專利名稱：硬幣磁學特征檢測方法及測試儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及硬幣及類似物的測量識別技術，具體是一種硬幣磁學特征檢測方法及 測試儀，它能測試整枚硬幣、硬幣生產過程中產生的硬幣中間體及類硬幣金屬體的磁學特 征。
背景技術：
要想測試材料的磁學特征，首先應將該材料制成小球形，或圓柱形，或薄膜形，這 三種形狀的樣品在開磁路下測試所產生的退磁場是已知的。測試中，將樣品置于開磁路中， 記下測試結果，再按樣品的退磁場模型進行修正，從而得到樣品的磁學特征量。硬幣既不是小球形，圓柱形，也不是薄膜形，不知到硬幣在開磁路下測試所產生的 退磁場的模型，無法對測試結果進行修正，因而，不能應用開磁路來測試硬幣的磁學特征。如何在不破壞硬幣的情況下，測試硬幣的磁學特征？現有技術中，德國的瑪格麗 特公司應用閉合磁路法來測試類硬幣體的磁學特征，研制的瑪格麗特磁學特征測試儀已在 國際上公開銷售。但是，瑪格麗特磁學特征測試儀是一款通用磁學特征測試儀，它的測試線 圈面積是硬幣面積的數倍，測試線圈的厚度也是硬幣厚度的數倍，依據理論可知，用這種測 試儀來測試硬幣的磁學特征，所測得的結果是不真實的。為了彌補這方面的不足，該儀器又 增加修正線圈，用以對結果進行修正。這種修正屬于經驗修正，不屬于理論修正，因此，德國 瑪格麗特磁學特征測試儀不能直接測出硬幣的磁學特征本征值，經過修正同樣也不能得到 硬幣的磁學特征本征值，
發明內容
1.發明目的為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提出一種硬幣磁學特征檢測方法及 測試儀。2.技術方案一種硬幣磁學特征檢測方法，包括步驟1)由可控電源發出檢測電流；2)檢測電流驅動電磁鐵產生磁場；3)檢測設在所述磁場中的被測硬幣的磁感應強度和所述磁場的磁場強度；4)對檢測到的磁感應強度和磁場強度的值進行處理，得到被測硬幣的各個磁參 量；所述步驟1)中，所述檢測電流是可控變化的；所述步驟2)中，所述磁場是直流磁場；所述步驟3)中，所述被測硬幣在直流磁場中，構成閉合磁路；所述被測硬幣外套有磁感應強度B測試線圈，在磁感應強度B測試線圈旁緊貼有 磁場強度H測試線圈；所述B測試線圈和H測試線圈產生相應的感應電壓，該感應電壓經步
4驟4)轉換得到磁感應強度B和磁場強度H。步驟1)中，檢測電流是三角波電流，其周期在1 60s下可控，電流值是7 士 10%， 在該電流驅動下，使步驟2)中的磁場近似為直流磁場；所述電磁鐵是C形，被測硬幣放在兩 個磁極頭之間，形成閉合磁路。步驟3)中，所述B測試線圈的直徑比硬幣的直徑大0.4毫米(略大于硬幣直徑， 以便緊套住被測硬幣，這樣，測試結果無須修正)；B測試線圈的厚度不大于硬幣的厚度；所 述H測試線圈繞制形狀是半圓形。步驟4)中，把采集到的B測試線圈和H測試線圈產生相應的感應電壓轉換成數字 量，再對該數字量進行如下處理設磁感應強度B檢測線圈產生感應電壓eB，磁場強度H檢測線圈產生感應電壓 eH 1)磁通量Φ的量化過程，包括模擬積分值的量化和/或數字積分值的量化兩種， 其中，模擬積分只用于輔助數字積分技術量化，即以模擬積分結果為標準，通過比較，給數
字積分定量。
伯
a.模擬積分值的量化過程，
先把感應電壓eB和eH分別送入模擬積分器，將模擬積分器的輸出量量化為韋
2mffb 檔ImWb 對應模擬輸出 IV-0. 00lmffb/Imv
20mffb 檔IOmWb 對應模擬輸出 IV-0. Olmffb/Imv
200mffb 檔IOOmWb 對應模擬輸出 IV-0. lmffb/Imv
2000mWb 檔IOOOmWb 對應模擬輸出 IV-lmffb/Imv再根據IWb = IO8MaxwaIl,將所測結果轉化為麥克斯韋爾，從而測得ΦΒ和ΦΗ。b.數字積分值的量化過程，對感應電壓eB和eH分別進行積分H :Φ'Β = ^eBdtΦ'Η = jeHdt對于同一枚被測硬幣，在檢測條件相同情況下，其數字積分值應與模擬積分值相 等，即:ΦΒ = ηχΦ'Β……(”和①開=;/，'"……(2)，可得；/丨=Jf……(3)和;72 ……(4)；式中的Il1和、是數字積分的量化因子，數字積分值Φ'^ΠΦ'μ分別乘以其量化因 子1和n2，得到實際的Φ0Ρ Φη;2)磁感應強度B的量化過程a.磁感應強度B的量化過程，由公式得歲=^T……(5);
B B將數字積分得到的ΦΒ、B測試線圈圈數和面積代入式(5)，即得B值；b.磁場強度H的量化過程
在H測試線圈中放入一塊弱磁性材料，在磁場中……(6)；式(6)中，得到NhSh值；對于每一個磁場強度測試線圈，此值是一個固定值；將測得ΦΗ和固定的常數NhSh代入式(5)，得=……(7)。一種硬幣磁學特征測試儀，包括電腦、接口電路、掃描電源、由電磁鐵和傳感器，電 磁鐵上繞制的線圈；所述電腦與接口電路連接，進行通信；所述接口電路的波形輸出端連 接掃描電源的波形輸入端；掃描電源的輸出端連接電磁鐵上的線圈；所述傳感器設在電磁 鐵構成的磁場內；所述傳感器包括磁感應強度B測試線圈和磁場強度H測試線圈；所述B測試線圈 圍成環形，環形中間留有被測硬幣的擺放空間；H測試線圈緊貼在B測試線圈旁。所述接口電路是以DSP芯片為核心的電路；所述DSP芯片的D/A出處端連接掃描 電源的輸入端；DSP芯片的兩個A/D輸入端連接分別連接B測試線圈和H測試線圈的一端， B測試線圈和H測試線圈的另一端接地。所述電磁鐵是C形，被測硬幣放在兩個磁極頭之間，形成閉合磁路。所述B測試線圈的直徑比硬幣的直徑大0. 4毫米；B測試線圈的厚度不大于硬幣 的厚度；所述H測試線圈繞制形狀是半圓形。所述電腦連接有打印機和顯示器，作為輸出設備。與現有技術相比，本技術方案在不破壞硬幣的情況下，應用閉合磁路測試整枚硬 幣、硬幣生產過程中產生的硬幣中間體及類硬幣金屬體的磁學特征。結合現有軟件，即能得 到整枚硬幣的磁滯回線B-Hi、磁導率曲線u-Hi、最大飽和磁場強度Hmax、最大磁感應強度 Bs、剩磁Br、矯頑力He、起始磁導率μ。和最大磁導率μ m。將硬幣材料制成小球型，圓柱型，或薄幕型，在開磁路下測試的結果與將硬幣材料 制成圓型硬幣，應用本發明閉合磁路測試的結果相同。因此，應用本發明可直接測試硬幣的 磁學特征，而不需要將硬幣制成小球型，圓柱型，或薄幕型。
四
圖1本發明測試線圈示意圖。圖2本發明閉合磁路示意圖。圖3具體實施例中，系統結構示意圖。圖4具體實施例中，電路原理示意。圖5具體實施例中，測試人民幣0. 5硬幣磁滯回線圖。圖中，
五、具體實施方案下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步說明參考圖3，本發明具體實施例由電腦1、接口 2、SL-5掃描電源3、電磁鐵4和打印 機5組成。電腦1通過USB接口連接SL-5掃描電源3，SL-5掃描電源3的輸出接電磁鐵4 的線圈；電磁鐵4中的測試傳感器的磁感應強度線圈B和磁場強度線圈H分別接接口 2的B接口和H接口。電腦通過另一只USB接口連接打印機。本發明應用揚聲器音圈繞制技術，為每一種硬幣繞制兩只線圈，線圈的直徑比硬 幣的直徑大0. 4毫米，厚度不大于硬幣的厚度。其中一只線圈套在硬幣上，作為硬幣磁感應 強度B測試線圈，另一只線圈做成半圓形，緊貼磁感應強度測試線圈，作為磁場強度H測試 線圈，制成的測試傳感器如圖1所示。本發明依據電磁感應理論，采用閉合磁路來測試硬幣的磁學特征，本發明框圖如 圖2所示。工作原理如下通過軟件編程，主控電腦控制接口中的單片機和D/A產生弱功率三角波，該三角 波送入SL5-10掃描電源。掃描電源送出強功率三角波電流驅動電磁鐵，產生交變的電磁 場。交變電磁場的功率大小和周期受主控電腦控制，最大電流為7安培，周期在1秒到60 秒之間可選，近似為直流磁場，從而實現準靜態測試。被測硬幣放入測試傳感器的B線圈中，測試傳感器如圖1所示。測試傳感器放入 電磁鐵的兩個磁極頭之間，使電磁鐵形成一個閉合的磁路，如圖3所示。在交變的電磁場作用下，測試傳感器中的B線圈和H線圈分別產生出感應電壓，它 們分別送到控制接口，進行差分放大。放大后的信號再送到控制接口的A/D。控制接口中的 單片機將模擬信號轉化為數字量，并送給主控電腦。主控電腦一方面控制D/A產生三角波，同時又接收A/D轉換后的數字量，它們是同 步進行的。主控電腦還同時對A/D轉換的數字量進行抗漂移處理、數字積分處理、圖形顯示 及計算硬幣的各個磁參量。需要時，可打印所測試的結果。本發明采用電磁制單位描述B — Gs高斯；S — cm2厘米平方；H — Oe奧斯特；Φ —
麥克斯韋爾。將線圈中的感應信號處理為磁物理量，S卩如何量化磁學特征量是本發明的關鍵。 磁學特征量量化過程分為兩大步在磁場的作用下，測試傳感器中的磁感應強度線圈就會產生感應電壓eB，磁場強 度線圈中就會產生感應電壓eH。1、磁通量Φ的量化過程a.模擬積分值的量化過程模擬積分值的量化步驟如下(1)感應電壓eB和eH分別進入模擬積分器(本系統使用BH-100型磁通表)，計 算機對其輸出量進行量化。(2)將模擬積分器的輸出量量化為韋伯。2mWb 檔ImWb 對應模擬輸出 IV (0. 00lmffb/Imv)20mWb 檔IOmWb 對應模擬輸出 IV (0. Olmffb/Imv)200mffb 檔 IOOmWb 對應模擬輸出 IV (0. lmffb/Imv)2000mWb 檔 IOOOmWb 對應模擬輸出 IV (lmWb/lmv)(3)根據IWb = IO8MaxwaIl (麥克斯韋爾)，將所測結果轉化為麥克斯韋爾，從而 測得ΦΒ和ΦΗ。b.數字積分值的量化過程
70081]以上所述模擬積分技術由于存在難以克服的漂移問題，因而，本發明實際應用數 字積分技術，而將模擬積分技術用于輔助數字積分技術量化。
0082]應用數字積分技術，對感應電壓分別進行積分
0083]得=^eBdt
0084]Φ = jeHdt
0085]對于同一枚硬幣，使用同一個傳感器，其數字積分值應與模擬積分值相等。
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就是數字積分的量化因子。實際應用中，數字積分值ΦΒ'和 ΦΗ'分別乘以其量化因子1和η2，就得到實際的叫和ΦΗ。
0093]2、磁感應強度B和磁場強度H的量化過程
0094]a.磁感應強度B的量化過程
0095]由式得
0096]
權利要求
一種硬幣磁學特征檢測方法，其特征是包括步驟1)由可控電源發出檢測電流；2)檢測電流驅動電磁鐵產生磁場；3)檢測設在所述磁場中的被測硬幣的磁感應強度和所述磁場的磁場強度；4)對檢測到的磁感應強度和磁場強度的值進行處理，得到被測硬幣的各個磁參量；所述步驟1)中，所述檢測電流是可控變化的；所述步驟2)中，所述磁場是直流磁場；所述步驟3)中，所述被測硬幣在直流磁場中，構成閉合磁路；所述被測硬幣外套有磁感應強度B測試線圈，在磁感應強度B測試線圈旁緊貼有磁場強度H測試線圈；所述B測試線圈和H測試線圈產生相應的感應電壓，該感應電壓經步驟4)轉換得到磁感應強度B和磁場強度H。
2.根據權利要求1所述的硬幣磁學特征檢測方法，其特征是步驟1)中，檢測電流是三 角波電流，其周期在1 60s下可控，電流值是7 士 10%，在該電流驅動下，使步驟2)中的磁 場近似為直流磁場；所述電磁鐵是C形，被測硬幣放在兩個磁極頭之間，形成閉合磁路。
3.根據權利要求1所述的硬幣磁學特征檢測方法，其特征是步驟3)中，所述B測試線 圈的直徑比硬幣的直徑大0.4毫米；B測試線圈的厚度不大于硬幣的厚度；所述H測試線圈 繞制形狀是半圓形。
4.根據權利要求1所述的硬幣磁學特征檢測方法，其特征是步驟4)中，把采集到的B 測試線圈和H測試線圈產生相應的感應電壓轉換成數字量，再對該數字量進行如下處理設磁感應強度B檢測線圈產生感應電壓eB，磁場強度H檢測線圈產生感應電壓eH 1)磁通量Φ的量化過程，包括模擬積分值的量化和/或數字積分值的量化兩種，其中， 模擬積分用于輔助數字積分量化a.模擬積分值的量化過程，先把感應電壓eB和eH分別送入模擬積分器，將模擬積分器的輸出量量化為韋伯2mffb 檔ImWb 對應模擬輸出 IV-0. 00 lmffb/Imv20mffb 檔IOmWb 對應模擬輸出 IV-0. Olmffb/Imv200mffb 檔 IOOmWb 對應模擬輸出 IV-0. lmffb/Imv2000mWb 檔 IOOOmWb 對應模擬輸出 IV-lmffb/Imv再根據IWb = IO8MaxwaIl,將所測結果轉化為麥克斯韋爾，從而測得ΦΗ。b.數字積分值的量化過程，對感應電壓eB和eH分別進行積分得= \eBdt對于同一枚被測硬幣，在檢測條件相同情況下，其數字積分值應與模擬積分值相等， 即:。B=_'B……(1)和(^=T72CD;……(2)，可得而=^f……(3)和……(4)；式中的1和、是數字積分的量化因子，數字積分值ΦΒ'和ΦΗ'分別乘以其量化因子1和n2，得到實際的Φ0Ρ Φη;2)磁感應強度B的量化過程a.磁感應強度B的量化過程，由公式得= ...... (5)；ω Α 工、1 寸·NbSb將數字積分得到的ΦΒ、B測試線圈圈數和面積代入式(5)，即得B值；b.磁場強度H的量化過程在H測試線圈中放入一塊弱磁性材料，在磁場中= ……<6)；B BH H式(6)中，得到NhSh值；對于每一個磁場強度測試線圈，此值是一個固定值；將測得ΦΗ和固定的常數NhSh代入式(5)，得丑=^^……⑴。H H
5.一種硬幣磁學特征測試儀，其特征是包括電腦、接口電路、掃描電源、由電磁鐵和傳 感器，電磁鐵上繞制的線圈；所述電腦與接口電路連接，進行通信；所述接口電路的波形輸 出端連接掃描電源的波形輸入端；掃描電源的輸出端連接電磁鐵上的線圈；所述傳感器設 在電磁鐵構成的磁場內；所述傳感器包括磁感應強度B測試線圈和磁場強度H測試線圈；所述B測試線圈圍成 環形，環形中間留有被測硬幣的擺放空間；H測試線圈緊貼在B測試線圈旁。
6.根據權利要求5所述的硬幣磁學特征測試儀，其特征是所述接口電路是以DSP芯片 為核心的電路；所述DSP芯片的D/A出處端連接掃描電源的輸入端；DSP芯片的兩個A/D輸 入端連接分別連接B測試線圈和H測試線圈的一端，B測試線圈和H測試線圈的另一端接 地。
7.根據權利要求5所述的硬幣磁學特征測試儀，其特征是所述電磁鐵是C形，被測硬幣 放在兩個磁極頭之間，形成閉合磁路。
8.根據權利要求5所述的硬幣磁學特征測試儀，其特征是所述B測試線圈的直徑比硬 幣的直徑大0. 4毫米；B測試線圈的厚度不大于硬幣的厚度；所述H測試線圈繞制形狀是半 圓形。
9.根據權利要求5所述的硬幣磁學特征測試儀，其特征是所述電腦連接有打印機和顯 示器，作為輸出設備。
全文摘要
一種硬幣磁學特征檢測方法，包括步驟1)由可控電源發出檢測電流；2)檢測電流驅動電磁鐵產生磁場；3)檢測設在所述磁場中的被測硬幣的磁感應強度和所述磁場的磁場強度；4)對檢測到的磁感應強度和磁場強度的值進行處理，得到被測硬幣的各個磁參量。一種硬幣磁學特征測試儀，包括電腦、接口電路、掃描電源、由電磁鐵和傳感器，電磁鐵上繞制的線圈；所述電腦與接口電路連接，進行通信；所述接口電路的波形輸出端連接掃描電源的波形輸入端；掃描電源的輸出端連接電磁鐵上的線圈；所述傳感器設在電磁鐵構成的磁場內。本技術方案在不破壞硬幣的情況下，應用閉合磁路測試整枚硬幣、硬幣生產過程中產生的硬幣中間體及類硬幣金屬體的磁學特征。
文檔編號G07D7/04GK101980306SQ201010509139
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者徐麗新, 方元, 黃來友, 黃翔 申請人:南京中鈔長城金融設備有限公司