带磁性检测的硬币电磁参数在线检测模块的制作方法

1.本实用新型涉及一种带磁性检测的硬币电磁参数在线检测模块，属于硬币电磁参数在线检测技术领域。


背景技术：

2.为了避免部分工艺精度不合格的硬币流入市场，在硬币的生产制造过程中，需要对硬币参数进行检测。现有的电磁参数在线检测模块主要应用于厂在线检查机设备上，其主要功能是在硬币生产过程中，对硬币的电磁参数性能进行在线检测，从而避免不符合要求的硬币进入流通市场。然而，目前各家造币厂使用的电磁参数在线检测模块为独立运行的模块，不符合新一代研制的硬币在线质量检查机统一平台的要求，并且该模块使用的是单一频率的电磁参数检测，对复合材料的硬币检测没有优势，现用的检测模块功能中也没有磁性利用检测，无法检测材质的磁性大小。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种带磁性检测的硬币电磁参数在线检测模块。
4.本实用新型通过以下技术方案解决技术问题：
5.一种带磁性检测的硬币电磁参数在线检测模块，包括控制电路板和带磁性检测的传感器，所述传感器通过连接线与控制电路板相连，所述控制电路板包括信号发生器、第一放大滤波电路、第二放大滤波电路、混频电路、差分放大电路和相敏检波电路，所述传感器包括上传感器和下传感器，所述上传感器、下传感器内分别设有矩形线圈，所述下传感器内设有霍尔器件。
6.本实用新型的硬币参数在线检测模块，包括带磁性检测的传感器和控制电路板，硬币通过传感器会引起传感器特征参数发生变化，控制电路板采集传感器参数变化信息并将采集到的数据传递给上位机。该在线检测模块可以实现两组频率的电磁参数检测以及两个部位的磁性检测。
7.本实用新型进一步优化的技术方案如下：
8.优选地，所述控制电路板包括信号发生器、第一放大滤波电路、第二放大滤波电路、混频电路、差分放大电路和相敏检波电路，所述信号发生器的输出端通过第一放大滤波电路与混频电路、相敏检波电路的输入端连接，所述混频电路的输出端与差分放大电路的输入端连接，所述差分放大电路的输出端与相敏检波电路的输入端连接。
9.优选地，所述相敏检波电路、第二放大滤波电路的输出端分别与处理器的输入端连接，所述处理器的输出端与信号发生器的输入端连接。
10.优选地，所述相敏检波电路包含四条电路，四条电路之后均接于处理器；所述第一放大滤波电路包含四条电路，所述第一放大滤波电路的四条电路分别与所述相敏检波电路的四条电路一一对应连接，并且所述第一放大滤波电路中的两条电路还接于混频电路。
11.优选地，所述差分放大电路的输出端分别与所述相敏检波电路中的四条电路的输入端连接。
12.优选地，所述处理器与上位机通讯连接。
13.优选地，所述传感器包括上传感器和下传感器，所述上传感器、下传感器分别安装在陶瓷板的上、下表面。
14.优选地，所述上传感器、下传感器内分别设有矩形线圈，两个矩形线圈上下对称设置，串联组成电磁检测的主要感应部件，所述矩形线圈与差分放大电路的输入端连接。
15.优选地，在所述下传感器内设有第二传感器电路板，所述第二传感器电路板上设有两个霍尔器件，在所述霍尔器件的下方设置有磁铁，所述霍尔器件与第二放大滤波电路的输入端连接。
16.本实用新型的电磁参数检测主要应用电涡流检测技术，运用电子信息技术，采用比较测量方式，结合阻抗分析法，获取硬币的电磁特征参数。其中电涡流检测硬币原理如下：根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩涡状流动的感应电流，称之为电涡流，这种现象称为电涡流效应。涡流的大小与金属体的电阻率ρ、磁导率μ、金属板的厚度以及产生交变磁场的线圈与金属导体的距离x、线圈的励磁电流频率 f 等参数有关。若固定其中若干参数，就能按涡流大小测量出另外的参数。电涡流式传感器是基于电涡流效应而工作的传感器，可以对位移、振动、表面温度、速度、应力、金属板厚度及金属物件的无损探伤等物理量实现非接触式测量，具有结构简单、体积较小、灵敏度高、频率响应宽等特点，应用极其广泛。而将电涡流检测技术运用在硬币识别上的原理如下：向线圈通入交流信号，线圈会产生一个交变磁场hp。将硬币放在线圈上方，在hp的作用下，硬币内部会感应出电涡流，电涡流又产生出一个次级磁场hs，hs与磁场hp相互作用，导致原磁场发生变化，使线圈内的磁通改变，从而使线圈的阻抗发生变化。当传感器空载时通入高频信号后，其阻抗可视为z=r jωl，r为串联等效电阻，l为串联等效电感。当硬币进入检测线圈区域中时，由于产生电涡流的原因，线圈的等效阻抗发生了变化，其值变为z^'=r^' jωl^'。那么可以等效的认为硬币的阻抗为
∆
z=z-z^'。根据理论的研究和分析知道
∆
z与硬币的材质、图文、大小以及与传感器的间距等等很多因素相关。所以可以通过检测硬币的等效阻抗来区别不同种类的硬币以及假币。因为
∆
z是一个加载在高频信号上的一个微弱信号，所以直观的去求解
∆
z或者
∆
r、
∆
l有一定的难度，于是本实用新型采用一些常规小信号处理方式，通过电路间接的去求解其相关量。
17.本实用新型中，磁性检测采用的是霍尔检测效应原理，霍尔效应是电磁效应的一种，当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差，霍尔传感器正是利用这一效应制作的传感器。制造硬币的材质中有的金属材质具有磁性，目前在纪念币设计的材质选择中，磁性大小也是一个防伪的重要参数，因此本实用新型在传感器设计中利用小封装、灵敏度高的霍尔器件检测硬币材质的磁性大小。
18.优选地，所述控制电路板与外部电源连接，由外部电源供电。
19.本实用新型的优点如下：
20.（1）相较于现有的硬币电磁参数在线检测模块，本实用新型可以实现双频率的电磁参数检测及两个点位的磁性能检测。双频率电磁参数检测对于单频率检测来说可以在两
组不同的频率下对硬币进行检测，高低不同的两组频率分别检测硬币表层和内芯电磁特征参数，两种频率的组合对于结构复杂的硬币，如双色币、复合结构的硬币检测有一定的优势。
21.（2）相较于现有的硬币电磁参数在线检测模块，本实用新型可以实现在线检查设备的统一控制要求。传统的检测模块是一个独立运行的模块，通过传感器采集数据，自己计算，自行剔币，不受外部控制，不能实现所有工位统一剔币的要求，并且底层算法简单、单一。本实用新型的模块可以将采集的数据全部发送给上位机，由上位机计算，然后由控制板卡统一剔币，这样就给算法实现多样化及自学习带来可行性。
22.总之，本实用新型的在线检测模块解决了现有硬币检测模块精确度较低、功能单一的问题，可以实现复杂硬币的检测，具有操作简单方便，检测结果稳定的特点。
附图说明
23.下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
24.图1为本实用新型的原理图。
25.图2为本实用新型中信号发生器的电路图。
26.图3为本实用新型中第一放大滤波电路的电路图。
27.图4为本实用新型中第二放大滤波电路的电路图。
28.图5为本实用新型中混频电路的电路图。
29.图6为本实用新型中差分放大电路的电路图。
30.图7为本实用新型中相敏检测电路的电路图。
31.图8为本实用新型中传感器的结构示意图。
32.图9为本实用新型中传感器的炸裂图。
33.图10为本实用新型中上传感器的炸裂图。
34.图11为本实用新型中下传感器的结构示意图。
35.图12为本实用新型中下传感器的炸裂图。
36.图中： 1.上传感器，101.传感器上盖，102.第一传感器电路板，103.第一矩形线圈，104.上传感器底座，2.下传感器，201.第二矩形线圈，202.霍尔器件，203.第二传感器电路板，204.磁铁，205.下传感器底座，206.第三传感器电路板，207.传感器与控制板接线端口，3.陶瓷板。
具体实施方式
37.实施例1
38.本实施例的一种带磁性检测的硬币电磁参数在线检测模块，如图1所示，包括控制电路板和带磁性检测的传感器，其中传感器通过连接线与控制电路板相连，控制电路板通过网口与上位计算机通讯连接，控制电路板与外部电源连接，由外部电源供电。控制电路板包括处理器、信号发生器、第一放大滤波电路、第二放大滤波电路、混频电路、差分放大电路和相敏检波电路，处理器的输出端与信号发生器的输入端连接，信号发生器的输出端通过第一放大滤波电路分别连接混频电路、相敏检波电路的输入端，混频电路的输出端与差分放大电路的输入端连接，差分放大电路的输出端接相敏检波电路的输入端，相敏检波电路、
第二放大滤波电路的输出端分别与处理器的输入端连接，处理器与上位机通讯连接。具体地，相敏检波电路包含四条电路，该四条电路的输入端可以连接差分放大电路的输出端，输出端均连接处理器；第一滤波电路也包含四条电路，该四条电路分别与相敏检波电路的四条电路一一对应连接，并且其中的两条电路还可接于混频电路。信号发生器、第一放大滤波电路、第二放大滤波电路、混频电路、差分放大电路和相敏检波电路的电路图如图2至图7所示。处理器采用st意法半导体公司的arm芯片stm32f407 。
39.如图8和图9所示，带磁性检测的传感器由上传感器1、下传感器2和陶瓷板3组成，上传感器1、下传感器2分别安装在陶瓷板3的上、下表面，待测硬币沿着陶瓷板3滑过传感器。如图10所示，上传感器1包括传感器上盖101、第一传感器电路板102、第一矩形线圈103和上传感器底座104，上传感器底座104设置在陶瓷板3上方，上传感器底座104的上表面制有一安装凹槽，第一矩形线圈103和第一传感器电路板102依次设置于安装凹槽中后采用传感器上盖101封闭。如图11和图12所示，下传感器2包括第二矩形线圈201、霍尔器件202、第二传感器电路板203、磁铁204、下传感器底座205、第三传感器电路板206、传感器与控制板接线端口207，两个霍尔器件202均设置在第二传感器电路板203上，下传感器底座205的上部设有一凹槽，两个磁铁204、带霍尔器件202的第二传感器电路板203、第二矩形线圈201依次设置于该凹槽中后采用陶瓷板3封闭，在下传感器底座205的下端设有第三传感器电路板206，传感器与控制板接线端口207设置在第三传感器线路板206上。上传感器1、下传感器2内均设有矩形线圈，两个矩形线圈上下对称设置，串联组成电磁检测的主要感应部件，并且两个矩形线圈均与差分放大电路的输入端连接。另外，在下传感器2的第二传感器电路板203上设有两个霍尔器件202，两个霍尔器件202与第二放大滤波电路的输入端连接。上述两组霍尔器件用于磁性检测，霍尔器件202的工作除了需要相应的电路以外还要有一个恒定的磁场，因此在霍尔器件202下方安装了两个圆形的磁铁，霍尔器件202紧贴陶瓷板3的底部安装。
40.使用时，将带磁性检测的传感器安装于具有传动功能的硬币检测平台上，硬币通过传输皮带带动滑过传感器，传感器的特征参数会发生改变，控制电路板采集传感器的信息并对采集后的数据进行计算，然后将采集到的数据及计算结果发送给上位机，上位机根据采集的数据自行计算结果或者将接收到的计算结果发送给整机控制的采集板卡，采集板卡再根据检测结果情况对数据进行处理，即对硬币进行剔除或直接放行。该模块通常需要配合硬币检查机机械平台、采集板卡和上位机一起使用。上位机软件负责与底层控制电路板及采集板卡进行数据交互，并且完成数据运算、统计、显示、及各部件信息配置。
41.除上述实施外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。