磁卡工作方式及原理

2021-04-06 16:49:02 旭日東升 1007

磁卡是一種卡片狀的磁性記錄介質(zhì)，利用磁性載體記錄字符與數(shù)字信息，用來標(biāo)識(shí)身份或其它用途。磁卡由高強(qiáng)度、耐高溫的塑料或紙質(zhì)涂覆塑料制成，能防潮、耐磨且有一定的柔韌性，攜帶方便、使用較為穩(wěn)定可靠。例如我們使用的銀行卡，就是一種最常見的磁條卡。

磁卡使用方便，造價(jià)便宜，用途極為廣泛，可用于制作信用卡、銀行卡、地鐵卡、公交卡、門票卡、電話卡；電子游戲卡、車票、機(jī)票以及各種交通收費(fèi)卡等。 今天在許多場(chǎng)合我們都會(huì)用到磁卡，如在食堂就餐，在商場(chǎng)購物，乘公共汽車，打電話，進(jìn)入管制區(qū)域等等，不一而足。

磁卡是一種磁記錄介質(zhì)卡片。它由高強(qiáng)度、耐高溫的塑料或紙質(zhì)涂覆塑料制成,能防潮、耐磨且有一定的柔韌性，攜帶方便、使用較為穩(wěn)定可靠。通常，磁卡的一面印刷有說明提示性信息，如插卡方向；另一面則有磁層或磁條，具有2-3個(gè)磁道以記錄有關(guān)信息數(shù)據(jù)。

磁條上有3個(gè)磁道。磁道1、磁道2、磁道3為讀寫磁道，在使用時(shí)可以讀出，也可以寫入。

磁道1可記錄數(shù)字（0－9）、字母（A－Z）和其他一些符號(hào)（如括號(hào)、分隔符等），最大可記錄79個(gè)數(shù)字或字母。

磁道2和3所記錄的字符只能是數(shù)字（0－9）。磁道2最大可記錄40個(gè)字符，磁道3最大可記錄107個(gè)字符。

磁條是一層薄薄的由排列定向的鐵性氧化粒子組成的材料（也稱之為顏料）。用樹脂粘合劑嚴(yán)密地粘合在一起,并粘合在諸如紙或塑料這樣的非磁基片媒介上。

磁條從本質(zhì)意義上講和計(jì)算機(jī)用的磁帶或磁盤是一樣的，它可以用來記載字母、字符及數(shù)字信息。通過粘合或熱合與塑料或紙牢固地整合在一起形成磁卡。磁條中所包含的信息一般比長條碼大。磁條內(nèi)可分為三個(gè)獨(dú)立的磁道，稱為TK1,TK2,TK3，TK1最多可寫79個(gè)字母或字符;TK2最多可寫40個(gè)字符;TK3最多可寫107個(gè)字符。由于磁卡成本低廉，易于使用，便于管理，且具有一定的安全特性，因此它的發(fā)展得到了很多世界知名公司，特別各國政府部門幾十年的鼎立支持，使得磁卡的應(yīng)用非常普及，遍布國民生活的方方面面。值得一提的是銀行系統(tǒng)幾十年的普遍推廣使用使得磁卡的普及率得到了很大的發(fā)展。

磁卡上面剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br 在磁卡工作過程中起著決定性的作用。磁卡以一定的速度通過裝有線圈的工作磁頭，磁卡的的外部磁力線切割線圈，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而傳輸了被記錄的信號(hào)。當(dāng)然，也要求在磁卡工作中被記錄信號(hào)有較寬的頻率響應(yīng)、較小的失真和較高的輸出電平。

一根很細(xì)的金屬直線可以作為一個(gè)簡單的重放設(shè)備。金屬直線與磁卡緊貼，方向垂直于磁卡運(yùn)行方向，磁卡運(yùn)行時(shí)，金屬直線切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的大小與切割的磁力線成正比。當(dāng)磁卡的運(yùn)行速度保持不變時(shí)，金屬直線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁卡表面剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，而導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可由下式表示：

e=BrWv 式中 Br －表面剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度；
W －記錄道跡的寬度；

v －重放時(shí)磁卡的運(yùn)行速度。

在 Br=2πf/vφrmcos2πft 的情況下，綜合 Br 和 e 的關(guān)系式，得到 e=2πfWφrmcos2πft 。 當(dāng)然，用一根金屬線作磁卡工作設(shè)備，由于輸出很小，故而是不實(shí)用的。

而磁頭是用高導(dǎo)磁系數(shù)的軟磁材料制成的鐵芯，上面纏有繞組線圈，磁頭前面有一條很窄的縫隙，這時(shí)進(jìn)入工作磁頭的磁卡磁通量而言，可以看作是兩個(gè)并聯(lián)的有效磁阻，即空隙的磁阻和磁頭鐵芯的磁阻。因?yàn)榭障兜挠行Т抛柽h(yuǎn)大于工作磁頭鐵芯的磁阻，所以磁卡上磁通量的絕大部分輸入到磁頭鐵芯，并與工作磁頭上線圈繞組發(fā)生交連，因而感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，在這種情況下，單根金屬重放線所得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式完全適用于環(huán)形磁卡工作磁頭，只是比例系數(shù)不同而已。

設(shè) N 為線圈的匝數(shù)， m 為與工作磁頭鐵芯的大小和磁性有關(guān)的系數(shù)，則環(huán)形工作磁頭繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：e=2πfWmNφrmcos2πft

因?yàn)樵诠ぷ鞔爬@組中所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)正比于磁通的變化率，即電動(dòng)勢(shì) e ∝ By ∝ 頻率 f 。在記錄時(shí) i=Isinwt ，縱向剩磁密度 Bx ∝ i （傳遞曲線的直線部分），所以， Bx=K1Isinwt 。由于 By ∝ dbx/dt,e ∝ By ，所以， e=K2Iwcoswt 。這里的 K2 取決于工作磁頭的效率、匝數(shù)、磁帶材料等。這些公式還表明：輸出電壓正比記錄電流；輸出電壓正比于信號(hào)頻率；輸出電壓得到 90°的相應(yīng)變化（即由正弦項(xiàng)改變到余弦項(xiàng)）。