CN105092986B - 一种pos机具空间场强测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及POS机具空间场强测定方法。该方法包括下述步骤：对应关系表建立步骤，建立模拟卡作为标准卡时的电压与磁场强度的对应关系表；空载场强测定步骤，将校验线圈放置在POS机具表面，测定校验线圈的峰峰值电压Vpp，并根据所述峰峰值电压Vpp获得POS机具的空载场强HE；有载场强测定步骤，将模拟卡放置在POS机具表面空间的一个或多个点上，测得模拟卡的对应的一个或多个端口电压，并根据所述对应关系表获得该电压下的一个或多个场强值。根据本发明能够直接测定POS机具空间中某个点的场强值并根据获得的场强值建立机具空间场强的模型。
Description
技术领域
本发明涉及POS机具的测定方法，具体地涉及POS机具的空间场强测定方法。
背景技术
现有金融智能卡和POS机具遵循的测试规范主要为EMVCo和ISO10373－6 ，两份规范中都定义了机具需要满足提供能量的区间并给出了具体的测试方法和区间值。
（1）EMVCo定义中存在空间的概念，通过Test PICC测量出的电压值，查看测量值是否落在规定要求内，单位为V（伏特）。
（2）ISO10373－6规范定义中不存在空间的概念，通过校准后的Reference PICC测量出电压值，查看是否大于协议要求的电压值，如果大于则满足协议要求的1.5～7.5A/m的场强要求，单位为A/m（安倍/米）。
EMVCo与ISO10373－6的测试方法是以是否满足协议区间为目的的，而非直接标定机具能量、给出定量的结果。
机具在空载（无卡）和有载（有卡）条件下，表面场强是不一样的。通常放置卡片负载后，场强要比空载低，由于不同的卡片负载大小不一样，在机具表面度量出来的有载场强也不一致。因此需要统一卡片负载类型。ISO10373－6规定的Reference PICC因需要调节谐振频率并且只能选用线性负载，所以测试结果在空间测试中不具有统一性，结果容易失真。
EMVCo协议规定的Test PICC具有固定的谐振频率并且使用非线性负载（非线性负载更接近于实际卡片模型）。但是由于EMVCo协议对RF能量的单位为V，而ISO10373－6（14443）协议对RF能量的单位为A/m，因此无法进行比较。
现有金融智能卡和POS机具的规范中只定义了被测POS机具需要满足的场强区间，并没有针对场强的具体标量值进行规范和定义。在同样满足协议规范要求的前提下，无法对现有的金融POS机具进行性能上的横向比较，只能通过实际使用时，根据经验较定性地进行性能比较。
发明内容
鉴于上述问题，本发明旨在提供一种能够标定量化POS机具场强的POS机具空间场强测定方法。
本发明的POS机具空间场强测定方法，其特征在于，包括下述步骤：
对应关系表建立步骤，建立模拟卡作为标准卡时的电压与磁场强度的对应关系表；
空载场强测定步骤，将校验线圈放置在POS机具表面，测定校验线圈的峰峰值电压Vpp，并根据所述峰峰值电压Vpp获得POS机具的空载场强HE；
有载场强测定步骤，将模拟卡放置在POS机具表面空间的一个或多个点上，测得模拟卡的对应的一个或多个端口电压，并根据所述对应关系表获得该电压下的一个或多个场强值。
优选地，在所述有载场强测定步骤中，将模拟卡放置在POS机具表面空间的多个点上，测得模拟卡的对应的多个端口电压值，并根据所述对应关系表获得该电压下的多个场强值，
在所述有载场强测定步骤之后还具备：
空间场强模型建立步骤，根据获得所述多个场强值，建立基于所述表面空间的多个点的空间场强模型。
优选地，在所述空间场强模型建立步骤中，模拟实际刷卡动作建立锥形的空间场强模型。
优选地，所述模拟卡被设定为非线性负载。
优选地，所述对应关系表建立步骤包括下述子步骤：
将模拟卡放置在测试用三层天线上；
进行场强递增扫描；
在每个场强点记录模拟卡上测得的端口电压值；
根据每个场强点上测得的端口电压值，建立模拟卡的电压与磁场强度的对应关系表。
优选地，所述测试用三层天线被预先校准为50欧姆天线匹配。
优选地，所述场强递增扫描是以0A/m为起点，0.2A/m为步进，12A/m为终点进行场强扫描。
优选地，所述空载场强测定步骤包括下述子步骤：
将所述校验线圈放置在POS机具表面；
用示波器测量校验线圈的峰峰值电压Vpp；
按照下述公式，根据所述峰峰值电压Vpp计算POS机具的空载场强HE，
优选地，所述有载场强测定步骤包括下述子步骤：
将模拟卡放置在POS机具表面空间的一个点上；
测得模拟卡在该位置点上的端口电压；
根据所述对应关系表获得该电压下的对应的场强值；
重复进行上述三个子步骤以获得多个场强值。
如上所述，根据本发明的POS机具空间场强测定方法，能够直接测得POS机具空间中某个点的场强值，并且能够根据获得的场强值建立机具空间场强的模型。
附图说明
图1是表示本发明的POS机具空间场强测定方法的步骤图。
图2是表示本发明的POS机具空间场强测定方法中的电路连接关系的一个示例的示意图。
图3是表示用感应法测量磁场时的探测线圈与磁场的关系示意图。
图4是表示用本发明POS机具空间场强测定方法模拟实际刷卡时POS机具场强模型的建立图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
图1是表示本发明的POS机具空间场强测定方法的步骤图。
下面参照图1对于本发明的POS机具空间场强测定方法进行说明。如图1所示，本发明的POS机具空间场强测定方法，包括下述步骤：
对应关系表建立步骤S101：建立模拟卡作为标准卡时的电压与磁场强度的对应关系表；
空载场强测定步骤S102：将校验线圈放置在POS机具表面，测定校验线圈的峰峰值电压Vpp，并根据所述峰峰值电压Vpp获得POS机具的空载场强HE；
有载场强测定步骤S103：将模拟卡放置在POS机具表面空间的一个或多个点上，测得模拟卡的对应的一个或多个端口电压，并根据所述对应关系表获得该电压下的一个或多个场强值；
空间场强模型建立步骤S104：根据获得所述多个场强值，建立基于所述表面空间的多个点的空间场强模型（步骤S104是可选步骤，是在步骤S103中测定多个空间点的情况下用于构建空间场强模型的步骤）。
下面对于步骤S101～步骤S104进行具体说明。
（1）对应关系表建立步骤S101
对应关系表建立步骤S101包括下述子步骤：
将模拟卡设定为非线性负载；
示波器探头进行校准；
将ISO10373-6的测试用三层天线校准为50欧姆天线匹配；
连接微处理器、功率放大器、测试三层天线和示波器；
将模拟卡放置在测试三层天线上；
进行场强递增扫描；
在每个场强点记录模拟卡上测得的端口电压值；
根据每个场强点上测得的端口电压值，建立模拟卡的电压与磁场强度的对应关系表。
其中，所谓模拟卡是指：能模拟卡片的行为（谐振频率，负载等特性）来对读卡机进行测试的装置。由于实际卡片在POS机具场强中呈现一种非线性负载效应，当RF场强较低时，卡片内的整流电路为不开启，卡片呈现高阻抗，不工作；当RF场强大于卡片内整流电路开启电压后，整流电路工作，卡片呈现为固定负载效应，模拟卡如果使用固定电阻电容的线性负载无法完全等效实际卡片在不同场强上的负载情况；而使用非线性负载可以很好的等效出实际卡片的负载效应，真实还原卡片在读卡器场强中的使用情况。
在本发明中采用的“测试三层天线”（即“Test Bench”）是ISO 10373-6规范中规定使用的标准测试天线，主要用途是进行能量和信号的传递及场强测量等。在本发明中，可以把“三层天线”接口的阻抗校准为50Ω ，以便通过50Ω同轴电缆与读卡机连接，而读卡机输出也采用50Ω阻抗，这样保证能量能较好的传递，信号不发生畸变。这是因为在电子行业50Ω阻抗匹配为标准匹配方式之一。
关于微处理器、功率放大器、测试天线和示波器的连接，在图2示出了一个实施方式。如图2所示，测试三层天线100的输出连接到功率放大器200，功率放大器200的输出输入到微处理器300，另一方面测试三层天线100的输出也连接到示波器400，示波器400的输出连接到微处理器300，计算机500分别可以与微处理器300、示波器400连接。其中，计算机500与示波器400的连接，以及计算机500与微处理器300的连接可以使用USB、或者以太网连接。示波器400与微处理器300使用同轴电缆链接。
在本发明中采用场强递增扫描，作为一个优选的实施方式可以“以0A/m为起始点，0.2A/m为步进，12A/m为终止点进行场强递增的扫描。选择0A/m为起始点、12A/m为终点进行扫描是因为ISO14443中定义卡片能工作的场强区间为1.5A/m~7.5A/m，同时卡片应该能承受最大12A/m的交变磁场，所以可以选取最大值为12A/m。而选择0.2A/m为步进，是因为步进0.2A/m既可以满足实际的测试需求，也可以避免过小的步进引起的测试繁杂度。
（2）空载场强测定步骤S102
空载场强测定步骤S102
包括下述子步骤：
将校验线圈放置在POS机具表面；
用示波器测量校验线圈的峰峰值电压Vpp；
按照下述的空载场强HE的计算公式，根据所述峰峰值电压Vpp
计算获得POS机具的空载场强HE：
下面对于本发明的发明人如何得出上述的空载场强HE的计算公式进行说明。
当导体中通有交变电流时,其周围空间就会产生交变磁场。交变磁场的测量可以用探测线圈和交流毫伏表组成的闭合回路进行测量。将探测线圈置于被测的磁场中,则根据法拉第电磁感应定律，通过探测线圈的交变磁通在回路中产生感生电动势。通过测量感生电动势的大小，即可测量磁感应强度的大小。
通常为了精确测定磁场中某一点的磁感应强度,探测线圈要做得很小，将线圈平面内的磁场看成是均匀的。图3是表示用感应法测量磁场时的探测线圈与磁场的关系示意图。
如图3所示，设线圈的截面积为S，匝数为N，置于待测磁场中，线圈平面的法线n与B的夹角为θ，则通过该线圈的磁通量为
设磁感应强度B随时间按正弦规律变化，即
所以，磁通量也随时间作正弦规律变化，即
由法拉第电磁感应定律可知，探测线圈中产生的感应电动势为
的大小可用交流毫伏表测得,仪表的读数为有效值,因此对(3.10-4)式取有效值,得
式中BE为探测线圈所在位置的磁感应强度B的有效值，由(3.10-5)式可知，探测线圈中的感应电动势与线圈在磁场中的位置有关。θ越小εE越大，当θ=0゜时，εE最大，即此时毫伏表的示值达到最大值，此时(3.10-5)式可化为，所以磁感应强度B的有效值为
由(3.10-6)式可知，只要测出感应电动势的最大值，即可测得磁感应强度BE的有效值。
另一方面，磁场强度与磁感应强度的关系为
将(3.10-7)式代入(3.10-6)式可得
在实际测量中电动势的有效值与峰峰值的的关系为
将(3.10-10)式代入(3.10-9)式可得
其中，μ0真空磁导率，其值为4*PI*10-7
N为1圈的校验线圈，
ω为2PIf=2*PI*13.56*106
S为检验线圈的面积，其值为3000mm2 ,合3*10-3m2
将上述参数代入(3.10-11)式可得：
另外，测量空载场强的原因在于，空载场强与有载能量的差异，可以反映POS机具的带载能力。如果空载场强/有载场强差异较小，则POS机具带载能力越强。当然真正关心的是还应该是下述的有载场强，所以此处的空载场强可以只作为参考。
（3）有载场强测定步骤S103：
上述有载场强测定步骤S103包括下述子步骤：
将模拟卡放置在POS机具表面空间的一个点上；
使用例如电压表测得模拟卡在该位置点上的端口电压；
根据所述对应关系表获得该电压下的对应的场强值；
重复进行上述三个子步骤以获得多个场强值。
（4）空间场强模型建立步骤S104
通过上述有载场强测定步骤S103可以在空间上测得POS机具多个点的场强值，通过多个点建立关于场强的空间模型。
图4是表示用本发明POS机具空间场强测定方法模拟实际刷卡时POS机具场强模型的建立图。如图4所示，模拟实际刷卡时POS机具的锥形场强，具体地，对以下4个点在上述有载场强测定步骤S103中测量场强，建立锥形的空间场强的模型。
4个点为：
D＝3cm，h＝0cm；
D＝4.5cm，h＝1cm；
D＝6cm，h＝2cm；
D＝7.5cm，h＝3cm。
如上所述，根据本发明的POS机具空间场强测定方法，能够直接测得POS机具空间中某个点的场强值，并且能够根据获得的场强值建立机具空间场强的模型。
而且，能够根据模型和金融卡的最小功耗判断卡片是否可以在该机具上工作，而不需要通过实际刷卡的行为确定POS机具与卡片实际的工作情况。
下面列举了三种POS机具原点（0cm）处场强测试结果（POS机具1、2、3为实际发行的
某型号机具）。
| 协议规范/POS机具 | POS机具1 | POS机具2 | POS机具3 |
| 10373－6 | 满足1.5A/m～7.5A/m | 满足1.5A/m～7.5A/m | 满足1.5A/m～7.5A/m |
| EMVCo | 满足3.1V ~ 8.2V | 满足3.1V ~ 8.2V | 满足3.1V ~ 8.2V |
| 本发明的POS机具空间场强测定方法 | 5.3A/m | 4.6A/m | 2.4A/m |
从结果来看，该测试点上的场强值为POS机具1>POS机具2>POS机具3。
使用以上机具测试数据对金融卡是否可以正常交易进行判断，以下金融卡1、2、3为假设的虚拟卡：
本发明的POS机具空间场强测定方法与现有技术相比，现有技术中的测定是区间测定，该测定结果无法实际了解金融卡与POS机具进行交互时场强特征，而本发明的POS机具空间场强测定方法能够进行定量测试，并且最终结果为一个定值。而且，还能够根据获得的场强值建立机具空间场强的模型，这样不需要实际刷卡就能够根据模型和金融卡的最小功耗判定卡片是否可以在该机具上工作。
以上例子主要说明了本发明的POS机具空间场强测定方法。尽管只对其中一些本发明的具体实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (9)
1.一种POS机具空间场强测定方法，其特征在于，包括下述步骤：
对应关系表建立步骤，建立模拟卡作为标准卡时的电压与磁场强度的对应关系表；
有载场强测定步骤，将模拟卡放置在POS机具表面空间的一个或多个点上，测得模拟卡的对应的一个或多个端口电压，并根据所述对应关系表获得该电压下的一个或多个场强值；以及
空间场强模型建立步骤，根据获得所述多个场强值，建立基于所述表面空间的多个点的空间场强模型，
其中，所述对应关系表建立步骤包括下述子步骤：
将模拟卡放置在测试用三层天线上；
进行场强递增扫描；
在每个场强点记录模拟卡上测得的端口电压值；
根据每个场强点上测得的端口电压值，建立模拟卡的电压与磁场强度的对应关系表。
2.如权利要求1所述的POS机具空间场强测定方法，其特征在于，在所述有载场强测定步骤之前还包括：
空载场强测定步骤，将校验线圈放置在POS机具表面，测定校验线圈的峰峰值电压Vpp，并根据所述峰峰值电压Vpp获得POS机具的空载场强HE。
3.如权利要求1所述的POS机具空间场强测定方法，其特征在于，
在所述有载场强测定步骤中，将模拟卡放置在POS机具表面空间的多个点上，测得模拟卡的对应的多个端口电压值，并根据所述对应关系表获得该电压下的多个场强值。
4.如权利要求2所述的POS机具空间场强测定方法，其特征在于，
在所述空间场强模型建立步骤中，模拟实际刷卡动作建立锥形的空间场强模型。
5.如权利要求2所述的POS机具空间场强测定方法，其特征在于，
所述模拟卡被设定为非线性负载。
6.如权利要求1所述的POS机具空间场强测定方法，其特征在于，
所述测试用三层天线被预先校准为50欧姆天线匹配。
7.如权利要求1所述的POS机具空间场强测定方法，其特征在于，
其中，所述场强递增扫描是以0A/m为起点，0.2A/m为步进，12A/m为终点进行场强扫描。
8.如权利要求2、4、5中任意一项所述的POS机具空间场强测定方法，其特征在于，
所述空载场强测定步骤包括下述子步骤：
将所述校验线圈放置在POS机具表面；
用示波器测量校验线圈的峰峰值电压Vpp；
按照下述公式，根据所述峰峰值电压Vpp计算POS机具的空载场强HE，
。
9.如权利要求2～5任意一项所述的POS机具空间场强测定方法，其特征在于，
所述有载场强测定步骤包括下述子步骤：
将模拟卡放置在POS机具表面空间的一个点上；
测得模拟卡在该点上的端口电压；
根据所述对应关系表获得该电压下的对应的场强值；
重复进行上述三个子步骤以获得多个场强值。
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