电涡流传感器在硬币监测中的应用

电涡流传感器在硬币识别中的应用

电管11-1 吴木木

摘要：在对常见的假硬币特性参数测量和研究的基础上，针对我国硬币直径、厚薄、质量以及材质均不同的现状，提出采用低频透射式电涡流传感器设计硬币识别系统的方案。方案中对电涡流传感器的电路、结构进行了分析，对识别系统进行了设计。基于这种方案设计的硬币识别器性价比高，可应用于预付费无人值守产品中，具有良好的发展前号。

关键词：硬币识别电涡流传感器低频透射性价比

一引言

硬币在日常生活中扮演着重要角色。面对庞大的硬币流通量，硬币的高效检测是一项非常有意义的工作。自动售货机、无人售票公交车、投币电话等需要对硬币进行实时识别。随着假币的出现，硬币真假判别也成为一个亟待解决的问题。现阶段对假币进行有效鉴别的方法主要有图像比对法、称质量法和涡流传感器检测法。图像法处理速度较慢、硬件成本高、不易做到实时性，且对脏污币不能有效检测，称质量法也很少单独使用。采用涡流传感器检测硬币真伪凭着结构简单、成本低、非接触实时测量等优点而得到广泛应用。针对我国硬币大小、厚薄、质量以及材质均不同的现状，基于电涡流传感器原理提出硬币识别系统的软硬件设计方案。

二电涡流传感器的工作原理与设计

2.1电涡流传感器工作原理

前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗）,这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几

何尺寸、电流频率以及头部线圈到金

属导体表面的距离等参数有关。

通常假定金属导体材质均匀且性

能是线性和各项同性，则线圈和金属

导体系统的物理性质可由金属导体的

电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、

头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则

线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。通常我们能做到

控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z 就成为距离D的单值函数，虽然它整

个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线

路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即

头部体线圈与金属导体的距离D的变

化转化成电压或电流的变化。输出信

号的大小随探头到被测体表面之间的

间距而变化，电涡流传感器就是根据

这一原理实现对金属物体的厚度、位移、振动等参数的测量。

2.3低频透射式电涡流传感器

工作原理如图2所示。传感器由2个线圈组成,其中L1为发射线圈，L2为接收线圈。线圈L1中加低频电压u1，线圈L2中感应出电势u2。2个线圈间的金属材料在交变磁场中将产生电涡流消耗能量。材料越厚能量消耗越多，u2值越小，因此可以从u2值来得到板的厚度。

实验中信号源输出信号加到线圈L1,上作为激励信号,线圈L2上感应出与L1。同频的信号，经带通滤波后送人单限电压比较器，通过设定适当的参考电压将信号幅值提取出来转换成TTL电平，然后将该电平信号送入A／D转换电路中进行处理。

2.4 电涡流传感器结构设计

金属材料会对涡流传感器的精度造成影响，所以固定传感器线圈的币道材料应选用轻巧、强度高、耐磨的非金属材料制造。设计采用聚碳酸酯，并加30％玻璃纤维以增加韧性。

装配中高频线圈L4测量硬币直径，线圈下沿与币道平齐；高频线圈L3测量硬币表面镀层的厚度和材质，线圈下沿距币道4mm，尽量接近硬币中心；低频线圈L1、L2测量硬币的厚度和材质，线圈下沿距币道5mm，排除各种硬币直径对测量结果的影响。另外线圈L1与L2应保证对心安装，提高信噪比。电涡流传感器灵敏度高，尤其使用高频反射式电路测量时要重视传感器输出线分布电容的影响。分布电容使振荡器振荡频率变化直接影响测量结果。实际应用中要缩短传感器与测量电路之间的距离减少分布电容。另外采用屏蔽信号线传输信号减小外界的干扰。

图3 电涡流传感器线圈装配图

2.5 电涡流传感器结构软件设计

现实生活中会有不同面值的硬币，不同面值的硬币的直径以及材料，厚度都有不同程度的不同，通过线圈L1，L2，L3，L4输出电压或者频率的不同，因此可以通过预先的整定值来判断硬币的类型。如若有新的硬币类型，系统可以加以学习。INTO用于判断是否有学习功能键按下，进入学习子程序，增加一种输出电压或者频率整定值。

三结语

硬币鉴别技术在自动售货机、投币

电话机、游戏机、公交车、地铁售票等方面有着广泛的应用。目前国内外硬币鉴别装置，或者设计原理简单、检测手段单一，抗振动、抗电磁干扰能力不高，识别伪币能力差；要么制造复杂、价格昂贵、缺少实用价值。本文介绍采用电涡流式传感器的硬币鉴别、分检系统。它能动态、快速、精确地鉴别当前流通的硬币；其识别伪币能力强、具有学习功能，可以适应新发行的硬币品种。实践证明硬币鉴别系统的鉴别速度小于 600ms/次，在静态条件下(公交车发动机不工作)鉴别硬币、识别伪币准确率可达99.95%；在动态条件下(发动机开启的待车状态),准确率为95.23%，具备较高的推广应用价值。

参考文献

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