专利名称：硬币磁电特性参数动态多频检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硬币参数的检测仪，属于硬币鉴伪技术领域。
背景技术：
在自动售货机之类的机具中，普遍采用硬币进行交易。在硬币自 动识别过程中，磁电特征是区分硬币种类与面额的主要依据之一 。 为了使同 一 币值的硬币在自动识别系统中的综合表象相具有唯一性， 首先应确保硬币的磁电特征在应用范围内具有唯一性。因此，检测硬 币在一个通用频段内的磁电特性具有重要的意义。
电涡流检测技术在硬币识别领域内得到广泛应用，其基本原理如
图1所示，根据法拉第电磁感应定律，当检测线圏通以交变电流时，
线圈周围空间必然产生交变^f兹场Hp，在该交变石兹场的作用下，^磁场 中的^5更币中感应出电涡流，电涡流又产生出新的交变》兹场Hs,它与原 磁场Hp方向相反，从而使线圈的视在阻抗发生变化。其变化程度取 决于硬币的几何尺寸、电阻率、磁导率、花紋结构、激励频率等因素。 国内外绝大多数硬币识别器都使用电涡流检测技术，只是各硬币识别 器在信号检测与处理方面有不同而已。这项技术利用了硬币可以使检 测线圏的等效电感和电阻产生明显变化的原理，并采用电路间接检测 这些变化，由此识别硬币的类型。
公开号为CN1445726的中国专利申请公开了一种硬币识别器，该 识别器对硬币电导率和^P兹导率受电涡流的影响不加区别，而是根据硬 币对振荡电路中幅度和频率的影响来鉴别硬币。该识别器内的振荡电 路串接一对检测线圈。当硬币进入检测区时，检测线圏的复阻抗就会 发生变化，振荡电路的幅度和频率也作相应的变化，识别器对这些变化作一定的处理，形成对应的识别模式，然后再与存储的模式比较， 从而判断其真伪和币值。由于该硬币识别器的电涡流频率范围单一， 频率稳定性差，对于在该频点磁电特征表象相近的硬币无法区分。
此外，公开号为CN18 5 6 8 08的中国专利申请公开了另 一种硬币鉴 别器，该鉴别器使用连续波方法或脉沖方法来鉴别硬币的真伪和币 值。其中连续波方法使用高、低频率两个交变信号同时驱动单个线圏，
釆用相敏检测器检测出与硬币表面材质相关的量和与硬币主体材质 相关的量。再计算出这两个量的比率。将这些值与机内存储的值相比 较，从而确定其真伪和币值。该鉴别器仍然不能从才艮本上消除硬币预 定频点单一导致的误差。
总之，以上现有技术对于在特定频点可能存在的磁电特征表象相 同的不同币种均无能为力，不能识别。此外，由于检测参数相对较少， 且均为间接物理量，信息量小，难以进行数据分析处理，不适用于硬 币机读磁电特征的提取，限制了为硬币制造和防伪提供有用信息。 发明内容
本发明要解决技术问题是针对以上现有技术存在的缺点，提出 一种硬币磁电特性参数动态多频检测仪，该仪器可以排除外界因素影 响，有效区别包括在特定频点磁电特征表象相同的不同币种在内的各 种硬币。
研究表明，由于硬币的制造通常包括坯饼下料、电镀、印花等 多道工序，所以不同的硬币通常具有特定的磁电特性。虽然借助电涡 流现象可以反映这些特性，但由于影响硬币磁电特征的因素较多， 例如主体材质的电学特性、磁学特性，镀层材质的电学、磁学特性， 硬币的制造工艺与结构等，因此要通过不同材质的特性和硬币的构 成方式来推知其综合表象极为困难。当通有交变电流的线圈形成临近于硬币面的交变电磁场时，会在硬币内引发涡流，其结果使得线 圈的视在阻抗发生了变化，而视在阻抗的变化特征取决于硬币的磁 导率、电导率、组成比例以及交变磁场的频率。
本专利发明人在以上研究过程中逐渐意识到，当在预定有效的频 点上对线圈在硬币或其等效组合体影响下的视在阻抗变化进行精确 检测，将开辟解决上述本发明技术问题的一条可行途径。经总结归纳，
申请人得出本发明的硬币磁电特性参数动态多频检测方法步骤如下 1)、输币机构将硬币运送到检测线圏的有效检测区域时，给出硬 币到位信号；2)、将至少两个预定频点的激励信号先后加载到检测线 圈，使硬币中产生相应的涡流并导致检测线圈的视在阻抗发生相应 变化；3)、记录检测线圏在各预定频点上因逆磁场作用而导致的相 应视在阻抗变化数据；4)、对测得的视在阻抗变化数据按预定算法进 行信号预处理；5)、以数据预处理结果作为待测硬币的特性数据，与 系列标准硬币的对应标定特性数据相比较，从而得出检测判定结果。 由于理论研究充分证明，当硬币处于交变磁场时，其中感生的电 涡流密度随着离表面距离的增加而减少，其变化完全取决于激励频 率、以及硬币的电导率和磁导率，因此本发明的方法具有科学依据， 切实可行，可以作为待测硬币在不同频率下磁导率和平均电导率特 征的机读磁电特征。为了消除边缘效应对检测结果的影响，检测线 圈的直径应小于硬币直径的二分之一。
用于实现上述方法的硬币磁电特性参数动态多频检测仪主要由 硬币到位检测电路、微处理器、可变频信号发生器、检测线圏、运算 电路组成；所述硬币到位检测电路的输出端接微处理器，用以将硬币 到位信号传输给微处理器；所述微处理器的频率控制输出端接所述可 变频信号发生器的受控端，用以控制可变频信号发生器先后发出至少两个预定频点的激励信号；所述可变频信号发生器的输出接检测线圏 的输入，用以将各预定频点的激励信号加栽到检测线圈；所述检测线 圈的输出接运算电路的信号输入端，用以将待测硬币在各预定频点上 产生的逆磁场而导致的相应视在阻抗变化信号输入运算电路后，按 预定算法进行信号预处理；所述运算电路的输出经模数转换后接微处 理器的输入端，用以将信号预处理结果作为待测硬币的特征数据，与 系列标准硬币的对应标定特征数据相比较，得出检测判定结果。
由于不同币种在两个预定频点磁电特征表象完全相同的可能性 极小，当频点进一步增多时这种可能性趋向于零，因此本发明的检测 结果不仅可以免受诸如温度等其它外界因素对硬币识别的影响，而且 能够有效区别在特定频点磁电特征表象相同的不同币种，明显提高了 硬币鉴伪的技术水准和准确性，与现有技术相比，具有突出的实质性 特点和显著的进步。以下结合附图对本发明作进 一 步的说明。
图1为电涡流检测的基本原理示意图。
图2为本发明一个实施例的电路原理框图。
图3为与图2对应的电路原理图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的硬币磁电特性参数动态多频检测仪基本构成如图2 所示，由作为信号源的DDS可变频信号发生器、AMP宽带功率驱动电 路、I-V转换装置、ADC模/数(A/D)转换电路、LPF低通滤波电路、 硬币到位检测电路、DSP微处理器等部分构成。其中，各部分电路可 以按需分别集成在模块芯片(Module)中。本实施例的具体电路见图3，主要由DSP微处理器7 (型号 ADS2100)、作为可变频信号发生器的DDS信号源芯片(AD9854 ) 1、 功率驱动电路2、 4企测线圈3、 1/V转换电路4、以及两路LPF低通滤 波电路5、 A/D转换电路6、硬币到位检测电路9组成。硬币到位检 测电路中的传感器9可以感知待测硬币是否到达正确的检测位置，其 输出端接微处理器，当检测到硬币到达正确的检测位置后，向微处理 器发出硬币到位信号，通知微处理器7开始进行参数检测控制。微处 理器的频率控制输出端接信号发生器中的受控端，用以控制可变频信 号发生器1在可调频率范围(3千赫兹到3兆赫兹)多点频率上(实 验证明预定频点98千赫兹、382千赫兹、816千赫兹^r测效果最为 显著)发出激励信号。变频信号发生器1中含有D/A和I/V转换电 路，因此激励信号通过D/A 、 1/V转换后输出， 一路通过第一LPF低 通滤波电路5后，经A/D转换电路6输入微处理器7，作为基准信号， 另一路通过功率驱动电路2后接检测线圈的输入，用以将预定频点的 激励信号依次加载到检测线圈3。
检测线圈3的输出通过I/V转换电路4以及第二 LPF低通滤波 电路进行信号预处理，再经A/D转换电路6接微处理器的信号输入端， 用以将检测线圈受待测硬币在预定频率上产生的逆磁场的作用而导 致的视在阻抗变化模拟量转化为数据量，并送入微处理器。微处理器 将输入的数据作为待测硬币的特征数据，按傅立叶变换算法进行数据 预处理，与系列标准硬币的对应标定特性数据相比较，得出检测判定 结果。该微处理器通过USB通信接口 8与上位计算机通信连接，可以 完成检测数据的传输。
检测时，信号源本身借助数字频率合成(DDS)技术，为系统提 供了具有极高频率和相位稳定度的激励信号，保证了4企测结果的精确性。宽带功率驱动电路对信号源的信号进行功率放大，为检测线圈提
供足够的检测电流；I-V转换装置将检测线圏中包含的硬币信息电流 转换成一定幅度的电压，LPF电路对检测信号中存在的干扰进行滤除， 供A/D转换电路转换成数字量，微处理器对检测到的信息进行由时域 到频域的转换，获得各频点下检测电压的实部和虚部，并根据信号源 的输出幅度计算得出各频点下检测线圈视在阻抗的实际值，发送到 PC机，与先前测定的系列标准硬币的对应标定特征数据逐一相比较， 如与实际值与某一标准硬币的标定特征数据相同，则判定为该种硬 币，否则判定为伪币，从而获得所需硬币磁电特性参数动态态多频检 测的最终判定结果。；险测结果的实时分析与处理既可通过接口在PC ^/U中完成，也可以在孩吏处理器中完成。
测试表明，当检测频率在大于某一个值(该值对应于该币种的趋 肤深度小于硬币厚度的三分之一 )的一个范围内，对检测线圈视在阻 抗的影响主要是^更币的主体材质；随着^r测频率的增高，主体材质的 影响逐渐降低，镀层的材料与厚度的影响逐渐明显，镀层的工艺也表 现出一定的特征；频率继续增高时，硬币表面的花紋高度于印制工艺 也表现出了影响。无论何种硬币均具有一定的厚度，当频率较低时(该 值对小于该币种的趋肤深度小于硬币厚度的三分之一 )，交变磁场可 以穿透硬币，此时的视在阻抗变化反映出了厚度信息，随着频率逐渐 降低，厚度的影响逐渐明显。
总之，该实施例采用有别于现有技术方法的多频检测方式，可 以检测硬币在能反映其特征的多个频点上的磁导率和平均电导率 等变化，从而确定各类硬币在广泛频率下的磁电特征参数，以实现 硬币机读磁电特征的防伪设计与检测，即可为硬币防伪鉴伪设备奠 定基础，也可用于流通硬币的机读》兹电特征才企测和硬币鉴伪。
权利要求1. 一种硬币磁电特性参数动态多频检测仪，其特征在于主要由硬币到位检测电路、微处理器、可变频信号发生器、检测线圈、运算电路组成；所述硬币到位检测电路的输出端接微处理器，用以将硬币到位信号传输给微处理器；所述微处理器的频率控制输出端接所述可变频信号发生器的受控端，用以控制可变频信号发生器先后发出至少两个预定频点的激励信号；所述可变频信号发生器的输出接检测线圈的输入，用以将各预定频点的激励信号加载到检测线圈；所述检测线圈的输出接运算电路的信号输入端，用以将待测硬币在各预定频点上产生的逆磁场而导致的相应视在阻抗变化信号输入运算电路后，按预定算法进行信号预处理；所述运算电路的输出经模数转换后接微处理器的输入端，用以将信号预处理结果作为待测硬币的特征数据，与系列标准硬币的对应标定特征数据相比较，得出检测判定结果。
2. 根据权利要求1所述的硬币磁电特性参数动态多频检测仪， 其特征在于所述检测线圈的直径小于待测硬币直径的二分之一。
3. 根据权利要求2所述的硬币磁电特性参数动态多频检测仪， 其特征在于所述可变频信号发生器含有D/A和I/V转换电路；所 述激励信号输出后一路通过第一 LPF低通滤波电路后，经A/D转换电 路输入到微处理器，作为基准信号；所述激励信号输出后另一路通过 功率驱动电路，接检测线圈的输入，用以将预定频点的激励信号依次 加载到检测线圏；所述检测线圈的输出通过I/V转换电路、第二低通 滤波电路以及A/D转换电路后，接微处理器的信号输入端，用以将检 测线圏受待测硬币在预定频率上产生的逆磁场的作用而导致的视在 阻抗变化模拟量转化为数据量送入微处理器。
4.根据权利要求3所述的硬币磁电特性参数动态多频检测仪， 其特征在于所述预定频点为98千赫兹、382千赫兹、816千赫兹。
专利摘要本实用新型涉及硬币磁电特性参数动态多频检测仪，属于硬币鉴伪技术领域。该检测仪中，硬币到位检测电路的输出端接微处理器；微处理器的频率控制输出端接所述可变频信号发生器的受控端；可变频信号发生器的输出接检测线圈的输入；检测线圈的输出接运算电路的信号输入端；运算电路的输出经模数转换后接微处理器的输入端。本发明采用多频率检测方法，可以检测硬币在最能体现硬币差异的频率上的磁导率和平均电导率等变化，从而确定各类硬币在广泛频率下的磁电特征参数。
文档编号G07D5/00GK201242779SQ20082003597
公开日2009年5月20日 申请日期2008年5月22日 优先权日2008年5月22日
发明者司峻峰, 夏凌云, 张武军, 徐丽新, 檀世明, 邵继南, 海 陆, 陈晓明 申请人:中钞长城金融设备控股有限公司