专利名称：硬币磁学特征检测方法及测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及硬币及类似物的测量识别技术，具体是一种硬币磁学特征检测方法及 测试仪，它能测试整枚硬币、硬币生产过程中产生的硬币中间体及类硬币金属体的磁学特 征。
背景技术：
要想测试材料的磁学特征，首先应将该材料制成小球形，或圆柱形，或薄膜形，这 三种形状的样品在开磁路下测试所产生的退磁场是已知的。测试中，将样品置于开磁路中， 记下测试结果，再按样品的退磁场模型进行修正，从而得到样品的磁学特征量。硬币既不是小球形，圆柱形，也不是薄膜形，不知到硬币在开磁路下测试所产生的 退磁场的模型，无法对测试结果进行修正，因而，不能应用开磁路来测试硬币的磁学特征。如何在不破坏硬币的情况下，测试硬币的磁学特征？现有技术中，德国的玛格丽 特公司应用闭合磁路法来测试类硬币体的磁学特征，研制的玛格丽特磁学特征测试仪已在 国际上公开销售。但是，玛格丽特磁学特征测试仪是一款通用磁学特征测试仪，它的测试线 圈面积是硬币面积的数倍，测试线圈的厚度也是硬币厚度的数倍，依据理论可知，用这种测 试仪来测试硬币的磁学特征，所测得的结果是不真实的。为了弥补这方面的不足，该仪器又 增加修正线圈，用以对结果进行修正。这种修正属于经验修正，不属于理论修正，因此，德国 玛格丽特磁学特征测试仪不能直接测出硬币的磁学特征本征值，经过修正同样也不能得到 硬币的磁学特征本征值，
发明内容
1.发明目的为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种硬币磁学特征检测方法及 测试仪。2.技术方案一种硬币磁学特征检测方法，包括步骤1)由可控电源发出检测电流；2)检测电流驱动电磁铁产生磁场；3)检测设在所述磁场中的被测硬币的磁感应强度和所述磁场的磁场强度；4)对检测到的磁感应强度和磁场强度的值进行处理，得到被测硬币的各个磁参 量；所述步骤1)中，所述检测电流是可控变化的；所述步骤2)中，所述磁场是直流磁场；所述步骤3)中，所述被测硬币在直流磁场中，构成闭合磁路；所述被测硬币外套有磁感应强度B测试线圈，在磁感应强度B测试线圈旁紧贴有 磁场强度H测试线圈；所述B测试线圈和H测试线圈产生相应的感应电压，该感应电压经步
4骤4)转换得到磁感应强度B和磁场强度H。步骤1)中，检测电流是三角波电流，其周期在1 60s下可控，电流值是7 士 10%， 在该电流驱动下，使步骤2)中的磁场近似为直流磁场；所述电磁铁是C形，被测硬币放在两 个磁极头之间，形成闭合磁路。步骤3)中，所述B测试线圈的直径比硬币的直径大0.4毫米(略大于硬币直径， 以便紧套住被测硬币，这样，测试结果无须修正)；B测试线圈的厚度不大于硬币的厚度；所 述H测试线圈绕制形状是半圆形。步骤4)中，把采集到的B测试线圈和H测试线圈产生相应的感应电压转换成数字 量，再对该数字量进行如下处理设磁感应强度B检测线圈产生感应电压eB，磁场强度H检测线圈产生感应电压 eH 1)磁通量Φ的量化过程，包括模拟积分值的量化和/或数字积分值的量化两种， 其中，模拟积分只用于辅助数字积分技术量化，即以模拟积分结果为标准，通过比较，给数
字积分定量。
伯
a.模拟积分值的量化过程，
先把感应电压eB和eH分别送入模拟积分器，将模拟积分器的输出量量化为韦
2mffb 档ImWb 对应模拟输出 IV-0. 00lmffb/Imv
20mffb 档IOmWb 对应模拟输出 IV-0. Olmffb/Imv
200mffb 档IOOmWb 对应模拟输出 IV-0. lmffb/Imv
2000mWb 档IOOOmWb 对应模拟输出 IV-lmffb/Imv再根据IWb = IO8MaxwaIl,将所测结果转化为麦克斯韦尔，从而测得ΦΒ和ΦΗ。b.数字积分值的量化过程，对感应电压eB和eH分别进行积分H :Φ'Β = ^eBdtΦ'Η = jeHdt对于同一枚被测硬币，在检测条件相同情况下，其数字积分值应与模拟积分值相 等，即:ΦΒ = ηχΦ'Β……(”和①开=;/，'"……(2)，可得；/丨=Jf……(3)和;72 ……(4)；式中的Il1和、是数字积分的量化因子，数字积分值Φ'^ΠΦ'μ分别乘以其量化因 子1和n2，得到实际的Φ0Ρ Φη;2)磁感应强度B的量化过程a.磁感应强度B的量化过程，由公式得岁=^T……(5);
B B将数字积分得到的ΦΒ、B测试线圈圈数和面积代入式(5)，即得B值；b.磁场强度H的量化过程
在H测试线圈中放入一块弱磁性材料，在磁场中……(6)；式(6)中，得到NhSh值；对于每一个磁场强度测试线圈，此值是一个固定值；将测得ΦΗ和固定的常数NhSh代入式(5)，得=……(7)。一种硬币磁学特征测试仪，包括电脑、接口电路、扫描电源、由电磁铁和传感器，电 磁铁上绕制的线圈；所述电脑与接口电路连接，进行通信；所述接口电路的波形输出端连 接扫描电源的波形输入端；扫描电源的输出端连接电磁铁上的线圈；所述传感器设在电磁 铁构成的磁场内；所述传感器包括磁感应强度B测试线圈和磁场强度H测试线圈；所述B测试线圈 围成环形，环形中间留有被测硬币的摆放空间；H测试线圈紧贴在B测试线圈旁。所述接口电路是以DSP芯片为核心的电路；所述DSP芯片的D/A出处端连接扫描 电源的输入端；DSP芯片的两个A/D输入端连接分别连接B测试线圈和H测试线圈的一端， B测试线圈和H测试线圈的另一端接地。所述电磁铁是C形，被测硬币放在两个磁极头之间，形成闭合磁路。所述B测试线圈的直径比硬币的直径大0. 4毫米；B测试线圈的厚度不大于硬币 的厚度；所述H测试线圈绕制形状是半圆形。所述电脑连接有打印机和显示器，作为输出设备。与现有技术相比，本技术方案在不破坏硬币的情况下，应用闭合磁路测试整枚硬 币、硬币生产过程中产生的硬币中间体及类硬币金属体的磁学特征。结合现有软件，即能得 到整枚硬币的磁滞回线B-Hi、磁导率曲线u-Hi、最大饱和磁场强度Hmax、最大磁感应强度 Bs、剩磁Br、矫顽力He、起始磁导率μ。和最大磁导率μ m。将硬币材料制成小球型，圆柱型，或薄幕型，在开磁路下测试的结果与将硬币材料 制成圆型硬币，应用本发明闭合磁路测试的结果相同。因此，应用本发明可直接测试硬币的 磁学特征，而不需要将硬币制成小球型，圆柱型，或薄幕型。
四
图1本发明测试线圈示意图。图2本发明闭合磁路示意图。图3具体实施例中，系统结构示意图。图4具体实施例中，电路原理示意。图5具体实施例中，测试人民币0. 5硬币磁滞回线图。图中，
五、具体实施方案下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步说明参考图3，本发明具体实施例由电脑1、接口 2、SL-5扫描电源3、电磁铁4和打印 机5组成。电脑1通过USB接口连接SL-5扫描电源3，SL-5扫描电源3的输出接电磁铁4 的线圈；电磁铁4中的测试传感器的磁感应强度线圈B和磁场强度线圈H分别接接口 2的B接口和H接口。电脑通过另一只USB接口连接打印机。本发明应用扬声器音圈绕制技术，为每一种硬币绕制两只线圈，线圈的直径比硬 币的直径大0. 4毫米，厚度不大于硬币的厚度。其中一只线圈套在硬币上，作为硬币磁感应 强度B测试线圈，另一只线圈做成半圆形，紧贴磁感应强度测试线圈，作为磁场强度H测试 线圈，制成的测试传感器如图1所示。本发明依据电磁感应理论，采用闭合磁路来测试硬币的磁学特征，本发明框图如 图2所示。工作原理如下通过软件编程，主控电脑控制接口中的单片机和D/A产生弱功率三角波，该三角 波送入SL5-10扫描电源。扫描电源送出强功率三角波电流驱动电磁铁，产生交变的电磁 场。交变电磁场的功率大小和周期受主控电脑控制，最大电流为7安培，周期在1秒到60 秒之间可选，近似为直流磁场，从而实现准静态测试。被测硬币放入测试传感器的B线圈中，测试传感器如图1所示。测试传感器放入 电磁铁的两个磁极头之间，使电磁铁形成一个闭合的磁路，如图3所示。在交变的电磁场作用下，测试传感器中的B线圈和H线圈分别产生出感应电压，它 们分别送到控制接口，进行差分放大。放大后的信号再送到控制接口的A/D。控制接口中的 单片机将模拟信号转化为数字量，并送给主控电脑。主控电脑一方面控制D/A产生三角波，同时又接收A/D转换后的数字量，它们是同 步进行的。主控电脑还同时对A/D转换的数字量进行抗漂移处理、数字积分处理、图形显示 及计算硬币的各个磁参量。需要时，可打印所测试的结果。本发明采用电磁制单位描述B — Gs高斯；S — cm2厘米平方；H — Oe奥斯特；Φ —
麦克斯韦尔。将线圈中的感应信号处理为磁物理量，S卩如何量化磁学特征量是本发明的关键。 磁学特征量量化过程分为两大步在磁场的作用下，测试传感器中的磁感应强度线圈就会产生感应电压eB，磁场强 度线圈中就会产生感应电压eH。1、磁通量Φ的量化过程a.模拟积分值的量化过程模拟积分值的量化步骤如下(1)感应电压eB和eH分别进入模拟积分器(本系统使用BH-100型磁通表)，计 算机对其输出量进行量化。(2)将模拟积分器的输出量量化为韦伯。2mWb 档ImWb 对应模拟输出 IV (0. 00lmffb/Imv)20mWb 档IOmWb 对应模拟输出 IV (0. Olmffb/Imv)200mffb 档 IOOmWb 对应模拟输出 IV (0. lmffb/Imv)2000mWb 档 IOOOmWb 对应模拟输出 IV (lmWb/lmv)(3)根据IWb = IO8MaxwaIl (麦克斯韦尔)，将所测结果转化为麦克斯韦尔，从而 测得ΦΒ和ΦΗ。b.数字积分值的量化过程
70081]以上所述模拟积分技术由于存在难以克服的漂移问题，因而，本发明实际应用数 字积分技术，而将模拟积分技术用于辅助数字积分技术量化。
0082]应用数字积分技术，对感应电压分别进行积分
0083]得=^eBdt
0084]Φ = jeHdt
0085]对于同一枚硬币，使用同一个传感器，其数字积分值应与模拟积分值相等。
0086]即
0087]Φ5 = ηλΦ'Β(1)
0088]ΦΗ =”2Φ'Η(2)
0089]可得
Φο/οΝ
0090]7ι =^T(3)
B
ΦΗ…
0091]U2=^t(4)
H
0092]上式中的Il1和η2就是数字积分的量化因子。实际应用中，数字积分值ΦΒ'和 ΦΗ'分别乘以其量化因子1和η2，就得到实际的叫和ΦΗ。
0093]2、磁感应强度B和磁场强度H的量化过程
0094]a.磁感应强度B的量化过程
0095]由式得
0096]
权利要求
一种硬币磁学特征检测方法，其特征是包括步骤1)由可控电源发出检测电流；2)检测电流驱动电磁铁产生磁场；3)检测设在所述磁场中的被测硬币的磁感应强度和所述磁场的磁场强度；4)对检测到的磁感应强度和磁场强度的值进行处理，得到被测硬币的各个磁参量；所述步骤1)中，所述检测电流是可控变化的；所述步骤2)中，所述磁场是直流磁场；所述步骤3)中，所述被测硬币在直流磁场中，构成闭合磁路；所述被测硬币外套有磁感应强度B测试线圈，在磁感应强度B测试线圈旁紧贴有磁场强度H测试线圈；所述B测试线圈和H测试线圈产生相应的感应电压，该感应电压经步骤4)转换得到磁感应强度B和磁场强度H。
2.根据权利要求1所述的硬币磁学特征检测方法，其特征是步骤1)中，检测电流是三 角波电流，其周期在1 60s下可控，电流值是7 士 10%，在该电流驱动下，使步骤2)中的磁 场近似为直流磁场；所述电磁铁是C形，被测硬币放在两个磁极头之间，形成闭合磁路。
3.根据权利要求1所述的硬币磁学特征检测方法，其特征是步骤3)中，所述B测试线 圈的直径比硬币的直径大0.4毫米；B测试线圈的厚度不大于硬币的厚度；所述H测试线圈 绕制形状是半圆形。
4.根据权利要求1所述的硬币磁学特征检测方法，其特征是步骤4)中，把采集到的B 测试线圈和H测试线圈产生相应的感应电压转换成数字量，再对该数字量进行如下处理设磁感应强度B检测线圈产生感应电压eB，磁场强度H检测线圈产生感应电压eH 1)磁通量Φ的量化过程，包括模拟积分值的量化和/或数字积分值的量化两种，其中， 模拟积分用于辅助数字积分量化a.模拟积分值的量化过程，先把感应电压eB和eH分别送入模拟积分器，将模拟积分器的输出量量化为韦伯2mffb 档ImWb 对应模拟输出 IV-0. 00 lmffb/Imv20mffb 档IOmWb 对应模拟输出 IV-0. Olmffb/Imv200mffb 档 IOOmWb 对应模拟输出 IV-0. lmffb/Imv2000mWb 档 IOOOmWb 对应模拟输出 IV-lmffb/Imv再根据IWb = IO8MaxwaIl,将所测结果转化为麦克斯韦尔，从而测得ΦΗ。b.数字积分值的量化过程，对感应电压eB和eH分别进行积分得= \eBdt对于同一枚被测硬币，在检测条件相同情况下，其数字积分值应与模拟积分值相等， 即:。B=_'B……(1)和(^=T72CD;……(2)，可得而=^f……(3)和……(4)；式中的1和、是数字积分的量化因子，数字积分值ΦΒ'和ΦΗ'分别乘以其量化因子1和n2，得到实际的Φ0Ρ Φη;2)磁感应强度B的量化过程a.磁感应强度B的量化过程，由公式得= ...... (5)；ω Α 工、1 寸·NbSb将数字积分得到的ΦΒ、B测试线圈圈数和面积代入式(5)，即得B值；b.磁场强度H的量化过程在H测试线圈中放入一块弱磁性材料，在磁场中= ……<6)；B BH H式(6)中，得到NhSh值；对于每一个磁场强度测试线圈，此值是一个固定值；将测得ΦΗ和固定的常数NhSh代入式(5)，得丑=^^……⑴。H H
5.一种硬币磁学特征测试仪，其特征是包括电脑、接口电路、扫描电源、由电磁铁和传 感器，电磁铁上绕制的线圈；所述电脑与接口电路连接，进行通信；所述接口电路的波形输 出端连接扫描电源的波形输入端；扫描电源的输出端连接电磁铁上的线圈；所述传感器设 在电磁铁构成的磁场内；所述传感器包括磁感应强度B测试线圈和磁场强度H测试线圈；所述B测试线圈围成 环形，环形中间留有被测硬币的摆放空间；H测试线圈紧贴在B测试线圈旁。
6.根据权利要求5所述的硬币磁学特征测试仪，其特征是所述接口电路是以DSP芯片 为核心的电路；所述DSP芯片的D/A出处端连接扫描电源的输入端；DSP芯片的两个A/D输 入端连接分别连接B测试线圈和H测试线圈的一端，B测试线圈和H测试线圈的另一端接 地。
7.根据权利要求5所述的硬币磁学特征测试仪，其特征是所述电磁铁是C形，被测硬币 放在两个磁极头之间，形成闭合磁路。
8.根据权利要求5所述的硬币磁学特征测试仪，其特征是所述B测试线圈的直径比硬 币的直径大0. 4毫米；B测试线圈的厚度不大于硬币的厚度；所述H测试线圈绕制形状是半 圆形。
9.根据权利要求5所述的硬币磁学特征测试仪，其特征是所述电脑连接有打印机和显 示器，作为输出设备。
全文摘要
一种硬币磁学特征检测方法，包括步骤1)由可控电源发出检测电流；2)检测电流驱动电磁铁产生磁场；3)检测设在所述磁场中的被测硬币的磁感应强度和所述磁场的磁场强度；4)对检测到的磁感应强度和磁场强度的值进行处理，得到被测硬币的各个磁参量。一种硬币磁学特征测试仪，包括电脑、接口电路、扫描电源、由电磁铁和传感器，电磁铁上绕制的线圈；所述电脑与接口电路连接，进行通信；所述接口电路的波形输出端连接扫描电源的波形输入端；扫描电源的输出端连接电磁铁上的线圈；所述传感器设在电磁铁构成的磁场内。本技术方案在不破坏硬币的情况下，应用闭合磁路测试整枚硬币、硬币生产过程中产生的硬币中间体及类硬币金属体的磁学特征。
文档编号G07D7/04GK101980306SQ201010509139
公开日2011年2月23日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者徐丽新, 方元, 黄来友, 黄翔 申请人:南京中钞长城金融设备有限公司