CN106600808A - 硬币鉴别方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬币鉴别方法及其装置，硬币鉴别方法，包括如下步骤：将复合波激励信号输入到激励线圈中，激励线圈产生交变磁场；硬币从激励线圈与感应线圈之间穿过；信号放大调理器和A/D处理器实时采集激励线圈和感应线圈的波形数据；处理器通过预设的算法从波形数据中计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间时产生的相位偏移和幅值变化的数字信息，并从数字信息中分析提取出硬币的特征参数；再将提取的特征参数与预存储的特征模板进行对比分析，识别出硬币的真伪及面值。本硬币鉴别方法及装置省略了复杂的硬件电路，降低了成本，更为重要的是，通过处理器的算法计算速度鉴别，其计算速度快，鉴别效率得到明显提高，同时也极大的提高了鉴别精度。

Description

硬币鉴别方法及其装置

技术领域

本发明涉及硬币鉴伪技术，具体涉及一种通过电涡流检测鉴别硬币的方法及其装置。

背景技术

目前硬币的真伪和面值主流大部分是利用电涡流原理检测鉴别。以往电涡流原理检测的通常采用方法为：用相敏检波(PSD)或过零检测等模拟方式提取不同硬币通过电涡流传感器产生的相位偏移和通过峰值检测电路提取幅值变化等信息，通过记录这些信息参数来提取特征量以鉴别硬币的真伪和面值。

具体的，以往鉴别硬币通常是通过多频激励后，通过MCU(微控制单元)对复杂硬件线路提取的各个单频幅值信号进行AD求得硬币通过传感器造成感应线圈的感应信号的幅值增益，再通过过零检测或相敏检波等方式求得硬币过传感器引起的相位偏移，最后将提取的幅值增益和相位偏移与预存储的硬币参数进行对比分析，鉴别出硬币的真伪及面值。这种做法中对幅值信号进行提取的硬件电路相对复杂，成本比较高，速度慢，准确度低，对硬件线路的要求相对比较高，并且使用过零检测或相敏检波的方式求硬币的相位偏移，处理效率低。

另外也有的使用FFT(快速傅里叶变换)计算出多频信息，但对MCU或CPU(处理器)要求要相当高的处理速度和资源，计算处理速度又相对的慢，并且精度较差。

发明内容

本申请提供一种成本低、鉴别效率高及鉴别准确的硬币鉴别方法及其装置。

根据第一方面，一种实施例中提供一种硬币鉴别方法，包括如下步骤：

将复合激励信号输入到激励线圈中，激励线圈产生交变磁场；

硬币从激励线圈与感应线圈之间穿过，感应线圈位于激励线圈产生的交变磁场的有效范围内；

信号放大调理器和A/D处理器实时采集激励线圈和感应线圈的波形数据；

处理器通过预设的算法从感应线圈采集的波形数据中计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间时产生的相位偏移和幅值变化的数字信息，并从数字信息中分析提取出硬币的特征参数；

再将提取的特征参数与预存储的特征模板进行对比分析，识别出硬币的真伪及面值。

进一步地，处理器通过Goertzel变换算法计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间前后的相位信息和幅值信息，再将前后的相位信息和幅值信息进行对比计算出相位偏移和幅值变化的数字信息，并将数字信息实时依次记录在表格数组中。

进一步地，Goertzel变换算法中，计算出幅值信息的公式为：

|X(k)|²＝X(N)²+X(N-1)²-(2*cos(2*PI*k/N))*X(N)*X(N-1)) 0≤k≤N

计算出共轭相位信息的公式为：

tg(θ)＝X(K)img/X(K)real

其中，X(n)＝(2*cos(2*PI*k/N))*X(n-1)-X(n-2)+x(n)。

进一步地，处理器对记录在表格中的每三个相邻的数字信息动态点进行比较分析找出拐点，提取拐点的幅值和相位作为硬币的特征参数。

进一步地，复合波激励信号为一个由处理器合成的多频正弦波，多频正弦波由多个低频波与多个高频波复合而成。

进一步地，多频正弦波为三频正弦波，三频正弦波由两个低频波与一个高频波复合而成。

进一步地，特征模板中包括多种面值的硬币参数；若提取出的特征参数与某一个特征模板一致，则判定硬币为真币，并得出硬币的面值；若提取的特征参数与所有特征模板有差异，则判定硬币为***。

根据第二方面，一种实施例中提供一种硬币鉴别装置，其特征在于，包括：

激励线圈，用于产生交变磁场；

感应线圈，用于感应电流相位和幅值的变化，感应线圈位于激励线圈产生的交变磁场的有效范围内；

信号放大调理器和A/D处理器，与激发线圈和感应线圈电信号连接，用于实时采集激励线圈和感应线圈的波形数据；

以及处理器，与信号放大调理器和A/D处理器电信号连接，用于通过预设的算法从波形数据中直接通过原始采集数据计算出硬币穿过各频激励线圈与感应线圈之间时产生的相位偏移和幅值变化的数字信息，并从数字信息中分析提取出硬币的特征参数；再将提取的特征参数与预存储的特征模板进行对比分析，识别出硬币的真伪及面值。

进一步地，处理器包括：

多频激励源模块，用于合成多频正弦波，多频正弦波由多个低频波与多个高频波复合而成；

特征参数提取模块，用于通过波形数据计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间时产生的相位偏移和幅值变化的数字信息，并从数字信息中分析提取出硬币的特征参数；

以及识别模块，预存储有包括多种面值的硬币参数的特征模块，用于将提取的特征参数与预存储的特征模板进行对比分析，识别出硬币的真伪及面值。

进一步地，特征参数提取模块通过Goertzel变换算法计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间前后的相位信息和幅值信息，再将前后的相位信息和幅值信息进行对比计算出相位偏移和幅值变化的数字信息，并将数字信息实时依次记录在表格数组中；对记录在表格中的每三个相邻的数字信息动态点进行比较分析找出拐点，提取拐点的幅值和相位作为硬币的特征参数。

进一步地，识别模块的对比分析识别为：若提取出的特征参数与某一个特征模板一致，则判定硬币为真币，并得出硬币的面值；若提取的特征参数与所有特征模板有差异，则判定硬币为***。

依据上述实施例的硬币鉴别方法及其装置，由于硬币的特征参数由处理器预设的算法计算得出，取代了现有技术中通过硬件电路得出硬币的特征参数，使得本硬币鉴别方法及装置省略了复杂的硬件电路，降低了成本，更为重要的是，通过处理器的算法计算速度鉴别，其计算速度快，鉴别效率得到明显提高，同时也极大的提高了鉴别精度。

附图说明

图1为一种实施例中电涡流原理图；

图2为一种实施例中硬币鉴别方法的流程图；

图3为一种实施例中硬币鉴别方法的相位偏移和幅值变化原理图；

图4为另一实施例中硬币鉴别装置的结构框图。

具体实施方式

本发明的硬币鉴别方法及其装置为通过电涡流检测识别，电涡流检测的原理如下：

如图1所示，当激励线圈1同有交变电流时，会在线圈周围产生交变磁场H1，当被测硬币靠近该交变磁场的有效范围时，在被测硬币上会产生感应电流，即电涡流，同时被测硬币上的电涡流产生交变磁场H2，交变磁场H2会阻碍交变磁场H1的变化，并且交变磁场H2的方向与交变磁场H1的方向相反，在硬币的另一侧设有感应线圈2，由于硬币电涡流的存在使得感应线圈2感应的电流幅值大小和相位都发生了变化。不同的硬币产生的物理变化量不同，由此可以通过检测感应线圈这些参数的变化来检测鉴别硬币。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

在本实施例中一种硬币鉴别方法，本硬币鉴别方法通过电涡流检测识别，如图2所示，本实施例的硬币鉴别方法具体包括如下步骤：

S101：将复合激励信号输入到激励线圈中；

复合激励信号输入到激励线圈中后，激励线圈将产生交变磁场用于检测硬币。

对于不同的非磁性材质的工件都有固有的特征频率，特征频率是使贝塞尔函数变量的模为1的频率，是工件的固有特性，取决于工件的电磁特性和几何尺寸，由于不同的材质具有不同的特征频率，故对硬币进行鉴别必须采用特定频率激励，本例中采用特定的与硬币适配的多频率波进行激发。

本实施例中输入的复合波激励信号为三频复合正弦波，三频复合正弦波由处理器将两个低频波与一个高频波复合而成，并且两个低频波的频率也不同。在其他实施例中，复合波激励信号可为其他数量的多频复合正弦波，由多个低频波和多个高频波复合而成，并且多个低频波的频率也不同，例如四频波或五频波。

本实施例中三频复合正弦波合成方法为：基于两个二阶数字正弦振荡器，处理器装载两个频率相应的系数和初始条件，就可以产生所需的两个低频信号。生成信号的公式为：f[t]＝sin(t*2*pi*f1/fs)+sin(t*2*pi*f2/fs)，其中t为采样序数，由0开始递增；f1，f2为生成复合波信号的两个正弦波的频率；fs为采样频率；f[t]为序数t时的得出的采样值，将这些数据通过DAC(数字模拟转换器)发送出去即为两个低频信号。另外高频信号可以通过PWM(脉冲宽度调制)经过低通滤波器得到，最后两个低频波再通过运放加法器与高频波复合成为三频复合正弦波。

S102：硬币从激励线圈与感应线圈之间穿过；

被测硬币从激励线圈与感应线圈之间穿过，即从交变磁场中穿过。感应线圈位于交变磁场的有效范围内，故当被测硬币从交变磁场中穿过的过程中，感应线圈感应的波形将发生变化。

S103：信号放大调理器和A/D处理器实时采集激励线圈和感应线圈的波形数据；

本步骤中，通过信号放大调理器和A/D处理器实时的同时同步采集激励线圈和感应线圈的波形数据，A/D处理器为一个双通道ADC(模数转换器)或多通道ADC，双通道或多通道ADC采集波形数据后进行预处理，将模拟信号转化为数字信号，再将数字信号传给处理器。

S104：提取硬币的特征参数；

从数字信号中提取硬币的特征参数分为两个步骤：

第一步:处理器通过Goertzel变换算法从数字信号中计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间前后的相位信息和幅值信息，再将前后的相位信息和幅值信息进行对比计算出相位偏移和幅值变化的数字信息，并将所述数字信息实时依次记录在表格数组中。

Goertzel变换算法的公式为：

转换为实系数为：

X(n)＝(2*cos(2*PI*k/N))*X(n-1)-X(n-2)+x(n) 0≤k≤N (2)

求值公式为：

|X(k)|²＝X(N)²+X(N-1)²-(2*cos(2*PI*k/N))*X(N)*X(N-1)) (3)

tg(θ)＝X(K)img/X(K)real (4)

通过公式(3)可从数字信号中计算出幅值信息，通过公式(4)可从数字信号中计算出其共轭相位信息。

如图3所示，图中上半部分为被测硬币未进入交变磁场前相变偏移和幅值变化的情况，图中下半部分为被测硬币进入交变磁场后相变偏移和幅值变化的情况，硬币进入交变磁场前后信号放大调理器和A/D处理器两侧同时采集激励线圈和感应线圈的相位差和幅值差，可求出硬币引起的相位偏移和幅值变化的数字信息。

由于硬币穿过交变磁场为一个动态连续的过程，故在实时采集后进行实时计算，并将实时计算出相位偏移和幅值变化的数字信息记录在表格数组中，连续记录的数字信息在表格数组中排列成多个动态点。

本步骤中通过Goertzel变换算法计算幅值信息和相位信息比fft(快速傅立叶变换算法)减少了大量的计算量，从而极大的提高了相位和幅值信息的计算速度。

第二步：处理器对记录在表格中的每三个相邻的数字信息动态点进行比较分析找出拐点，提取所述拐点的幅值和相位作为硬币的特征参数。

S105：分析特征参数识别硬币的真伪及面值。

预先在处理器中存储有所有国家不同面值硬币的特征参数，或者存储有某一国的所有不同面值的硬币。处理器将提取的所述特征参数与预存储的特征模板进行对比分析，若提取出的特征参数与某一个特征模板一致，则判定硬币为真币，并得出硬币的面值；若提取的特征参数与所有特征模板有差异，则判定硬币为***。

本实施例提供的一种硬币鉴别方法，由于通过Goertzel变换算法计算相位和幅值信息，提高了鉴别效率，简约了大量硬件电路的使用，降低了成本，同时也提高了鉴别的自动化程度和精确度。并且复合波激励信号也通过处理器拟合而成(DDS)，代替了现有的硬件合成，合成效率提高，合成的三频波或多频波也更为精准,同时降低了成本。

实施例二：

本实施例提供了一种实现上述实施例方法的硬币鉴别装置。

如图4所示，本实施例的硬币鉴别装置包括激励线圈1、感应线圈2、信号放大调理器和A/D处理器3和处理器4。

激励线圈1和感应线圈2间隔开的设置，并且感应线圈2位于激励线圈1产生的交变磁场的有效范围内，使得感应线圈2能够有效感应到交变磁场的变化。激励线圈1通复合激励信号可产生用于检测的交变磁场，感应线圈2用于感应交变磁场变化导致的电路相位和幅值的变化。

信号放大调理器和A/D处理器3为信号放大调理电路、双通道ADC(模数转换器)或多通道ADC(模数转换器)与激励线圈1和感应线圈2电信号连接，用于实时同时同步采集激励线圈1和感应线圈2上电流的相位和幅值变化。

处理器4包括多频激励源模块41、特征参数提取模块42和识别模块43。多频激励源模块41用于合成三频正弦波，三频正弦波由两个低频波与一个高频波复合而成，三频正弦波用于激励激励线圈1产生交变磁场。特征参数提取模块42用于通过波形数据计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间时产生的相位偏移和幅值变化的数字信息，并从数字信息中分析提取出硬币的特征参数。识别模块43预存储有包括所有国家不同面值的硬币参数的特征模块，用于将提取的特征参数与预存储的特征模板进行对比分析，识别出硬币的真伪及面值。在其他实施例中，多频激励源模块41可合成其他多频正弦波，多频正弦波由多个低频波和多个高频波复合而成，例如四频波或五频波。

具体的，特征参数提取模块42通过Goertzel变换算法计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间前后的相位信息和幅值信息，再将前后的相位信息和幅值信息进行对比计算出相位偏移和幅值变化的数字信息，并将数字信息实时依次记录在表格数组中；对记录在表格中的每三个相邻的数字信息动态点进行比较分析找出拐点，提取拐点的幅值和相位作为硬币的特征参数。

识别模块43的对比分析识别为：若提取出的特征参数与某一个特征模板一致，则判定硬币为真币，并得出硬币的面值；若提取的特征参数与所有特征模板有差异，则判定硬币为***。

本实施例提供的一种硬币鉴别装置，由于通过Goertzel变换算法计算相位和幅值信息，提高了鉴别效率，简约了大量硬件电路的使用，降低了成本，同时也提高了鉴别的自动化程度和精确度。并且复合波激励信号也通过处理器拟合而成(DDS)，代替了现有的硬件合成，合成效率提高，合成的三频波或多频波也更为精准,成本更低。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (11)

1.一种硬币鉴别方法，其特征在于，包括如下步骤：

将复合波激励信号输入到激励线圈中，所述激励线圈产生交变磁场；

硬币从激励线圈与感应线圈之间穿过，所述感应线圈位于所述激励线圈产生的交变磁场的有效范围内；

信号放大调理器和A/D处理器实时采集激励线圈和感应线圈的波形数据；

处理器通过预设的算法从所述波形数据中计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间时产生的相位偏移和幅值变化的数字信息，并从所述数字信息中分析提取出硬币的特征参数；

再将提取的所述特征参数与预存储的特征模板进行对比分析，识别出硬币的真伪及面值。

2.如权利要求1所述的硬币鉴别方法，其特征在于，所述处理器通过Goertzel变换算法计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间前后的相位信息和幅值信息，再将前后的相位信息和幅值信息进行对比计算出相位偏移和幅值变化的数字信息，并将所述数字信息实时依次记录在表格数组中。

3.如权利要求2所述的硬币鉴别方法，其特征在于，所述Goertzel变换算法中，计算出幅值信息的公式为：

|X(k)|²＝X(N)²+X(N-1)²-(2*cos(2*PI*k/N))*X(N)*X(N-1)) 0≤k≤N

计算出共轭相位信息的公式为：

tg(θ)＝X(K)img/X(K)real

其中，X(n)＝(2*cos(2*PI*k/N))*X(n-1)-X(n-2)+x(n)。

4.如权利要求1所述的硬币鉴别方法，其特征在于，所述处理器对记录在表格中的每三个相邻的数字信息动态点进行比较分析找出拐点，提取所述拐点的幅值和相位作为硬币的特征参数。

5.如权利要求1所述的硬币鉴别方法，其特征在于，所述复合波激励信号为一个由所述处理器合成的多频正弦波，所述多频正弦波由多个低频波与多个高频波复合而成。

6.如权利要求5所述的硬币鉴别方法，其特征在于，所述多频正弦波为三频正弦波，所述三频正弦波由两个低频波与一个高频波复合而成。

7.如权利要求1所述的硬币鉴别方法，其特征在于，所述特征模板中包括多种面值的硬币参数；若提取出的特征参数与某一个特征模板一致，则判定硬币为真币，并得出硬币的面值；若提取的特征参数与所有特征模板有差异，则判定硬币为***。

8.一种硬币鉴别装置，其特征在于，包括：

激励线圈，用于产生交变磁场；

感应线圈，用于感应涡流引起的感应波相位和幅值的变化，所述感应线圈位于所述激励线圈产生的交变磁场的有效范围内；

信号放大调理器和A/D处理器，分别与所述激励线圈和感应线圈电信号连接，用于实时采集所述激励线圈和感应线圈的波形数据；

以及处理器，与所述信号放大调理器和A/D处理器电信号连接，用于通过预设的算法从所述波形数据中计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间时产生的相位偏移和幅值变化的数字信息，并从所述数字信息中分析提取出硬币的特征参数；再将提取的所述特征参数与预存储的特征模板进行对比分析，识别出硬币的真伪及面值。

9.如权利要求8所述的硬币鉴别装置，其特征在于，所述处理器包括：

多频激励源模块，用于合成多频正弦波，所述多频正弦波由多个低频波与多个高频波复合而成；

特征参数提取模块，用于通过所述波形数据计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间时产生的相位偏移和幅值变化的数字信息，并从所述数字信息中分析提取出硬币的特征参数；

以及识别模块，预存储有包括多种面值的硬币参数的特征模块，用于将提取的所述特征参数与预存储的特征模板进行对比分析，识别出硬币的真伪及面值。

10.如权利要求9所述的硬币鉴别装置，其特征在于，所述特征参数提取模块通过Goertzel变换算法计算出硬币穿过激励线圈与感应线圈之间前后的相位信息和幅值信息，再将前后的相位信息和幅值信息进行对比计算出相位偏移和幅值变化的数字信息，并将所述数字信息实时依次记录在表格数组中；对记录在表格中的每三个相邻的数字信息动态点进行比较分析找出拐点，提取所述拐点的幅值和相位作为硬币的特征参数。

11.如权利要求9所述的硬币鉴别装置，其特征在于，所述识别模块的对比分析识别为：若提取出的特征参数与某一个特征模板一致，则判定硬币为真币，并得出硬币的面值；若提取的特征参数与所有特征模板有差异，则判定硬币为***。