Транспондер для системы обнаружения

 

Изобретение относится к устройствам для преобразования непрерывных сигналов в цифровые и может найти применение в средствах обнаружения сигнализирующих элементов, например, в малоразмерных предметах. Техническим результатом изобретения является разработка транспондера, который имеет минимально возможные размеры, при которых обеспечивается достаточный сигнал. Технический результат достигается тем, что в транспондере для системы обнаружения, содержащем передатчик для формирования переменного магнитного поля с заданной частотой и приемник, оснащенный детектором, обеспечивающим обнаружение заранее заданных высших частотных гармоник переменного поля, сигнализирующий элемент выполнен из магнитно-мягкого материала. При помещении транспондера в переменное магнитное поле сигнализирующим элементом возбуждаются высшие частотные гармоники переменного поля. Сигнализирующий элемент имеет форму кольца. 8 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

Изобретение относится к транспондеру (устройство для преобразования непрерывных сигналов в цифровые) для системы обнаружения, который содержит передатчик для формирования переменного магнитного поля с заданной частотой и приемник, при этом транспондер содержит сигнализирующий элемент, изготовленный из магнитно-мягкого материала, и приемник, снабженный детектором, который обнаруживает высшие частотные гармоники переменного поля, возбуждаемые при помещении приемоответчика в переменное магнитное поле, в котором сигнализирующий элемент имеет изогнутую форму. Транспондер такого типа описан в патенте США 4074249.

Известная система обнаружения содержит передатчик, который состоит из генератора переменного напряжения и подключенного к нему блока катушек для формирования переменного магнитного поля с заданной частотой. Кроме того, система обнаружения содержит приемник, блок приемных катушек которого размещен напротив блока передающих катушек передатчика. Блок приемных катушек подключен к детектору приемника, который обеспечивает обнаружение высших частотных гармоник переменного поля. Известный приемопередатчик, использующийся в известных системах, содержит держатель из изоляционного пластического материала, на котором закреплен искривленный сигнализирующий элемент или полоска, выполненная из магнитно-мягкого материала.

При помещении транспондера в переменное магнитное поле, он взаимодействует с этим полем, что приводит к возбуждению частотных гармоник переменного поля. Эти гармоники обнаруживаются детектором как признак присутствия транспондера в переменном магнитном поле.

Сигнализирующий элемент, использующийся в вышеописанных известных системах, по сравнению с прямолинейным элементом обеспечивает относительно хороший сигнальный отклик в широком диапазоне ориентаций в плоскости сигнализирующего элемента (носителя) по сравнению с прямым элементом, но имеет тот недостаток, что обнаружение по-прежнему существенно зависит от направления в плоскости, перпендикулярной к указанной выше.

Когда сигнализирующий элемент размещен так, что его продольное направление перпендикулярно линиям напряженности переменного магнитного поля, то возбуждения высших частотных гармоник переменного поля не происходит, либо амплитуда вышеупомянутых гармоник настолько мала, что они не могут быть обнаружены. Поэтому система обнаружения надежно функционирует только тогда, когда носитель сигнала имеет специальную ориентацию относительно переменного магнитного поля.

Целью настоящего изобретения является разработка транспондера такого же типа, как описан в преамбуле, в котором устранены приведенные выше недостатки и который имеет минимально возможные размеры, при которых обеспечивается достаточный сигнал.

Эта цель в соответствии с изобретением достигается тем, что сигнализирующий элемент имеет форму замкнутого или разомкнутого кольца.

Специалист в данной области техники может предположить, что использование замкнутой петли в качестве сигнализирующего элемента устраняет слабую чувствительность по направлению к плоскости сигнального элемента.

Однако неожиданно было обнаружено, что в результате использования сигнализирующего элемента круглой формы сигнал можно обнаружить в любых направлениях относительно формируемого магнитного поля.

Известные удлиненные сигнальные элементы в виде прямых или слабо искривленных полос имеют минимальную длину, чтобы обеспечить надежное обнаружение. Преимуществом изобретения является то, что максимальная длина транспондера может быть уменьшена в связи с возникновением особого рода непредвиденного резонансного эффекта.

Кроме того, преимущество изобретения заключается в том, что вид частотного спектра сигнала, принимаемого приемником, не зависит от удаления от антенны. С увеличением расстояния пропорционально уменьшается только амплитуда гармоник.

При использовании изобретения также может быть увеличена ширина прохода, другими словами, появляется возможность расположения блоков передающих и приемных катушек на большем расстоянии друг от друга без риска недопустимой потери качества обнаружения.

Другим преимуществом данного изобретения является то, что количество гармоник становится более устойчивым, чем в других случаях, что позволяет выполнять частотно-избирательные измерения, в результате чего система обнаружения становится менее чувствительной к воздействию шумов.

В заявке на Европейский патент 0260831 и в патентах США 4025197 и 4075618 раскрыты сигнализирующие элементы или маркеры, в которых используются так называемые потоковые коллекторы. Потоковый коллектор представляет собой поверхности из магнитно-мягкого материала, между которыми расположен промежуточный полосковый материал. Потоковый коллектор предназначен для стягивания линий магнитного поля, направления этих линий в промежуточный полосковый материал и насыщение полоскового материала. При этом возрастает генерация сигнала по сравнению с прямолинейной полоской. Недостатком этого способа является чувствительность по направлению. В соответствии с описанием несколько элементов, каждый из которых состоит из двух потоковых коллекторов и промежуточного полоскового материала, расположены в виде шестиугольника, что позволяет несколько понизить чувствительность по направлению, но только в одной плоскости. Еще одним недостатком указанного устройства является снижение области потоковых коллекторов. Для того, чтобы обеспечить неизменную генерацию сигнала, маркер должен иметь большие размеры, при которых, однако, возрастает и чувствительность по направлению.

В отличие от этого, круговой сигнализирующий элемент, предложенный в настоящем изобретении, может иметь меньшие размеры при генерации того же сигнала, а простота формы является преимуществом при изготовлении маркера.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: фиг. 1 - схематично изображает систему обнаружения с транспондером; фиг. 2, 3 и 4 изображает примеры осуществления сигнализирующего элемента транспондера согласно изобретению; фиг. 5 изображает несколько последовательно соединенных сигнализирующих элементов, согласно изобретению; фиг. 6 изображает положение двух сигнализирующих элементов соединенных параллельно согласно изобретению; фиг. 7 изображает дезактивируемый сигнализирующий элемент, выполненный в соответствии с фиг. 4, согласно изобретению; фиг. 8 изображает пример осуществления транспондера, который может быть использован для электромагнитного (EM) и высокочастотного (ER) обнаружения, согласно изобретению.

На фиг. 1 схематично показана известная система обнаружения. Эта система обнаружения содержит передатчик для формирования переменного магнитного поля и приемник для приема искажений переменного магнитного поля. По существу передатчик состоит из блока передающих катушек 1 с разъемом 3 (показан схематично), а также генератора переменного напряжения 5. Генератор 5 переменного напряжения с усилителем или без него подключают к разъему 3 блока передающих катушек 1. Передатчик в пространстве 9 электромагнитным способом формирует переменное магнитное поле, например, с частотой 300 Гц или выше.

Система обнаружения также содержит приемник, который в общем случае включает блок приемных катушек 2, оснащенный разъемом 4, а также детектор 6. Детектор 6, подключенный к разъему 4 блока приемных катушек 2, обеспечивает обнаружение одной или более заданных частотных гармоник переменного поля.

Блок передающих катушек 1 и блок приемных катушек 2, расположенные один напротив другого, определяют зазор в пространстве 9, имеющий специфическую протяженность. При этом блок 2 приемных катушек, разумеется, может быть расположен в плоскости, отличной от той, в которой находится блок 1 передающих катушек, например, внутри или вокруг блока передающих катушек.

В соответствии с изобретением в системе обнаружения используется транспондер, состоящий из носителя или подложки 7, выполненных из изолирующего пластического материала, на которых закрепляют удлиненный сигнализирующий элемент 8 искривленной формы. Сигнализирующий элемент 8 может состоять из полоски или провода, изготовленных из магнитно-мягкого материала. Желательно, чтобы этот материал был аморфным, хотя возможно использование и кристаллического материала.

Когда транспондер помещают в зазор, то есть между двумя блоками катушек 1 и 2, переменное магнитное поле оказывает воздействие на сигнализирующий элемент, в результате чего возбуждаются высшие частотные гармоники переменного поля. Указанные гармоники обнаруживаются детектором 6 с помощью блока 2 приемных катушек.

Система обнаружения такого типа используется, например, на выходах из магазинов для предотвращения магазинных краж. Однако транспондер согласно изобретению с равным успехом может быть использован в различных системах обнаружения, в которых формируется переменное магнитное поле и выявляются искажения магнитного поля, вносимые сигнализирующим элементом.

Было обнаружено, что в отличие от известных транспондеров, содержащих прямолинейные или изогнутые сигнализирующие провода или полосы, ориентация транспондера, имеющего кольцевой сигнализирующий элемент, является несущественной. Транспондер, выполненный в соответствии с изобретением, может быть обнаружен не только при его развороте на 90^o в плоскости, показанной на фиг. 1 (плоскости чертежа), но и тогда, когда плоскость транспондера разворачивается более чем на 90^o. Поэтому как бы ни был ориентирован транспондер, его обнаруживают.

Известно, что в случае использования известных прямолинейных сигнальных элементов необходима минимальная длина элемента, при которой еще обеспечивается надежная работа. Однако при использовании транспондеров, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, минимальная длина меньше, чем для известных транспондеров. Это особенно важно при обнаружении наиболее малоразмерных предметов с использованием установленных на них транспондеров.

Указанное преимущество изобретения подробно раскрывается на примерах его осуществления, показанных на фиг. 2 - 5.

На фиг. 2 показан кольцевой сигнализирующий элемент на подложке 7. В этом случае кольцо является замкнутым. Однако кольцо также может быть разорвано в одном или нескольких местах, при этом в каждом разрыве появятся два свободных конца, находящиеся на некотором расстоянии друг от друга.

На фиг. 4 показан другой вариант осуществления сигнализирующего элемента, который содержит кольцевую компоненту 12 и прямолинейную часть 13, соединенную с кольцом 12. Прямолинейная часть 13 расположена по касательной к окружности 12. Всего может быть использовано 2 или более таких частей, причем все части выходят из одной и той же или разных точек кольца 12. Было обнаружено, что генерация сигнала таким элементом улучшается.

На фиг. 4 показан один из вариантов осуществления сигнализирующего элемента в соответствии с изобретением, состоящий из кольцевой части 12 и двух прямолинейных частей 13 и 14. Несмотря на то что вышеупомянутые части 13 и 14 расположены по касательной к окружности 12, допустимы незначительные различия в ориентации этих частей.

Сигнализирующие элементы, расположенные в ряд на фиг. 2, 3 и 4, могут состоять из профилированных полос из магнитно-мягкого материала, нанесенного на подложку, например, с использованием напыления паров вещества.

Однако наиболее просто сигнализирующие элементы, показанные на фиг. 2, 3 и 4, могут быть изготовлены из магнитно-мягкого провода, который изгибают, придавая нужную форму, и закрепляют на подложке путем наклеивания или другим способом, а также, при необходимости, покрывают защитным изолирующим слоем. Изогнутый провод может соединяться или быть изолированным в точках пересечения.

Кроме того, реализация кольцевой части 12 может быть осуществлена с более чем двумя прямолинейными частями 13 и/или 14.

В таблице приведены измеренные сигналы гармоник для различных размеров сигнализирующего элемента, выполненного в соответствии с фиг. 4, при различных положениях элемента и для определенной частоты передачи. Первое число в столбце "Размеры" означает диаметр, а второе число - общую длину прямолинейных частей 13, 14. Позиция 1 означает, что сигнализирующий элемент принимает такое положение в переменном магнитном поле, при котором плоскость сигнализирующего элемента параллельна силовым линиям переменного магнитного поля, а продольное направление прямолинейных частей 13, 14 также параллельно вышеупомянутым силовым линиям. В позиции 2 плоскость сигнализирующего элемента параллельна силовым линиям, но продольное направление прямолинейных частей 13, 14 перпендикулярно вышеупомянутым силовым линиям. И, наконец, положение 3 означает, что плоскость сигнализирующего элемента перпендикулярна силовым линиям.

Измерения были выполнены на расстоянии 25 см.

Также в таблицу включены такие известные прямолинейные сигнализирующие элементы, как Esselte Meto 32 и Check Point 37.

Из таблицы ясно видно, что сигнализирующие элементы, выполненные в соответствии с изобретением, значительно менее чувствительны к ориентации, чем известные прямолинейные элементы.

Кроме того, из таблицы следует, что измерения для сигнализирующего элемента 18 х 18 мм имеют лучшее отношение сигнала к размерам на определенной частоте передачи.

На фиг. 5 показан пример осуществления изобретения, в котором несколько кольцевых частей 12 последовательно соединены при помощи прямолинейных частей 13 и 14.

Кроме того, используя вариант, не показанный на чертежах, два различных сигнализирующих элемента могут быть размещены в транспондере перпендикулярно друг другу, в результате чего станет возможным так называемое трехмерное (3-D) обнаружение.

Из таблицы также видно, что 14-я и примыкающие к ней гармоники наиболее явно выражены по сравнению с другими гармониками. По-видимому, это является результатом непредвиденного особого резонансного эффекта, обусловленного формой предложенного в изобретении сигнализирующего элемента. Благодаря этому обеспечивается преимущество, связанное с тем, что измерения могут выполняться с высокой частотной избирательностью, в результате чего снимается ряд проблем с шумами.

Сигнализирующий элемент, выполненный в соответствии с изобретением, имеет преимущество, заключающееся в том, что частотный спектр сигнала, принимаемого и обнаруживаемого приемником, состоящим из детектора 6 и блока 2 приемных катушек, не зависит от расстояния до блока передающих и/или приемных катушек. С увеличением расстояния пропорционально убывает только амплитуда гармоник.

Кроме того, заявлено, что проход между блоком передачи катушек и блоком приемных катушек может иметь большие размеры, чем это допустимо в случае задействования известных прямолинейных сигнализирующих элементов.

На фиг. 2 - 5 показаны сигнализирующие элементы, состоящие из одной кольцевой компоненты или двух кольцевых компонент. Сигнализирующие элементы, имеющие более двух кольцевых частей, также заявлены в объеме изобретения. Пример такого осуществления иллюстрируется на фиг. 6. В этом случае сигнализирующий элемент дополнительно к кольцевой части 12 и прямолинейным частям 13 и 14 содержит кольцевую часть 16. Такая конфигурация может рассматриваться в качестве так называемого параллельного соединения двух сигнализирующих элементов, выполненных в соответствии с фиг. 4. Примером другого варианта осуществления изобретения является добавочная кольцевая часть 17, имеющая меньший диаметр и расположенная внутри части 12. Это может быть использовано и как самостоятельный вариант воплощения. Фиг. 6 иллюстрирует так называемое параллельное соединение двух конфигураций, включающих дополнительные части 16, 17 и 18. Дополнительные размеры и конфигурации, разумеется, также входят в изобретение.

На фиг. 7 показан еще один вариант осуществления сигнализирующего элемента, причем сигнализирующий элемент является релаксируемым (дезактивируемым). Для этого несколько площадок (islands) 15, состоящих из магнитно-твердого материала, расположены вдоль сигнализирующего элемента 12, 13 и 14 и изолированы от него. Когда указанные площадки намагничиваются магнитным полем, сигнализирующий элемент 14 переходит в основное состояние - дезактивируется и в результате не обнаруживается. Кроме того, технологичнее площадки по подложке целесообразно распределить случайным образом, причем данный способ дезактивации применим, разумеется, для любого варианта осуществления сигнализирующего элемента в соответствии с изобретением.

При использовании приведенных выше конструкций можно получить генерацию требуемых сигналов гармоник, обеспечивая посредством этого работу идентификационных устройств.

Фиг. 8 иллюстрирует транспондер, который может быть использован как для электромагнитного, так и для радиочастотного обнаружения, ниже обозначенных как ЭМ- и ВЧ-обнаружение соответственно.

Сигнализирующий элемент для ЭМ-обнаружения, состоящий из кольцевой части 12 и прямолинейных частей 13 и 14, размещают на одной стороне подложки 7 из электрически изолирующего материала. На другой стороне для ВЧ-обнаружения выполняют поверхность 19 из электропроводящего материала, эту поверхность соединяют через подложку с поверхностью 20 части 12 посредством сквозного контакта 21. Сигнализирующий элемент 12, 13 и 14 представляет собой катушку индуктивности, соединенную последовательно с конденсатором, состоящим из элементов 13 и 14, являющихся одной пластиной конденсатора, и поверхности 19, являющейся другой пластиной конденсатора. В результате индуктивность и конденсатор образуют резонансный контур для ВЧ-обнаружения.

Получен универсальный транспондер, не зависящий от используемой системы. Разумеется, в транспондере такого типа допустимо использование сигнализирующих элементов различных конфигураций, согласно изобретению.

Формула изобретения

1. Транспондер для системы обнаружения, содержащий передатчик для формирования переменного магнитного поля с заданной частотой и приемник, при этом транспондер содержит также сигнализирующий элемент, изготовленный из магнитно-мягкого материала, а приемник снабжен детектором для обнаружения высших частотных гармоник переменного поля, которые возбуждаются при помещении транспондера в переменное магнитное поле, отличающийся тем, что сигнализирующий элемент имеет форму замкнутого или разомкнутого кольца и по меньшей мере одну прямолинейную часть, выполненную из магнитно-мягкого материала, которая выходит из точки на кольце.

2. Транспондер по п.1, отличающийся тем, что прямолинейную часть размещена по касательной к кольцу.

3. Транспондер по п.2, отличающийся тем, что диаметр кольца и общая длина двух прямолинейных частей, контактирующих с той же точкой на кольце, равны.

4. Транспондер по п.1 или 2, отличающийся тем, что сигнализирующий элемент имеет две прямолинейные части, выходящие из одной точки на кольце, а несколько колец последовательно соединены посредством прямолинейных частей.

5. Транспондер по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что транспондер имеет сигнализирующий элемент, который размещен перпендикулярно указанному сигнализирующему элементу.

6. Транспондер по п.5, отличающийся тем, что по меньшей мере, сигнализирующие элементы содержат кольцевую часть меньшего диаметра, размещенную внутри другой кольцевой части и контактирующую с ней.

7. Транспондер по п.6, отличающийся тем, что сигнализирующие элементы имеют два набора кольцевых частей, размещенных один внутри другого и соединенных параллельно.

8. Транспондер по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что содержит площадки из магнитно-твердого материала, которые расположены так, что они по меньшей мере примыкают к сигнализирующему элементу.

9. Транспондер по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сигнализирующий элемент размещен на одной стороне подложки, выполненной из изолирующего материала, а поверхность из электрически проводящего материала, локально соединенная с сигнализирующим элементом, находится на другой стороне.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10