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浅述线圈磁芯全桥结构的读磁器

周桂良　陈炳君　苏钊源
摘 要：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的，读磁器包括外壳、在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，且在工作窗口中依次设置多个独立的检测通道，每个检测通道由4个磁感应单元组成的惠斯通全桥结构；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，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，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。
关键词：全桥结构；读磁器；银行自动存取款机
中图分类号：K206 文献标识码：A
1.技术领域
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。
2.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）高档验钞清分機的体积大、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个或两个线圈+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。
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。
3.实施方式
为了达到上述目的，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，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，在所述外壳内设置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。
结语
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9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。
参考文献
[1]刘家峰，刘松波，唐降龙.一种实时纸币识别方法的研究[J].计算机研究与发展，2003，40（7）：1057-1061.endprint
中国新技术新产品2017年23期
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