磁头基本原理

磁条卡及读写磁的基本原理

一、磁卡物理结构及数据结构

一般而言，应用于银行系统的磁卡上的磁带有3 个磁道，分别为Track1，Track2 及Track3。每个Track都记录着不同的信息，这些信息有着不同的应用。此外，也有一些应用系统的磁卡只使用了两个磁道（Track），甚至只有一个Track。在我们所设计的应用系统中，根据具体情况，可以使用全部的三个Track或是二个或一个Track。

如上图所示是符合ANSI 及ISO/IEC 标准的磁卡的物理尺寸定义。这些尺寸的定义涉及磁卡读写机具的标准化。因为如果您对磁卡上Track1（或Track2 或Track3）进行数据编码时，其数据在磁带上的物理位置偏高或偏低了哪怕几个毫米，则这些已编码的数据信息偏移到了另外的Track 上了。

其中： Track1，2，3每个磁道宽度相同，大约在2.80mm（0.11 英寸）左右，用于存放用户的数据信息；相邻两个Track 约有0.05mm (0.02 英寸)的间隙（Gap），用于区分相邻的两个磁道；整个磁带宽度在0.29毫米（0.405）左右（如果是应用3 个Track 的磁卡），或是在6.35 毫米（0.25 英寸）左右（如果是应用2 个Track 的磁卡）。实际上我们所接触看到的银行磁卡上的磁带宽度会加宽1～2mm 左右，磁带总宽度在12～13mm 之间。

在磁带上，记录3 个有效磁道数据的起始数据位置和终结数据位置不是在磁带的边缘，而是在磁带边缘向内缩减约7.44mm(0.293 英寸时)为起始数据位置（引导0 区）；在磁带边缘向内缩减约6.93mm(0.273英寸)为终止数据位置（尾随0 区）；这些标准是为了有效保护磁卡上的数据不易被丢失。因为磁卡边缘上的磁记录数据很容易因物理磨损而被破坏。

二、磁卡的读写原理

使用磁卡是获取磁卡上的信息，就有一个“读信息”的过程，而要对磁卡上的磁信息进行改写就有一个抹去并重写的过程，磁卡的读写过程是由磁头来执行的，磁头的读写过程应用了磁性体的剩磁效应及电磁学中最基本的定律之一-电磁感应定律。

1、磁卡的写磁原理

磁条卡的读写都是由磁头执行的，磁头由三部分组成：软磁性磁芯、线圈、磁路间隙。软磁性磁芯组成磁路，它由低矫顽力和高导磁率的软磁化材料构成。线圈的作用是把线圈中的变化的电动势变成变化的磁通或者是将线圈中变化的磁通变成变化的电动势。磁路间隙的作用是行程漏磁。

为了将数据信息写入磁卡，首先要进行编码如：调频制（FM），调相制（PM）等，将经过编码的信号电流通入写磁头，并且使写磁头与磁卡磁性面贴近，写磁头与磁卡间以一定的速度进行相对运动，磁轨被磁化，信息即被写入到磁卡磁轨上。实际的操作是将磁轨贴近磁路间隙，并且以一定的速度通过磁头，磁通因为磁路间隙处的磁阻较大而主要通过磁卡的磁性体来构成磁通回路，是磁轨被磁化，且借助剩磁效应，完成数据信息的写入。磁介质上经磁化形成的小磁化元就像一连串的排列整齐的小磁块，在他们四周建立起磁场。

如果电流信号（或磁场强度）按照正弦规律变化，那么磁卡上的剩余磁通也同样按照正弦规律变化。当电流为正时，就引起一个从左到右（从N到S）的磁极性，当电流反向时，磁极性也跟着反向。

写电路比较简单，采用双端输入双端输出（如下图所示）。CPU在同步脉冲信号作用下，按磁卡信息记录格式，根据数据位的“1”或“0”，控制写电路正反向交替导通（P10和P11始终反向），在写磁头上产生交变信号，将信息记录到磁卡上。不写磁卡时，P10和P11口严格保持高电平，以防在读卡时抹掉磁卡上的记录信息。

磁卡写磁电路图

2、磁卡的读磁原理

磁卡数据的读出是写入的反向的过程，是将磁轨上的磁信息转变成电信号，通过二进制编码转化成二进制信号，最后将二进制信号转变成源信号。实际操作是磁卡以一定的速度通过装有线圈的工作磁头，磁卡的外部磁力线切割线圈，在线圈中产生感应电动势，从而传输了被记录的信号。

磁卡机读电路由放大器、限幅放大器、比较器和整形电路构成（基本框图见下图）。放大器将磁头上的微弱信号放大。限幅器把前端级放大器送来的信号限幅放大。比较器将限幅信号转换成TTL电平的脉冲信号。施密特触发器吧比较器送来的脉冲信号整形成上下沿很理想的脉冲波，供CPU解码。

磁卡读磁原理框图

三、影响读磁成功率的因素

1、磁卡磁性较弱，或已消磁；

2、由于磁卡信息记录密度不一样，拉卡速度也不同，范围大概为10~200cm/s。

正常速度下的刷卡测试数据

较慢速下的刷卡数据

通过上图可以看出，刷卡速度越快信号幅度越大，数据读取率越高。