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(yàn)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(dòng)器是非常重要的工作。需要識(shí)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(gè)必須盡快解決的問題?，F(xiàn)階段，有效識(shí)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(shí)準(zhǔn)確，內(nèi)臟和污染物不能有效檢查。重量法很少單獨(dú)使用。通過氣流傳感器檢測的硬件的真實(shí)性，通過結(jié)構(gòu)簡單、成本低、無接觸實(shí)時(shí)測量等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)方案。1電流傳感器的工作原理和設(shè)計(jì)電渦流傳感器是整個(gè)硬幣識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,直接影響識(shí)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(shí),線圈周圍產(chǎn)生1個(gè)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(gè)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(diǎn)式改進(jìn)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(shí)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(lì)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(duì)各種硬幣大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)激勵(lì)頻率在220kHz附近時(shí),傳感器分辨率最大.1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析工作原理如圖2所示.傳感器由2個(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)中信號(hào)源輸出信號(hào)加到線圈L1上作為激勵(lì)信號(hào),線圈L2上感應(yīng)出與L1同頻的信號(hào),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?hào)幅值提取出來轉(zhuǎn)換成TTL電平,然后將該電平信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行處理.實(shí)踐證明:信號(hào)源輸出信號(hào)的頻率和幅度穩(wěn)定與否直接影響識(shí)別結(jié)果.所以在設(shè)計(jì)中選用文獻(xiàn)介紹的穩(wěn)頻穩(wěn)幅振蕩電路.通過大量實(shí)驗(yàn)得到當(dāng)L1線圈的激勵(lì)頻率在14kHz左右時(shí),傳感器分辨率最大.1.3冷卻系統(tǒng)測量硬金屬材料會(huì)對(duì)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(qiáng)度高、耐磨的非金屬材料制造.設(shè)計(jì)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(duì)測量結(jié)果的影響.另外線圈L1與L2應(yīng)保證對(duì)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(shí)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(shí)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(hào)線傳輸信號(hào)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(gè)硬幣識(shí)別系統(tǒng)的控制部分,控制器必須由功能相對(duì)較強(qiáng)的嵌入式微處理器及外圍器件構(gòu)成.通過對(duì)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(jī).它是一個(gè)低電壓,高性能CMOS8位單片機(jī),片內(nèi)含2kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM).由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量小,不能滿足數(shù)據(jù)采集和參數(shù)存儲(chǔ)的需要,擴(kuò)展一片存儲(chǔ)器AT24C256.選擇A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)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(gè)硬幣識(shí)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(jià)格.鑒于成本及實(shí)際應(yīng)用情況,設(shè)計(jì)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(jià)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(shí)別過程是:當(dāng)硬幣通過時(shí),單片機(jī)進(jìn)入識(shí)幣流程,連續(xù)采集振幅和頻率的數(shù)值,按照一定算法對(duì)數(shù)值處理后與存儲(chǔ)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(dú)感量基于上述原理設(shè)計(jì)了硬幣識(shí)別器并對(duì)1元、5角、1角硬幣進(jìn)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(jī)測量20次.數(shù)據(jù)處理:每種硬幣測量得到200個(gè)原始數(shù)據(jù),把數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后可知數(shù)據(jù)在分布上很集中,剔除一些離散點(diǎn),數(shù)據(jù)重疊在一個(gè)很小的范圍內(nèi).取這個(gè)范圍的中心值做為特征值,統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)論:測量原理正確,易于電路實(shí)現(xiàn),電路設(shè)計(jì)合理可行,具有實(shí)用