電渦流傳感器在多層貨幣債鑒別中的應(yīng)用

電渦流傳感器在多層貨幣債鑒別中的應(yīng)用

0地面質(zhì)量驗證血液在日常生活中起著重要作用?？紤]到大量銀幣的流量，高效檢測硬盤驅(qū)動器是非常重要的工作。需要識別自己的貨幣零售、無人售票坦克、銀幣電話等。隨著幣假出現(xiàn)，判斷舊幣的方法也是一個必須盡快解決的問題?，F(xiàn)階段，有效識別假發(fā)票的方法主要有圖像比較法、稱為質(zhì)量法和頻率傳感器法。圖像法的處理速度慢，硬件成本高，難以及時準(zhǔn)確，內(nèi)臟和污染物不能有效檢查。重量法很少單獨使用。通過氣流傳感器檢測的硬件的真實性，通過結(jié)構(gòu)簡單、成本低、無接觸實時測量等優(yōu)點，在中國第五片比特幣的大小、厚度、質(zhì)量和材料上廣泛傳播。作者在電噴霧傳感器原理的基礎(chǔ)上，提出了一種基于軟硬件的硬件設(shè)計方案。1電流傳感器的工作原理和設(shè)計電渦流傳感器是整個硬幣識別系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,直接影響識別結(jié)果的準(zhǔn)確性.1.1反向磁場h工作原理如圖1所示.當(dāng)在有骨架的空心線圈L中通以交變電流時,線圈周圍產(chǎn)生1個交變的磁場H1,將被測金屬放入H1中,則金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流.該渦流又產(chǎn)生1個反向磁場H2,削弱原有磁場H1,導(dǎo)致線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化.把線圈L作為電感接在電容三點式改進型振蕩電路中,則振蕩頻率f為當(dāng)線圈與金屬導(dǎo)體的距離固定(變量z不變),頻率只與磁場中金屬導(dǎo)體材料的固有性質(zhì)有關(guān).所以通過測量頻率可以獲得識別幣值的依據(jù).由于趨膚效應(yīng),磁場透過硬幣的厚度有限,其大小與激勵頻率、硬幣表面鍍層和材質(zhì)的磁導(dǎo)率及電阻率都有關(guān).通過對各種硬幣大量試驗發(fā)現(xiàn),當(dāng)激勵頻率在220kHz附近時,傳感器分辨率最大.1.2實驗結(jié)果分析工作原理如圖2所示.傳感器由2個線圈組成,其中L1為發(fā)射線圈,L2為接收線圈.線圈L1中加低頻電壓u1,線圈L2中感應(yīng)出電勢u2.2個線圈間的金屬材料在交變磁場中將產(chǎn)生電渦流消耗能量.材料越厚能量消耗越多,u2值越小,因此可以從u2值來得到板的厚度.實驗中信號源輸出信號加到線圈L1上作為激勵信號,線圈L2上感應(yīng)出與L1同頻的信號,經(jīng)帶通濾波后送入單限電壓比較器,通過設(shè)定適當(dāng)?shù)膮⒖茧妷簩⑿盘柗堤崛〕鰜磙D(zhuǎn)換成TTL電平,然后將該電平信號送入A/D轉(zhuǎn)換電路中進行處理.實踐證明:信號源輸出信號的頻率和幅度穩(wěn)定與否直接影響識別結(jié)果.所以在設(shè)計中選用文獻介紹的穩(wěn)頻穩(wěn)幅振蕩電路.通過大量實驗得到當(dāng)L1線圈的激勵頻率在14kHz左右時,傳感器分辨率最大.1.3冷卻系統(tǒng)測量硬金屬材料會對渦流傳感器的精度造成影響,所以固定傳感器線圈的幣道材料應(yīng)選用輕巧、強度高、耐磨的非金屬材料制造.設(shè)計采用聚碳酸酯,并加30%玻璃纖維以增加韌性.裝配中高頻線圈L4測量硬幣直徑,線圈下沿與幣道平齊;高頻線圈L3測量硬幣表面鍍層的厚度和材質(zhì),線圈下沿距幣道4mm,盡量接近硬幣中心;低頻線圈L1、L2測量硬幣的厚度和材質(zhì),線圈下沿距幣道5mm,排除各種硬幣直徑對測量結(jié)果的影響.另外線圈L1與L2應(yīng)保證對心安裝,提高信噪比.電渦流傳感器靈敏度高,尤其使用高頻反射式電路測量時要重視傳感器輸出線分布電容的影響.分布電容使振蕩器振蕩頻率變化直接影響測量結(jié)果.實際應(yīng)用中要縮短傳感器與測量電路之間的距離減少分布電容.另外采用屏蔽信號線傳輸信號減小外界的干擾.2a/d轉(zhuǎn)換電路由于篇幅關(guān)系,僅介紹微處理器和A/D轉(zhuǎn)換器的選用.作為整個硬幣識別系統(tǒng)的控制部分,控制器必須由功能相對較強的嵌入式微處理器及外圍器件構(gòu)成.通過對各種微處理器的研究,考慮到開發(fā)成本,最終選用了兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)的AT89C2051單片機.它是一個低電壓,高性能CMOS8位單片機,片內(nèi)含2kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM).由于數(shù)據(jù)存儲器容量小,不能滿足數(shù)據(jù)采集和參數(shù)存儲的需要,擴展一片存儲器AT24C256.選擇A/D轉(zhuǎn)換器時主要考慮轉(zhuǎn)換位數(shù)和轉(zhuǎn)換速率.轉(zhuǎn)換位數(shù)和速率直接影響整個硬幣識別系統(tǒng)的精度.在應(yīng)用中宜采用低功耗、外圍電路簡單、轉(zhuǎn)換速度快的A/D轉(zhuǎn)換器;但A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度直接決定器件價格.鑒于成本及實際應(yīng)用情況,設(shè)計采用轉(zhuǎn)換速度小于1MHz的A/D轉(zhuǎn)換器.最后綜合精度、功耗、速度、價格等幾方面的因素,決定選用ADS7816.3振幅和頻率的數(shù)值處理硬幣的具體識別過程是:當(dāng)硬幣通過時,單片機進入識幣流程,連續(xù)采集振幅和頻率的數(shù)值,按照一定算法對數(shù)值處理后與存儲器中的預(yù)設(shè)置值比較.如果處理后的數(shù)值落在預(yù)設(shè)值的范圍內(nèi)判為真幣,反之為假幣.軟件流程如圖4所示.4l3單獨感量基于上述原理設(shè)計了硬幣識別器并對1元、5角、1角硬幣進行了測量.線圈參數(shù):線圈L1,L2空載感量400μH(外徑10mm罐形鐵氧體磁芯,0.2mm漆包線平繞),工作在諧振狀態(tài),檢波幅值為5V;線圈L3空載感量150μH(5mm骨架,0.15mm漆包線平繞),工作在振蕩頻率220kHz;線圈L4空載感量100μH,(10mm骨架,由0.2mm漆包線),工作在振蕩頻率220kHz.測量條件:線圈與被測硬幣1mm間距.測量方法:每種硬幣選出10枚(不同年份),每枚硬幣隨機測量20次.數(shù)據(jù)處理:每種硬幣測量得到200個原始數(shù)據(jù),把數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析后可知數(shù)據(jù)在分布上很集中,剔除一些離散點,數(shù)據(jù)重疊在一個很小的范圍內(nèi).取這個范圍的中心值做為特征值,統(tǒng)計得到表1的數(shù)值.數(shù)據(jù)分析:3種線圈組合檢測方式能準(zhǔn)確地區(qū)分各種幣值.實驗結(jié)論:測量原理正確,易于電路實現(xiàn),電路設(shè)計合理可行,具有實用