Dispositivo y método para la discriminación de monedas.

Dispositivo para la discriminación de monedas, que comprende

- una trayectoria a lo largo de la cual discurre una moneda (3) entre una boca de entrada y una o más bocas desalida,

- al menos una pareja de sensores inductivos formada por un primer sensor inductivo (1) y un segundo sensorinductivo (2), que están situados enfrentados uno a cada lado de la trayectoria de la moneda,

caracterizado porque el dispositivo comprende adicionalmente:

- medios de excitación de dichos primer y segundo sensores (1, 2) configurados para funcionar a una mismafrecuencia de excitación inferior a 500kHz en al menos dos modos distintos de funcionamiento de entre los siguientesmodos de funcionamiento:

(A) excitar sólo el primer sensor inductivo,

(B) excitar sólo el segundo sensor inductivo,

(C) excitar ambos primer y segundo sensores inductivos de forma que sus campos electromagnéticos se sumen(disposición en fase) o se resten (disposición en contrafase), o bien tengan un desfase cualquiera conocido,

- medios para realizar, para cada modo de funcionamiento, unas primeras medidas de la tensión e intensidad enamplitud y fase del primer sensor inductivo (1),

- medios para realizar, para cada modo de funcionamiento, unas segundas medidas de la tensión e intensidad enamplitud y fase del segundo sensor inductivo (2),

- medios para calcular, para cada modo de funcionamiento utilizado, el cambio en resistencia (R) e inductancia(L) en cada uno de los sensores inductivos respecto a su valor en ausencia de moneda a partir de dichas primeras ysegundas medidas,

- medios para calcular un primer término de compensación (Δz1R) para cada valor de cambio de fase y decontrafase basado en los valores de cambio de resistencias propias de cada sensor inductivo,

- medios para calcular un primer término de compensación (Δz1L) para cada valor de cambio de fase y contrafasebasado en los valores de cambio de inductancias propias de cada sensor inductivo,

- medios para aplicar dichos términos de compensación (Δz1R, Δz1L) a unas medidas (z) de configuración de fasey/o de contrafase,

de forma que se compensa, al menos parcialmente, el efecto del cambio de distancias de la moneda a los sensoresdebidos a lift-off y cabeceo en los valores de cambio en resistencia e inductancia de fase y contrafase, en al menos untramo de la trayectoria de la moneda a su paso por dichos sensores

Dispositivo y método para la discriminación de monedas Campo de la invención La presente invención se refiere a selectores de monedas que definen interiormente un camino o trayectoria a lo largo de la cual discurren las monedas entre una boca de entrada y una o más bocas de salida.

Este tipo de selectores se utiliza en máquinas cuya operación se lleva a cabo mediante la introducción de una o más monedas de valor suficiente para obtener el producto o servicio solicitado.

Estos selectores normalmente disponen en la trayectoria de la moneda de sensores capaces de medir dinámicamente diferentes características dimensionales (radio, espesor) , de la aleación (peso, dureza) , eléctricas y magnéticas. De este modo puede detectarse el valor y validez de las monedas.

Antecedentes de la invención Una de las características más importantes de una moneda es el material del que está compuesto. Esto es todavía más importante en el caso de monedas bicolor o multicapa, en el que la moneda está construida combinando diferentes aleaciones. Uno de los modos más sencillos de caracterizar una aleación metálica es determinando sus características eléctricas (conductividad) y/o magnéticas (permeabilidad) . Los sensores utilizados para determinar dichas características son los de tipo inductivo, también llamados electromagnéticos.

Los sensores inductivos se basan en inducir y medir corrientes eléctricas en la moneda. Al someter la moneda a un campo magnético variable, según la ley de Faraday, se crean corrientes cuya magnitud, fase y distribución, para un determinado campo excitador, dependen de las características eléctricas, magnéticas y dimensionales de la moneda. La profundidad a la que un campo electromagnético penetra en la moneda disminuye con el crecimiento de la frecuencia de excitación. Por lo tanto, a medida que la frecuencia aumenta, las propiedades físicas del material de la superficie de la moneda tienen un efecto mayor sobre el campo que el material interior y el espesor de la moneda. Por el mismo motivo, para detectar las características del material interior en monedas multicapa, la frecuencia de excitación debe ser lo suficientemente baja para que el campo electromagnético penetre hasta el material del interior de la moneda.

El campo inductor se genera mediante una bobina alimentada por un oscilador. Puesto que no es posible medir directamente las corrientes inducidas en las monedas, se analiza el campo magnético que generan. Para ello se utiliza usualmente una bobina que puede ser o no la misma que ha generado el campo excitador, u otro tipo de sensor, tal como magnetorresistencias o sensores de efecto Hall. En el caso de bobinas inductoras se mide el efecto correspondiente sobre la impedancia de la bobina.

Una de las características intrínsecas de los sensores inductivos es la fuerte dependencia de su respuesta con la distancia entre el sensor y la moneda. Esto supone un problema en los selectores de monedas, ya que a lo largo de su trayectoria a través de los sensores, la moneda no circula normalmente a una posición constante respecto a los mismos, sino que ésta varía de una introducción a otra, e incluso en una misma introducción a lo largo del recorrido de la moneda. Pueden distinguirse dos fenómenos asociados a la inestabilidad de la moneda en su trayectoria. El primero es el cambio en la distancia entre los sensores y la moneda. Este efecto es conocido comúnmente en el campo de los ensayos no destructivos por corrientes inducidas como efecto de ‘lift-off’. El segundo efecto es el de giro de la moneda, de forma que varía el ángulo formado por el eje de los sensores y el eje de rotación de la moneda. Este efecto es conocido como cabeceo de la moneda. Más adelante se describe un fenómeno adicional asociado a los cambios en las distancias entre la moneda y los sensores que se produce cuando, en la configuración con dos sensores enfrentados, varía la separación entre dichos sensores.

Es habitual deducir parámetros característicos de cada tipo de moneda de los valores extremos (máximos o mínimos) o valores medios de la señal producida por los sensores. Estos parámetros se ven fuertemente influenciados por el lift-off y el cabeceo de la moneda. La decisión de aceptación o rechazo de una moneda se toma previa comparación individual de los valores de los distintos parámetros medidos con sus respectivos rangos de referencia, que normalmente vienen definidos por límites superiores e inferiores. Los efectos de lift-off y cabeceo obligan a ampliar los rangos de referencia, lo que empeora la calidad de discriminación.

En el documento de Le Bihan (“Lift-off and tilt effects on eddy current sensor measurements: a 3-D finite element study”,

Y. Le Bihan, The European Physical Journal Applied Physics, 17, 25-28, 2002) se presentan los resultados del estudio mediante elementos finitos de los efectos de lift-off y cabeceo sobre un sensor formado por dos bobinas cuadradas arrolladas sobre un núcleo magnético de ferrita en forma de U. En el mismo se muestra que los efectos de lift-off y cabeceo producen rectas similares en el plano de impedancias normalizado y como consecuencia se afirma que una corrección del efecto de lift-off permitiría corregir igualmente los efectos de cabeceo longitudinal y lateral.

Otra característica común de los sensores inductivos es que analizan un área de la moneda comparable a la del propio sensor y que, debido a que su sensibilidad disminuye a medida que la distancia sensor-moneda aumenta, para poder medir correctamente la moneda, la distancia entre la moneda y el sensor debe ser claramente inferior al tamaño de dicho sensor. La falta de puntualidad en las medidas de este tipo de sensores representa una dificultad para caracterizar los materiales del núcleo y del anillo en una moneda bicolor. Además en estas monedas surge el problema de la resistencia de contacto entre el núcleo y el anillo, que es un parámetro muy inestable que afecta a las corrientes inducidas, especialmente cuando dicha resistencia es de bajo valor. Estas características hacen que se tienda a emplear cada vez sensores inductivos más pequeños. Se pueden encontrar en el mercado dispositivos selectores de monedas que incluyen varios sensores inductivos con el objetivo de obtener medidas independientes de los materiales del núcleo y del anillo, sin que se vean afectadas por la resistencia de contacto. Por ejemplo, los documentos WO 99/12130 de Azkoyen y WO 99/23616 de Coin Controls describen configuraciones que incluyen varios sensores inductivos, suficientemente pequeños, para medir regiones diferentes de la moneda cuando ésta pasa por la rampa a lo largo de la cual están dispuestos los sensores. Por otro lado, para una misma variación de la distancia de una moneda al sensor, cuanto más pequeño sea el sensor inductivo, mayor es el efecto de esta variación sobre la señal generada por el sensor. Por lo tanto, cada vez es más necesario encontrar un procedimiento que compense los efectos de lift-off y cabeceo de la moneda sobre las medidas que el selector realiza.

Los efectos de lift-off y cabeceo de la moneda suponen un empeoramiento importante de la calidad de discriminación de los selectores, haciendo crítica la estabilización de la moneda previamente a su paso por dichos sensores e impidiendo conseguir una alta calidad de discriminación en aplicaciones en las que la estabilización de la moneda no es posible.

Una configuración básica de sensor electromagnético es la que está constituida por una sola bobina. Dicha bobina realiza al mismo tiempo funciones de excitación, creando un campo electromagnético que induce corrientes en el material de la moneda, y de medición de las corrientes inducidas en el material. El campo magnético creado por las corrientes inducidas está desfasado respecto al campo excitador, que hace que el campo magnético resultante varíe y se refleje en la bobina como un cambio en su impedancia. Para aumentar el flujo magnético y focalizarlo es habitual arrollar la bobina en un material de alta permeabilidad, como por ejemplo sobre ferritas cerámicas.

El mayor inconveniente del sistema con una sola bobina es la fuerte dependencia de las medidas de resistencia R e inductancia L con la distancia entre la bobina y el material (lift-off) . Tal como se describe en documentos como el de Susan N. Vernon “The Universal Impedance Diagram of the Ferrite Pot Core Eddy Current Transducer”, (IEEE Transactions on Magnetics, VOL. 25 NO. 3, May 1989) y en la patente WO 93/21608, el ángulo formado por la variación de reactancia (wL) y de resistencia de la bobina en presencia de moneda respecto a su valor en ausencia de moneda es independiente del lift-off cuando se utilizan ferritas... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la discriminación de monedas, que comprende

-una trayectoria a lo largo de la cual discurre una moneda (3) entre una boca de entrada y una o más bocas de salida,

-al menos una pareja de sensores inductivos formada por un primer sensor inductivo (1) y un segundo sensor inductivo (2) , que están situados enfrentados uno a cada lado de la trayectoria de la moneda,

caracterizado porque el dispositivo comprende adicionalmente:

-medios de excitación de dichos primer y segundo sensores (1, 2) configurados para funcionar a una misma frecuencia de excitación inferior a 500kHz en al menos dos modos distintos de funcionamiento de entre los siguientes modos de funcionamiento:

(A) excitar sólo el primer sensor inductivo,

(B) excitar sólo el segundo sensor inductivo,

(C) excitar ambos primer y segundo sensores inductivos de forma que sus campos electromagnéticos se sumen (disposición en fase) o se resten (disposición en contrafase) , o bien tengan un desfase cualquiera conocido,

-medios para realizar, para cada modo de funcionamiento, unas primeras medidas de la tensión e intensidad en amplitud y fase del primer sensor inductivo (1) ,

-medios para realizar, para cada modo de funcionamiento, unas segundas medidas de la tensión e intensidad en amplitud y fase del segundo sensor inductivo (2) ,

-medios para calcular, para cada modo de funcionamiento utilizado, el cambio en resistencia (R) e inductancia

(L) en cada uno de los sensores inductivos respecto a su valor en ausencia de moneda a partir de dichas primeras y segundas medidas,

-medios para calcular un primer término de compensación (Az1R) para cada valor de cambio de fase y de contrafase basado en los valores de cambio de resistencias propias de cada sensor inductivo,

-medios para calcular un primer término de compensación (Az1L) para cada valor de cambio de fase y contrafase basado en los valores de cambio de inductancias propias de cada sensor inductivo,

-medios para aplicar dichos términos de compensación (Az1R, Az1L) a unas medidas (z) de configuración de fase y/o de contrafase,

de forma que se compensa, al menos parcialmente, el efecto del cambio de distancias de la moneda a los sensores debidos a lift-off y cabeceo en los valores de cambio en resistencia e inductancia de fase y contrafase, en al menos un tramo de la trayectoria de la moneda a su paso por dichos sensores.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de excitación están configurados para trabajar cíclicamente, de forma que el periodo de dicho ciclo es menor que el tiempo que tarda cualquier moneda en recorrer una distancia igual a la mitad del radio del sensor inductivo, para poder reconstruir las señales de los sensores en cada uno de los modos de funcionamiento en al menos un tramo de la trayectoria de la moneda a su paso por los primer y segundo sensores, sin pérdida relevante de información.

3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo incluye sendos condensadores conectados en serie o en paralelo con cada sensor inductivo, de forma que aumenta la relación entre la variación de reactancia y resistencia de cada sensor inductivo en presencia de moneda respecto al módulo de su impedancia en ausencia de moneda.

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo incluye sendas resistencias (r1, r2) conectadas en serie con cada sensor inductivo (1, 2) , con el objetivo de aumentar el coeficiente de amortiguamiento del circuito.

5. Dispositivo para la discriminación de monedas, que comprende

-una trayectoria a lo largo de la cual discurre una moneda (3) entre una boca de entrada y una o más bocas de salida,

-al menos una pareja de sensores inductivos formada por un primer sensor inductivo (1) y un segundo sensor inductivo (2) , que están situados enfrentados uno a cada lado de la trayectoria de la moneda,

caracterizado porque el dispositivo comprende adicionalmente:

-medios de excitación de dichos primer y segundo sensores (1, 2) configurados para funcionar a una misma frecuencia de excitación inferior a 500kHz en al menos dos modos distintos de funcionamiento de entre los siguientes modos de funcionamiento:

(A) excitar sólo el primer sensor inductivo,

(B) excitar sólo el segundo sensor inductivo,

(C) excitar ambos primer y segundo sensores inductivos de forma que sus campos electromagnéticos se sumen (disposición en fase) o se resten (disposición en contrafase) , o bien tengan un desfase cualquiera conocido,

-medios para realizar, para cada modo de funcionamiento, unas primeras medidas de la tensión e intensidad en amplitud y fase del primer sensor inductivo (1) ,

-medios para realizar, para cada modo de funcionamiento, unas segundas medidas de la tensión e intensidad en amplitud y fase del segundo sensor inductivo (2) ,

-medios para calcular la inductancia mutua (LM) entre el primer y el segundo sensores inductivos en ausencia de moneda a partir de dichas primeras y segundas medidas,

-medios para calcular las inductancias propias (L1, L2) de cada sensor inductivo en ausencia de moneda a partir de dichas primeras y segundas medidas,

-medios para calcular un coeficiente de acoplamiento (M) a partir de la inductancia mutua (LM) y las inductancias propias (L1, L2) ,

-medios para calcular la distancia efectiva entre primer y segundo sensores inductivos, a partir de dicho coeficiente de acoplamiento (M) ,

-medios para calcular un segundo término de compensación (Az2) basado en dicha distancia efectiva,

-medios para aplicar dicho término de compensación (Az2) a unas medidas (z) de configuración de fase y/o de contrafase,

de forma que se corrige, al menos parcialmente, el efecto que en dichas medidas tienen los cambios en alguna de las distancias de la moneda a los sensores o de los sensores entre sí, en al menos un tramo de la trayectoria de la moneda a su paso por dichos sensores,

y de forma que dichas medidas (z) de configuración de fase y de contrafase a las que se les ha aplicado dicho término de compensación (Az2) , son las correspondientes a una distancia entre sensores inductivos nominal.

6. Método para la discriminación de monedas, que comprende

-disponer al menos un primer sensor inductivo (1) y un segundo sensor inductivo (2) de manera enfrentada uno a cada lado de una trayectoria a lo largo de la cual discurre una moneda (3) entre una boca de entrada y una o más bocas de salida,

caracterizado porque el método comprende adicionalmente:

-excitar, utilizando una misma frecuencia de excitación inferior a 500 kHz para proporcionar medidas indicativas de los materiales y características constructivas de la moneda, dichos primer y segundo sensores (1, 2) en al menos dos modos distintos de funcionamiento de entre los siguientes modos de funcionamiento:

(A) excitar sólo el primer sensor inductivo,

(B) excitar sólo el segundo sensor inductivo,

(C) excitar ambos primer y segundo sensores inductivos de forma que sus campos electromagnéticos se sumen (disposición en fase) o se resten (disposición en contrafase) , o bien tengan un desfase cualquiera conocido,

-realizar, para cada modo de funcionamiento, unas primeras medidas de la tensión e intensidad en amplitud y fase del primer sensor inductivo (1) ,

-realizar, para cada modo de funcionamiento, unas segundas medidas de la tensión e intensidad en amplitud y fase del segundo sensor inductivo (2) ,

-calcular, para cada modo de funcionamiento utilizado, el cambio en resistencia (R) e inductancia (L) en cada uno de los sensores inductivos respecto a su valor en ausencia de moneda a partir de dichas primeras y segundas medidas,

-calcular un primer término de compensación (Az1R) para cada valor de cambio de fase y de contrafase basado en los valores de cambio de resistencias propias de cada sensor inductivo,

-calcular un primer término de compensación (Az1L) para cada valor de cambio de fase y contrafase basado en los valores de cambio de inductancias propias de cada sensor inductivo,

-aplicar dichos términos de compensación (Az1R, Az1L) a unas medidas (z) de configuración de fase y de contrafase,

de forma que se compensa, al menos parcialmente, el efecto del cambio de distancias de la moneda a los sensores debidos a lift-off y cabeceo en los valores de cambio en resistencia e inductancia de fase y contrafase, en al menos un tramo de la trayectoria de la moneda a su paso por dichos sensores.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque el método comprende

-excitar cíclicamente en los modos de funcionamiento, de forma que el periodo de dicho ciclo es menor que el tiempo que tarda cualquier moneda en recorrer una distancia igual a la mitad del radio del sensor inductivo, para poder reconstruir las señales de los sensores en cada uno de los modos de funcionamiento en al menos un tramo de la trayectoria de la moneda a su paso por los primer y segundo sensores, sin pérdida relevante de información.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, caracterizado porque se utilizan los modos de funcionamiento (A) y (B) .

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, caracterizado porque se utilizan como modos de funcionamiento el modo (A) y excitar ambos primer y segundo sensores inductivos de modo que sus campos electromagnéticos se sumen (disposición en fase) o se resten (disposición en contrafase) .

10. Método para la discriminación de monedas, que comprende

-disponer al menos un primer sensor inductivo (1) y un segundo sensor inductivo (2) de manera enfrentada uno a

cada lado de una trayectoria a lo largo de la cual discurre una moneda (3) entre una boca de entrada y una o más bocas de salida,

caracterizado porque el método comprende adicionalmente:

-excitar, utilizando una misma frecuencia de excitación inferior a 500 kHz para proporcionar medidas indicativas de los materiales y características constructivas de la moneda, dichos primer y segundo sensores (1, 2) en al menos dos modos distintos de funcionamiento de entre los siguientes modos de funcionamiento:

(A) excitar sólo el primer sensor inductivo,

(B) excitar sólo el segundo sensor inductivo,

(C) excitar ambos primer y segundo sensores inductivos de forma que sus campos electromagnéticos se sumen (disposición en fase) o se resten (disposición en contrafase) , o bien tengan un desfase cualquiera conocido,

-realizar, para cada modo de funcionamiento, unas primeras medidas de la tensión e intensidad en amplitud y fase del primer sensor inductivo (1) ,

-realizar, para cada modo de funcionamiento, unas segundas medidas de la tensión e intensidad en amplitud y fase del segundo sensor inductivo (2) ,

-calcular la inductancia mutua (LM) entre el primer y el segundo sensores inductivos en ausencia de moneda, a partir de dichas primeras y segundas medidas,

-calcular las inductancias propias (L1, L2) de cada sensor inductivo en ausencia de moneda, a partir de dichas primeras y segundas medidas,

-calcular un coeficiente de acoplamiento M a partir de la inductancia mutua (LM) y las inductancias propias (L1, L2) ,

-calcular la distancia efectiva entre primer y segundo sensores inductivos, a partir de dicho coeficiente de acoplamiento M,

-calcular un segundo término de compensación (Az2) basado en dicha distancia efectiva,

-aplicar dicho término de compensación (Az2) a unas medidas (z) de configuración de fase y de contrafase,

de forma que se corrige, al menos parcialmente, el efecto que en dichas medidas tienen los cambios en alguna de las distancias de la moneda a los sensores o de los sensores entre sí, en al menos un tramo de la trayectoria de la moneda a su paso por dichos sensores,

de forma que dichas medidas (z) de configuración de fase y de contrafase a las que se les ha aplicado dicho segundo término de compensación (Az2) , son las correspondientes a una distancia entre sensores inductivos nominal.

11. Selector de monedas que comprende una entrada para las monedas y una carcasa que define un canal de paso (8) para las monedas, caracterizado porque comprende un dispositivo para la discriminación de monedas según cualquiera de las reivindicaciones 1-5.