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摘 要自动售票机对于纸币和硬币的正确识别直接影响地铁的收入。本文针对自动售票机的硬币识别系统进行研究，通过对现有识别系统工作原理进行分析，对更好的使用和完善硬币识别系统有一定的指导意义。
关键词硬币检测；涡流传感器
中图分类号U2文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0151-01
1硬币检测背景状况
1.1硬币材质
硬币材料选择的大致原则是：①资源充足，能够满足大量生产和流通的需求。②铸造成本低。③耐磨抗腐蚀。④硬币材料的价值低于面值。⑤有防伪特性。
1.2硬币识别系统
硬币检测在日常生活中有着广泛的使用需求。自动售货设备、无人售票车、投币电话等需要硬币检测系统对投入的硬币进行实时识别；银行等部门要对大量的硬币进行计数、分类、包装等处理使其再次进入流通。硬币识别系统是对投入的硬币进行识别，同时对假币、代币等进行剔除的系统，广泛应用于自动售货机、游戏机、投币电话机、公交车、地铁等领域。
2硬币识别系统的检测原理
电涡流式传感器利用电涡流效应工作。它结构简单、体积小、抗干扰能力强、灵敏度高、频率响应宽、能进行非接触测量，适用范围广。目前，这种传感器已广泛用于测量位移、厚度、振动、温度、转速、硬度等参数，以及用于无损探伤等领域。
2.1电涡流传感器工作原理
电涡流传感器的原理图如图1所示。当金属导体放置于变化的磁场中，或者在固定磁场中运动时，在金属导体内就会产生感应电流，这种电流在金属导体内是闭合的，所以叫做涡流（或电涡流）。涡流又会产生交变磁场阻碍外部磁场的变化，由于电涡流相位的落后，电涡流的磁场总是抵抗外磁场的存在。另一方面，电涡流在被测导体内存在着损耗和磁效应，因此既产生焦耳热和磁滞损耗，它们造成交变磁场能量的损失。能量的损耗，使传感器的等效电阻Z、等效电感L和品质因数Q值发生变化。因此，由于不同被测体的电导率σ、磁导率μ不同，线圈的激励频率f及被测体与传感器间的距离d也会不同，传感器的等效阻抗Z、等效电感L和品质因数Q，可以用数学式表示为：
Z=F1(σ，μ，f，d)
Q=F2(σ，μ，f，d)
L=F3(σ，μ，f，d)
激励频率f，在使用中一般都是一定值，因此如果其它三个参数中的两个可以保持不变，就可以将另一个参数反映成成传感器的等效阻抗Z、等效电感L和品质因数Q值。
当被测材料为一定时，则电导率σ和磁导率μ为常数，通过测量传感器的等效阻抗Z、等效电感L和品质因数Q可以得出与距离d有关的参量，例如位移、振动、厚度、尺寸等等。
当传感器与被测体间的距离d保持不变，则通过测量传感器的等效阻抗Z、等效电感L和品质因数Q可得出被测材料的电导率、磁导率、硬度等参数。
2.2电涡流传感器在硬币检测方面的应用
目前我国流通的硬币的材质有铝镁合金、铜镍合金、钢芯镀镍以及铜锌合金等种类。硬币的大小、厚度、表面图案各不相同，因此对硬币的鉴别可以从材质、厚度和形状等方面进行，由电涡流传感器的原理可知，采用电涡流传感器技术对硬币进行鉴别是一种可行的方法，分别使用高频反射式和低频透射式电涡流传感器，从频率、幅值以及相位三方面实现对硬币的鉴别。
1）频率检测。根据电涡流传感器的原理，通过对高频反射式电涡流传感器的输出参数等效阻抗、等效电感和品质因数进行测量可以得出硬币的电导率指标。在硬币检测中，由于不同面值硬币的材质存在差異，利用高频反射式电涡流传感器测量硬币的电导率从而对硬币的材质进行鉴别。具体应用中，用传感器线圈的电感的变化替代被测量，并配合相应的测量电路测量电感。
为了把磁场的变化转换为可测量的信号，将传感器线圈作为电感L接入电容三点式振荡电路中，则电路所产生正弦波的频率为：
由此可知，电路所产生正弦波的频率与线圈电感L相关，线圈电感L随着硬币的接近而发生变化，正弦波的频率f也必将随之发生变化，即信号频率的变化可以反映出硬币的特征。
2）幅值检测。当给低频透射式电涡流传感器中激励线圈两端施加交变电压时，激励线圈周围会产生交变磁场，此交变磁场会使感应线圈中产生感应电动势，硬币放入两线圈中后，感应电动势的幅值会发生变化。因此，通过检测感应电动势的幅值可得出硬币的厚度。由于不同硬币的大小、厚度各不相同，所以可以在硬币检测中使用低频透射式涡流传感器来检测硬币的形状，作为频率检测法的补充。
3）相位检测。当硬币被放入两个线圈中时，在硬币中产生了电涡流，由于电涡流相位的滞后，会造成感应线圈的感应电动势与激励电压发生相位差改变，当导体的材料不同时，相位的改变也会不同。因此，通过检测接收电压与激励电压的相位差也可以实现对硬币的鉴别。
3在地铁行业的使用
由于电涡流传感器体积小操作简便，识别效果较好，目前国内地铁的硬币检测模块的识别都是采用电涡流传感器。这些硬币检测模块对于不同面额的硬币都能准确识别，对于假币也可以轻易地识别出来.。但部分硬币检测模块对于一些材质、大小与真币接近的代币却会发生误判的现象。经过分析以及与厂家的交流我们了解到，检测线圈在有硬币通过时，其振荡频率会发生变化，一般的检测方法是检测其振荡频率变化的最大值。另外，当硬币通过时，由于硬币的重量、投币的初始速度、投入力度以及硬币的光滑程度等的区别，并不是每一种硬币经过检测线圈时的速度都是一样的；同一种、乃至同一个硬币，每次通过检测线圈时的速度都是不一致的。因此硬币检测模块存在一个容错范围，对于一些材质、大小与真币接近的代币所检测出的数据往往在真币的容错范围内。要消除这种问题一方面可以通过提高电涡流传感器的识别能力来区分，另一方面也可以通过增加采样点来提高效果。现在新的硬币识别模块有的已经可以成功的区分材质、大小与真币接近的代币了。
4总结
本文对硬币识别系统进行了研究，分析了硬币的流通状况，电涡流传感器工作原理以及电涡流传感器在硬币检测方面的应用。通过分析硬币识别系统的工作原理提出了目前存在的无法准确识别材质、大小与真币接近的代币的问题的解决思路，具有一定的理论指导意义和较强的实际应用价值。
关键词硬币检测；涡流传感器
中图分类号U2文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0151-01
1硬币检测背景状况
1.1硬币材质
硬币材料选择的大致原则是：①资源充足，能够满足大量生产和流通的需求。②铸造成本低。③耐磨抗腐蚀。④硬币材料的价值低于面值。⑤有防伪特性。
1.2硬币识别系统
硬币检测在日常生活中有着广泛的使用需求。自动售货设备、无人售票车、投币电话等需要硬币检测系统对投入的硬币进行实时识别；银行等部门要对大量的硬币进行计数、分类、包装等处理使其再次进入流通。硬币识别系统是对投入的硬币进行识别，同时对假币、代币等进行剔除的系统，广泛应用于自动售货机、游戏机、投币电话机、公交车、地铁等领域。
2硬币识别系统的检测原理
电涡流式传感器利用电涡流效应工作。它结构简单、体积小、抗干扰能力强、灵敏度高、频率响应宽、能进行非接触测量，适用范围广。目前，这种传感器已广泛用于测量位移、厚度、振动、温度、转速、硬度等参数，以及用于无损探伤等领域。
2.1电涡流传感器工作原理
电涡流传感器的原理图如图1所示。当金属导体放置于变化的磁场中，或者在固定磁场中运动时，在金属导体内就会产生感应电流，这种电流在金属导体内是闭合的，所以叫做涡流（或电涡流）。涡流又会产生交变磁场阻碍外部磁场的变化，由于电涡流相位的落后，电涡流的磁场总是抵抗外磁场的存在。另一方面，电涡流在被测导体内存在着损耗和磁效应，因此既产生焦耳热和磁滞损耗，它们造成交变磁场能量的损失。能量的损耗，使传感器的等效电阻Z、等效电感L和品质因数Q值发生变化。因此，由于不同被测体的电导率σ、磁导率μ不同，线圈的激励频率f及被测体与传感器间的距离d也会不同，传感器的等效阻抗Z、等效电感L和品质因数Q，可以用数学式表示为：
Z=F1(σ，μ，f，d)
Q=F2(σ，μ，f，d)
L=F3(σ，μ，f，d)
激励频率f，在使用中一般都是一定值，因此如果其它三个参数中的两个可以保持不变，就可以将另一个参数反映成成传感器的等效阻抗Z、等效电感L和品质因数Q值。
当被测材料为一定时，则电导率σ和磁导率μ为常数，通过测量传感器的等效阻抗Z、等效电感L和品质因数Q可以得出与距离d有关的参量，例如位移、振动、厚度、尺寸等等。
当传感器与被测体间的距离d保持不变，则通过测量传感器的等效阻抗Z、等效电感L和品质因数Q可得出被测材料的电导率、磁导率、硬度等参数。
2.2电涡流传感器在硬币检测方面的应用
目前我国流通的硬币的材质有铝镁合金、铜镍合金、钢芯镀镍以及铜锌合金等种类。硬币的大小、厚度、表面图案各不相同，因此对硬币的鉴别可以从材质、厚度和形状等方面进行，由电涡流传感器的原理可知，采用电涡流传感器技术对硬币进行鉴别是一种可行的方法，分别使用高频反射式和低频透射式电涡流传感器，从频率、幅值以及相位三方面实现对硬币的鉴别。
1）频率检测。根据电涡流传感器的原理，通过对高频反射式电涡流传感器的输出参数等效阻抗、等效电感和品质因数进行测量可以得出硬币的电导率指标。在硬币检测中，由于不同面值硬币的材质存在差異，利用高频反射式电涡流传感器测量硬币的电导率从而对硬币的材质进行鉴别。具体应用中，用传感器线圈的电感的变化替代被测量，并配合相应的测量电路测量电感。
为了把磁场的变化转换为可测量的信号，将传感器线圈作为电感L接入电容三点式振荡电路中，则电路所产生正弦波的频率为：
由此可知，电路所产生正弦波的频率与线圈电感L相关，线圈电感L随着硬币的接近而发生变化，正弦波的频率f也必将随之发生变化，即信号频率的变化可以反映出硬币的特征。
2）幅值检测。当给低频透射式电涡流传感器中激励线圈两端施加交变电压时，激励线圈周围会产生交变磁场，此交变磁场会使感应线圈中产生感应电动势，硬币放入两线圈中后，感应电动势的幅值会发生变化。因此，通过检测感应电动势的幅值可得出硬币的厚度。由于不同硬币的大小、厚度各不相同，所以可以在硬币检测中使用低频透射式涡流传感器来检测硬币的形状，作为频率检测法的补充。
3）相位检测。当硬币被放入两个线圈中时，在硬币中产生了电涡流，由于电涡流相位的滞后，会造成感应线圈的感应电动势与激励电压发生相位差改变，当导体的材料不同时，相位的改变也会不同。因此，通过检测接收电压与激励电压的相位差也可以实现对硬币的鉴别。
3在地铁行业的使用
由于电涡流传感器体积小操作简便，识别效果较好，目前国内地铁的硬币检测模块的识别都是采用电涡流传感器。这些硬币检测模块对于不同面额的硬币都能准确识别，对于假币也可以轻易地识别出来.。但部分硬币检测模块对于一些材质、大小与真币接近的代币却会发生误判的现象。经过分析以及与厂家的交流我们了解到，检测线圈在有硬币通过时，其振荡频率会发生变化，一般的检测方法是检测其振荡频率变化的最大值。另外，当硬币通过时，由于硬币的重量、投币的初始速度、投入力度以及硬币的光滑程度等的区别，并不是每一种硬币经过检测线圈时的速度都是一样的；同一种、乃至同一个硬币，每次通过检测线圈时的速度都是不一致的。因此硬币检测模块存在一个容错范围，对于一些材质、大小与真币接近的代币所检测出的数据往往在真币的容错范围内。要消除这种问题一方面可以通过提高电涡流传感器的识别能力来区分，另一方面也可以通过增加采样点来提高效果。现在新的硬币识别模块有的已经可以成功的区分材质、大小与真币接近的代币了。
4总结
本文对硬币识别系统进行了研究，分析了硬币的流通状况，电涡流传感器工作原理以及电涡流传感器在硬币检测方面的应用。通过分析硬币识别系统的工作原理提出了目前存在的无法准确识别材质、大小与真币接近的代币的问题的解决思路，具有一定的理论指导意义和较强的实际应用价值。