一种线圈磁芯全桥结构的读磁器技术领域
本发明涉及防伪检测、识别技术，特别涉及一种线圈磁芯全桥结构的读磁器。
背景技术
人民币、欧元、美元等多种大面额钞票上的冠字号码、图案油墨及金属安全线上均分布有磁性材料，记录有磁性的特征防伪信息。
银行自动存取款机（ATM）、高档验钞清分机为了判断钞票的真伪，必须配置有能读取钞票上磁性特征防伪信息的读磁传感器，并将传感器读取的钞票磁性特征防伪信息进行处理，从而识别所验钞票的真伪及面额。
银行自动存取款机（ATM）、高档验钞清分机的体积大、功能多，其内部大功率电机及各种电路板产生的电磁辐射干扰较大，对读磁传感器的抗电磁干扰性能及输出信号的信噪比有较高要求。
目前国内高档验钞清分机、银行ATM机上普遍使用日本MURATA公司生产的锑化铟半导体（MR）读磁传感器。这种半导体传感器抗电磁干扰性能及输出信号的信噪比较好，但价格非常昂贵。而国产传统的线圈+磁芯式读磁传感器，虽然价格非常低廉，但由于每个检测通道只有1个或2个线圈+磁芯并联输出结构，使其抗电磁干扰性能及输出信号的信噪比较差，只能用于中低档小型验钞机上，而无法用于银行自动存取款机（ATM）、高档验钞清分机上。
有鉴于此，国产传统的线圈+磁芯式读磁传感器的现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种线圈磁芯全桥结构的读磁器，旨在解决现有线圈+磁芯式读磁传感器抗电磁干扰性能及其输出信号的信噪比较差，无法用于银行自动存取款机（ATM）、高档验钞清分机等防伪检测设备上的问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种线圈磁芯全桥结构的读磁器，与防伪检测设备的主处理器连接，所述的读磁器包括外壳，在所述外壳内设置有坡莫合金屏蔽壳和差分放大模块，沿坡莫合金屏蔽壳的长度方向设有工作窗口、且在所述工作窗口中依次设置有多个独立的检测通道，每个检测通道为由4个磁感应单元组成的惠斯通全桥结构；所述惠斯通全桥结构用于感应磁场的变化输出差分电压信号到差分放大模块中，所述差分放大模块具有抑制共模输入信号，放大差模输入信号的功能，并输出待检物的磁特征防伪信号给防伪检测设备的主处理器。
所述的线圈磁芯全桥结构的读磁器中，所述磁感应单元包括一钕铁硼磁钢、一坡莫合金磁芯、一间隙铜片、一线圈，相邻两个磁感应单元之间还设置有一坡莫合金中磁板；其中，所述钕铁硼磁钢、坡莫合金磁芯、坡莫合金中磁板、间隙铜片、线圈组成磁回路。
所述的线圈磁芯全桥结构的读磁器中，所述间隙铜片夹设于钕铁硼磁钢和坡莫合金中磁板之间、形成用于读取待检物的磁信息的工作缝隙，所述坡莫合金磁芯和线圈位于所述钕铁硼磁钢的下方，所述坡莫合金磁芯的部分插入线圈中。
所述的线圈磁芯全桥结构的读磁器中，所述磁感应单元还包括线架和接线柱，所述线圈绕制于所述线架上，所述接线柱设置于所述线架上，所述线圈的两端缠绕于所述接线柱上。
所述的线圈磁芯全桥结构的读磁器中，相邻两个线圈的公共端共用一个接线柱。
所述的线圈磁芯全桥结构的读磁器中，所述外壳的工作面上设置有两排铁氧体。
所述的线圈磁芯全桥结构的读磁器中，所述差分放大模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容和第十电容；4个磁感应单元分别为第一磁感应单元、第二磁感应单元、第三磁感应单元和第四磁感应单元，其中，第一磁感应单元与第三磁感应单元的极性相反，第二磁感应单元与第四磁感应单元的极性相反，所述第一磁感应单元与第二磁感应单元或第四磁感应单元相邻设置，所述第二磁感应单元与第四磁感应单元或第二磁感应单元相邻设置；所述第一磁感应单元和第三磁感应单元的公共端依次通过第一电容和第一电阻连接第一运算放大器的正输入端，第一磁感应单元的非公共端和第三磁感应单元的非公共端接地，所述第二磁感应单元和第四磁感应单元的公共端依次通过第二电容和第二电阻连接第一运算放大器的负输入端，第二磁感应单元的非公共端和第四磁感应单元的非公共端接地，所述第一运算放大器的负输入端通过第四电阻连接第一运算放大器的输出端，所述第四电容与第四电阻并联；所述第一运算放大器的正输入端通过第三电阻连接第六电容的一端、第七电容的一端、第六电阻的一端和第七电阻的一端，所述第七电容的另一端和第七电阻的另一端连接供电端，所述第六电容的另一端和第六电阻的另一端接地，所述第三电容与第三电阻并联，所述第一运算放大器的输出端依次通过第五电容和第五电阻连接述第二运算放大器的负输入端，第二运算放大器的负输入端通过第十一电阻连接第二运算放大器的输出端，所述第十电容与第十一电阻并联，所述第二运算放大器的正输入端通过第八电阻连接第八电容的一端、第九电容的一端、第九电阻的一端和第十电阻的一端，所述第八电容的另一端和第九电容的另一端连接供电端，第九电阻的另一端和第十电阻的另一端接地。
所述的线圈磁芯全桥结构的读磁器，还包括电路板和后盖，所述差分放大模块设置于所述电路板上，所述接线柱设置于电路板上、穿过所述后盖与差分放大模块电连接，所述电路板上设置有引脚，与防伪检测设备的主处理器电连接。
所述的线圈磁芯全桥结构的读磁器中，所述电路板上设置有环氧树脂绝缘层，所述环氧树脂绝缘层覆盖所述差分放大模块、接线柱的末端和引脚的一部分。
所述的线圈磁芯全桥结构的读磁器中，所述检测通道为16个，所述外壳的工作面上设置有32个与防伪检测设备的安装架配合的凹槽。
相较于现有技术，本发明提供的线圈磁芯全桥结构的读磁器，与防伪检测设备的主处理器连接，所述的读磁器包括外壳，在所述外壳内设置有坡莫合金屏蔽壳和差分放大模块，沿坡莫合金屏蔽壳的长度方向设有工作窗口且在所述工作窗口中依次设置有多个独立的检测通道，每个检测通道为由4个磁感应单元组成的惠斯通全桥结构；所述惠斯通全桥结构用于感应磁场的变化输出差分电压信号到差分放大模块中，所述差分放大模块具有抑制共模输入信号，放大差模输入信号的功能，并输出待检物的磁特征防伪信号给防伪检测设备的主处理器。本发明利用由4个独立的磁感应单元组成惠斯通电桥感应磁场的变化产生差分电压输出，利用差分放大模块具有对共模输入信号（即电磁辐射干扰信号）的抑制作用、对差模输入信号（即钞票磁信号）的放大作用原理，从而大大地提高了国产传统的线圈+磁芯式读磁传感器抗电磁干扰性能及输出信号的信噪比，达到了银行自动存取款机（ATM）或高档验钞清分机等防伪检测设备对读磁传感器抗电磁干扰及信噪比的性能要求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的线圈磁芯全桥结构的读磁器的剖视图。
图2为本发明实施例提供的线圈磁芯全桥结构的读磁器的主视图。
图3为本发明实施例提供的线圈磁芯全桥结构的读磁器的左视图。
图4为本发明实施例提供的线圈磁芯全桥结构的读磁器的俯视图。
图5为本发明实施例提供的线圈磁芯全桥结构的读磁器的仰视图。
图6为本发明实施例提供的线圈磁芯全桥结构的读磁器中惠斯通全桥结构和差分放大模块的电路图。
具体实施方式
本发明提供一种线圈磁芯全桥结构的读磁器，设有16个独立的检测通道，每个检测通道由4个独立的磁感应单元组成惠斯通电桥感应磁场的变化产生差分电压输出，利用电路板上的差分放大模块具有对共模输入信号（即电磁辐射干扰信号）的抑制作用、对差模输入信号（即钞票磁信号）的放大工作原理，从而大大地提高了国产传统的线圈+磁芯式读磁传感器抗电磁干扰性能及输出信号的信噪比，达到了银行自动存取款机（ATM）或高档验钞清分机对读磁传感器抗电磁干扰及信噪比的性能要求，具有很好的推广应用前景。
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的线圈磁芯全桥结构的读磁器，与防伪检测设备的主处理器连接。其中，防伪检测设备为银行自动存取款机（ATM）、高档验钞清分机等，待检物为纸币、银行票据、证券等带磁特性的金融票据。
请参阅图1、图2、图3、图4和图5，本发明的线圈磁芯全桥结构的读磁器包括外壳1，所述外壳的两端设置有螺丝帽23或螺孔，以便于将读磁器安装固定到清分机上。外壳1的顶面采用平磨机床研磨出平滑的工作面33，便于配合压砂轮输送钞票32。在所述外壳内设置有坡莫合金屏蔽壳2和差分放大模块14。所述外壳1为塑料外壳，所述外壳的两侧各通过6颗第一螺钉21与坡莫合金屏蔽壳2固定。
所述沿坡莫合金屏蔽壳2的长度方向设有工作窗口（图中未标号）、且在所述工作窗口中依次设置有多个独立的检测通道，每个检测通道为由4个磁感应单元组成的惠斯通全桥结构100。
本实施例中，所述检测通道为16个，与银行自动存取款机（ATM）、高档验钞清分机上的处理器匹配，从而准确读取钞票32上的磁特性信息，准确识别钞票32的真伪和面值。所述惠斯通全桥结构用于感应磁场的变化输出差分电压信号到差分放大模块14中，所述差分放大模块14具有抑制共模输入信号，放大差模输入信号的功能，并输出16路待检物的磁特征防伪信号给防伪检测设备的主处理器，防伪检测设备的主处理器根据读磁器反馈的磁信息识别待检物的真伪和面值，达到了银行ATM及高档验钞清分机的要求。
请继续参阅图1至图5，所述磁感应单元包括一钕铁硼磁钢5、一坡莫合金磁芯8、一间隙铜片6、一线圈9，相邻两个磁感应单元之间还设置有一坡莫合金中磁板7；其中，所述钕铁硼磁钢5、坡莫合金磁芯8、坡莫合金中磁板7、间隙铜片6、线圈9组成磁回路。
本实施例中，所述间隙铜片6夹设于钕铁硼磁钢5和坡莫合金中磁板7之间、形成用于读取待检物的磁信息的工作缝隙，工作缝隙伸出坡莫合金屏蔽壳2的工作窗口。所述坡莫合金磁芯8和线圈9位于所述钕铁硼磁钢5的下方，所述坡莫合金磁芯8的部分插入线圈9中。
在坡莫合金屏蔽壳2和坡莫合金磁芯8之间还设置有锌铝合金磁芯座3，锌铝合金磁芯座3通过第二螺钉固定在坡莫合金屏蔽壳2上。即锌铝合金磁芯座3位于坡莫合金中磁板7的外侧，坡莫合金中磁板7的下部位于相邻两个坡莫合金中磁板7之间，坡莫合金中磁板7的上部位于相邻两个钕铁硼磁钢5之间。
具体实施时，所述磁感应单元还可包括线架10和接线柱11，所述线圈9绕制于所述线架10上，所述接线柱11设置于所述线架10上，所述线圈9的两端缠绕于所述接线柱11上。相邻两个线圈9的公共端共用一个接线柱11，即相邻两个磁感应单元具有三个接线柱11，中间的接线柱11为公共接线柱11，坡莫合金磁芯8的末端插入线架10中，如图1所示。
较佳地，所述外壳的工作面33上设置有两排铁氧体4，铁氧体4为12片，位于钕铁硼磁钢5的两侧，用于提高读磁器耐磨寿命。
请继续参阅图1至图5，所述读磁器还可包括电路板13和后盖12，所述差分放大模块14设置于所述电路板13上，所述接线柱11设置于电路板13上、穿过所述后盖12与差分放大模块14电连接，所述电路板13上设置有引脚16，与防伪检测设备的主处理器电连接。本实施例中，每个检测通道设置一个引脚16，16个检测通道具有16个引脚16，因此，16个差分放大模块14输出16路钞票32磁信号给清分机或ATM处理。
为了使电路板13性能使稳定及提高读磁器的安全性能，电路板13上设置有环氧树脂绝缘层15，所述环氧树脂绝缘层15覆盖所述差分放大模块14、接线柱11的末端和引脚16的一部分，。
请一并参阅图1至图6，具体而言，每个检测通道包括4个磁感应单元，分别为：第一磁感应单元L1、第二磁感应单元L2、第三磁感应单元L3和第四磁感应单元L4。其中，第一磁感应单元L1与第三磁感应单元L3的极性相反，第二磁感应单元L2与第四磁感应单元L4的极性相反，所述第一磁感应单元L1与第二磁感应单元L2或第四磁感应单元L4相邻设置。
即：第一磁感应单元L1（或第二磁感应单元L2）输出增加同时第三磁感应单元L3（第四磁感应单元L4）输出减少。同理，第三磁感应单元L3（或第四磁感应单元L4）输出增加同时第一磁感应单元L1（第二磁感应单元L2）输出减少。因此，第一磁感应单元L1与第三磁感应单元L3（或第二磁感应单元L2与第四磁感应单元L4）组成推挽桥式结构，产生二倍电桥电压输出，提高了所述线圈磁芯全桥结构的读磁器的输出灵敏度。
本发明将4个磁感应单元采用对称的结构，使差分放大模块14在电路对称的条件下，具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰能力，很大程度上提高了所述线圈磁芯全桥结构的读磁器抗电磁干扰能力提高其信噪比。
请继续参阅图6，所述差分放大模块14包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和第十电容C10。
其中，第一运算放大器A1、第二运算放大器A2可集成在一块芯片中，如：型号为TP2412的双运放集成芯片，所述第一电容C1、第二电容C2的容值为0.1uF，第三电容C3、第四电容C4、第六电容C6、第七电容C7和第十电容C10的容值为510pF。第五电容C5的容值为47nF，第八电容C8和第九电容C9的容值为1nF。第一电阻R1、第二电阻R2和第八电阻R8的阻值为1KΩ，第三电阻R3、第四电阻R4和第十一电阻R11的阻值为200KΩ，第五电阻R5的阻值为2KΩ，第六电阻R6和第七电阻R7的阻值为300KΩ，第九电阻R9和第十电阻R10的阻值为390KΩ。
本实施例中，所述第一磁感应单元L1和第三磁感应单元L3的公共端依次通过第一电容C1和第一电阻R1连接第一运算放大器A1的正输入端，第一磁感应单元L1的非公共端和第三磁感应单元L3的非公共端接地，所述第二磁感应单元L2和第四磁感应单元L4的公共端依次通过第二电容C2和第二电阻R2连接第一运算放大器A1的负输入端，第二磁感应单元L2的非公共端和第四磁感应单元L4的非公共端接地，所述第一运算放大器A1的负输入端通过第四电阻R4连接第一运算放大器A1的输出端，所述第四电容C4与第四电阻R4并联；所述第一运算放大器A1的正输入端通过第三电阻R3连接第六电容C6的一端、第七电容C7的一端、第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端，所述第七电容C7的另一端和第七电阻R7的另一端连接供电端，所述第六电容C6的另一端和第六电阻R6的另一端接地，所述第三电容C3与第三电阻R3并联，所述第一运算放大器A1的输出端依次通过第五电容C5和第五电阻R5连接述第二运算放大器A2的负输入端，第二运算放大器A2的负输入端通过第十一电阻R11连接第二运算放大器A2的输出端，所述第十电容C10与第十一电阻R11并联，所述第二运算放大器A2的正输入端通过第八电阻R8连接第八电容C8的一端、第九电容C9的一端、第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端，所述第八电容C8的另一端和第九电容C9的另一端连接供电端，第九电阻R9的另一端和第十电阻R10的另一端接地。
由第一磁感应单元L1和第三磁感应单元L3的公共端相连输出一路电压信号u1并连接第一运算放大器A1的正输入端。第二磁感应单元L2和第四磁感应单元L4的公共端相连输出一路电压信号u2，并连接第一运算放大器A1的负输入端。L1、L3、L2、L4的其余端分别接地，通过第二运算放大器A2进行第2级比较放大，电路总放大倍数约为2万倍。
请继续参阅图1至图4，所述读磁器总长195±0.2mm，总高31.3±0.2mm，总宽15.9±0.2mm，所述外壳顶部的工作面两侧设置共有32个长5mm、深2mm的凹槽22，与验钞清分机上的安装架配合便于走钞顺畅。所述外壳的底部设置有6个M2螺帽24，便于客户安装PCB板。
本实施例中，16个检测通道组成磁芯读取范围约为176mm，设置16个独立的检测通道有利于将分布在钞票32等待测物幅面上的冠字号码、图案油墨及金属安全线上记录的磁性特征防伪信息分开读取输出给清分机、ATM便于进行处理、识别。
为了更好的理解本发明，请下结合图1至图6对本发明的线圈磁芯全桥结构的读磁器的工作原理进行详细说明：
当验钞清分机或ATM工作时，压钞轮31将钞票32贴着线圈磁芯全桥结构的读磁器的工作面向前运动。钞票32上的冠字号码、图案油墨及安全线中磁性材料，改变磁感应单元中钕铁硼磁钢5与中磁板形成工作缝隙之间的磁力线密度及分布，从而引起由一个钕铁硼磁钢5、间隙铜片6、坡莫合金中磁板7、坡莫合金磁芯8、线圈9组成磁回路中的磁通量产生变化，线圈9由此产生感应电地势输出相应信号。由上述4个磁感应单元组成惠斯通电桥双路输出。由于钞票32先后到达所述惠斯通电桥中4个磁感应单元的时间及位置不同，因此，所述的惠斯通电桥输出电压u1≠u2，所述差分电路第一级放大输出电压u0=200KΩ/1KΩ*（u1-u2）=200*（u1-u2），电压差（u1-u2）被第一级放大器放大约200倍。第一级放大器输出电压u0再经第二级放大器放大=200KΩ/2KΩ*u0=100*u0约100倍，差模信号（u1-u2）被所述差分电路总放大约200*100=20000倍后经引脚1616输出。即所述差分电路对读取的钞票32磁特征防伪信号具有放大作用。
银行自动存取款机（ATM）、高档验钞清分机内部大功率电机及各种电路板13距离所述的线圈磁芯全桥结构的读磁器工作面较远，电机各种电路板13产生的电磁辐射对所述惠斯通电桥中4个磁感应单元的干扰相同，则所述惠斯通电桥输出共模信号u1=u2，所述差分电路第一级放大输出电压u0=200KΩ/1KΩ*（u1-u2）=0，第二级放大器输出也为0（惠斯通电桥及差分电路参数理想对称时），即所述差分电路对银行ATM机、高档验钞清分机内部大功率电机及各种电路板13产生的电磁辐射干扰有抑制作用，从而大大地提高了国产传统的线圈9+磁芯式读磁传感器抗电磁干扰性能及输出信号的信噪比，达到了银行自动存取款机（ATM）或高档验钞清分机对读磁传感器抗电磁干扰及信噪比的性能要求。具有很好的推广应用前景。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。