CN202711362U

CN202711362U - 一种便携式验钞机

Info

Publication number: CN202711362U
Application number: CN2012203029258U
Authority: CN
Inventors: 郭鹏; 韩秀峰
Original assignee: Institute of Physics of CAS
Current assignee: Institute of Physics of CAS
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-06-25

Abstract

一种便携式验钞机，包括电源、壳体、开关和验钞模块，所述验钞模块包括紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块，所述电源、紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块均设置在所述壳体内，所述开关设置在所述壳体上，所述紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块分别与所述电源连接，所述开关分别与所述电源及所述紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块连接。本实用新型具有紫外、红外和磁性三种防伪措施的检测功能，且体积小，方便携带，并可与其它装置集成，便于推广和大规模生产。

Description

一种便携式验钞机

技术领域

本实用新型涉及一种验钞机，特别是一种同时具有紫外、红外、磁性防伪检测功能的基于隧穿磁电阻效应的复合便携式验钞机。

背景技术

纸币的防伪除了水印、安全线之外，油墨也是印制钞票中最主要的成分之一，具有防伪性能的油墨一般称为安全油墨或防伪油墨。常见的包括：有色荧光油墨、无色荧光油墨、磁性油墨、红外激发油墨等。它们一般无法通过肉眼进行检测，必须使用专用的验钞机进行检测。当前的验钞机的检验手段一般比较单一，比如利用紫外线灯检测防伪荧光，利用红外线灯检测红外油墨，或者利用磁性传感器检测磁性油墨，但是现在假币的伪造技术越来越高，单一的检验方式已经无法满足检验的精确性，因此采用复合方式，即在一种装置上集成多种检验方式，通过多重检测，提高精确度。之前的实用新型专利中也介绍过磁性、红外、紫外复合的验钞仪，但是体积都比较大，而且电路复杂，磁性传感器采用的是传统的线圈感应方式，灵敏度较低，而且无法实现小型化，无法应用于便携式检测。

验钞机中的磁性传感器主要分为两类：一类是利用磁性物质经过探测线圈时的磁通变化会产生感应电动势，通过检测该电压信号的有无可以检测纸币中有无磁性油墨及其位置，该类传感器的制作简单，成本低，但是体积较大，灵敏度较低；另外一类是利用材料的磁阻效应制作而成，磁阻效应即材料的电阻在有无磁场时会发生变化的效应，它又可分为各向异性磁电阻、巨磁电阻、隧穿磁电阻等。产品化的验钞机中主要使用的是各向异性磁电阻型磁性传感器，它的特点是制备简单，可进行大规模生产，外围检测电路简单，但是性能较差，现有技术的基于巨磁电阻效应的磁性传感器验钞机，其特点是灵敏度较高，平均电阻小所以抗干扰性较好，但是同样也导致输出信号较小，检测电路较为复杂。

基于隧穿磁电阻效应的第三代磁性传感器的核心结构是由两个铁磁层电极及中间的绝缘层势垒组成。当两个铁磁层磁矩平行排列，整个隧道结呈低阻态；当它处于外磁场中时，两个铁磁层由于矫顽力不同，它们的磁矩在外磁场作用下成一定角度排列，隧道结的电阻会变大，并与角度呈一定的比例关系，而当磁矩反平行排列时，电阻最大，呈现高阻态。隧穿磁电阻通常定义为：

TMR = \frac{(R_{AP} - R_{P})}{R_{P}} \times 100 %

其中R_AP、R_P分别表示两个铁磁层中磁矩反平行与平行排列时的电阻值。灵敏度S可表示为：

S = \frac{ΔR}{{RH}_{s}} = \frac{TMR}{H_{s}}

其中Hs为自由层磁矩翻转的饱和场，目前工业化生产的基于隧穿磁电阻效应的磁性隧道结的TMR为150%左右，已经用于高密度磁盘上的读出磁头，而据文献报道，现在已有TMR为1056%的隧道结被成功制备，而GMR值一般为30%左右。磁性隧道结的自由层的翻转场约为102Oe量级，与GMR结相近。通过以上分析可知，磁性隧道结具有更高的灵敏度，而且由于它的电阻值一般为103～106量级，因此输出信号较大，外围放大电路较为简单。因此在微型高灵敏度检测领域具有很大的应用前景。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种通过复合检测的方式实现高精确度的防伪检测并能实现便携式检测的便携式验钞机。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种便携式验钞机，包括电源、壳体、开关和验钞模块，其中，所述验钞模块包括紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块，所述电源、紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块均设置在所述壳体内，所述开关设置在所述壳体上，所述紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块分别与所述电源连接，所述开关分别与所述电源及所述紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块连接。

上述的便携式验钞机，其中，所述磁性验钞模块包括磁性传感器、磁性检测电路和磁性显示单元，所述磁性检测电路分别与所述磁性传感器和所述磁性显示单元连接。

上述的便携式验钞机，其中，所述磁性传感器为基于隧穿磁电阻效应的磁性隧道结。

上述的便携式验钞机，其中，所述紫外光验钞模块包括紫外发光LED和紫外荧光测量电路，所述紫外发光LED分别与所述紫外荧光测量电路、所述电源及所述开关连接。

上述的便携式验钞机，其中，所述红外光验钞模块包括红外发射接收单元、控制电路及红外显示单元，所述控制电路分别与所述红外发射接收单元及所述红外显示单元连接。

上述的便携式验钞机，其中，所述控制电路包括红外解调电路和滤波放大电路，所述红外解调电路分别与所述红外发射接收单元和所述滤波放大电路连接，所述滤波放大电路与所述红外显示单元连接。

上述的便携式验钞机，其中，所述红外显示单元包括显示控制电路和LED显示灯，所述显示控制电路分别与所述滤波放大电路和所述LED显示灯连接。

上述的便携式验钞机，其中，所述开关为四通道开关，所述四通道开关包括关闭通道、紫外检测通道、红外检测通道和磁性检测通道，所述关闭通道与所述电源连接，所述紫外检测通道分别与所述电源及所述紫外光验钞模块连接，所述红外检测通道分别与所述电源及所述红外光验钞模块连接，所述磁性检测通道分别与所述电源及所述磁性验钞模块连接。

上述的便携式验钞机，其中，所述电源为钮扣电池或可充电的锂电池。

上述的便携式验钞机，其中，所述壳体为水滴形吊坠结构或笔形结构，所述壳体上设置有通孔。

本实用新型的有益功效在于：

本实用新型具有紫外、红外和磁性三种防伪措施的检测功能，且体积小，方便携带，并可与其它装置集成，便于推广和大规模生产。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的复合式便携验钞机的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的红外光验钞模块框图；

图3为本实用新型一实施例的磁性验钞模块框图；

图4为本实用新型一实施例的磁性传感器的结构框图；

图5为本实用新型一实施例的四通道开关电路图；

图6为本实用新型一实施例的紫外光测量电路；

图7为本实用新型一实施例的红外线调制收发电路；

图8A、8B为本实用新型一实施例的磁性检测电路图；

图9A、9B为本实用新型一实施例的磁性传感器中的磁矩排列方式；

图10为本实用新型一实施例的集成U盘的验钞机的结构示意图；

图11为本实用新型一实施例的笔形验钞机的结构示意图；

图12为本实用新型一实施例的阵列式磁敏传感器单元示意图。

其中，附图标记

1 壳体

11 通孔

2 电源

3 开关

4 验钞模块

41 紫外光验钞模块

411 紫外发光LED

412 紫外光测量电路

413 指示灯

42 红外光验钞模块

421 红外发射接收单元

422 红外显示单元

4221 显示控制电路

4222 LED显示灯

423 控制电路

4231 红外解调电路

4232 滤波放大电路

424 红外调制电路

4241 红外接收电路

4242 红外发射电路

4243 单片机控制电路

43 磁性验钞模块

431 磁性传感器

4311 自由铁磁层

4312 绝缘层

4313 钉扎铁磁层

4314 反铁磁层

432 磁性检测电路

433 磁性显示单元

434 差分放大电路

5 U盘

6 USB接口

7 激光指示模块

71 激光灯电源 72 激光灯开关

73 激光发光二极管 74 聚焦透镜

75 通光孔

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1，图1为本实用新型一实施例的复合式便携验钞机的结构示意图。本实用新型的便携式验钞机，包括电源2、壳体1、开关3和验钞模块4，所述验钞模块4包括紫外光验钞模块41、红外光验钞模块42及磁性验钞模块43，所述电源2、紫外光验钞模块41、红外光验钞模块42及磁性验钞模块43均设置在所述壳体1内，所述开关3设置在所述壳体1上，所述紫外光验钞模块41、红外光验钞模块42及磁性验钞模块43分别与所述电源2连接，所述开关3分别与所述电源2及所述紫外光验钞模块41、红外光验钞模块42及磁性验钞模块43连接。

参见图2，图2为本实用新型一实施例的红外光验钞模块框图。所述红外光验钞模块42包括红外发射接收单元421（分别由红外发射单元和红外接收单元组成）、控制电路423及红外显示单元422，所述控制电路423分别与所述红外发射接收单元421及所述红外显示单元422连接。红外发射单元还与红外调制电路424连接。所述控制电路423包括红外解调电路4231和滤波放大电路4232，所述红外解调电路4231分别与所述红外发射接收单元421和所述滤波放大电路4232连接，所述滤波放大电路4232与所述红外显示单元422的显示控制电路4221连接。所述红外显示单元422包括显示控制电路4221和LED显示灯4222，所述显示控制电路4221分别与所述滤波放大电路4232和所述LED显示灯4222连接。工作时调制发光单元产生调制红外光，红外接收单元将反射回的红外线信号转换为电信号，随后利用滤波放大电路4232最终产生一个控制信号，并通过壳体1上的LED显示灯4222显示出检测的纸币表面是否有红外吸收。

参见图1和图3，图3为本实用新型一实施例的磁性验钞模块框图。所述磁性验钞模块43包括磁性传感器431、磁性检测电路432和磁性显示单元433，所述磁性检测电路432分别与所述磁性传感器431和所述磁性显示单元433连接。该磁性检测电路432与磁性显示单元433的显示控制电路之间可通过一差分放大电路434连接，所述磁性传感器431为基于隧穿磁电阻效应的磁性隧道结。参见图4，图4为本实用新型一实施例的磁性传感器的结构框图。该磁性传感器顺序包括自由铁磁层4311、绝缘层4312、钉扎铁磁层4313和反铁磁层4314。磁性传感器431将待检测纸币表面的磁信号转换为电信号，并通过磁性检测电路432产生控制信号使磁性显示单元433的LED亮与灭表示磁信号的有无。本实施例中，所述磁性检测电路432中优选利用半桥或全桥检测电路来消除环境磁场干扰，以及环境温度的变化，提高测量的灵敏度和抗干扰性。

在初始检测时，两个铁磁层磁矩垂直排列，整个隧道结呈电阻零态；当传感器接触到纸币表面的磁性油墨时，两个铁磁层由于矫顽力不同，其中一个铁磁层的矫顽力远大于纸币表面磁性油墨的磁场，而另外一个铁磁层则相反，它的磁化方向会随着磁性油墨产生的磁场方向而改变，当它们的磁矩趋向平行排列时，隧道结的磁电阻变小，呈现电阻负态，而当它们的磁矩趋向于反平行排列时，隧道结的磁电阻变大，呈现电阻正态。利用简单的伏安法即可检测出隧道结的电阻变化，进而判断出纸币中是否有磁性油墨存在并确定其位置。

参见图5，图5为本实用新型一实施例的四通道开关电路图。所述开关3优选为四通道开关，所述四通道开关包括关闭通道、紫外检测通道、红外检测通道和磁性检测通道，所述关闭通道与所述电源2连接，所述紫外检测通道分别与所述电源2及所述紫外光验钞模块41连接，所述红外检测通道分别与所述电源2及所述红外光验钞模块42连接，所述磁性检测通道分别与所述电源2及所述磁性验钞模块43连接。通过切换不同的通道，便可方便地实现不同防伪信号的检测。

参见图6，图6为本实用新型一实施例的紫外光测量电路。所述紫外光验钞模块41包括紫外发光LED411和紫外光测量电路412，所述紫外发光LED411分别与所述紫外光测量电路412、所述电源2及所述开关3连接。所述的紫外光验钞模块41主要是利用紫外发光LED411产生紫外线，通过观察纸币上产生的荧光即可实现紫外光检测。

本实施例中，所述电源2优选为钮扣电池或可充电的锂电池，通过钮扣电池组合供电，简单方便；利用可充电的锂电池进行供电，可实现循环利用。所述壳体1优选为水滴形吊坠结构或笔形结构，所述壳体1上设置有通孔11，可以将其串在其它物体上，达到便携的目的。

进一步地，对于充电锂电池，采用标准的USB接口，而USB接口已经普遍出现在电脑及各种充电器上，因此无需购用充电器及相应的传输线。此外通过在壳体1内集成存储模块，可以在验钞的基础上增加U盘存储的功能，更加实用。在壳体1的顶面上装有三个LED，分别用于指示电路、红外检测、磁性检测的工作状态。

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型予以进一步的描述。

实施例1：

整个装置的外型设计与内部电路构成如图1所示，壳体1可用模具注塑而成，它由上下两个半壳组成，中间放置电路。在壳体1上有通孔11，便于与其它物体串在一起。在壳体1的一侧具有一个四通道开关3，分别代表关闭、紫外检测、红外检测、磁性检测，通过切换不同的通道，便可方便地实现不同防伪信号的检测。具体的电路连接方式如图5所示。

电源2主要由电源及相应的外围电路组成。电源2可以选用普通钮扣电池，它的外围电路简单，体积小，可以满足基本需要，但是需要定期更换。为了环保和方便电源2也可设计为充电电池，外围电路中加有相应的充电电路，选用通用的USB接口进行充电。

图1中的紫外光验钞模块41，其紫外光测量电路如图6所示，R1为限流电阻，D1为紫外发光二极管，该电路的输入端直接接到电源2的输出端，当电源2导通时，D1导通，发射出紫外线，当紫外线接触到纸币内部的荧光物质时会被其吸收并发出荧光，荧光的强度及波长在人眼的分辨范围内，所以可以直接肉眼检测。

图2为红外光验钞模块42的原理框图，实际电路设计如图7所示，图7为本实用新型一实施例的红外线调制收发电路。可分为单片机控制电路4243、红外发射电路4242、红外接收电路4241三部分。其中单片机控制电路4243主要由单片机及其外围的电路组成；红外发射电路4242由n型MOS管U1和红外发射二极管D1以及限流电阻R1组成；红外接收电路4241主要由红外接收二极管R2和隔直电容C1以及放大三极管Q1组成。其工作原理是单片机利用内部定时器产生周期性的方波信号，通过引脚接到n型MOS的栅极，控制其通断，进而使发射管D1发射出调制的红外线，通过调节限流电阻R1可以调节红外管的发射强度，当红外线照到纸币上时，如果表面没有吸收红外线的物质，则红外线会反射被红外接收管探测到，使其电阻发生变化，通过电阻R4的分压C1的输入端的电压也会发生变化，由于红外线是调制光，因此接收管的电阻也会产生周期性的变化，从而在C1的输入端产生周期性的电压，除此之外还有由于接收管漏电流及温度影响造成的直流电压，它会影响测试的结果，因此通过隔直电容将输入电压中的直流分量滤去，只保留交流的检测信号，然后经过三极管Q1放大后传入单片机内，最近单片机通过片内计数器计算该信号的频率，若与发射信号的频率相同，则表明纸币该处无红外防伪标志，如果样品表面有红外防伪标志，则发射出的红外线会被吸收，这样红外接收管便检测不到信号，因此单片机便控制指示灯D2（图1中的422）使其发光表明纸币表面有红外防伪标志。

磁性验钞模块的原理框图如图3所示，电路主体部分安装在壳体1中。基于隧穿磁电阻效应的磁性传感器431一般采用恒流源驱动，磁性传感器431所构成的磁性检测电路432如图8A、8B所示。图8A为半桥检测方式，其中R1和R2为磁性传感器431，它们的排列方式如图9A、9B所示，钉扎铁磁层4313的磁矩方向相反，自由铁磁层4311的磁矩方向相同，因此当外加磁场时，R1和R2的电阻变化相反，构成半桥检测方式，假设恒流源的电流为I₀，R1和R2的变化分别为ΔR和－ΔR，则半桥输出电压为I₀ΔR/2，一般电阻变化在千欧量级，而电流在微安量级，因此输出电压在毫伏量级。如果采用图8B的方式，R3和T4选用同一种类型的磁性传感器431，如图9A方式，R4和T3采用另外一种类型的磁性传感器431，如此便构成差动全桥式检测电路，它的输出电压为I₀ΔR，由此式可知该方式比半桥具有更高的灵敏度和输出信号。然后利用高输入阻抗的差动放大器对电桥输出的电压进行放大，最后输出信号控制图1中的发光二极管433的亮灭来表示纸币表面的磁性有无。

实施例2：

由于U盘目前应用非常广泛，如果在本实用新型的便携式验钞机上集成一个固定容量的U盘则会使其更加普及，更加具有实用价值。实施例2的外观构造图如图10所示，图10为本实用新型一实施例的集成U盘的验钞机的结构示意图。它的形状与实施例1基本相同。在实施例2中，验钞机的顶部作为USB保护壳可以自由拔下，内部虚线框表示U盘5的USB接口，用于和电脑进行互连并进行数据传输，当验钞机的电源2采用充电式时，它还可以作为充电接口进行电源2的充电。由于U盘5的主体部分已经可以制作得非常小，因此它可以与验钞机的电源2部分共同放置在图10中U盘5所示的位置。为了携带方便，验钞机上有通孔11可以与其它物品互连。其它各部分结构与实施例1完全相同。

实施案例3：

除了将便携式验钞机做成上述形状外，还可以设计为笔形，具体结构如图11所示，图11为本实用新型一实施例的笔形验钞机的结构示意图。其中1为外壳，6为充电或存储使用的USB接口，3为验钞机检测切换开关，用于切换不同的检测模式，从而对钱币进行更加全面的检测。2为电源，用于整个验钞机的供电，它可以为普通的电池组或者可充电式的电池组。其中，紫外光验钞模块41、红外光验钞模块42及磁性验钞模块43均与图1所示的结构及功能相同，只是各模块位置根据壳体1的结构做了相应调整。磁性检测电路432除了为磁敏传感器提供激励信号外，还要对所检测到的信号进行处理，如果在钱币上检测到磁性信号，那么测量电路便会驱动磁性显示单元的指示灯发光，表明该纸币为真币。红外调制电路424一方面驱动红外发射接收管，另一方面要对检测到的信号进行后续的处理，比如放大，解调等过程，之后如果为真币，则驱动LED显示灯4222发光。作为笔形验钞机的附加功能，它还可具有激光指示模块7，包括激光发光二极管73、激光灯电源71、激光灯开关72、用于激光的会聚与调焦的聚焦透镜74及通光孔75。该激光指示模块7可设置在笔形外壳1的一端，激光灯开关72分别与激光灯电源71及激光发光二极管73连接，该激光发光二极管73及通光孔75分别对应于所示聚焦透镜74设置。

实施例4：

目前单纯的磁敏验钞机一般选用霍尔或各向异性磁电阻效应进行磁性的检测，一方面它的灵敏度很低，而且体积较大，无法识别磁性油墨所构成的字符细节，只能检测磁性的有无。而本实用新型所使用的磁性传感器431是基于隧穿磁电阻效应，灵敏度是普通磁敏传感器的上千倍，而且每个传感单元可以做到纳米量级，并通过一定的微加工手段可以实现传感单元的阵列式排布，如图12所示，图12为本实用新型一实施例的阵列式磁敏传感器单元示意图。从而可以实现钱币上的磁性图案的分辨。在初始检测时，两个铁磁层磁矩垂直排列，整个隧道结呈电阻零态；当传感器接触到纸币表面的磁性油墨时，两个铁磁层由于矫顽力不同，其中一个铁磁层的矫顽力远大于纸币表面磁性油墨的磁场，而另外一个铁磁层则相反，它的磁化方向会随着磁性油墨产生的磁场方向而改变，当它们的磁矩趋向平行排列时，隧道结的磁电阻变小，呈现电阻负态，而当它们的磁矩趋向于反平行排列时，隧道结的磁电阻变大，呈现电阻正态。通过检测隧道结的电阻变化，进而判断出纸币中是否有磁性油墨存在并确定其位置。本实用新型的具有隧穿磁电阻效应的磁性隧道结通过一定的微加工可以实现阵列式排布，通过配合外围电路，可以实现纸币上磁性图案的高精度分辨。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种便携式验钞机，包括电源、壳体、开关和验钞模块，其特征在于，所述验钞模块包括紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块，所述电源、紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块均设置在所述壳体内，所述开关设置在所述壳体上，所述紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块分别与所述电源连接，所述开关分别与所述电源及所述紫外光验钞模块、红外光验钞模块及磁性验钞模块连接。

2.如权利要求1所述的便携式验钞机，其特征在于，所述磁性验钞模块包括磁性传感器、磁性检测电路和磁性显示单元，所述磁性检测电路分别与所述磁性传感器和所述磁性显示单元连接。

3.如权利要求2所述的便携式验钞机，其特征在于，所述磁性传感器为基于隧穿磁电阻效应的磁性隧道结。

4.如权利要求1、2或3所述的便携式验钞机，其特征在于，所述紫外光验钞模块包括紫外发光LED和紫外荧光测量电路，所述紫外发光LED分别与所述紫外荧光测量电路、所述电源及所述开关连接。

5.如权利要求1、2或3所述的便携式验钞机，其特征在于，所述红外光验钞模块包括红外发射接收单元、控制电路及红外显示单元，所述控制电路分别与所述红外发射接收单元及所述红外显示单元连接。

6.如权利要求5所述的便携式验钞机，其特征在于，所述控制电路包括红外解调电路和滤波放大电路，所述红外解调电路分别与所述红外发射接收单元和所述滤波放大电路连接，所述滤波放大电路与所述红外显示单元连接。

7.如权利要求6所述的便携式验钞机，其特征在于，所述红外显示单元包括显示控制电路和LED显示灯，所述显示控制电路分别与所述滤波放大电路和所述LED显示灯连接。

8.如权利要求1、2、3、6或7所述的便携式验钞机，其特征在于，所述开关为四通道开关，所述四通道开关包括关闭通道、紫外检测通道、红外检测通道和磁性检测通道，所述关闭通道与所述电源连接，所述紫外检测通道分别与所述电源及所述紫外光验钞模块连接，所述红外检测通道分别与所述电源及所述红外光验钞模块连接，所述磁性检测通道分别与所述电源及所述磁性验钞模块连接。

9.如权利要求1、2、3、6或7所述的便携式验钞机，其特征在于，所述电源为钮扣电池或可充电的锂电池。

10.如权利要求1、2、3、6或7所述的便携式验钞机，其特征在于，所述壳体为水滴形吊坠结构或笔形结构，所述壳体上设置有通孔。