一种硬币检测探头及其检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁性传感器技术领域，特别是一种硬币检测探头及其检测系统。
【背景技术】
[0002] 随着硬币使用越来越广泛，交通、金融等机构中对于硬币的币值、真伪判断以及硬 币的清点应用的依赖度越来越高。现有的对于硬币清点和真伪鉴定的方式主要有三种：（1) 根据硬币的重量来判断面值和真伪；（2)通过光学方法检测硬币的花色来判断其面值和真 伪；（3)通过对硬币施加高频交变磁场然后测量其感生涡流场来判断硬币的材料来检测硬 币的真伪。对于采用测重的方法来检测硬币，由于假币和硬币的重量相同，且日常生活中 硬币由于磨损和沾污的原因，其重量各不相同，即使提高对重量的测量精度，依然无法准确 地判断真伪；对于采用判断硬币花色的方法来检测硬币，由于现在的假币制作在花色上与 真币已经几乎没有区别，现有的检测精度根本无法区分真币和假币；对于测量硬币的涡流 场来判断真伪，现有的方法是采用是电感线圈作为电涡流传感器，通过分析线圈的阻抗得 到检测硬币的信息，但是其测量精度和灵敏度较低，其渗透深度也低，无法测量更深处的涡 流场信号，且抗干扰能力差，而且由于目前市场上通常采用的是一个感应线圈，仅能测量硬 币一个部位的信号，则其测量准确度也是非常低的，面对越来越高明的硬币伪造技术，我们 不难看出，现有的硬币检测设备不能满足现代交通和金融等机构中对硬币检测的高精度要 求。
[0003] 针对上述问题，中国公开号为CN103617669A的专利披露了一种采用巨磁电阻元 件或磁性隧道结元件为敏感元件的硬币检测传感器，其通过激励线圈向硬币施加激励磁 场，此时硬币会产生一定的涡流场，磁场传感单元通过测量磁场的分布配合硬币的标准曲 线来判定硬币的真伪。采用该方式测量硬币理论上可以实现全频段的分析，具有超高精度 和小体积的优势，但是采用上述专利披露的技术制作的硬币检测传感器在实际生产和使用 中却存在一定的问题：（1)由于激励线圈具有电感，会产生损耗，为了能够施加高频信号， 激励线圈往往设计的体积很大，因此其功耗很高，易发热；（2)解高频信号的电路往往很复 杂，该电路所占的体积很大且解值精度偏低；（3)涡流线圈频率附近的噪声信号很严重，难 以滤除。
[0004] 由上述可以看出，现有的硬币检测方式不能同时满足高精度和体积小的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种硬币检测探头及 其检测系统，本发明的硬币检测探头精度高，体积小，动态范围宽，抗干扰能力强且功耗低。
[0006] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007] 根据本发明提出的一种硬币检测探头，包括多个磁性传感单元和电流导线，
[0008] 所述电流导线用于向待测硬币提供激励磁场脉冲，从而使待测硬币产生涡流场；
[0009] 所述多个磁性传感单元规则排列，磁场敏感方向相同，用以检测涡流场。
[0010] 作为本发明所述的一种硬币检测探头进一步优化方案，所述磁性传感单元导入交 流电。
[0011] 作为本发明所述的一种硬币检测探头进一步优化方案，所述磁性传感单元为单电 阻结构或半桥结构或全桥结构；所述单电阻结构包括一个磁电阻；所述半桥结构包括两个 串联的磁电阻；所述全桥结构包括四个磁电阻，其中的两个串联的磁电阻与另两个串联的 磁电阻并联；所述磁电阻由一个或多个磁性传感元件串联和/或并联构成。
[0012] 作为本发明所述的一种硬币检测探头进一步优化方案，所述磁性传感元件为各向 异性磁电阻元件、巨磁电阻元件和/或磁性隧道结元件；所述半桥结构为推挽半桥或参考 半桥或梯度半桥，所述全桥结构为推挽全桥或参考全桥或梯度全桥。
[0013] 作为本发明所述的一种硬币检测探头进一步优化方案，还包括运算放大器，所述 运算放大器与磁性传感单元连接。
[0014] 作为本发明所述的一种硬币检测探头进一步优化方案，所述电流导线向待测硬币 提供不同频率的激励磁场脉冲。
[0015] 作为本发明所述的一种硬币检测探头进一步优化方案，所述电流导线向待测硬币 提供激励磁场脉冲为方波。
[0016] 作为本发明所述的一种硬币检测探头进一步优化方案，所述多个磁性传感单元排 成一列或多列，每个磁性传感单元的磁场敏感方向相同。
[0017] 作为本发明所述的一种硬币检测探头进一步优化方案，还包括滤波器，所述滤波 器与磁性传感单元连接。
[0018] -种硬币检测系统，包括如上所述的硬币检测探头、检测模块；其中，
[0019] 所述硬币检测探头中的电流导线用于向待测硬币提供激励磁场脉冲，从而使待测 硬币产生频率为CO1的涡流场；
[0020] 所述硬币检测探头中的磁性传感单元导入频率为CO。的交流电，磁性传感单元用 于检测涡流场并输出峰值频率为CO1-COjP? 的信号至检测模块；
[0021] 检测模块用于将wjP/或《fco。和/或《Jo。作为判定硬币真伪的特征信号 频率进行检测处理。
[0022] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明的硬币检 测探头精度高，体积小，动态范围宽，抗干扰能力强且功耗低。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明提出的硬币检测探头的结构示意图。
[0024] 图2是梯度全桥式磁性传感单元的电连接示意图。
[0025] 图3是梯度全桥式磁性传感单元的物理位置示意图。
[0026] 图4是单路磁性传感单元的频谱分析曲线。
[0027] 图中的附图标记解释为：1_磁场敏感方向，Ila-第一磁性传感单元，Ilb-第二 磁性传感单元，Ilc-第三磁性传感单元，Iln-第n磁性传感单元，12-电流导线，13-PCB， 20-待测硬币，21-第一磁电阻，22-第二磁电阻，23-第三磁电阻，24-第四磁电阻，25-第五 磁电阻，26-第六磁电阻，27-第七磁电阻，28-第八磁电阻，11-磁性传感单元，32-涡流场。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0029] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实 施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护 的范围。
[0030] 如图1所示，本发明提出的硬币检测探头包括多个磁性传感单元（lla、llb、 He……lln)、电流导线12、n为大于1的整数，PCB13以及输出引针（图中未标示）。所述 多个磁性传感单元的磁场敏感方向1相同，排成一列，以该列为y轴，待测硬币20的侧面平 行于y轴。多个磁性传感单元的磁场敏感方向1平行于z轴，而待测硬币20的行进方向为 X轴，其中，x、y、z轴两两平行。多个磁性传感单元和电流导线12设置在PCB13上，且多个 磁性传感单元沿z轴方向位于电流导线12的一侧。工作时，电流导线12对待测硬币20施 加激励磁场，待测硬币20的因此而产生电涡流，同时电涡流附近形成涡流场32,多个磁性 传感单元则用以测量所在位置的涡流场32,并将多组信号通过输出引针输出至后端，因此 在待测硬币通过后可以扫描到其一侧的整个表面的涡流场32的信号，其中待测硬币的运 动方向为X轴。其中，输出引针分别和多个磁性传感单元以及电流导线12电连接，用来导 入工作电流和输出信号。多个磁场传感单元和电流导线12可设置在PCB13上，也可集成在 一个芯片（Die)上，也可以将多个磁性传感单元集成在一个芯片上，将电流导线12集成在 另一个芯片上。采用电流导线12取代激励线圈可以大大降低探头的体积，可以将探头设置 为轻薄的PCB结构或直接集成为芯片，实现了该类传感器的小体积和轻薄化。电流导线12 和多个磁性传感单元都具有相应的输入端和输出端，所述输出端和输入端可通过焊接或引 线的方式与后端连接。
[0031] 激励磁场的渗透深度和其频率相关且成反比，因此低频段的渗透深度高，但是其 涡流场密度小，而通常采用的电感线圈传感单元的灵敏度和精度都很低，无法测得低频段 的涡流场，其输出信号动态范围窄且无法测量材料表面下更深处的涡流信号，因此在本发 明提出的硬币检测探头的磁性传感单元采用的是灵敏度和精度都很高的各向异性磁电阻 元件、巨磁电阻元件或磁性隧道结元件为敏感元件，根据现有的技术，上述各向异性磁电阻 元件、巨磁电阻元件或磁性隧道结元件的电阻值R随外场H在其饱和场-氏和H3之间线性 变化，当施加的外场沿其敏感方向的场强的绝对值大于其饱和场的绝对值时，其