硬幣鑑別裝置和鑑別方法
2023-05-15 12:18:16 4
專利名稱：硬幣鑑別裝置和鑑別方法
技術領域：
本發明涉及錢幣的鑑定或識別裝置和方法，尤其涉及對硬幣的鑑別裝置和方法，也涉及頻譜分析技術的應用。
背景技術：
隨著市場經濟的不斷繁榮，自動售貨機得到了廣泛使用，使得硬幣的流通量越來越大的。與此同時，也出現了大量的假硬幣，影響了經營者的正當利益。因此研製結構簡單、鑑別率高、低成本的硬幣鑑別設備是十分必要的。
現有技術中，硬幣的鑑別設備主要是通過測量硬幣不同的物理特性，實現硬幣的面額、幣型和真假的鑑別。例如，利用光學方法檢測硬幣的圖案；或利用磁傳感器檢測硬幣的磁特性；或利用電傳感器檢測硬幣的電特性等等。CN95106303.0發明專利中利用磁傳感器和光學傳感器分別檢測硬幣的材料性能和表面圖案，從而實現兩種方法的聯合鑑別。CN 02806988.9的發明專利利用硬幣和傳感器裝置之間的電容耦合來確定硬幣的厚度，屬於電特性的測量。這些鑑別設備均使用電磁傳感器和光學傳感器，它們的結構都比較複雜、其價格也就比較昂貴。
根據激勵銀元產生的聲音鑑定其真偽，是傳統的鑑別方法，這是許多錢幣研究者和收藏者所熟知的。但是，這種鑑別行為目前均是人為的，它與鑑別者的經驗有很大關係，如果經驗不足則誤判率較高。至今尚未發現有利用聲音來鑑定硬幣真偽的設備。
發明內容
針對現有技術中的不足，本發明的目的在於提供一種硬幣鑑別裝置和鑑別方法，它通過採集硬幣的聲音對其進行頻譜分析，並結合重量檢測，實現硬幣鑑別。
本發明目的有以下方式來實現。
本發明的硬幣鑑別裝置，包括帶有投幣孔的箱體和設置在控制盒內的控制系統，其特徵在於，所述箱體的內壁面上有吸聲塗層，在投幣孔的內口邊沿處設有導向槽，在該導向槽的下方設置安裝有聲音傳感器的基礎板，該板的上表面與水平面有10°-45°的傾斜角，它固連在箱體的底板上，導向槽下端邊沿與基礎板上表面的直線距離在10-50釐米範圍內；在基礎板的低端的下前方設置有一水平板，在該板下表面固連有一能帶動該板正反轉動的支撐轉軸，該轉軸一端通過軸承固定在箱體的側壁孔中，並伸出箱體外與電機相連，另一端通過軸承固定在箱體內底面的突起物上；在轉軸下面的箱體內底面上還固連有一隔板，該隔板將基礎板與箱體內壁面包圍的空間分隔為放存真、假幣的兩個存貯盒，並分別設有與外部相通的真假幣的出口；所述聲音傳感器由導線與控制盒中的控制系統導通；所述控制盒設置在箱體內腔中或箱體外近處。也能夠在所述水平板上固定兩個或兩個以上壓力傳感器，並在壓力傳感器上再增加一塊用於稱重的上水平板(稱重板)，並且使該板上表面低於基礎板上表面，所述壓力傳感器也由導線與控制盒中的控制系統導通。
本發明所述的控制系統包括現有技術中使用的信號預處理系統、數據分析和決策系統、後處理系統，其中，信號預處理系統包括聲音傳感器、壓力傳感器相應的功率放大器。數據分析和決策系統包括頻譜分析裝置、重量分析裝置、頻譜標準存貯器、重量標準存貯器和運算決策器。後處理系統包括硬幣鑑別裝置中的真假幣分離裝置和顯示裝置以及相應的驅動電路。
本發明的鑑別方法，其特徵在於，其鑑別步驟為(1)將被測硬幣從投幣孔沿導向槽垂直滑落到基礎板上，聲音傳感器採集被測硬幣撞擊基礎板時發出的聲音信號，直接或經過功率放大器放大後送到頻譜分析裝置進行頻譜分析，分析得到被測硬幣的固有頻率，並與頻譜標準存貯器中的標準數據比較進行頻譜鑑別；(2)被測硬幣從基礎板再滾落到上水平板上，壓力傳感器受到被測硬幣重量所產生的壓力作用，產生力信號經過功率放大器放大後並輸入到重量分析裝置，計算得到被測硬幣的重量，並與重量標準存貯器中標準數據比較進行重量鑑別；(3)將頻譜鑑別和重量鑑別的鑑別結果信號輸入到運算決策器進行綜合分析，運算決策器根據分析結果發送控制信號到電機使真假幣分離，並分別存貯到不同的存貯盒中；(4)根據鑑別出的真幣面額，控制信號輸入到顯示裝置，顯示真幣的金額。
對於未增加壓力傳感器的硬幣鑑別裝置，在鑑別過程中省略步驟(2)。
在實際使用中，通常需要首先建立頻譜標準存貯器中的標準數據和重量標準存貯器中標準數據。由於硬幣是連續體，其振動響應的頻譜曲線理論上有無窮多個固有頻率，也即是有無窮多個峰，通常僅考慮前幾個峰，把前幾個峰對應的固有頻率和頻率間隔作為頻譜標準數據，通過大量的真幣實驗，建立頻譜標準資料庫。並且，利用天平對真幣進行重量的測量，建立重量標準資料庫。頻譜標準存貯器和重量標準存貯器中能夠同時存放多種不同幣種、不同面額的硬幣的標準數據，從而滿足不同場合的需要。
本發明是通過採集硬幣自由下落撞擊基礎板的聲音，對其進行頻譜分析準確獲得硬幣的固有頻率，並結合重量檢測從而實現硬幣鑑別。與現有的硬幣鑑別裝置相比，具有以下顯著優點1.由於硬幣的頻譜同時包含了硬幣的材料、密度、尺寸等信息，因而採用頻譜和重量的聯合鑑別，鑑別準確率高；2.由於聲傳感器和壓力傳感器使用廣泛、價格低廉，而且不需要消耗能量，因此鑑別裝置造價低；同時，鑑別過程不會對硬幣造成損傷；3.數據採集與分析處理系統均採用電子集成器件，集成度高，計算快速，結果準確；4.本鑑別裝置採集硬幣自由下落撞擊基礎板的聲音進行頻譜分析，與實際的自動售貨機和公交車投幣機很類似，操作簡單易學5.結構簡單，同時由於聲傳感器和壓力傳感器的技術成熟，因此系統可靠性高。
本發明的硬幣鑑別裝置及其鑑別方法，實現了無損、實時、快速、準確可靠的鑑定，操作過程簡單、製造成本較低、適用面廣，不僅適用於普通的流通硬幣的鑑別，也可以用於各類銀元、銅元，以及紀念幣、金銀幣等的鑑別，具有廣泛的應用前景。
下面通過實施例及其附圖作進一步描述。
附圖1為本發明的硬幣鑑別裝置的一種實施例的立體示意圖。
附圖2為本發明的硬幣鑑別裝置的一種實施例的結構示意圖。
附圖3為上述附圖2的右視圖。
附圖4為本發明所述的硬幣鑑別裝置的系統框圖。
附圖5為本發明所述的控制系統的電路圖。
具體實施例方式如圖1所示的硬幣鑑別裝置，投幣孔1設在箱體3的側壁上(在實際使用中，也可根據需要將投幣孔設在箱體頂壁上)，在投幣孔的內口邊沿處設有帶傾斜角度的導向槽2。為保證硬幣自由下落撞擊基礎板的聲音足夠響，並不損傷硬幣，應使導向槽下端邊沿與基礎板上表面的直線距離控制在5cm-100cm範圍內，最好是10-50cm。為了避免聲音的反射，箱體的內壁面上塗有吸聲塗層4，5是放置在箱體底板上的基礎板，它的上表面也與水平面有傾斜角度，在基礎板上固連有一聲音傳感器6。7是兩塊相互平行的上、下稱重板(平行板)，四個壓力傳感器8置於兩塊稱重板的之間，能較好地保證兩稱重板的相互平行。轉軸9固定在下稱重板7的下表面，它的兩端分別套裝在基礎板側面和箱體側壁的孔中，起支撐作用並保證能轉動一個角度，以使停留在上稱重板上的硬幣能滑落到下面的存貯盒內。電機10固定在箱體壁面上，其主軸與轉軸9的伸出端相連接。隔板11固定在箱體內底面上，起到分隔空間的作用。13為硬幣出口處的旋轉板。在箱體3的內腔中還設有控制盒12，它放置在基礎板後面的底板上，用於存放本裝置的控制系統的硬體。
本實施例的硬幣鑑別裝置，按功能可分為箱體、硬幣導向裝置、信息採集裝置和真假幣分離裝置及控制系統等幾大部分，其中硬幣導向裝置包括投幣孔1和導向槽2，信息採集裝置包括基礎板5、聲傳感器6和稱重板7和壓力傳感器8；真假幣分離裝置包括轉軸9、電機10和隔板11。
圖2~3為圖1所示的實施例硬幣鑑別裝置的結構示意圖。其中，導向槽、稱重板和隔板由有機玻璃製成；基礎板由陶瓷製成；吸聲塗層採用包裝海綿；聲傳感器6採用BK-4191型麥克風，壓力傳感器8採用廣泛使用的壓電片。由圖2可看出，投幣孔1是長方形孔，導向槽的尺寸應在保證硬幣能順暢下滑的同時，其寬度方向儘量小一些，以保證硬幣能垂直滾落到基礎板5上。導向槽2和基礎板5上表面均與水平面有一定的角度，並保證下端邊沿與基礎板上表面的直線距離在合適範圍內選擇，從而起導向作用，保證硬幣先滾落到基礎板5上，然後再滾落到稱重板7上。本實施例導向槽2的傾斜角度為30°，基礎板5上表面的傾斜角度為15°，導向槽2下端邊沿與基礎板上表面的直線距離為15cm。在初始狀態時，稱重板上表面總是呈水平狀。所述的壓力傳感器8通常在轉軸兩側，並對稱設置，以保證它在初始狀態時水平。本實施例選用四個。當控制系統作出判別後，稱重板隨同轉軸在電機10的帶動下向左或向右轉動30°角度，使硬幣滑落到下面的放存空間內。本實施例存放控制系統的硬體控制盒12是個長方盒，固定在基礎板5箱體側壁之間的底面上。由聲音傳感器6和壓力傳感器8引出的導線均接入盒內，並分別與功率放大器、電荷放大器導通。
上述硬幣鑑別裝置用於檢測時的過程如圖4所示。硬幣從投幣孔1投入後，沿傾斜的導向槽2下滑，在導向槽出口以一定的初速度自由下落，硬幣撞擊基礎板5時發出聲音，聲音採集通道設置有觸發電平，聲音一旦達到觸發電平，聲傳感器6採集聲音信號，經過功率放大器放大後送到頻譜分析裝置進行頻譜分析，分析得到硬幣的固有頻率，並與頻譜標準存貯器中的標準數據比較進行頻譜鑑別。由於基礎板有一定的傾斜度，硬幣與基礎板5撞擊後，在慣性和重力作用下滾落到稱重板7上，壓力傳感器8受到壓力作用，產生力信號，該信號經過相應的功率放大器放大輸入到重量分析裝置，計算得到硬幣的重量，並與重量標準存貯器中標準數據進行比較，實現重量的鑑別。然後頻譜鑑別和重量鑑別的測定結果進入運算決策器進行綜合分析實現硬幣的鑑別。如果硬幣為真，運算決策器發送控制信號到真假幣分離裝置中的電機10，電機10帶動轉軸9轉動使稱重板7轉向存放真幣的一側，真幣滑落到真幣存貯箱中；反之則使電機10反向轉動，使硬幣落入假幣存貯箱中。如果硬幣為真，根據鑑別出的面額，控制信號輸入到顯示裝置，正確顯示硬幣的金額。
上述硬幣鑑別裝置實施例的控制系統中，其中聲音傳感器為BK-4191型麥克風，相應的功率放大器為HWD2161音頻放大器，壓力傳感器為晶豐電子公司生產的壓電陶瓷片，相應的功率放大器是YE5858型電荷放大器。所述的數據分析和決策系統(包括頻譜分析裝置、重量分析裝置、頻譜標準存貯器、重量標準存貯器和運算決策器)是帶有A/D數據接口的DSP晶片，例如TMS320F240型DSP晶片，通過DSP和相應的快速傅立葉變換FFT技術實現數據分析和決策；後處理系統使用的顯示裝置為TOS-5321ASR LED顯示器，顯示器驅動電路由MAX7219顯示接口晶片實現，分離裝置中使用的電機為陝西華燕航空儀表公司產的直流永磁力矩電機，電機的驅動由A3952SB晶片實現。
本發明所述控制系統的電路圖如圖5，來自壓力傳感器和聲音傳感器的壓力信號、聲信號分別通過電荷放大器和功率放大器放大後輸入到DSP晶片的A/D數據口，DSP經過數據分析和決策輸出兩路控制信號，其中PWM信號通過A3952SB晶片構成的驅動電路後提供真假幣分離裝置中電機的控制電壓，SPI信號經過顯示接口後輸入到顯示裝置。
實驗表明，將一枚一元硬幣投入到上述實施例硬幣鑑別裝置中，2秒鐘後就在顯示裝置上顯示正確鑑別結果。
權利要求
1.一種硬幣鑑別裝置，包括帶有投幣孔的箱體和設置在控制盒內的控制系統，其特徵在於，所述箱體的內壁面上有吸聲塗層，在投幣孔的內口邊沿處設有導向槽，在該導向槽的下方設置安裝有聲音傳感器的基礎板，該板的上表面與水平面有10°-45°的傾斜角，它固連在箱體的底板上，導向槽下端邊沿與基礎板上表面的直線距離在10-50釐米範圍內；在基礎板的低端的下前方設置有一水平板，在該板下表面固連有一能帶動該板正反轉動的支撐轉軸，該轉軸一端通過軸承固定在箱體的側壁孔中，並伸出箱體外與電機相連，另一端通過軸承固定在箱體內底面的突起物上；在轉軸下面的箱體內底面上還固連有一隔板，該隔板將基礎板與箱體內壁面包圍的空間分隔為放存真、假幣的兩個存貯盒，並分別設有與外部相通的真假幣的出口；所述聲音傳感器由導線與控制盒中的控制系統導通；所述控制盒設置在箱體內腔中或箱體外近處。
2.如權利要求1所述的硬幣鑑別裝置，其特徵在於，所述水平板上固定兩個或兩個以上壓力傳感器，並在壓力傳感器上再增加一塊用於稱重的上水平板，該板上表面低於基礎板上表面，所述壓力傳感器由導線與控制盒中的控制系統導通。
3.使用如權利要求1所述硬幣鑑別裝置的鑑別方法，其特徵在於，其鑑別步驟為(1)將被測硬幣從投幣孔沿導向槽滑落到基礎板上，聲音傳感器採集被測硬幣撞擊基礎板時發出的聲音信號，直接或經過功率放大器放大後送到頻譜分析裝置進行頻譜分析，分析得到被測硬幣的固有頻率，並與頻譜標準存貯器中的標準數據比較進行頻譜鑑別；(2)被測硬幣從基礎板再滾落到上水平板上，壓力傳感器受到被測硬幣重量所產生的壓力作用，產生力信號經過功率放大器放大後並輸入到重量分析裝置，計算得到被測硬幣的重量，並與重量標準存貯器中標準數據比較進行重量鑑別；(3)頻譜鑑別和重量鑑別的測定結果輸入到運算決策器進行綜合分析得到鑑別結果，運算決策器根據鑑別結果發送控制信號到電機使真假幣分離，並分別存貯到不同的存貯盒中；(4)根據鑑別出的真幣面額，控制信號輸入到顯示裝置，顯示真幣的金額。
4.如權利要求3所述的鑑別方法，其特徵在於，使用未增加壓力傳感器的硬幣鑑別裝置時，在鑑別過程中省略步驟(2)。
全文摘要
本發明涉及錢幣的鑑定或識別裝置和方法，尤其涉及對硬幣真偽的鑑別。該方法是將被測硬幣從投幣孔沿導向槽垂直滑落到基礎板上，由聲音傳感器採集被測硬幣撞擊基礎板時發出的聲音信號，直接或經過功率放大器放大後送到頻譜分析裝置進行頻譜分析，分析得到被測硬幣的固有頻率，並與頻譜標準存貯器中的標準數據比較進行頻譜鑑別；此後再利用壓力傳感器測量硬幣的重量，將所產生的力信號經過功率放大器放大後輸入到重量分析裝置，計算得到被測硬幣的重量，並與重量標準存貯器中標準數據比較進行重量鑑別；然後通過運算決策器進行綜合分析得到最終鑑別結果。本發明所使用的識別裝置結構簡單，製造成本較低，鑑別準確率高，適用於各種硬幣的鑑別，具有廣泛的應用前景。
文檔編號G07D5/04GK1787017SQ20051009533
公開日2006年6月14日 申請日期2005年11月3日 優先權日2005年11月3日
發明者孫紅靈, 施繼龍, 張鯤, 張培強, 王昌燧 申請人:中國科學技術大學