电涡流传感器在硬币识别系统中的应用

【摘要】随着各种假硬币的出现，如何识假硬币成了一个需解决的麻烦问题。本文给出的基于电涡流传感器的硬币识别系统，其原理是根据真硬币的尺寸、材质等特征，利用电涡流传感器通过不同材质的硬币时会产生不同的频率，结合单片机优越的性价比设计了一个具有自学习功能的硬币识别电路，实现了对假币、残币、游戏币实时、准确的辨识。文中介绍了硬币识伪原理、硬件组成和相关实验数据。

【关键词】电涡流传感器；伪币识别；AT89C2051

一、引言

随着自动投币机的广泛使用，社会上一些不法分子该意地研究现有硬币的形态、材质，并依此制造出能以假乱真的伪币，这些伪币流入市场后导致了自动投币机不能正常工作，给相关部门造成经济损失。据有关方面统计，某公交部门先后从公交车上设置的投币箱内，半年月内清理出壹元金属假币重达1.1吨。这种行为不仅造成了巨大的经济损失，同时也对自动投币机的制造企业提出了强硬的挑战。

二、硬币识别存在的问题

我国硬币的种类繁多，这给硬币的防伪、识别带来相当大的难度，有许多自动投币机无法实时、准确地辨识假币和游戏币。硬币识别的主要技术问题是硬币的检测方法，核心是检测传感器性能的优劣。传统的投币机是以几对红外发射、接收对管作为传感器，利用硬币遮光原理来测定硬币的直径，这种方法精度差，无法识别相同直径但不同材质的假币，使伪造的人民币、游戏币等可以蒙混过关。近年来，人们开始采用电容（或电感）三点式振荡电路的方式来进行检测，虽然已经较大地提高了检测精度，但仍然不能满足实际检测精度的需要。

三、硬币识别系统的工作原理

硬币识别系统的原理框图如图1所示，其基本工作过程为：当硬币通过电涡流传感器时会在其中产生相应的电涡流，信号调理与检测电路通过适当变换，将电涡流信息转换成相应的数字量供AT89C2051单片机进行实时分析处理。单片机的处理结果用于控制硬币计数控制电路及声光报警电路的工作，完成对硬币的识别任务。

由电涡流传感器为检测元件构成的硬币识别系统，是针对我国目前发行的1元硬币的金属原材料专门设计的。当硬币通过投币入口进入投币机的路径时，电涡流传感器是利用磁路中磁阻变化，并在置于其中的导体内产生电流，这种电流的流线在金属导体内是闭合的（所以叫做涡流，或称电涡流)。此电流还会产生一个交变磁场来阻碍外磁场的变化。从其能量角度来看，因为在被测导体内存在电涡流损耗也会产生电磁效应，因此它既会产生焦耳热，又要产生磁滞损耗，造成交变磁场能量的损失。这些能量的损耗会使传感器的等效电抗Z、等效电感L和品质因数Q值发生变化。假如使得传感器与被测导体间的距离保持不变，则传感器的输出参数将与被测导体材料的电导率、磁导率成函数关系，若以正弦振荡电流为激励电路，则系统的频率函数关系的一般形式是：

当线圈与金属导体之间的距离固定，即d不变时，传感器输出信号的频率只与磁场中的金属导体材料的固有性质有关，即信号频率受线圈电感L的影响。当硬币靠近线圈时，电感L将发生变化，则正弦波频率f也必将发生相应的变化。因此信号频率的变化反映了硬币的材质特征，所以可以通过测量传感器信号的频率来获得分辨真假、币值的依据。利用这个关系可以用来测量金属材料的电导率、磁导率等参数。这些参数与导体的材质、几何形状等因数有着一定的关系。找出不同金属材质和体积对系统磁场信息的影响大小而产生的微弱差异，经信号调理电路将这些信号进行处理，之后通过单片微型计算机对所采集数据的智能分析，就能完成对金属硬币的识别。

四、电涡流传感器硬币识别系统的实验数据

表1是由电涡流传感器为检测元件构成的硬币识别系统在固定的位置上进行测试时的部分实验数据。

由上述实验数据可知：

硬币在同一位置所检测出来的频率也会有变化，这是因为硬币在运动过程中对传感器的影响程度有差别，同时也说明不同硬币的材质还是有一些细小的差别。另外还可看出硬币在1#位置频率最大值与频率最小值之差为0.85；而在2#位置频率最大值与频率最小值之差为0.57，这些都表示硬币本身也存在离散性。

硬币在通过投币入口进入投币机特定电路组成的电涡流传感器的二个不同位置时所产生的频差的范围是0.61-0.66；而伪币在通过该特定电路组成的电涡流传感器的二个不同位置时所产生的频差的范围是0.72-0.87。单片机的软件程序可据此进行分析，从而识别出伪币。

五、结束语

由电涡流传感器检测元件结合单片机技术和电子电路，是实现硬币识别的有效途径，利用智能硬币识别系统可以识别伪币。但从实验数据中也可以看到，硬币频差的最大值0.66和伪币频差的最小值0.72之间的差值较小，因此，要想得到性能更为优良的伪币识别系统还须找到性能更好的检测传感器。

参考文献

[1]杨宁.单片机与控制技术[M].北京航空航天大学出版社,2005年3月第1版.

[2]【美】E.M..珀塞尔,著.电磁学[M].北京:科学出版社,1979年6月第1版.

[3]中国电子学会.传感器与执行器大全[M].北京:机械工业出版社,2005年1月第1版.

作者简介：濮阳槟，大学本科，衢州学院电气与信息工程学院教师，一直从事自动控制方面的教学与研究工作。