SE506167C2 - Givare för beröringsfri detektering av föremål - Google Patents

Description

soe 167 10 15 20 25 30 35 glasrören och är i sin ena ände förbundet med det skiv- formiga organet. Kassetten fungerar pà så vis, att varan som skall stöldskyddas träs ovanpå anslutningsstiftet, ex- empelvis genom ett knapphäl eller direkt genom tyget, om varan är ett klädesplagg. Därefter förses kassetten med en ovandel, som träs ovanpå stiftet och på så sätt klämmer fast varan mellan underdelen och överdelen. Om någon obehö- rig försöker avlâgsna kassettöverdelen, utövar det skiv- formiga organet påverkan på den bräckliga fårgampullen via anslutningsstiftet, varvid den förra brister eller på annat vis springer lâck. Endast med hjälp av en särskild anord- ning kan kassettöverdelen skiljas från underdelen, utan att färgampullen går sönder.

Rent mekaniska stöldskydd enligt ovan har den nack- delen, att även om de har en avskräckande effekt på en potentiell tjuv (eftersom varan riskerar att förstöras, då stöldskyddet avlägsnas), så är det inget som hindrar, att tjuven låter stöldskyddet sitta kvar på varan vid själva stöldtillfället och först senare, på annan plats än i butikslokalen, i lugn och ro avlägsnar stöldskyddet. Denna nackdel elimineras med hjälp av elektroniska artikelöver- vakningssystem enligt nedan, vilka förmår detektera själva stöldförsöket - dvs då tjuven försöker föra med sig varan ut ur butikslokalen - och därefter avge larmsignal för att göra butikspersonalen uppmärksam pà stöldförsöket.

I en vanlig form av elektroniska artikelövervak- ningssystem förses varje artikel med en liten etikett, som innefattar en tunn metallremsa med magnetiska egenskaper.

Pâ ömse sidor om butiksutgângen placeras bygelformade magnetfältalstrande organ, vilka mellan sig alstrar ett magnetfält. Dä en vara, som är försedd med en stöldskydds- etikett enligt ovan, förs in mellan byglarna, påverkas metallremsan av magnetfältet, varvid en detekterbar fysika- lisk förändring äger rum hos metallremsan. Ofta utnyttjas det faktum, att det växlande magnetfâltet åstadkommer en BNSDOCID: 10 15 20 25 30 35 3 ß anslås? periodisk omkastning av det magnetiska dipolmomentet id metallremsan. Alternativt kan metallremsan - med rått mate- rialval och med en lämplig dimensionering - fås att H sjålvsvànga mekaniskt. Dessa fysikaliska förândringarwy detekteras på induktiv väg i byglarna, varvid ett sä“ försök kan registreras. Just pga att detekteringen skeš in- duktivt lider sådana stöldskyddssystem av en kort räçgfiídd på endast någon meter, varför stöldskyddsbyglarna màsáàj placeras nära varandra, vilket i sin tur leder till egšf trång och ”ogästvânlig" utgángspassage för kunderna.fl¿¿ Även en mängd mera avancerade stöldskyddssystemšr idag kända. Exempelvis visas i Us-A-s 030 940 ett elekgro- niskt artikelövervakningssystem. Härvid utnyttjas elekšgo- niska etiketter för att märka och stöldskydda önskade artiklar. Den elektroniska etiketten âr av typen radífš* frekvent transponder och innefattar bl a en antennL_§gâ strömkälla, såsom ett batteri, samt en icke-linjär kr exempelvis i form av en halvledardiod. Transpondern_mgfivia sin antenn mottaglig för en högfrekvent första elektrog magnetisk signal, som utsânts från en sändare i övergw ningszonen, samt en andra signal av väsentligt lägrerfšek- vens, genom vilken ett elektrostatiskt fält alstras-i;šver- vakningszonen. Genom det elektrostatiska fältets variàåio- ner påverkas egenskaper hos den icke-linjära kretsen; fram- förallt dess elektriska reaktans. Med hjälp av strömk ïan förstärks dessa reaktansvariationer. Genom att antennq§lâr förbunden med den icke-linjära kretsen kan en svarssigšël avges, som p.g.a. vad som nämnts ovan är sammansatt § de båda mottagna signalerna. När en enligt ovan modifie:;§f svarssignal detekteras av en mottagare i övervakningsgçnen, kan systemet dra slutsatsen att en artikel är närvarande i övervakningszonen och därefter på lämpligt vis avge M larmsignal. Givare av detta slag har den nackdelen, att de är komponentrika och utrymmeskrävande samt har ett högšg styckepris. eNsooclo; 506 167 10 15 20 25 30 Vid rena stöldskyddstillämpningar enligt ovan är det normalt bara intressant att fastställa närvaron av en transponder eller givare i en övervakningszon, inte dess identitet eller dess exakta position i zonen. Inom ett när- liggande tekniskt område, såsom prismärkning av varor, är detta emellertid intressant. I WO 93/14478 visas ett sätt och en anordning, som kan utnyttjas i detta ändamål. En som givare eller transponder fungerande etikett är försedd med en antenn samt åtminstone en elektrisk resonanskrets med induktiva och kapacitiva organ; en s k LC-krets. Resonans- kretsen exciteras till självsvängning med hjälp av elektro- magnetisk energi, som sänds ut från ett exciteringsorgan och mottages via givarens antenn. Genom att förse etiketten med ett amorft magnetiskt element och styra permeabiliteten hos detta element med hjälp av ett externt heterogent magnetiskt förspânningsfält kan även resonanskretsens reso- nansfrekvens styras, eftersom permeabilitetsändringen hos elementet påverkar resonanskretsens induktiva egenskaper.

Frekvensen hos den från resonanskretsen avgivna svars- signalen beror p.g.a. vad som beskrivits ovan på storleken och riktningen hos det magnetiska förspänningsfältet i den punkt, där aktuell givare för tillfället befinner sig.

Härigenom är det möjligt att samtidigt detektera flera identiska givare i övervakningszonen, eftersom svarssigna- lerna är frekvensmässigt åtskilda tack vare olika magnetisk förspânningsgrad. Det är alternativt möjligt att med hjälp av detekterat frekvensvärde ”baklänges” räkna ut positionen i tre dimensioner för aktuell givare, om man känner till utseendet på det heterogena magnetiska förspânningsfältet.

Genom att utnyttja flera etiketter och/eller flera amorfa magnetiska element i förutbestämda inbördes positioner kan ett visst kodutrymme erhållas, varvid svarssignalen kan representera exempelvis ett artikelnummer för aktuell vara.

BNSDOCID. 10 15 20 25 30 Enligt föreliggande uppfinning föreslås en givarfilför beröringsfri detektering av föremål i en granskningszö U där kommunikationen från och till givaren sker på elekëro- magnetisk väg med lång räckvidd och god bandbredd samflfv lf, givarens utsignal uppvisar tillfredsställande signalstfirka, samtidigt som den kan styras eller moduleras på ett sätt, som ger möjlighet till förhöjd detekteringsnoggrannhefišï Syftet med uppfinningen är dessutom att erbjuda en givare, som kan tillverkas med ett minimum av komponenter och^f således till en mycket låg kostnad per enhet. W* Uppgiften löses genom en givare enligt bifogade Éj självständiga patentkrav. ß Km; hasmzjflnjng m :zl-:nl-ngalzna Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följ de under hänvisning till de bifogade ritningarna, på vil ' FIG 1 visar på schematisk form ett stöldskyddssyštem, FIG 2, betraktad längs snittet III-III i FIG 2, FIG 4 visar ett diagram, som åskådliggör resning st av ett första försök, där vissa parametrar för uppfinning- ens föredragna utföringsform varieras, <1; FIG 5 visar ett diagram, som åskådliggör result¿ åt föredragna utföringsform varieras, -3 FIG 6a-Gb visar ett diagram, som åskådliggör res W- awsoocno; æsvjoeusvcz | > sne 167 6 » 10 15 20 25 30 35 FIG 7a-7b visar ett diagram, som åskådliggör resul- tatet av ett fjärde försök, där vissa parametrar för upp- finningens föredragna utföringsform varieras, FIG 8a-8b visar ett diagram, tatet av ett femte försök, där vissa parametrar för upp- som åskådliggör resul- finningens föredragna utföringsform varieras, FIG 9 visar en variant av uppfinningens föredragna utföringsform, àskådliggörande ett sätt att centrera ett lángsträckt magnetiskt element inuti en givarkropp, och FIG 10 visar en alternativ utföringsform av uppfin- ningen.

J J. ål 1 . _ V E. .

I FIG 1 visas ett stöldskyddssystem, i vilket en givare enligt föreliggande uppfinning tillämpas. I en över- vaknings- eller granskningszon 10 är en sändarantenn 11 och en mottagarantenn 12 anordnade. Sändarantennen 11 är opera- tivt förbunden med ett utgângssteg 13, som i sin tur är förbundet med en styrenhet 14. Utgångssteget 13 innefattar diverse konventionella driv- och förstärkarkretsar samt organ för alstring av en högfrekvent elektrisk ström ia” vilken då den matas till såndarantennen 11 växelvis löper fram och tillbaka i densamma, varigenom ett högfrekvent elektromagnetiskt fält med frekvensen flæ alstras kring sändarantennen. Enligt vad som beskrivs närmare nedan an- vänds detta elektromagnetiska fält för att excitera en i granskningszonen 10 närvarande transponder eller givare 20, så att denna vid mottagandet av elektromagnetisk energi från sândarantennen 11 avger en elektromagnetisk svars- signal, vilken mottages av mottagarantennen 12.

Mottagarantennen 12 är operativt förbunden med ett ingångssteg 15, som innefattar konventionella organ med förstärkande och signalbehandlande uppgifter, t ex band- passfilter- och förstârkarkretsar. Ingângssteget 15 är vidare förbundet med styrenheten 14 och är anordnat att BNSDOCID: 10 15 20 25 30 35 7 *_ lsoe i gillas? till densamma vidarebefordra en mottagen och enligt nedan behandlad signal. ' Såväl sändarantennen 11 som mottagarantennen lâïgar således till uppgift att på känt vis omvandla mellan“šši elektrisk högfrekvent signal och en elektromagnetisk dito.

Antennerna utgörs med fördel av konventionella spröt-=š antenner av änd- eller mittmatad halvvågstyp, men andra kända antenntyper kan lika gärna användas. M Granskningszonen 10 är vidare försedd med ett mššet- fältalstrande organ 16, företrädesvis i form av ett sšäï- arrangemang. I de fall, då granskningszonen 10 utgörs av en stöldövervakad butiksutgång, är spolarrangemanget medħör- del anordnat strax under takhöjd eller mellan innertakáoch yttertak. Detta har en estetiskt fördel, eftersom man då gör hela spolarrangemanget mindre iögonfallande ellerrtent- av osynligt för butiksbesökarna och således har störreffri- het att utforma butiksutgången på ett estetiskt tilltaïande vis. en Det magnetfåltalstrande organet 16 består lämpligen av en elektrisk ledare, t ex koppartråd, som är lindadåett eller flera varv kring en spolstomme. Lämpligen har spdl- arrangemanget väsentligen formen av en rektangel, som år tillräckligt stor för att med ett nedan beskrivet magnef tiskt moduleringsfält täcka hela den önskade granskninås- zonen (t ex butiksutgången). Av denna anledning har-spal- arrangemanget dimensioner i längd- och breddled av stog; leksordningen flera meter. 'i Spolarrangemanget 16 är via ett drivsteg 17 förbnndet med styrenheten 14. Drivsteget 17 innehåller organ fözä; alstring av en moduleringsström imm, som matas genom «fH spolen, varpå ett magnetiskt moduleringsfält H¿m alstras kring spolen med utbredning i väsentligen hela granskninge- zonen 10. Moduleringsströmmen ges en känd amplitudvariation i tiden enligt imw(t)=f(t). I sin enklaste form följer;i .; 1, . .å moduleringsströmmen en ren sinusform enligt BNSDOCID: 10 15 20 25 30 35 imod (t) Asin (2nfmodt) , där A pâ känt manér betecknar strömmens amplitud och fimd betecknar dess frekvens, men andra, mer komplicerade mate- matiska funktioner är också tänkbara.

Eftersom en rak elektrisk ledare, vilken genomlöps av en elektrisk ström i, alstrar ett magnetiskt fält med fält- styrkan H, som beror linjärt av denna ström enligt H varierar det enligt ovan alstrade magnetiska modulerings- i/Znr, där r är avståndet till ledaren, fältet H¿fl i takt med moduleringsströmmen imñ.

I FIG 2 och 3 visas en givare 20 enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen. En givarkropp 21 utgör hölje till givaren, men deltar även aktivt i själva givarfunk- tionen, enligt vad som skall beskrivas närmare längre fram.

Givarkroppen 21 har dielektriska egenskaper genom att den bestàr av ett material, vars relativa dielektricitets- konstant eller kapacitivitet 8, överstiger den för luft (=l). Enligt den föredragna utföringsformen är givarkroppen cylinderformad med väggar av glas eller glasliknande mate- rial, säsom kompositmaterial bestående av glasfiber och harts, men andra material, t ex plastmaterial, är också tänkbara. Givarkroppen 21 är tillsluten i sina ändar (antingen via direktförsegling genom hopsmältning av glas- materialet, eller via separata pluggar eller proppar 22a, 22b enligt FIG 2.

Ett tràdformigt element 23 av amorft magnetiskt mate- rial är anordnat inuti givarkroppen i dess längdriktning.

Elementet 23 omges av en dielektrisk vätska, som helt eller delvis upptar det cylinderformiga hálrummet inuti givar- kroppen 21. Vätskan har en hög dielektricitetskonstant. I den föredragna utföringsformen utgörs vätskan av bläck eller annan kraftigt färgad vätska av det slag, som utnytt- jas i konventionella stöldskyddsampuller av tidigare, rubriken Ieknikens_sLándpunkt beskriven typ. En av fördelarna med uppfinningen är nämligen att givaren förutom under BNSDOCID: 10 15 20 25 30 35 9 sus sin nedan beskrivna, radiofrekventa transponderfunktionf även kan ha en konventionell ”missfärgningsfunktionV,gi sådana tillämpningar utformas givarkroppen enligt tidigare känd teknik (se t ex US-A-5 275 122) som en blâckfyllda glasampull med tillhörande organ för forcering av glaset vid obehörigt avlägsnande av givaren från varan. Hâriggnom uppnås en dubbel skyddsverkan, eftersom man enligt ettffl sådant givararrangemang skyddar dels givaren som he1he§ be- traktad (om givaren avlâgsnas fràn varan, missfärgas Ü denna), och dels dess elektromagnetiska givarfunktionaådet trådformiga elementet kan inte avlägsnas med mindre än att givarglaset krossas med åtföljande missfärgning av den, skyddade varan). Den vätskefyllda omgivningen till det; trådformiga elementet har vidare den väsentliga positiva effekten, att signalstyrkan hos en från givaren avgiven svarssignal ökar avsevärt (med åtskilliga dB), jämfört=med om ingen vätska utnyttjas. f *- Även om vätskan enligt ovan angivits vara bläck Åiler annan färgad vätska, kan lika gärna vanligt vatten g (a, s so), en alkoholbaserad vätska (s, = en) eller iï-n- cip vilken annan, företrädesvis dipolär vätska som helpt användas.

Det trådformiga elementet 23 utgörs i uppfinningens föredragna utföringsform av den amorfa koboltrika legering- en Co6&1FeL,Si1L5B15, men andra legeringar, som uppfyller nedan beskrivna funktionskrav, är också tänkbara. En¿g§åan möjlig legering är Co,msFeL5Si1g%ß. Båda dessa legeringar saknar sä gott som helt magnetostriktion, vilket innebär att de inte är benägna att omvandla magnetisk energi till mekanisk energi och att risken för oönskade mekaniskaäreso- nansfenomen härigenom undviks. ej Det trådformiga elementet är elektriskt ledande,ïoch dess fysiska dimensioner är anpassade för en optimal 3 antennfunktion enligt nedan. I den föredragna utförings- formen har elementet en diameter pà 124 um och längd av 60- BNSDOCID: sne 167 10 - 10 15 20 25 '30 35 65 mm; Vidare har det amorfa materialet, som elementet be- stàr av, magnetiska egenskaper, och ett väsentligt särdrag är att dess permeabilitet kan styras under inverkan från ett yttre magnetisk fält. Denna styrbara permeabilitet ut- nyttjas enligt uppfinningen på två olika sätt; dels för att styra amplituden hos en från givaren avgiven elektro- magnetisk svarssignal och dels för att styra frekvensen hos densamma.

När en i granskningszonen 10 närvarande givare 20 ut- sätts för det från sändarantennen 11 utsända elektro- magnetiska exciteringsfältet med frekvens ÅF, fungerar det tràdformiga elementet 23 som antenn. En elektrisk ström iehman induceras i det trádformiga elementet, om dess längd är anpassad till frekvensen fm-- eller snarare till mot- svarande våglängd - hos den mottagna högfrekventa excite- ringssignalen. För en elementlängd på 60-65 mm fordras att frekvensen fw-ligger inom det radiofrekventa området, I företrädesvis mellan 500 och 900 Mhz. Här spelar även det trádformiga elementets dielektriska omgivning (vätskan i kombination med glasmaterialet i givarkroppen) in. Genom den dielektriska omgivningen sänks ljushastigheten c jäm- fört med ljushastigheten i vakuum, varigenom givaren får en skenbart längre antennlängd. Dielektrikat medför även en förbättrad upptagning av en inkommande elektromagnetisk signal, eftersom dielektrikat genom sina dipolära egen- skaper förstärker den elektriska komponenten hos det in- fallande elektromagnetiska fältet.

Den inducerade strömmen iehmmtlöper således fram och tillbaka i elementet 23 med en frekvens fdanm = fm” Denna alternerande ström alstrar i sin tur kring elementet 23 ett elektromagnetiskt fält, som fortplantar sig genom gransk- ningszonen 10 och när fram som svarssignal till mottagar- antennen 12, där denna upptages och vidarebefordras till styrenheten 14 som en indikation på att en givare är när- varande i granskningszonen 10. Det tràdformiga elementet 23 BNSDOCIDI 10 15 20 25 30 BNSDOCID: 11 506 357 har således en samtidig funktion som bàde mottagare a den elektromagnetiska exciteringssignalen och sändare av den elektromagnetiska svarssignalen. Eftersom dessa signaler emellertid har samma frekvens, skulle de inte kunna skïljas från varandra, om inte nedanstående åtgärder hade vidií tagits. N Genom det ovan beskrivna magnetiska moduleringsf¥ltet - .w f: 2:a- v H5” kan som sagt permeabiliteten pr hos det tràdformig N elementmaterialet styras. I den föredragna utföringsfoïmen varierar Hgm sinusformigt med frekvensen fmfi = 500 ÉÉ.

Andra frekvenser inom ett làgfrekvent område upp till* t- minstone 1000 Hz âr dock lika tänkbara. '°i Amplituden hos svarssignalen kan nu styras genowfiden biff-ak- s k giant magnetoimpedance-effekten eller skin depth“ ten i det amorfa magnetiska elementmaterialet. Denna effekt, som finns beskriven i rapporten "Giant magne impedance and magneto-inductive effects in amorphousi alloys” i "J. Appl. Phys. Vol. 76, No. 10, 15 Novembäšåj 1994", kan kortfattat beskrivas enligt följande förenšiade modell. '” 0 Det år välkänt att den effektiva ledningstvärsñifts- arean Aag-hos en elektrisk ledare minskas med stigand? H frekvens (s k skin-depth effekt). Aeflü som vid liksf rent cirkulär form (ledningselektronerna strömmar f överallt i ledaren), antar vid höga frekvenser formen av en ring med viss bredd e. Anledningen är bl a att virvelf " strömmar alstras i det inre av ledaren, vilka där fö framkomligheten för ledningselektronerna. Bredden 8 h effektiva ledningsarean Auf kan uttryckas som " s=f__ß__ ¶.p.f' där p är resistiviteten hos ledningsmaterialet, p ä ess permeabilitet och f år frekvensen. Ur R=-p- 2 sne 167 12 ~ 10 15 20 25 30 35 fàs R= ff-wf-ø. dvs resistansen R är en funktion av u och f. Genom resis- tansens p-beroende ändras även amplituden hos strömmen genom ledaren som funktion av p.

Om ovanstående modell tillämpas pà det tràdformiga elementet i givaren enligt föreliggande uppfinning, inses lätt att amplituden hos strömmen idamntvarierar i takt med variationerna hos det magnetiska moduleringsfáltet H¿m, som ju enligt ovan styr permeabiliteten pr hos elementet. Detta innebär i sin tur att den frän elementet 23 och givaren 20 avgivna elektromagnetiska svarssignalen utgörs av en med frekvensen fmm amplitudmodulerad signal med bärvågsfrekvens Q”. Denna amplitudmodulerade signal demoduleras sedan på konventionellt vis i ingängssteget 15. Den ytterligare in- formation, som amplitudmoduleringen ger, kan utnyttjas i. styrenheten för att förbättra noggrannheten i detektering- en; dels för att minimera antalet givare, som undgår detek- tering i granskningszonen, men också för att minimera den risk för falsklarm, som förekommer då en givare befinner sig utanför granskningszonen men ändå besvarar en inkomman- de exciteringssignal.

Som tidigare nämnts kan även svarssignalens frekvens styras genom det magnetiska moduleringsfältet. Givaren enligt uppfinningens föredragna utföringsform bildar en elektrisk resonanskrets, som funktionellt kan liknas vid den i WO 93/14478 beskrivna LC-kretsen. Det trådformiga elementets 23 dielektriska omgivning (givarkroppen 21 och/eller vätskan 24) ger kretsen dess kapacitiva egen- skaper, medan de induktiva egenskaperna fås från själva elementet 23, som samtidigt fungerar som antenn. Enligt ovan beror elementets permeabilitet pr av storleken av det magnetiska moduleringsfâltet H¿m, och eftersom L = f(p,) och resonansfrekvensen fnß = f(L), varierar således värdet på fas, då givaren tillförs elektromagnetisk energi från sNsDoc|D; 10 15 20 25 30 13 see s? exciteringssignalen under samtidig påverkan fràn det magne- fmed tiska moduleringsfàltet H¿m. Detta ger med andra orde frekvensen fgaífrekvensmodulerad elektromagnetisk svar signal med bârfrekvens fifi. Liksom i fallet med amplitudï modulering ovan demoduleras en mottagen frekvensmodulašad svarssignal i ingàngssteget 15, innan den vidarebeforààas till styrenheten 14. ¿&E¿ Genom försök har studerats ett antal variationerfav givaren enligt den ovan beskrivna utföringsformen. ɧ ïfiks- resultaten, som presenteras i diagramform i FIG 4-8b,-kán kommenteras enligt följande. :“ FIG 4 visar ett diagram över ett försök, där mot; gen signalstyrka (uttryckt i dB) studeras, då längden avg w tràdformiga elementet varieras i steg om 5 mm för olifšg ytterdiameter Qæn resp innerdiameter Qnn hos den cylinàer- formiga givarkroppen 21 samt för olika materialval för ren- tant vs mm, een den är helt fylla med vatten. Det tšåag formiga elementet består av legeringen CIg&1FeL4Si1¿s$¿ och en konstant frekvens fiw i området 500-600 MHz. En avdv ri- anterna består i att en smalare cylinder placeras inn bredare, vilket ger en svagare signal, än om endast d§:; bredare cylindern används. Det bästa resultatet (starkast signal) uppnås för dgn = 7 mm.

I FIG 5 visas resultatet av ett försök, där elefififit- längden i stället är konstant 65 mm och där en 100 mnššng cylinder är fylld till 65 mm med vatten. Cylinderns yflfišr- diameter Gym varieras mellan 3 mm och 24 mm. I övrigtéšt- svarar betingelserna de i föregående figur. V I FIG Ga och 6b är elementlängden konstant 65 mm fch cylinderlângden konstant 100 mm. Vattenniván i cylinp varieras, liksom cylinderytterdiametern. Av kurvorna fšam- smsoocmxss soe1e7c2_|_> see 167 14 10 15 20 25 30 går, att det bästa resultatet erhålls vid Qan = 8 mm och vattennivàn 100 mm (helt fylld cylinder). Även i FIG 7a och 7b är elementlängden konstant 65 mm och är cylinderlängden konstant 100 mm. Exciteringsfrek- vensen.fim varieras, liksom cylinderytterdiametern och vattennivàn. I FIG 7a är vattennivàn 65 mm, medan den är 100 mm i FIG 7b. Av kurvorna framgår, att signalen när optimum vid olika cylinderytterdiametrar för olika excite- ringsfrekvenser.

Enligt FIG 8a är elementlängden konstant 65 mm, cylinderlängden konstant 100 mm, vattennivàn 70 mm, .fiw = 638 MHz samt fm” = 522 Hz. Cylinderytterdiametern samt cylindertjockleken varieras. Tunnast godstjocklek ger starkast signal. Dessutom noteras att signalen försvagas, om cylinderytterdiametern väljs alltför stor.

För FIG 8b gäller samma betingelser som för FIG Ba, förutom att vattennivàn nu är fulla 100 mm. Resultaten från föregående figur bekräftas här.

Ur ovan beskrivna och andra försöksresultat kan man dra slutsatsen, att ett optimalt uförande uppnås, om följande villkor är uppfyllda: v cylindern är helt vätskefyllt, 0 träden är anordnad i centrum av cylindern, v Qext = 6-'7 mm, 0 skillnaden (Den - 0 tråden har maximal längd relativt cylinders längd (III-nt är minimal , samt 0 vätskan har så högt ar som möjligt.

Av försöksresultaten, främst FIG 7a och 7b, även att givaren år fullt funktionsduglig inom ett bred- framgår bandigt frekvensspektrum om åtminstone ett par hundra Mz, vilket således innebär, att givaren är förhållandevis okänslig för förändringar i exciteringsfrekvens. Detta är en avsevärd fördel jämfört med tidigare kända givartyper, BNsDocn1 10 15 20 25 30 15 f~soe eftersom tillverkningen förenklas, då behovet av fin- inställning av resonans- eller svarsfrekvens elimineras- Vidare har givaren visat sig ha en räckvidd av ager- leksordningen 10 m, vilket också detta är en väsentligèför- del jämfört med kända givartyper (se "Teknikens ständpgnkt” ovan). WW Ytterligare en fördel med ett givareutförande enligt ovan är möjliggörandet av en mycket enkel tillverkningš- process. I stora drag är det helt enkelt bara fråga_Omšatt förse glasampullen 21 med dess vätska 24, infoga det tråd- formiga elementet 23 samt tillsluta eller försegla glaà- ampullen. Det är uppenbart, att en sådan givare kan tiíl- verkas till ett mycket lågt pris per enhet. :¿% Som sagt har försök visat, att svarssignalen blŧ starkast, om det tràdformiga elementet âr fixt anordnaåèi centrum av cylindern längs dess cylinderaxel. En sådanafix- ering kan enligt FIG 9 åstadkommas genom att ett antal¿cir- kulâra skivor 91 på regelbundna avstånd från varandrafikilas fast mot cylinderns insida i rät vinkel mot densama¿¿;Q varje skiva tas ett litet hål upp, vars diameter endy “”med liten marginal överskrider det trådformiga elementets tjocklek. Genom att föra in elementet i hålen kan detggi hållas på plats genom att elementet och respektive håla in- sida kommer i friktionsingrepp med varandra. “g¿; Alternativt kan utnyttjas amorfa material av sjkg stress-annealed typ. Detta innebär, att det trådformiga elementet vid tillverkning värmebehandlas under inverkan av en dragkraft i elementets huvudriktning. Genom denna be- handling behåller elementet en perfekt styvhet och.ra§@et, då vårmebehandlingen avslutats. Genom att noggrant anpassa längden av ett sådant element på ett sådant sätt,, nf mentet får en precis inpassning med insidan av respekfiíve cylinderände, kan elementet bibehàllas i önskat, centrerat ,1äge genom elementets styvhet. ¿¿¿¿ w* BNSDOCID: _| _> sus 157 w 10 15 20 25 30 35 Det trådformiga elementet kan även vara framställt genom s k flash-annealing, varvid elementet under en viss tid genomlöps av en elektrisk ström, vilken alstrar sàväl värme som ett för bildande av optimala domänstrukturer lämpligt magnetiskt fält kring elementet.

Enligt en variant av uppfinningens föredragna ut- föringsform ges det trådformiga elementets 23 vätske- formiga, dielektriska omgivning 24 även magnetiska egen- skaper. Detta sker med fördel genom att man tillsätter ett ytterst finkornigt ferromagnetiskt eller paramagnetiskt material till vätskan och slammar upp blandningen för bildande av en kolloid lösning. Genom att dessutom till- sätta något vedertaget stabiliseringsmedel undviks att de lösta magnetiska partiklarna sedimenterar på botten av cylindern 21. Sådana vätskor med magnetiska egenskaper går vanligen under benämningen ferrofluider och är välkända inom flera tekniska områden, varför de inte beskrivs när- mare här. Nämnas kan dock, att såväl vattenbaserade som oljebaserade ferrofluider kan användas tillsammans med föreliggande uppfinning.

Genom att på så sätt skapa en omgivning till det trådformiga elementet 23, som inte bara har dielektriska egenskaper utan även magnetiska, uppnås följande positiva effekt. Styrkan hos det magnetiska moduleringsfältet avtar kraftigt med avståndet till spolarrangemanget 16. Om en givare 20 befinner sig i utkanten av den avsedda detekte- ringszonen är risken påtaglig, att moduleringen av dess utsignal blir alltför svag för att kunna detekteras. De mikroskopiska magnetiska partiklarna i vätskan 24 inrättar sig dock alla genom sina dipolära magnetiska egenskaper efter det infallande magnetiska moduleringsfältet (även om detta skulle vara mycket svagt), och varje liten partikel medför en liten ökning av fältstyrkan i respektive punkt.

Alla små bidrag adderas till det infallande modulerings- fältet, vilket ger en högst markant ökning av fältstyrkan i BNSDOCID: 10 15 20 25 30 35 17 ~ sne 167 givarens centrum, dvs där det trådformiga elementet 2 finner sig. Försök har visat, att ett svagt magnetisgfil moduleringsfält kan förstärkas åtminstone 100 ggr genom att enligt ovan utnyttja en vätska med magnetiska egenskaper.

Enligt en alternativ utföringsform av uppfinningen utnyttjas en annan typ av magnetiskt givarelement av š:k ”multi layer"- eller flerlagertyp. Ett sådant elementége- höver inte vara trådformigt, dvs ha ett cirkulärt tvär% snitt, utan antar företrädesvis en väsentligen platt tšâr- snittsform. Den fysikaliska effekt, vilken utnyttjas ššligt denna utföringsform, är s k magneto-resistance, som enem- pelvis beskrivs utförligt i artikeln "Giant magneto- kw resistance in spin-valve multilayers” av B. Dieny ("Éäärnal of Magnetism and Magnetic Materials 136, 1994, 335-3§2:).

Resistansen R hos ett sådant material beror av materišïets resistivitet pr, som i sin tur beror av en magnetiserššäe fältstyrka H. Således gäller R = f(p,(H)), varigenom ešå amplitudmodulering liknande den ovan beskrivna kan åstad- kommas. __ Enligt en annan alternativ utföringsform utgörsii givarelementets 23 dielektriska omgivning helt och hållet av ett fast material, som samtidigt bildar givarkroppfiæ 21.

Enligt FIG 10 är denna givarkropp bildad genom att tvåu rektangulära plattor 101, 102 lagts ovanpå varandra med det tràdformiga elementet 23 anordnat emellan plattorna. fie di- elektriska plattorna kan lämpligen realiseras av ett sådant högdielektriskt material, som idag används i GPS-antenner av s k ”patch antenna"-typ från Trans-Tech, Inc. i Adam- stown, M®, USA, och som beskrivs i publikation nr 50040100 från samma företag. Exempel på sådana material är barífim- tetratitanat eller nickelaluminiumtitanat. Givarkroppšš kan också vara bildad i ett homogent stycke av ovanståendeg material, varvid en urtagning är bildad i centrum av ëivar- kroppen med utsträckning längs givarens längdaxel. Deti trådformiga elementet 23 är anordnat i denna urtagning; BNSDOCID: <5E_ ___ 50G167C2 _|_ > ses 167 18 Funktionsmässigt motsvarar givaren enligt denna alternativa utföringsform helt och hållet de ovan beskrivna utförings- formerna med en vätskeformig dielektrísk omgivning.

Vad som ovan beskrivits för uppfinningens utförings- 5 former skall endast ses som utföringsexempel. Andra ut- föringsformer kan inom ramen för uppfinningen, såsom den anges i bifogade patentkrav, avvika från de ovan nämnda.

Exempelvis kan givarkroppen 21 vara utformad på annat sätt än som en cylinder, t ex med polygonformigt tvärsnitt. Det 10 är heller inte nödvändigt att både givarkroppen och vätskan inuti densamma har dielektriska egenskaper. Det är vidare möjligt att utesluta vätskan helt, även det för närvarande inte får anses speciellt lämpligt av hänsyn till signal- egenskaperna. Givarelementet kan anta andra former, än de 15 här beskrivna, och dess material kan utgöras av vilket material som helst, som uppfyller funktionskraven enligt patentkrav och beskrivning.

BNSDOCID:

Claims (22)

10 15 20 25 30 19 PATENTKRAV

1. Givare för beröringsfri detektering av förçqš i en granskningszon (10), företrädesvis för användning ' artikelövervakningssystem, vilket vidare innefattar åtmin- stone ett sändarorgan (11, 13) och åtminstone ett mot-Ü tagarorgan (12, 15) för utsändning respektive mottagning av elektromagnetiska radiofrekventa signaler i granskningšš zonen samt åtminstone ett moduleringsorgan (16) för alšf ring av ett moduleringsfält i granskningszonen, varviå nämnda givare är anordnad att vid mottagandet av elektro- magnetisk energi frán nämnda sândarorgan avge en elek:_ magnetisk svarssignal, som beror av nämnda moduleringafiält och som kan mottagas av nämnda mottagarorgan, fkàfi k ä n n e t e c k n a d av ett i en givarkropp (21; Å: 102) anordnat magnetiskt element (23), vars magnetiska å egenskaper är påverkbara genom ett som nämnda modulerings- fält fungerande magnetisk fält, varigenom amplituden kég' den från givaren avgivna svarssignalen är styrbar geno f _ .af nämnda magnetiska moduleringsfält.

2. Givare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att även frekvensen hos Q? från givaren avgivna svarssignalen är styrbar genom n magnetiska moduleringsfält.

3. Givare enligt krav 1, 1 k ä n n e t e c k n a d av att det magnetiska elemenbät (23) består av en amorf koboltrik legering.

4. Givare enligt krav 3, J 4Ä lät- av att den amorfa legering g k ä n n e t e c k n a d görs av någon av legeringarna Co5&1FeL4Si1¿5B15 eller Covckspe-Lssiisßio - BNSDOCID. 506 167 20 10 15 20 25 30 35

5. Givare enligt något föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att det magnetiska elementet (23) är trådformigt.

6. Givare enligt krav 5, k ä n n e t e C k n a d av att det tràdformiga magnetiska elementet (23) är framställt genom s k flash-annealing.

7. Givare enligt något föregående krav, av att det magnetiska elementet 102), bestående k ä n n e t e c k n a d (23) av åtminstone ett dielektriskt material, vars relativa di- år inneslutet i en omgivning (24; 101, elektricitetskonstant eller kapacitivitet ar överstiger den för luft.

8. Givare enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att den dielektriska omgivning- en (24) (23) är vätskeformig. till det magnetiska elementet

9. Givare enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att det magnetiska elementets (23) vàtskeformiga omgivning (24) åtminstone delvis består av vatten, bläck, alkohol eller annan vätska med en relativ dielektricitetskonstant eller kapacitivitet ar, som över- stiger 40, eller består av någon kombination av sådana vätskor.

10. Givare enligt krav 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a d av att den vätskeformiga omgiv- ningen (24) begränsas av en i sina respektive ändar (22a, 22b) tillsluten och som givarkropp fungerande cylinder (21).

11. ll. Givare enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att cylindern (21) består av BNSDOCYD: 10 15 20 25 30 35 21 506 glas eller glasliknande ämne, vars relativa dielektrici- tetskonstant eller kapacitivitet 2, är åtminstone en,, ¿ tiopotens större än den för luft.

12. Givare enligt krav 10 eller 11, _;m k ä n n e t e c k n a d av att det magnetiska elementet (23) är anordnat i centrum av cylindern (21) längs dø¿fi längdaxel.

13. Givare enligt krav 10 eller 11, ¿¿¿É k ä n n e t e c k n a d av att det magnetiska elementet (23) är anordnat i omedelbar anslutning till cylinderns (21) cylinderns längdaxel. ~ § insida i en riktning, som är väsentligen parallell med

14. Givare enligt krav 12, (91), vilka är anordnade på avstånd från varandra inu;Ü" cylindern (21) med anliggning i rät vinkel mot cylindešs insida och vilkas ytterdiameter överensstämmer med cvlin- derns innerdiameter, varvid ett hål är bildat i centrum av varje skivformigt organ för mottagning och fixering av det (23). magnetiska elementet

15. Givare enligt krav 12, _ k ä n n e t e c k n a d av att det magnetiska elemenšgt (23) utgörs av en amorf tråd av sådan typ, som vid tilšf verkningen av densamma utsatts för vârmebehandling under dragkraft i dess längdriktning. v

16. Givare enligt något av krav 8-15, , *Qi k ä n n e t e c k n a d av att det magnetiska elemenggts (23) vâtskeformiga omgivning (24) dessutom består av_g§p- slammade eller lösta partiklar med magnetiska egenskaššr. BNSDOCID: sne 167 22 10 15 20 25 30 35

17. Givare enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d av att det magnetiska elementets (23) vätskeformiga omgivning (24) åtminstone delvis utgörs av en ferrofluid.

18. Givare enligt något av krav 1-7, k ä n n e t e c k n a d av en väsentligen homogen givar- kropp, som består av ett dielektrisk material i fast form, samt av en i centrum av denna givarkropp bildad och parallellt med givarens längdaxel löpande urtagning, i vilken det magnetiska elementet (23) ar anordnat.

19. Givare enligt något av krav 1~7, k ä n n e t e c k n a d av åtminstone två väsentligen rät- blockformiga plattor (101, 102), vilka är sammanfogade för bildande av givarkroppen samt vilka är anordnade att mellan sig fixera det magnetiska elementet (23) i givarens längd- riktning.

20. Givare enligt något föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att givaren är anordnad att mottaga en elektromagnetisk första signal inom ett första frekvensområde Af), mottaga en magnetisk andra signal inom ett andra frekvensområde Afz, där Afl>> Afz, samt avge en elektromagnetisk svarssignal i form av den första signalen, amplitudmodulerad av den andra signalen.

21. Givare enligt något föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att givaren är anordnad att mottaga en elektromagnetisk första signal inom ett första frekvensomràde Af¿, mottaga en magnetisk andra signal inom ett andra frekvensområde Afz, där Af1>> Af¿, samt avge en elektromagnetisk svarssignal i form av den första signalen, frekvensmodulerad av den andra signalen. BNSDOCID: ß « 5o6l1e7

22. Givare enligt krav 19, k å n n e t e c k n a d av att det magnetiska elementet (23) år bildat av ett sådant magnetiskt material, att amplituden hos den från givaren avgivna elektro- _:ï 5 magnetiska svarssignalen är styrbar genom giant magneto- impedance-effekter och/eller giant magnetoresistance- effekter i materialet, då givaren utsätts för nämnda magnetiska moduleringsfält i granskningszonen (10). BNSDOCID: