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磁卡的结构和工作原理

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磁卡是利用磁性载体记录英文与数字信息,用来标识身份或其它用途的卡片。
磁卡记录原理
记录磁头由内有空隙的环形铁芯和绕在铁芯上的线图构成。磁卡是由一定材料的片基和均匀地涂布在片基上面的微粒磁性材料制成的。在记录时,磁卡的磁性面以一定的速度移动,或记录磁头以一定的速度移动,并分别和记录磁头的空隙或磁性面相接触。磁头的线圈一旦通上电流,空隙处就产生与电流成比例的磁场,于是磁卡与空隙接触部分的磁性体就被磁化。如果记录信号电流随时间而变化,则当磁卡上的磁性体通过空隙时(因为磁卡或磁头是移动的),便随着电流的变化而不同程度地被磁化。磁卡被磁化之后,离开空隙的磁卡磁性层就留下相应于电流变化的剩磁。
如果电流信号(或者说磁场强度)按正弦规律变化,那么磁卡上的剩余磁通也同样按正弦规律变化。当电流为正时,就引起一个从左到右(从 N 到 S)的磁极性;当电流反向时,磁极性也跟着反向。其最后结果可以看作磁卡上从 N 到 S 再返回到 N 的一个波长,也可以看作是同极性相接的两块磁棒。这是在某种程度上简化的结果,然而,必须记住的是,剩磁 Br 是按正弦变化的。当信号电流最大时,纵向磁通密度也达到最大。记录信号就以正弦变化的剩磁形式记录,贮存在磁卡上。

磁卡工作原理
磁卡上面剩余磁感应强度 Br 在磁卡工作过程中起着决定性的作用。磁卡以一定的速度通过装有线圈的工作磁头,磁卡的的外部磁力线切割线圈,在线圈中产生感应电动势,从而传输了被记录的信号。当然,也要求在磁卡工作中被记录信号有较宽的频率响应、较小的失真和较高的输出电平。
一根很细的金属直线可以作为一个简单的重放设备。金属直线与磁卡紧贴,方向垂直于磁卡运行方向,磁卡运行时,金属直线切割磁力线而产生感应电动势,电动势的大小与切割的磁力线成正比。当磁卡的运行速度保持不变时,金属直线的感应电动势与磁卡表面剩余磁感应强度成正比,而导体中的感应电动势可由下式表示:
e=BrWv 式中 Br -表面剩余磁感应强度;
W -记录道迹的宽度;
v -重放时磁卡的运行速度。
在 Br=2πf/vφrmcos2πft 的情况下,综合 Br 和 e 的关系式,得到 e=2πfWφrmcos2πft 。当然,用一根金属线作磁卡工作设备,由于输出很小,故而是不实用的。
而磁头是用高导磁系数的软磁材料制成的铁芯,上面缠有绕组线圈,磁头前面有一条很窄的缝隙,这时进入工作磁头的磁卡磁通量而言,可以看作是两个并联的有效磁阻,即空隙的磁阻和磁头铁芯的磁阻。因为空隙的有效磁阻远大于工作磁头铁芯的磁阻,所以磁卡上磁通量的绝大部分输入到磁头铁芯,并与工作磁头上线圈绕组发生交连,因而感应出电动势,在这种情况下,单根金属重放线所得到的感应电动势公式完全适用于环形磁卡工作磁头,只是比例系数不同而已。
设 N 为线圈的匝数, m 为与工作磁头铁芯的大小和磁性有关的系数,则环形工作磁头绕组中所产生的感应电动势为:e=2πfWmNφrmcos2πft
因为在工作磁绕组中所感应的电动势正比于磁通的变化率,即电动势 e ∝ By ∝ 频率 f 。在记录时 i=Isinwt ,纵向剩磁密度 Bx ∝ i (传递曲线的直线部分),所以, Bx=K1Isinwt 。由于 By ∝ dbx/dt,e ∝ By ,所以, e=K2Iwcoswt 。这里的 K2 取决于工作磁头的效率、匝数、磁带材料等。这些公式还表明:输出电压正比记录电流;输出电压正比于信号频率;输出电压得到 90°的相应变化(即由正弦项改变到余弦项)。
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