CN104050748B - 一种磁性导电特征检测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁性导电特征检测传感器，属于防伪检测领域。本发明的传感器由感应式磁性传感器和电容式传感器组成，所述电容式传感器中的极板形成竖直平行结构的电容器，并插入所述感应式磁性传感器的中心缝隙处，所述磁性导电特征传感器对导电信号与磁信号同步检测。本发明将导电传感器替代原磁缝中的填充物，形成一种全新的传感器，实现了使导电特征实际探测区域与磁特征实际探测区域尽可能的重合，进而实现票面磁特征和导电特征的同步检测，将导电检测传感器和磁性传感器集成一体，且可大幅度增强其在检测过程中的耐磨性。

Description

一种磁性导电特征检测传感器

技术领域

本发明涉及一种新型检测传感器，属于防伪检测领域。

背景技术

目前，对于有价证券、文档的防伪检测方式主要通过磁性、荧光、红外等方式，其中磁性方式主要是通过采用磁头获得磁性部位的磁信号并转化成电信号，经放大和比较处理后进行判别；红外和荧光工作原理为获得特定区域在特定光照射下的光特性从而进行判别。

众所周知，磁性材料在有价证券上的应用已相当广泛，如磁性号码和磁性安全线等。使用磁性传感器对有价证券上磁性材料磁性强度的检测技术已相当成熟，并被众多银行防伪检测机具所采用。目前，世界主流货币如美元和欧元在其票面安全线中也采用了导电机读防伪技术。对于磁性材料磁性特征和导电材料导电特征的检测由于检测原理不同，因此，现有技术对同时具备磁性和导电两种特征的有价证券需要使用独立的磁性检测传感器和导电特征检测传感器。

现有的平面结构型电容式传感器通常具有如图3左侧所示结构：两块具有一定面积的金属导体电极4、5在同一平面内以一定间距d放置，形成平面结构的电容器。该平面结构型电容器接入电路后，两个金属导体电极4、5之间形成电场，电场线接近平行直线分布，到了边缘处，电场线从极板间区域扩展到外部空间，电场线由平行线变为向外弯曲、凸出，电场分布集中在极板边缘，形成边缘效应。该平面型电容传感器对导电特征的检测利用了该电容的边缘效应：当被测导电材料贴近传感器上表面或下表面通过时，导电材料导致电容工作区间的介电常数发生相应变化，电容值也随之发生变化。通过后续电路对传感器输出信号进行处理将获得一定强度和一定宽度的信号，最终反映出导电材料的导电特征。现有的平面结构型电容式传感器具有以下问题：

1、检测功能的单一性。该传感器只能对材料的导电特征进行检测，无法检测材料的磁性特征。

2、安装位置的独立性。由于该传感器只能对导电材料的导电特征进行检测，因此，在检测机具上必须独立设置一个区域放置传感器；除此之外，还必须在传感器上方独立设置一种纸币压紧装置，通常为压紧轮，以保证纸币和传感器可靠接触。

3、耐磨性较差。由于在检测过程中该电容传感器几乎要与需要与纸张全面积接触，尤其 在长时间、连续检测的情况下，传感器磨损严重，将严重降低传感器的使用寿命。

在现有技术的基础上，如果有价证券上既存在磁性材料又存在导电材料，要实现其检测功能，必须在检测区域既放置磁性传感器又放置导电特征检测传感器，并且，为保证检测的可靠性，通常在两种传感器上方需分别独立设置一种压紧装置以保证有价证券和传感器的可靠接触。如此以来，将增大机具检测区域机械结构的设计难度，尤其对现有机具已成型的机具机械结构的改造将变得相当困难。除此之外，当有价证券上的磁性材料和导电材料相互印刷位置关系也是最初设计考虑的防伪措施时，独立放置的磁性传感器和导电传感器由于在检测位置上存在先后关系，且由于导电特征检测的平面型电容传感器整体尺寸相对较大，即使与现有通用磁性传感器组合在一起，两种传感器在实际探测区域上也必然存在如图1a所示的较大的位置差异(6为导电特征实际探测区域，7为磁特征实际探测区域例如磁缝)，因此探测到的信号如图1b所示，两个信号在时域上呈先后顺序出现，上面为磁信号，下面为导电信号，没有真实反映出磁性材料和导电材料的相互印刷位置关系；即使根据检测条件(如“待检物”的运动速度)通过后续硬件或软件处理，其结果精度也难以保证，因此，此种方式也难以实现磁性特征和导电特征的同步检测，即磁性材料和导电材料相互印刷位置关系难以得以体现。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种磁性导电特征检测传感器。

一种磁性导电特征检测传感器，由感应式磁性传感器和电容式传感器组成，所述电容式传感器中的极板形成竖直平行结构的电容器，并插入所述感应式磁性传感器的中心缝隙处，所述磁性导电特征传感器对导电信号与磁信号同步检测。

所述传感器上方仅具有一个压紧装置。

所述电容器厚度为0.05mm-0.5mm，优选的为0.1mm。

所述感应式磁性传感器可为单缝磁性传感器，所述电容式传感器插入单缝磁性传感器的磁缝中。

所述感应式磁性传感器可为双缝磁性传感器，所述电容式传感器插入双缝磁性传感器的两个磁芯中部的缝隙中。

检测时有价证券与磁性导电传感器表面的距离为小于0.2mm。

所述电容式传感器可以为阵列式电容式传感器，包括发射层、屏蔽层、接收层以及两层绝缘层，其中发射层、屏蔽层、接收层利用绝缘层相互隔离，形成竖直结构型电容器，所述接收层分为若干个接收单元，形成阵列结构，每个接收单元分别输出对应检测位置 的导电信号。

优选的所述发射层、屏蔽层和接收层同一侧形成检测边。

优选的所述屏蔽层接地。

所述接收单元优选为5-8个，优选为6个。

所述发射层、接收层、屏蔽层优选的最小宽度为1mm,最小厚度为18ｕm；绝缘层最小厚度为40ｕm。

所述发射层和接收层层间距优选为0.12-0.18mm；进一步优选为0.15mm。

本发明将导电传感器插入磁性传感器的中心例如磁缝中，替代原磁缝中的填充物，形成一种全新的传感器，实现了使导电特征实际探测区域与磁特征实际探测区域(磁缝)尽可能的重合，进而实现票面磁特征和导电特征的同步检测，将导电检测传感器和磁性传感器集成一体。由于现有应用在检测传感器领域的平面型电容传感器面积尺寸相对较大，优选的设计出本发明所述的竖直平行结构的电容器。因为磁性传感器磁缝越宽，传感器受外界干扰(尤其是空间中的电磁场)的程度就越大，输出信号信噪比就越低，所以磁性传感器磁缝在设计上通常要求很窄，而平面型结构的电容传感器为了保证足够的检测灵敏度就需要具有一定的面积，从而其宽度远大于竖直平行结构，如果将平面型结构的电容传感器放入磁缝中，磁缝很宽，受外界干扰的程度将会极大的影响测试结果。而本发明的竖直平行结构的电容器厚度可进一步优选的在0.05-0.5mm，插入磁性传感器的磁缝中后，磁性传感器的整体厚度不会明显增加，可替换现有机具磁性检测传感器，不会使机具安装磁性传感器的结构发生改变，增加激励信号强度即可保证足够的检测灵敏度。该优选的尺寸是经过对同时具有磁性特征和导电特征的有价证券进行研究和实验所选择的最适合于同时保证尺寸要求、检测要求和检测灵敏度的优选尺寸。同时，由于该电容传感器受到电感式磁性传感器磁芯以及外壳的保护，可大幅度增强其在检测过程中的耐磨性。

现有磁性传感器检测机具在上方通常设置了压紧装置以保证有价证券和传感器的可靠接触；如果现有检测机具要使用同时使用电容传感器和磁性传感器的话，还需要在电容传感器其上方再设置一个压紧装置，这会给机具整机机械部分改造带来很大的困难；本专利在磁缝中插入电容传感器形成新的传感器后，可替换现有机具磁性传感器，仅需保留机具本身磁性传感器上方的压紧装置。

本发明的磁性传感器和电容传感器的形式可在电容式传感器被设置为竖直结构电容器并插入磁性传感器中心的前提下根据需要进行变化，例如将电容式传感器插入双缝磁性传感器的中心缝隙而非磁缝或将电容式传感器设置为阵列式电容器等。

附图说明

图1a、1b分别为现有技术基础上的磁性传感器、电容式传感器在检测机具中的排布方式和检测信号示意图；

图2为本发明实施例1的磁性导电特征检测传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例1中电容式传感器与现有技术电容式传感器整体外形对照图；

图4为本发明实施例1传感器检测原理框图；

图5为本发明实施例1检测信号示意图；

图6为本发明实施例2的磁性导电特征检测传感器的结构示意图；

图7为本发明实施例3中的电容式传感器的结构示意图；

图8为图7中电容式传感器检测原理框图；

图9为实施例3的票样导电材料分布示意图；

图10为实施例3的导电材料检测结果波形示意图。

图中各标号列示如下：

1-磁缝；2-磁芯；3-感应线圈；4、5-金属导体电极；6-导电特征实际探测区域；7-磁特征实际探测区域；8-电容式传感器；9-磁性传感器；10-待检物；11-发射层；12-屏蔽层；13-接收层；14-1、14-2—绝缘层；C1-发射层输入端口；C2～C7-接收层各接收单元输出端口；C8-屏蔽层端口。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，下面结合实施例对本发明进行进一步的解释。

实施例1

本实施例为将电容式传感器8插入单缝磁性传感器9中形成磁性导电特征检测传感器，如图2所示，所述单缝磁性传感器9包括磁缝1、磁芯2和感应线圈3。

本实施例将现有技术平面结构型电容器改造为竖直平行结构的电容器，如图3所示，原有同一水平面内的两金属极板(图3左图)分别向下旋转90°形成竖直平行结构的电容器(图3右图)，该竖直平行结构的电容器厚度L为0.1mm，易于插入单缝磁性传感器的磁缝1中。

本实施例中的电容器同样利用电容的边缘效应，在电容器的端面对导电材料的导电特征进行检测，同时传感器整体仍具有磁性检测功能，且整体厚度不会明显增加，可替代现有机具磁性检测传感器，不会使机具安装磁性传感器的结构发生改变。另外，由于该电容传感器受到磁芯2以及外壳的保护，可大幅度增强其在检测过程中的耐磨性。

将电容传感器插入磁性传感器的磁缝1中，替代原磁缝中的填充物，实现了导电特征实际探测区域6与磁特征实际探测区域7(磁缝)重合，克服现有技术的平面型电容传感器面积尺寸相对较大，与现有通用磁性传感器组合在一起产生较大位置差异的问题。

电路工作过程如图4所示，振荡电路产生的振荡信号S1(如正弦波信号)接入电容传感器的发射层，接收层接收到相同频率的振荡信号S3(载波信号)；当既有磁特征又有导电特征的待检物10经过检测传感器检测面时，由于电容传感器的边缘效应，导电材料导致电容工作区间的介电常数发生相应变化，电容值也随之发生变化；导电信号叠加于载波信号，通过后续放大、检波和滤波电路将导电信号与载波信号分离，形成一定强度和一定宽度的信号输出，最终反映出导电材料的导电特征，可通过增加激励信号强度保证足够的检测灵敏度。

与之同时，磁性材料磁力线切割检测传感器内部感应线圈3产生微弱的感应电流；通过后续滤波、放大电路输出一定强度和一定宽度的磁信号，最终反映出磁性材料的磁性特征。

由于电容式传感器实际探测区域与磁性传感器实际探测区域(磁缝)相互重合，探测到的信号如图5所示，两个信号在时域上同时出现，真实反映出了磁性材料和导电材料的相互印刷位置关系，不需要再进行后续处理，结果精度得以大幅度提高，实现了磁性特征和导电特征的同步检测。

实施例2

本实施例将类似实施例1中的电容式传感器8插入双缝磁性传感器9两个磁芯2中部的缝隙中形成另一种磁性导电特征检测传感器，如图6所示。

振荡电路产生的振荡信号S1(如正弦波信号)接入电容传感器的发射层，接收层接收到相同频率的振荡信号S3(载波信号)；当既有磁特征又有导电特征的“待检物”经过检测传感器检测面时，由于电容传感器的边缘效应，导电材料导致电容工作区间的介电常数发生相应变化，电容值也随之发生变化；导电信号叠加于载波信号，通过后续放大、检波和滤波电路将导电信号与载波信号分离，形成一定强度和一定宽度的信号输出，最终反映出导电材料的导电特征。

与之同时，磁性材料磁力线切割检测传感器内部感应线圈产生微弱的感应电流；通过后续滤波、放大电路输出一定强度和一定宽度的磁信号，最终反映出磁性材料的磁性特征。

由于电容式传感器实际探测区域与磁性传感器实际探测区域(两个磁芯中部的缝隙)相互重合，探测到的信号也如图5所示。

两个信号在时域上同时出现，真实反映出了磁性材料和导电材料的相互印刷位置关系，不需要再进行后续处理，结果精度得以大幅度提高，实现了磁性特征和导电特征的同步检测。

实施例3

本实施例整体结构如实施例1，磁缝中的电容式传感器为如图7所示的阵列式传感器，本实施例的电容式感应传感器包括发射层11、屏蔽层12、接收层13以及两层绝缘层14-1、14-2，其中，发射层11、屏蔽层12、接收层13利用绝缘层相互隔离，形成竖直结构型电容器。发射层11、屏蔽层12和接收层13同一侧形成检测面。接收层13由6个相互独立的接收单元C2～C7组成阵列结构，每个接收单元即为一个检测通道，分别输出对应检测位置的导电信号,形成多通道检测方式，屏蔽层通过屏蔽层端口C8接地。发射层11、接收层12、屏蔽层13的宽度为2mm,厚度为20μm；绝缘层厚度为45μm；所述发射层11和接收层12层间距为0.15mm。本实施例的阵列式传感器的尺寸综合尺寸要求、形成电容器的检测要求和检测灵敏度也可以在前述电容器的优选尺寸范围的基础上被进一步设置在下述范围内：所述发射层、接收层、屏蔽层的最小宽度为1mm,最小厚度为18ｕm；绝缘层最小厚度为40ｕm；所述发射层和接收层层间距为0.12-0.18mm。本实施例电容式传感器检测过程如图8所示，高频信号通过发射层输入端口C1接入电容传感器的发射层11，接收层13各接收单元接收到相同频率的高频信号；当具有导电特征的待检物经过传感器检测面时，根据电容传感器的边缘效应原理，导电材料导致电容工作区间的介电常数发生相应变化，电容值也随之发生变化；通过对接收层13各接收单元输出端口(C2～C7)输出的信号进行放大、检波和滤波处理，并经过AD转换至单片机或数据采集分析系统量化分析后可获得检测范围内导电材料印刷分布特征。所检测票面上的导电材料如以图9所示分布，票样以X方向通过图2所示传感器，其导电特征检测结果波形如图10所示。由于采用了阵列式的电容器，因此对于导电特征在纵向有细节变化(如图9中第3列导电材料)的票样来说能够获得更加精确的检测结果，例如在图10中第3列导电材料对应接收单元输出端口C2、C4、C6所输出的波形与C3、C5、C7的不同。本实施例的电容式传感器在满足传感器对票面满幅面检测的原则下，接收单元数量越多，检测分辨率越高。结合一般的有价票据上的特征分布，5-8个接收单元为优选。特别适于对美元、欧元等具有导电特征的有价证券进行检测。

本实施例磁性传感器的应用及与电容式传感器的配合同实施例1。

以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，例如，磁性传感器和电容式传感器细节形式上的变化等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种磁性导电特征检测传感器，其特征在于由感应式磁性传感器和电容式传感器组成，所述电容式传感器中的极板形成竖直平行结构的电容器，并插入所述感应式磁性传感器的中心缝隙处，所述磁性导电特征检测传感器对导电信号与磁信号同步检测。

2.根据权利要求1所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于上方仅具有一个压紧装置。

3.根据权利要求1所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于所述电容器厚度为0.05mm-0.5mm。

4.根据权利要求3所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于所述电容器厚度为0.1mm。

5.根据权利要求1所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于所述感应式磁性传感器为单缝磁性传感器，所述电容式传感器插入单缝磁性传感器的磁缝中。

6.根据权利要求1所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于所述感应式磁性传感器为双缝磁性传感器，所述电容式传感器插入双缝磁性传感器的两个磁芯中部的缝隙中。

7.根据权利要求1所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于检测时有价证券与传感器表面的距离为小于0.2mm。

8.根据权利要求1所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于所述电容式传感器为阵列式传感器，包括发射层、屏蔽层、接收层以及两层绝缘层，其中发射层、屏蔽层、接收层竖直平行排布且利用绝缘层相互隔离，形成竖直结构型电容器，所述接收层分为若干个接收单元，形成阵列结构，每个接收单元分别输出对应检测位置的导电信号。

9.根据权利要求8所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于所述屏蔽层接地。

10.根据权利要求8所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于所述接收单元为5-8个。

11.根据权利要求8所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于所述发射层、接收层、屏蔽层最小宽度为1mm,最小厚度为18um；绝缘层最小厚度为40um。

12.根据权利要求8所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于所述发射层和接收层层间距为0.12-0.18mm。

13.根据权利要求12所述的磁性导电特征检测传感器，其特征在于所述发射层和接收层层间距为0.15mm。