硬币磁学特征检测方法及测试仪 技术领域 本发明涉及硬币及类似物的测量识别技术， 具体是一种硬币磁学特征检测方法及 测试仪， 它能测试整枚硬币、 硬币生产过程中产生的硬币中间体及类硬币金属体的磁学特 征。
背景技术
要想测试材料的磁学特征， 首先应将该材料制成小球形， 或圆柱形， 或薄膜形， 这 三种形状的样品在开磁路下测试所产生的退磁场是已知的。 测试中， 将样品置于开磁路中， 记下测试结果， 再按样品的退磁场模型进行修正， 从而得到样品的磁学特征量。
硬币既不是小球形， 圆柱形， 也不是薄膜形， 不知到硬币在开磁路下测试所产生的 退磁场的模型， 无法对测试结果进行修正， 因而， 不能应用开磁路来测试硬币的磁学特征。
如何在不破坏硬币的情况下， 测试硬币的磁学特征？现有技术中， 德国的玛格丽 特公司应用闭合磁路法来测试类硬币体的磁学特征， 研制的玛格丽特磁学特征测试仪已在 国际上公开销售。 但是， 玛格丽特磁学特征测试仪是一款通用磁学特征测试仪， 它的测试线 圈面积是硬币面积的数倍， 测试线圈的厚度也是硬币厚度的数倍， 依据理论可知， 用这种测 试仪来测试硬币的磁学特征， 所测得的结果是不真实的。 为了弥补这方面的不足， 该仪器又 增加修正线圈， 用以对结果进行修正。 这种修正属于经验修正， 不属于理论修正， 因此， 德国 玛格丽特磁学特征测试仪不能直接测出硬币的磁学特征本征值， 经过修正同样也不能得到 硬币的磁学特征本征值， 发明内容
1. 发明目的 为了解决现有技术中存在的上述问题， 本发明提出一种硬币磁学特征检测方法及 2. 技术方案 一种硬币磁学特征检测方法， 包括步骤 ： 1) 由可控电源发出检测电流 ； 2) 检测电流驱动电磁铁产生磁场 ； 3) 检测设在所述磁场中的被测硬币的磁感应强度和所述磁场的磁场强度 ； 4) 对检测到的磁感应强度和磁场强度的值进行处理， 得到被测硬币的各个磁参测试仪。
量； 所述步骤 1) 中， 所述检测电流是可控变化的 ；
所述步骤 2) 中， 所述磁场是直流磁场 ；
所述步骤 3) 中， 所述被测硬币在直流磁场中， 构成闭合磁路 ；
所述被测硬币外套有磁感应强度 B 测试线圈， 在磁感应强度 B 测试线圈旁紧贴有 磁场强度 H 测试线圈 ； 所述 B 测试线圈和 H 测试线圈产生相应的感应电压， 该感应电压经步
骤 4) 转换得到磁感应强度 B 和磁场强度 H。
步骤 1) 中， 检测电流是三角波电流， 其周期在 1 ～ 60s 下可控， 电流值是 7±10％， 在该电流驱动下， 使步骤 2) 中的磁场近似为直流磁场 ； 所述电磁铁是 C 形， 被测硬币放在两 个磁极头之间， 形成闭合磁路。
步骤 3) 中， 所述 B 测试线圈的直径比硬币的直径大 0.4 毫米 ( 略大于硬币直径， 以便紧套住被测硬币， 这样， 测试结果无须修正 ) ； B 测试线圈的厚度不大于硬币的厚度 ； 所 述 H 测试线圈绕制形状是半圆形。
步骤 4) 中， 把采集到的 B 测试线圈和 H 测试线圈产生相应的感应电压转换成数字 量， 再对该数字量进行如下处理 ：
设磁感应强度 B 检测线圈产生感应电压 eB， 磁场强度 H 检测线圈产生感应电压 eH ：
1) 磁通量 Φ 的量化过程， 包括模拟积分值的量化和 / 或数字积分值的量化两种， 其中， 模拟积分只用于辅助数字积分技术量化， 即以模拟积分结果为标准， 通过比较， 给数 字积分定量。
a. 模拟积分值的量化过程，
先把感应电压 eB 和 eH 分别送入模拟积分器， 将模拟积分器的输出量量化为韦 伯：
2mWb 档 1mWb 对应模拟输出 1V—— 0.001mWb/1mv
20mWb 档 10mWb 对应模拟输出 1V—— 0.01mWb/1mv
200mWb 档 100mWb 对应模拟输出 1V—— 0.1mWb/1mv
2000mWb 档 1000mWb 对应模拟输出 1V—— 1mWb/1mv
再根据 1Wb ＝ 108Maxwall， 将所测结果转化为麦克斯韦尔， 从而测得 ΦB 和 ΦH。
b. 数字积分值的量化过程，
对感应电压 eB 和 eH 分别进行积分 ：
得：对于同一枚被测硬币， 在检测条件相同情况下， 其数字积分值应与模拟积分值相 和 可得 ： 和 和 分别乘以其量化因等， 即：
式中的 η1 和 η2 是数字积分的量化因子， 数字积分值子 η1 和 η2， 得到实际的 ΦB 和 ΦH ；
2) 磁感应强度 B 的量化过程
a. 磁感应强度 B 的量化过程，
由公式得 ： 将数字积分得到的 ΦB、 B 测试线圈圈数和面积代入式 (5)， 即得 B 值 ； b. 磁场强度 H 的量化过程在 H 测试线圈中放入一块弱磁性材料， 在磁场中 ： 式 (6) 中， 得到 NHSH 值 ； 对于每一个磁场强度测试线圈， 此值是一个固定值 ； 将测得 ΦH 和固定的常数 NHSH 代入式 (5)， 得：一种硬币磁学特征测试仪， 包括电脑、 接口电路、 扫描电源、 由电磁铁和传感器， 电 磁铁上绕制的线圈 ； 所述电脑与接口电路连接， 进行通信 ； 所述接口电路的波形输出端连 接扫描电源的波形输入端 ； 扫描电源的输出端连接电磁铁上的线圈 ； 所述传感器设在电磁 铁构成的磁场内 ；
所述传感器包括磁感应强度 B 测试线圈和磁场强度 H 测试线圈 ； 所述 B 测试线圈 围成环形， 环形中间留有被测硬币的摆放空间 ； H 测试线圈紧贴在 B 测试线圈旁。
所述接口电路是以 DSP 芯片为核心的电路 ； 所述 DSP 芯片的 D/A 出处端连接扫描 电源的输入端 ； DSP 芯片的两个 A/D 输入端连接分别连接 B 测试线圈和 H 测试线圈的一端， B 测试线圈和 H 测试线圈的另一端接地。
所述电磁铁是 C 形， 被测硬币放在两个磁极头之间， 形成闭合磁路。 所述 B 测试线圈的直径比硬币的直径大 0.4 毫米 ； B 测试线圈的厚度不大于硬币 的厚度 ； 所述 H 测试线圈绕制形状是半圆形。
所述电脑连接有打印机和显示器， 作为输出设备。
与现有技术相比， 本技术方案在不破坏硬币的情况下， 应用闭合磁路测试整枚硬 币、 硬币生产过程中产生的硬币中间体及类硬币金属体的磁学特征。 结合现有软件， 即能得 到整枚硬币的磁滞回线 B-Hi、 磁导率曲线 u-Hi、 最大饱和磁场强度 Hmax、 最大磁感应强度 Bs、 剩磁 Br、 矫顽力 Hc、 起始磁导率 μo 和最大磁导率 μm。
将硬币材料制成小球型， 圆柱型， 或薄幕型， 在开磁路下测试的结果与将硬币材料 制成圆型硬币， 应用本发明闭合磁路测试的结果相同。 因此， 应用本发明可直接测试硬币的 磁学特征， 而不需要将硬币制成小球型， 圆柱型， 或薄幕型。
四、 附图说明
图 1 本发明测试线圈示意图。
图 2 本发明闭合磁路示意图。
图 3 具体实施例中， 系统结构示意图。
图 4 具体实施例中， 电路原理示意图图。
图 5 具体实施例中， 测试人民币 0.5 硬币磁滞回线图。
图中， 五、 具体实施方案
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明 ：
参考图 3， 本发明具体实施例由电脑 1、 接口 2、 SL-5 扫描电源 3、 电磁铁 4 和打印 机 5 组成。电脑 1 通过 USB 接口连接 SL-5 扫描电源 3， SL-5 扫描电源 3 的输出接电磁铁 4 的线圈 ； 电磁铁 4 中的测试传感器的磁感应强度线圈 B 和磁场强度线圈 H 分别接接口 2 的B 接口和 H 接口。电脑通过另一只 USB 接口连接打印机。
本发明应用扬声器音圈绕制技术， 为每一种硬币绕制两只线圈， 线圈的直径比硬 币的直径大 0.4 毫米， 厚度不大于硬币的厚度。其中一只线圈套在硬币上， 作为硬币磁感应 强度 B 测试线圈， 另一只线圈做成半圆形， 紧贴磁感应强度测试线圈， 作为磁场强度 H 测试 线圈， 制成的测试传感器如图 1 所示。
本发明依据电磁感应理论， 采用闭合磁路来测试硬币的磁学特征， 本发明框图如 图 2 所示。工作原理如下 ：
通过软件编程， 主控电脑控制接口中的单片机和 D/A 产生弱功率三角波， 该三角 波送入 SL5-10 扫描电源。扫描电源送出强功率三角波电流驱动电磁铁， 产生交变的电磁 场。交变电磁场的功率大小和周期受主控电脑控制， 最大电流为 7 安培， 周期在 1 秒到 60 秒之间可选， 近似为直流磁场， 从而实现准静态测试。
被测硬币放入测试传感器的 B 线圈中， 测试传感器如图 1 所示。测试传感器放入 电磁铁的两个磁极头之间， 使电磁铁形成一个闭合的磁路， 如图 3 所示。
在交变的电磁场作用下， 测试传感器中的 B 线圈和 H 线圈分别产生出感应电压， 它 们分别送到控制接口， 进行差分放大。 放大后的信号再送到控制接口的 A/D。 控制接口中的 单片机将模拟信号转化为数字量， 并送给主控电脑。 主控电脑一方面控制 D/A 产生三角波， 同时又接收 A/D 转换后的数字量， 它们是同 步进行的。主控电脑还同时对 A/D 转换的数字量进行抗漂移处理、 数字积分处理、 图形显示 及计算硬币的各个磁参量。
需要时， 可打印所测试的结果。
本发明采用电磁制单位描述 ： B → GS 高斯 ； S → cm2 厘米平方 ； H → Oe 奥斯特 ； Φ→ 麦克斯韦尔。
将线圈中的感应信号处理为磁物理量， 即如何量化磁学特征量是本发明的关键。 磁学特征量量化过程分为两大步 ：
在磁场的作用下， 测试传感器中的磁感应强度线圈就会产生感应电压 eB， 磁场强 度线圈中就会产生感应电压 eH。
1、 磁通量 Φ 的量化过程
a. 模拟积分值的量化过程
模拟积分值的量化步骤如下 ：
(1) 感应电压 eB 和 eH 分别进入模拟积分器 ( 本系统使用 BH-100 型磁通表 )， 计 算机对其输出量进行量化。
(2) 将模拟积分器的输出量量化为韦伯。
2mWb 档 1mWb 对应模拟输出 1V (0.001mWb/1mv)
20mWb 档 10mWb 对应模拟输出 1V (0.01mWb/1mv)
200mWb 档 100mWb 对应模拟输出 1V (0.1mWb/1mv)
2000mWb 档 1000mWb 对应模拟输出 1V(1mWb/1mv)
(3) 根据 1Wb ＝ 108Maxwall( 麦克斯韦尔 )， 将所测结果转化为麦克斯韦尔， 从而 测得 ΦB 和 ΦH。
b. 数字积分值的量化过程
以上所述模拟积分技术由于存在难以克服的漂移问题， 因而， 本发明实际应用数 字积分技术， 而将模拟积分技术用于辅助数字积分技术量化。
应用数字积分技术， 对感应电压分别进行积分 ：
得：对于同一枚硬币， 使用同一个传感器， 其数字积分值应与模拟积分值相等。 即：可得 ：上式中的 η1 和 η2 就是数字积分的量化因子。实际应用中， 数字积分值 ΦB′和 ΦH′分别乘以其量化因子 η1 和 η2， 就得到实际的 ΦB 和 ΦH。
2、 磁感应强度 B 和磁场强度 H 的量化过程
a. 磁感应强度 B 的量化过程
由式得 ：
将数字积分得到的 ΦB、 磁感应强度测试线圈圈数和面积代入上式， 即得 B 值。
本测试系统的磁感应强度测试线圈的圈数均为 40 圈， 即 NB ＝ 40。各硬币的直径 是已知的， 由此得 ：
0.1 元 ： 0.5 元 ： 1.0 元 ：将以上值代入式 (5) 就得到相应的 B 值 ( 高斯 )。
b. 磁场强度 H 的量化过程
从原理出发， 也可应用式 (5) 来对 H 进行量化， 但是， 由于磁场强度测试线圈的面 积不规整， 因而无法精确算出 NHSH 的值， 不得不另辟溪径。
在磁感应线圈中放入一块弱磁性材料， 如塑料块。在磁场中 ：
式 (6) 中， ΦB、 Φ H、 NBSB 均为已知， 从而求得 NHSH 值。对于每一个磁场强度测试线圈， 此值是一个固定值。本测试系统这些值为 ：
0.1 元 ： NHSN ＝ 30.915
0.5 元 ： NHSH ＝ 31.4
1.0 元 ： NHSH ＝ 37.29
将测得 ΦH 和固定的常数 NHSH 代入式 (5)。
得：