專利名稱：硬幣磁電特性參數動態多頻檢測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種硬幣參數的檢測儀，屬于硬幣鑒偽技術領域。
背景技術：
在自動售貨機之類的機具中，普遍采用硬幣進行交易。在硬幣自 動識別過程中，磁電特征是區分硬幣種類與面額的主要依據之一 。 為了使同 一 幣值的硬幣在自動識別系統中的綜合表象相具有唯一性， 首先應確保硬幣的磁電特征在應用范圍內具有唯一性。因此，檢測硬 幣在一個通用頻段內的磁電特性具有重要的意義。
電渦流檢測技術在硬幣識別領域內得到廣泛應用，其基本原理如
圖1所示，根據法拉第電磁感應定律，當檢測線圏通以交變電流時，
線圈周圍空間必然產生交變^f茲場Hp，在該交變石茲場的作用下，^磁場 中的^5更幣中感應出電渦流，電渦流又產生出新的交變》茲場Hs,它與原 磁場Hp方向相反，從而使線圈的視在阻抗發生變化。其變化程度取 決于硬幣的幾何尺寸、電阻率、磁導率、花紋結構、激勵頻率等因素。 國內外絕大多數硬幣識別器都使用電渦流檢測技術，只是各硬幣識別 器在信號檢測與處理方面有不同而已。這項技術利用了硬幣可以使檢 測線圏的等效電感和電阻產生明顯變化的原理，并采用電路間接檢測 這些變化，由此識別硬幣的類型。
公開號為CN1445726的中國專利申請公開了一種硬幣識別器，該 識別器對硬幣電導率和^P茲導率受電渦流的影響不加區別，而是根據硬 幣對振蕩電路中幅度和頻率的影響來鑒別硬幣。該識別器內的振蕩電 路串接一對檢測線圈。當硬幣進入檢測區時，檢測線圏的復阻抗就會 發生變化，振蕩電路的幅度和頻率也作相應的變化，識別器對這些變化作一定的處理，形成對應的識別模式，然后再與存儲的模式比較， 從而判斷其真偽和幣值。由于該硬幣識別器的電渦流頻率范圍單一， 頻率穩定性差，對于在該頻點磁電特征表象相近的硬幣無法區分。
此外，公開號為CN18 5 6 8 08的中國專利申請公開了另 一種硬幣鑒 別器，該鑒別器使用連續波方法或脈沖方法來鑒別硬幣的真偽和幣 值。其中連續波方法使用高、低頻率兩個交變信號同時驅動單個線圏，
釆用相敏檢測器檢測出與硬幣表面材質相關的量和與硬幣主體材質 相關的量。再計算出這兩個量的比率。將這些值與機內存儲的值相比 較，從而確定其真偽和幣值。該鑒別器仍然不能從才艮本上消除硬幣預 定頻點單一導致的誤差。
總之，以上現有技術對于在特定頻點可能存在的磁電特征表象相 同的不同幣種均無能為力，不能識別。此外，由于檢測參數相對較少， 且均為間接物理量，信息量小，難以進行數據分析處理，不適用于硬 幣機讀磁電特征的提取，限制了為硬幣制造和防偽提供有用信息。 發明內容
本發明要解決技術問題是針對以上現有技術存在的缺點，提出 一種硬幣磁電特性參數動態多頻檢測儀，該儀器可以排除外界因素影 響，有效區別包括在特定頻點磁電特征表象相同的不同幣種在內的各 種硬幣。
研究表明，由于硬幣的制造通常包括坯餅下料、電鍍、印花等 多道工序，所以不同的硬幣通常具有特定的磁電特性。雖然借助電渦 流現象可以反映這些特性，但由于影響硬幣磁電特征的因素較多， 例如主體材質的電學特性、磁學特性，鍍層材質的電學、磁學特性， 硬幣的制造工藝與結構等，因此要通過不同材質的特性和硬幣的構 成方式來推知其綜合表象極為困難。當通有交變電流的線圈形成臨近于硬幣面的交變電磁場時，會在硬幣內引發渦流，其結果使得線 圈的視在阻抗發生了變化，而視在阻抗的變化特征取決于硬幣的磁 導率、電導率、組成比例以及交變磁場的頻率。
本專利發明人在以上研究過程中逐漸意識到，當在預定有效的頻 點上對線圈在硬幣或其等效組合體影響下的視在阻抗變化進行精確 檢測，將開辟解決上述本發明技術問題的一條可行途徑。經總結歸納，
申請人得出本發明的硬幣磁電特性參數動態多頻檢測方法步驟如下 1)、輸幣機構將硬幣運送到檢測線圏的有效檢測區域時，給出硬 幣到位信號；2)、將至少兩個預定頻點的激勵信號先后加載到檢測線 圈，使硬幣中產生相應的渦流并導致檢測線圈的視在阻抗發生相應 變化；3)、記錄檢測線圏在各預定頻點上因逆磁場作用而導致的相 應視在阻抗變化數據；4)、對測得的視在阻抗變化數據按預定算法進 行信號預處理；5)、以數據預處理結果作為待測硬幣的特性數據，與 系列標準硬幣的對應標定特性數據相比較，從而得出檢測判定結果。 由于理論研究充分證明，當硬幣處于交變磁場時，其中感生的電 渦流密度隨著離表面距離的增加而減少，其變化完全取決于激勵頻 率、以及硬幣的電導率和磁導率，因此本發明的方法具有科學依據， 切實可行，可以作為待測硬幣在不同頻率下磁導率和平均電導率特 征的機讀磁電特征。為了消除邊緣效應對檢測結果的影響，檢測線 圈的直徑應小于硬幣直徑的二分之一。
用于實現上述方法的硬幣磁電特性參數動態多頻檢測儀主要由 硬幣到位檢測電路、微處理器、可變頻信號發生器、檢測線圏、運算 電路組成；所述硬幣到位檢測電路的輸出端接微處理器，用以將硬幣 到位信號傳輸給微處理器；所述微處理器的頻率控制輸出端接所述可 變頻信號發生器的受控端，用以控制可變頻信號發生器先后發出至少兩個預定頻點的激勵信號；所述可變頻信號發生器的輸出接檢測線圏 的輸入，用以將各預定頻點的激勵信號加栽到檢測線圈；所述檢測線 圈的輸出接運算電路的信號輸入端，用以將待測硬幣在各預定頻點上 產生的逆磁場而導致的相應視在阻抗變化信號輸入運算電路后，按 預定算法進行信號預處理；所述運算電路的輸出經模數轉換后接微處 理器的輸入端，用以將信號預處理結果作為待測硬幣的特征數據，與 系列標準硬幣的對應標定特征數據相比較，得出檢測判定結果。
由于不同幣種在兩個預定頻點磁電特征表象完全相同的可能性 極小，當頻點進一步增多時這種可能性趨向于零，因此本發明的檢測 結果不僅可以免受諸如溫度等其它外界因素對硬幣識別的影響，而且 能夠有效區別在特定頻點磁電特征表象相同的不同幣種，明顯提高了 硬幣鑒偽的技術水準和準確性，與現有技術相比，具有突出的實質性 特點和顯著的進步。以下結合附圖對本發明作進 一 步的說明。
圖1為電渦流檢測的基本原理示意圖。
圖2為本發明一個實施例的電路原理框圖。
圖3為與圖2對應的電路原理圖。
具體實施方式
實施例一
本實施例的硬幣磁電特性參數動態多頻檢測儀基本構成如圖2 所示，由作為信號源的DDS可變頻信號發生器、AMP寬帶功率驅動電 路、I-V轉換裝置、ADC模/數(A/D)轉換電路、LPF低通濾波電路、 硬幣到位檢測電路、DSP微處理器等部分構成。其中，各部分電路可 以按需分別集成在模塊芯片(Module)中。本實施例的具體電路見圖3，主要由DSP微處理器7 (型號 ADS2100)、作為可變頻信號發生器的DDS信號源芯片(AD9854 ) 1、 功率驅動電路2、 4企測線圈3、 1/V轉換電路4、以及兩路LPF低通濾 波電路5、 A/D轉換電路6、硬幣到位檢測電路9組成。硬幣到位檢 測電路中的傳感器9可以感知待測硬幣是否到達正確的檢測位置，其 輸出端接微處理器，當檢測到硬幣到達正確的檢測位置后，向微處理 器發出硬幣到位信號，通知微處理器7開始進行參數檢測控制。微處 理器的頻率控制輸出端接信號發生器中的受控端，用以控制可變頻信 號發生器1在可調頻率范圍(3千赫茲到3兆赫茲)多點頻率上(實 驗證明預定頻點98千赫茲、382千赫茲、816千赫茲^r測效果最為 顯著)發出激勵信號。變頻信號發生器1中含有D/A和I/V轉換電 路，因此激勵信號通過D/A 、 1/V轉換后輸出， 一路通過第一LPF低 通濾波電路5后，經A/D轉換電路6輸入微處理器7，作為基準信號， 另一路通過功率驅動電路2后接檢測線圈的輸入，用以將預定頻點的 激勵信號依次加載到檢測線圈3。
檢測線圈3的輸出通過I/V轉換電路4以及第二 LPF低通濾波 電路進行信號預處理，再經A/D轉換電路6接微處理器的信號輸入端， 用以將檢測線圈受待測硬幣在預定頻率上產生的逆磁場的作用而導 致的視在阻抗變化模擬量轉化為數據量，并送入微處理器。微處理器 將輸入的數據作為待測硬幣的特征數據，按傅立葉變換算法進行數據 預處理，與系列標準硬幣的對應標定特性數據相比較，得出檢測判定 結果。該微處理器通過USB通信接口 8與上位計算機通信連接，可以 完成檢測數據的傳輸。
檢測時，信號源本身借助數字頻率合成(DDS)技術，為系統提 供了具有極高頻率和相位穩定度的激勵信號，保證了4企測結果的精確性。寬帶功率驅動電路對信號源的信號進行功率放大，為檢測線圈提
供足夠的檢測電流；I-V轉換裝置將檢測線圏中包含的硬幣信息電流 轉換成一定幅度的電壓，LPF電路對檢測信號中存在的干擾進行濾除， 供A/D轉換電路轉換成數字量，微處理器對檢測到的信息進行由時域 到頻域的轉換，獲得各頻點下檢測電壓的實部和虛部，并根據信號源 的輸出幅度計算得出各頻點下檢測線圈視在阻抗的實際值，發送到 PC機，與先前測定的系列標準硬幣的對應標定特征數據逐一相比較， 如與實際值與某一標準硬幣的標定特征數據相同，則判定為該種硬 幣，否則判定為偽幣，從而獲得所需硬幣磁電特性參數動態態多頻檢 測的最終判定結果。；險測結果的實時分析與處理既可通過接口在PC ^/U中完成，也可以在孩吏處理器中完成。
測試表明，當檢測頻率在大于某一個值(該值對應于該幣種的趨 膚深度小于硬幣厚度的三分之一 )的一個范圍內，對檢測線圈視在阻 抗的影響主要是^更幣的主體材質；隨著^r測頻率的增高，主體材質的 影響逐漸降低，鍍層的材料與厚度的影響逐漸明顯，鍍層的工藝也表 現出一定的特征；頻率繼續增高時，硬幣表面的花紋高度于印制工藝 也表現出了影響。無論何種硬幣均具有一定的厚度，當頻率較低時(該 值對小于該幣種的趨膚深度小于硬幣厚度的三分之一 )，交變磁場可 以穿透硬幣，此時的視在阻抗變化反映出了厚度信息，隨著頻率逐漸 降低，厚度的影響逐漸明顯。
總之，該實施例采用有別于現有技術方法的多頻檢測方式，可 以檢測硬幣在能反映其特征的多個頻點上的磁導率和平均電導率 等變化，從而確定各類硬幣在廣泛頻率下的磁電特征參數，以實現 硬幣機讀磁電特征的防偽設計與檢測，即可為硬幣防偽鑒偽設備奠 定基礎，也可用于流通硬幣的機讀》茲電特征才企測和硬幣鑒偽。
權利要求1. 一種硬幣磁電特性參數動態多頻檢測儀，其特征在于主要由硬幣到位檢測電路、微處理器、可變頻信號發生器、檢測線圈、運算電路組成；所述硬幣到位檢測電路的輸出端接微處理器，用以將硬幣到位信號傳輸給微處理器；所述微處理器的頻率控制輸出端接所述可變頻信號發生器的受控端，用以控制可變頻信號發生器先后發出至少兩個預定頻點的激勵信號；所述可變頻信號發生器的輸出接檢測線圈的輸入，用以將各預定頻點的激勵信號加載到檢測線圈；所述檢測線圈的輸出接運算電路的信號輸入端，用以將待測硬幣在各預定頻點上產生的逆磁場而導致的相應視在阻抗變化信號輸入運算電路后，按預定算法進行信號預處理；所述運算電路的輸出經模數轉換后接微處理器的輸入端，用以將信號預處理結果作為待測硬幣的特征數據，與系列標準硬幣的對應標定特征數據相比較，得出檢測判定結果。
2. 根據權利要求1所述的硬幣磁電特性參數動態多頻檢測儀， 其特征在于所述檢測線圈的直徑小于待測硬幣直徑的二分之一。
3. 根據權利要求2所述的硬幣磁電特性參數動態多頻檢測儀， 其特征在于所述可變頻信號發生器含有D/A和I/V轉換電路；所 述激勵信號輸出后一路通過第一 LPF低通濾波電路后，經A/D轉換電 路輸入到微處理器，作為基準信號；所述激勵信號輸出后另一路通過 功率驅動電路，接檢測線圈的輸入，用以將預定頻點的激勵信號依次 加載到檢測線圏；所述檢測線圈的輸出通過I/V轉換電路、第二低通 濾波電路以及A/D轉換電路后，接微處理器的信號輸入端，用以將檢 測線圏受待測硬幣在預定頻率上產生的逆磁場的作用而導致的視在 阻抗變化模擬量轉化為數據量送入微處理器。
4.根據權利要求3所述的硬幣磁電特性參數動態多頻檢測儀， 其特征在于所述預定頻點為98千赫茲、382千赫茲、816千赫茲。
專利摘要本實用新型涉及硬幣磁電特性參數動態多頻檢測儀，屬于硬幣鑒偽技術領域。該檢測儀中，硬幣到位檢測電路的輸出端接微處理器；微處理器的頻率控制輸出端接所述可變頻信號發生器的受控端；可變頻信號發生器的輸出接檢測線圈的輸入；檢測線圈的輸出接運算電路的信號輸入端；運算電路的輸出經模數轉換后接微處理器的輸入端。本發明采用多頻率檢測方法，可以檢測硬幣在最能體現硬幣差異的頻率上的磁導率和平均電導率等變化，從而確定各類硬幣在廣泛頻率下的磁電特征參數。
文檔編號G07D5/00GK201242779SQ20082003597
公開日2009年5月20日 申請日期2008年5月22日 優先權日2008年5月22日
發明者司峻峰, 夏凌云, 張武軍, 徐麗新, 檀世明, 邵繼南, 海 陸, 陳曉明 申請人:中鈔長城金融設備控股有限公司