bedeutet, dass der Minimalwert unter Umständen mit einem Schmitt-Trigger gar nicht mehr detektiert werden kann. Die Pegelverschiebung bietet auch hier eine entsprechende Abhilfe.

Die beschriebene Prüfeinrichtung liefert, wie bereits erwähnt, vier Spannungen, die in verschiedenen Kombinationen verwendet werden können, so dass eine sehr sichere Diskriminierung der zu prüfenden Metallgegenstände M bzw. Münzen gewährleistet wird. Die Verwendung des Johnson-Zählers 3 im Sinus-Generator 1, dessen Frequenz in der beschriebenen Weise sehr einfach variiert wird, ermöglicht, dass der inus-Generator mit sehr wenig Energie auskommt, so dass er insbesondere bei der Verwendung in münzkassierenden Telefongeräten aus der Telefonschlaufe gespeist werden kann.

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Claims (8)

SODECO-SAIA AG. PATENTANSPRUECHE

1.J Prüfeinrichtung für metallische Gegenstände, wie Münzen

ι.dgl., bestehend aus einem Sinus-Generator, einem aus einer Primärspule und aus einem Kondensator gebildeten L-C Schwingkreis, aus einer mit der Primärspule des L-C Schwingkreises induktiv gekoppelten Sekundärspule und aus Mitteln zur Auswertung von Ausgangssignalen, die beim Durchgang eines Metallgegenstandes zwischen der Primär- und Sekundärspule entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinus-Generator (1) ein digitaler Generator ist und einen Johnson-Zähler (3) aufweist, welchem ein Taktgeber (2) vorgeschaltet ist und dessen Ausgang einerseits über ein Widerstandsnetz (4) mit dem L-C Schwingkreis (5) verbunden ist und andererseits an einen mit dem L-C Schwingkreis (5) verbundenen ersten Schalter (7) angeschaltet ist, dass ferner der Taktgeber (2) sowie der Johnson-Zähler (3) an einen ebenfalls mit dem L-C Schwingkreis (5) verbundenen Ansteuerungskreis (6) geschaltet sind und dass die Sekundärspule (11) sowohl über einen Spannungskomparator (1O) mit einem mit dem Johnson-Zähler (3) in Verbindung stehenden Phasenkomparator (9) mit einem nachgeschalteten Tiefpassfilter (14) als auch mit einem zweiten Schalter (12) verbunden ist.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerungskreis (6) einen Phasenkomparator und einen Integrator aufweist, welcher durch seine Gleichspannung

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U. den Taktgeber (2) steuert, wobei die Gleichspannung U. der.Resonanzfrequenz des L-C Schwingkreises (5) proportional ist.

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgeber (2) ein spannungskontrollierter Oszillator ist.

4. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenkomparator (9) durch ein Ex-Or Gatter gebildet ist.

5. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenkomparator (9) durch einen Flip-Flop Kreis gebildet ist.

6. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilter (14) ein aktives Filter ist und einen Operationsverstärker (15) mit frei zugänglichem Summationspunkt (s) aufweist, an welchen ein Potentiometer (P) geschaltet ist.

7. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Schalter (7) und (12) Analog-Schalter mit gesteuerten Kontakten sind, welchen je ein Tiefpassfilter (8, 13) nachgeschaltet ist.

8. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der L-C Schwingkreis (5) mit seiner Resonanzfrequenz angeregt ist.

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