NL9301541A - Antenne voor electromagnetisch detectiestelsel. - Google Patents

Description

Antenne voor electromagnetisch detectiestelsel

De uitvinding betreft een electromagnetisch detectiestelsel, omvattend een zend-ontvanginrichting die met tenminste één antenne-ele-ment is gekoppeld voor het vormen van een electromagnetisch onder-vragingsveld en een aantal responders, die onder invloed van het ondervragingsveld een detecteerbaar signaal kunnen genereren. Dergelijke electromagnetische detectiestelsels zijn ingericht voor het detecteren en herkennen van bepaalde personen, voorwerpen, voertuigen, dieren en dergelijke, danwel de klasse of groep waartoe personen, voorwerpen, voertuigen, dieren en dergelijke behoren. Een dergelijk stelsel omvat responders, die in een geschikt ondervragingsveld een gecodeerd signaal genereren. Een dergelijke responder is bijvoorbeeld beschreven in octrooi NL 176 404 van aanvraagster. Deze responder vindt op grote schaal toepassing in o.a. automatische veevoedersystemen. Een koe of een varken draagt bijvoorbeeld een responder aan een halsband. Als deze responder in de nabijheid van een zendspoel, waarmee een electromagnetisch ondervragingsveld wordt uitgezonden, komt, reageert de responder daarop door het uitzenden van een unieke code. Deze code wordt door een antenne opgevangen, welke dezelfde kan zijn als de zendantenne, in een electronische inrichting gedetecteerd en aan een computer toegevoerd. De computer bepaalt dan hoeveel voer het dier nog tegoed heeft, waarna deze hoeveelheid automatisch in een voerbak in de nabijheid van het dier kan worden gedeponeerd. Een hekconstructie zorgt ervoor dat alleen het bedoelde dier haar portie ontvangt en dat het dier bij het eten niet door andere dieren wordt gestoord. In de praktijk is het vaak zo, dat men voor het detecteren van de responder van een dier, het dier als het ware door de antenne heen laat lopen. In dat geval heeft de antennespoel de daarvoor geëigende afmetingen, bijvoorbeeld 2x1 meter.

Het is een voordeel, dat de antennespoel resoneert op de systeemfre-quentie. Immers dan wordt door de opslingering de stroom in de kring veel groter dan de stuurstroom, zodat ook bij een geringe stuur-stroom een bepaalde veldsterkte kan worden bereikt. Bovendien vormt de resonerende spoel voor de ontvangen signalen een filter die vooral storingen met lage frequenties uitfiltert.

Traditioneel bestaat de antennespoel uit meerdere windingen. Daarnaast moet de spoel robuust zijn (bestand tegen aanvreten door dieren en tegen het stalmilieu) en zal deze ter bescherming in een omhulsel moeten worden aangebracht. Dit omhulsel, bijvoorbeeld een buis, moet weer worden behandeld en afgedicht tegen o.a. vochtin-dringing.

In de praktijk leiden deze eisen vaak tot ingewikkelde en bezwaarlijke constructies van de antennespoel, die bovendien, wat het installeren betreft, veel tijd vergen.

Genoemde bezwaren kunnen worden ondervangen door toepassing van een antennespoel met slechts één winding. De antenne kan worden geconstrueerd uit een sterke metalen geleider, bijvoorbeeld roestvrij staal. Hierdoor wordt een robuuste antenne verkregen en behandeling tegen vocht en mechanische bescherming is niet meer noodzakelijk.

Het ook mogelijk, zoals beschreven in EP 0 331 269, om een deel van de fysiek aanwezige constructie te gebruiken als éénwindingantenne-spoel.

Om de gewenste impedantie-aanpassing tussen de antennespoel en de zend- ontvanginrichting te verkrijgen, wordt een impedantie-trans-formator toegepast. Het electromagnetische detectiestelsel heeft dan een electrische configuratie zoals geschetst in figuur 1. Een zend- ontvang-inrichting (1) is door middel van een impedantie-transforma-tor (2) gekoppeld met een éénwindingantennespoel (3). Gezien de relatief hoge stromen die in spoel (3) kunnen vloeien en de lage toegelaten impedantie van spoel (3), wordt de transformator (2) bij voorkeur zo dicht mogelijk bij spoel (3) aangebracht.

Het detectiestelsel wordt op de juiste afstem-frequentie gebracht door middel van een regelbare condensator, die is aangebracht aan de primaire zijde van de antenne-transformator (2).

Het bezwaar van deze manier van afstemmen is dat de afstemcapaciteit zeer afhankelijk is van de transformatie-verhouding van de transformator (2). Doordat de transformator onderdeel uitmaakt van de reso-nantiekring zullen de verliezen in de transformator (2) ook van invloed zijn op de kwaliteitsfactor Q van de afgestemde antenne.

De uitvinding beoogt deze bezwaren te ondervangen. Hiertoe wordt de schakeling zodanig gewijzigd, dat resonantie nog uitsluitend in het secundaire circuit van de transformator optreedt. De éénwindingantennespoel moet dan met een afstemcondensator resoneren op de werk-frequentie van het systeem. Deze stap is niet voor de hand liggend, immers de zelfinductie van een éénwindingantenne is zeer klein, zodat een erg grote waarde voor de afstemcondensator moet worden gekozen. Bij het realiseren van een antennekring met een hoge kwaliteitsf actor is de bandbreedte klein en moet de afstemming nauwkeurig worden verzorgd. Een continue afstemmogelijkheid is dan zeer wenselijk. Een zeer grote condensator continu instelbaar maken is technisch moeilijk te realiseren.

Afstemmen op de gewenste frequentie kan ook geschieden door de zelfinductie van de resonantiekring regelbaar te maken. Een regelbare zelfinductie als afstemelement in serie met de antennespoel maakt dit mogelijk.

In het navolgende wordt de uitvinding aan de hand van figuren nader beschreven.

Figuur 1 toont schematisch een gebruikelijke configuratie van een éénwindingantenne van een electromagnetisch identificatiesysteem. Figuur 2 toont schematisch de electrische configuratie van een detectiestelsel volgens de uitvinding.

Figuur 3 toont schematisch de electrische configuratie van de automatische afstemming.

Figuur 4 toont schematisch een andere configuratie voor de automatische afstemming.

Figuur 5 toont schematisch de ongewenste koppeling tussen twee antennes en de gebruikte compensatieschakeling.

Figuur 6 geeft een uitvoeringsvoorbeeld van de compensatieschakeling.

Figuur 2 toont schematisch de electrische configuratie van een detectiestelsel volgens de uitvinding. De zend-ontvanginrichting (1) is gekoppeld aan een impedantie-transformator (2) die voor de juiste impedantie-aanpassing zorgt. De transformator(2) is aangesloten op de antennespoel (3) door middel van een afstemelement (4), dat er voor zorgt dat de antennespoel (3) op de juiste frequentie wordt afgestemd. Afstemmen aan de secundaire zijde van de transformator (2) door middel van een afstemelement (4) heeft als voordeel dat de afstemming niet afhankelijk is van de transformatie-verhouding van de transformator (2) maar alleen van de impedantie van de antennespoel (3). Tevens zijn de verliezen in de transformator (2) veel lager doordat deze geen deel meer uitmaakt van het resonantiecir-cuit.

Afstemmen van de resonantiefrequentie van de antennekring op de systeemfrequentie kan worden gerealiseerd door een gelijkstroom in de regelbare zelfinductie te sturen. Door voormagnetiseren van de kern ontstaat dan een verandering van de permeabiliteit van de spoelkern en zal de zelfinductie overeenkomstig veranderen. Er kan zelfs een schakeling worden bedacht waarin deze afstemming automa- tisch wordt gerealiseerd.

In figuur 3 is een dergelijke uitvoering schematisch getoond. Een fasevergelijkschakeling (7) vergelijkt de fase van stroom en spanning en regelt de gelijkstroom door het afstemelement totdat er geen faseverschil tussen stroom en spanning meer bestaat: de kring resoneert. Om de resonantiefrequentie goed in te stellen, moet stroom en spanning worden gemeten. Bij resonantie is niet alleen stroom en spanning in fase, maar zijn beiden ook maximaal.

Een andere uitvoering, getoond in figuur 4, maakt hiervan gebruik. Eénwindingantennes zijn vaak erg groot uitgevoerd, zodat de magnetische koppeling tussen twee zulke antennes, die bij verschillende zend/ontvangers horen, lang niet altijd 0 is. Indien twee zulke antennes in eikaars nabijheid staan, dan is er sprake van overspraak van signalen van de ene naar de andere antenne en vice versa. Indien dit beperkt blijft tot alleen het zendsignaal is dit geen groot probleem. Doordat frequentieverschillen van verschillende zenders klein zijn, ontstaan er zwevingen met deze zeer lage frequentie. Deze zwevingen zijn op eenvoudige wijze in de ontvanger te filteren. Ook respondersignalen worden via deze ongewenste koppeling doorgegeven. Bijvoorbeeld zal een responder die in het veld van een antenne (3) wordt geactiveerd, een signaal in antenne (3) opwekken. Het signaal dat de responder direct in een andere niet al te verre antenne opwekt, is erg zwak. Echter door de magnetische koppeling van de grote antennelussen, wordt op deze indirecte wijze toch een signaal doorgegeven en kan de responder op de verkeerde plaats worden gedetecteerd.

Om deze koppeling tegen te gaan is parallel aan de antennespoelen, die mogelijk dit effect vertonen, een transformator met regelbare koppeling aangesloten.

In figuur 5 is dit getoond. De toegevoegde transformator (8) is met een zodanige fase aangesloten, dat bij juiste instelling de koppeling, die tussen de grote spoelen aanwezig is, juist wordt gecompenseerd.

Een praktische uitvoering van deze transformator is in figuur 6 getoond. De transformator (8) bestaat hier uit twee potkernhelften (9) die onderling verschuifbaar op een as (10) zijn gemonteerd. Het verschuiven van de potkernhelften (9) over deze as (10) naar elkaar toe vergroot de magnetische koppeling tussen de twee helften en vice versa.

Claims (7)

1. Een electromagnetisch identificatiesysteem, waarbij de zend- en ontvangantenne is uitgevoerd als een lus met slechts één winding, die door middel van een transformator met de zend/ontvang-inrich-ting is gekoppeld, met het kenmerk, dat het secundaire circuit van de transformator, waarop de éénwindingantenne in serie met een condensator is aangesloten, resoneert op de werkfrequentie van het identificatiesysteem.

2. Een electromagnetisch identificatiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in serie met de éénwindingantenne een spoel met regelbare zelfinductie is aangesloten, waardoor de kring op de resonantiefrequentie is af te stemmen.

3. Een electromagnetisch identificatiesysteem volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de zelfinductie van de spoel wordt bepaald door de kern van de spoel voor te magnetiseren door een gelijkstroom van bepaalde waarde in een winding van de spoel te laten stromen.

4. Een electromagnetisch identificatiesysteem volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een magnetisch onderdeel de functie van regelbare spoel en van transformator combineert.

5. Een electromagnetisch identificatiesysteem volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de afstemming van de resonantiefrequentie van de kring door middel van de regelbare spoel automatisch wordt gerealiseerd door de spoel op te nemen in een regellus, waarbij een dusdanige stroom in de stuurwikkeling van de regelbare zelfinductie wordt gestuurd, dat stroom en spanning in de resonantiekring dezelfde fase krijgen.

6. Een elektromagnetisch identificatiesysteem volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de afstemming van de resonantiefrequentie van de kring door middel van de regelbare spoel automatisch wordt gerealiseerd door de spoel op te nemen in een regellus, waarbij een dusdanige stroom in de stuurwikkeling van de regelbare zelfinductie wordt gestuurd, dat stroom of spanning in de resonantiekring maximaal wordt.

7. Een electromagnetisch identificatiesysteem volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat parallel aan de éénwindingantennespoel een wikkeling van een transformator met regelbare koppeling is aangesloten, waarbij een tweede wikkeling van deze transformator parallel aan een tweede antennespoel van een tweede zendontvanger is aangesloten en waarbij de regelbare koppeling van de transformator zodanig wordt ingesteld dat de magnetische koppeling die tussen de beide antennespoelen aanwezig is, hierdoor wordt gecompenseerd.