"APARELHO PARA DESATIVAÇÃO DE UM MARCADOR EAS MAGNETOMECÂNICO"
Campo da Invenção
Essa invenção refere-se geralmente à vigilância de artigo eletrônico (EAS), e pertence mais particularmente aos chamados "desativadores" para tornar os marcadores EAS inativos.
Fundamentos da Invenção
Tem sido um hábito na indústria de vigilância de artigo eletrônico aplicar marcadores EAS a artigos de propa- ganda. O equipamento de detecção é posicionado nas saídas do armazenamento para detectar tentativas de remoção dos marca- dores ativos das instalações de armazenamento, e para gerar um alarme em tais casos. Quando um cliente apresenta um ar- tigo para pagamento no caixa, um funcionário do caixa remove o marcador do artigo, ou desativa o marcador utilizando um dispositivo de desativação fornecido para desativar o marcador.
Os dispositivos de desativação conhecidos incluem uma ou mais bobinas que são energizáveis a fim de gerar um campo magnético de amplitude suficiente para tornar o marca- dor inativo. Um tipo bem conhecido de marcador (descrito na patente U.S. No. 4.510.489) é conhecido como marcador "mag- netomecânico". Os marcadores magnetomecânicos incluem um e- lemento ativo e um elemento de orientação. Quando o elemento de orientação é magnetizado de determinada forma, o campo magnético orientado resultante aplicado ao elemento ativo faz com que o elemento ativo seja mecanicamente ressonante em uma freqüência predeterminada mediante exposição a um si- nal de interrogação que alterna na freqüência predetermina- da. O equipamento de detecção utilizado com esse tipo de marcador gera o sinal de interrogação e então detecta a res- sonância do marcador induzido pelo sinal de interrogação. De acordo com uma técnica bem conhecida para desativar os mar- cadores magnetomecânicos, o elemento de orientação é desmag- netizado pela exposição do elemento de orientação a um campo magnético alternado que possui uma magnitude inicial que é superior à coercibilidade do elemento de orientação, e então cai para zero. Depois que o elemento de orientação é desmag- netizado, a freqüência de ressonância do marcador é adequa- damente mudada da freqüência de sinal de interrogação prede- terminada, e a resposta do marcador para o sinal de interro- gação está em uma amplitude muito baixa para a detecção por parte do aparelho de detecção.
Em um dispositivo de desativação convencional, um circuito de acionamento aplica ocasionalmente um sinal de acionamento possuindo uma forma de onda AC decadente para uma bobina ou bobinas. O circuito de acionamento é acionado para gerar o sinal de acionamento em resposta a um botão ou comutador acionado pelo funcionário do caixa, ou pelo cir- cuito que detecta a presença de um marcador ativo.
Mais recentemente, nos pedidos de patente co- pendentes que são comumente cedidos com o presente pedido, foi proposta a eliminação do mecanismo de acionamento e o acionamento da bobina ou bobinas do dispositivo de desativa- ção com uma sinusóide AC de onda contínua possuindo ma am- plitude constante (ou uma versão periodicamente interrompida de tal sinal), como descrito no pedido No. 08/794.012, depo- sitado em 3 de fevereiro de 1997, ou com ciclos únicos sepa- rados de um sinusóide AC, também com amplitudes de pico constantes, como descrito no pedido no. 09/110.508, deposi- tado em 6 de julho de 1998. No caso de ambos esses esquemas de excitação de bobina, a diminuição exigida no sinal apli- cado ao marcador EAS é realizada pela varredura do marcador além das bobinas de desativação de forma que o campo aplica- do ao marcador é atenuado à medida que o marcador deixa a região na qual o campo é irradiado.
As descrições dos pedidos de patente ' 012 e '508 são incorporadas aqui por referência.
Apesar da varredura dos marcadores além das bobi- nas do dispositivo de desativação poder funcionar de forma bem eficiente, algumas vezes é desejável se fornecer um dis- positivo de desativação que não exija que o marcador seja varrido. Um exemplo de tal dispositivo de desativação é o chamado desativador de "volume" descrito na patente U.S. No. 5.7 81.111. (A patente vIll possui um inventor em comiam e um cessionário em comum com o presente pedido, e a descrição da mesma é incorporada aqui por referência).
Adicionalmente, a eficiência de energia melhorada é outro objetivo desejável para os dispositivos de desativa- ção de marcador.
Objetivos e Sumário da Invenção É um objetivo primário da presente invenção se fornecer um circuito de energização eficiente para um dispo- sitivo de desativação de marcador EAS.
É um objetivo adicional da invenção se fornecer um circuito de energização que torne o dispositivo de desativa- ção conveniente para uso.
De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um aparelho para desativar um marcador EAS magnetomecânico, o aparelho incluindo uma bobina para a geração de um campo magnético ao qual o marcador será exposto, a bobina possuin- do um primeiro terminal e um segundo terminal, um capacitor de armazenamento, um primeiro comutador conectado entre o capacitor de armazenamento e o primeiro terminal da bobina, um segundo comutador conectado entre o segundo terminal da bobina e o terra, um terceiro comutador conectado entre o capacitor de armazenamento e o segundo terminal da bobina, um quarto comutador conectado entre o primeiro terminal da bobina e o terra, e um circuito de controle para controlar os primeiro, segundo, terceiro e quarto comutadores e fazer com que os primeiro e segundo comutadores sejam abertos e o terceiro e quarto comutadores fechados durante uma primeira seqüência de intervalos de tempo, e fazer com que os tercei- ro e quarto comutadores sejam abertos e os primeiro e segun- do comutadores fechados durante uma segunda seqüência de in- tervalos de tempo intercalados com a primeira seqüência de intervalos de tempo, e fazendo com que todos os primeiro, segundo, terceiro e quarto comutadores sejam abertos durante uma terceira seqüência de intervalos de tempo, um intervalo respectivo dentre a terceira seqüência de intervalos de tem- po intercalando entre cada par seqüencial dos intervalos das primeira e segunda seqüências. Preferivelmente, as durações respectivas dos intervalos das primeira e segunda seqüências ambas diminuem de forma monotônica durante o curso, respec- tivamente, das primeira e segunda seqüências. 0 circuito de controle inclui preferivelmente um circuito para a geração de um sinal de inclinação e um circuito de comparação para comparar um nível de sinal na bobina com o sinal inclinado, e o circuito que responde ao circuito de comparação para en- cerrar de forma seletiva os intervalos das primeira e segun- da seqüências. Pelo menos uma bobina adicional pode ser co- nectada em série ou em paralelo com a bobina supra citada.
Os intervalos de tempo da terceira seqüência, corresponden- tes aos "períodos mortos" entre os intervalos das primeira e segunda seqüências nas quais a bobina é acionada, são prefe- rivelmente muito mais longos em duração do que os intervalos das primeira e segunda seqüências, que são bem curtos. Con- sequentemente, o ciclo de tarefa efetivo do dispositivo de desativação é muito baixo, de forma que o consumo de energia é baixo.
De acordo com outro aspecto da invenção, é forne- cido um método de desativação de um marcador EAS magnetome- cânico, o método incluindo as etapas de fornecimento de uma bobina, aplicação de uma seqüência de primeiros pulsos DC à bobina, os primeiros pulsos todos sendo de uma primeira po- laridade, aplicação de uma seqüência de segundos pulsos DC à bobina, os segundos pulsos sendo intercalados no tempo com os primeiros pulsos e de uma segunda polaridade oposta à primeira polaridade, e exposição do marcador EAS a um campo magnético formado pelos pulsos na bobina. Preferivelmente ambos os primeiros pulsos e os segundos pulsos diminuem de forma monotônica em amplitude através de um intervalo de tempo comum.
Os objetivos acima, bem como outros objetivos, ca- racterísticas e vantagens da invenção serão compreendidos adicionalmente a partir da descrição detalhada a seguir das modalidades preferidas e práticas da mesma e a partir dos desenhos, onde referências numéricas similares identificam componentes e partes similares.
Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 é formada a partir das figuras 1A, 1B e 1C, que juntamente constituem um diagrama esquemático de um circuito de energização de bobina de desativação de acordo com os ensinamentos da presente invenção.
As figuras 2A, 2B, 3A-3E e 4 são todas diagramas de forma de onda que indicam os sinais presentes nas respec- tivas partes do circuito da figura 1.
A figura 5 é um diagrama de circuito esquemático que ilustra uma parte do circuito da figura 1, quando modi- ficado de acordo com uma modalidade alternativa da invenção.
Descrição das Modalidades Preferidas e Práticas
Uma primeira modalidade da invenção será agora descrita, com referência à figura 1, que é um diagrama de circuito esquemático composto pelas figuras 1A a 1C. Indicada pela referência numérica 10 na figura 1a, encontra-se uma bobina instalada em um dispositivo de desa- tivação de marcador e energizada seletivamente para fins de geração de um campo magnético ao qual os marcadores EAS mag- netomecânicos são expostos para desativação. Apesar de ape- nas uma bobina ser indicada na referência numérica 10, deve- se compreender que duas ou mais bobinas podem ser emprega- das, conectadas em série ou em paralelo uma com a outra.
Indicado também no circuito da figura 1A encontra- se um capacitor de armazenamento de volume 12. De acordo com uma modalidade preferida da invenção, o capacitor 12 possui uma taxa de 1.000 microfarads, apesar de capacitores maiores ou menores, ou um banco de capacitores, poderem ser alterna- tivamente empregados.
Conectado entre o capacitor 12 e um primeiro ter- minal da bobina 10 encontra-se um primeiro comutador de transistor SW1. Um segundo comutador de transistor SW2 é co- nectado entre um segundo terminal da bobina 10 e o terra.
Um terceiro comutador de transistor SW3 é conecta- do entre o capacitor 12 e o segundo terminal da bobina 10; e um quarto comutador de transistor SW4 é conectado entre o primeiro terminal da bobina 10 e o terra. No desenho, todos os quatro comutadores de transistor são ilustrados como sen- do constituídos por transistores bipolares de porta isolada (IGBT); entretanto, outros tipos de transistores, tais como MOSFET, podem ser utilizados. Outros tipos de elementos de comutação podem ser empregados como alternativas para os co- mutadores de transistor. Um primeiro circuito sensor de corrente 14 é co- nectado à bobina 10 por meio do comutador SW2. Nos momentos nos quais o comutador SW2 está em uma condição fechada, o circuito sensor de corrente 14 converte um nivel de corrente presente na bobina 10 em um nível de tensão a ser fornecido para um circuito de controle que será descrito abaixo. Tam- bém ilustrado na figura IA encontra-se um segundo circuito sensor de corrente 16, conectado à bobina 10 por meio do co- mutador SW4. O circuito sensor de corrente 16 fornece ao circuito de controle um nível de tensão que representa o ní- vel de corrente na bobina 10 nos momentos nos quais o comu- tador SW4 está em uma condição fechada.
Como será observado, o circuito de controle con- trola os respectivos estados dos comutadores de transistor SW1 a SW4 de forma que uma seqüência de pulsos DC, de pola- ridade alternada, seja aplicada à bobina 10, com os pulsos diminuindo em amplitude com o tempo para gerar um campo de sinal que desmagnetiza substancialmente o elemento de orien- tação de um marcador magnetomecânico posicionado perto da bobina.
O circuito de controle que gera os sinais de con- trole aplicados aos comutadores SWl a SW4 é ilustrado nas figuras 1B e 1C.
Com referência inicialmente à figura 1B, a saída do sinal de sensor de corrente do circuito sensor de corren- te 14 é aplicada à entrada não invertida de um primeiro com- parador 18. Além disso, a saída do sinal de sensor de cor- rente pelo circuito sensor de corrente 16 é aplicada à en- trada não invertida de c um segundo comparador 20.
Um circuito indicado por 22 na figura IB produz um sinal de saída possuindo uma forma de onda de inclinação crescente. O sinal de inclinação crescente é mudado em nível e invertido por um circuito 24 para formar um sinal de saída possuindo uma forma de onda de inclinação descendente. O si- nal de inclinação descendente é fornecido em paralelo com as respectivas entradas invertidas dos comparadores 18 e 20. Os sinais de saída dos comparadores 18 e 20 são aplicados para "limpar" as entradas de um primeiro flip-flop do tipo D 2 6 (figura 1C) e de um segundo flip-flop do tipo D 28, respec- tivamente. Um primeiro sinal de relógio indicado por 3 0 é aplicado à entrada do "relógio" do flip-flop 26. Um segundo sinal de relógio, indicado por 32, é aplicado à entrada de "relógio" do flip-flop 28. Em uma modalidade preferida da invenção, ambos os sinais de relógio estão substancialmente a 500 Hz7 e estão substancialmente 180 fora de fase um com o outro.
No caso de cada um dos fIip-fIops 26, 28, a saída invertida respectiva dos mesmos é conectada á entrada "D" do respectivo flip-flop. A saída não invertida do flip-flop 26 é fornecida em paralelo como um sinal de controle para os comutadores SWl e SW2. A saída não invertida do flip-flop 28 é fornecida em paralelo como um sinal de controle para os comutadores SW3 e SW4. Consequentemente, os comutadores SWl e SW2 são efetivamente unidos sob o controle do flip-flop 26, e os comutadores SW3 e SW4 são efetivamente unidos sob o controle do flip-flop 28. Quando a saída do flip-flop 26 es- tá em um nível lógico "alto", os comutadores SWl e SW2 estão em uma condição fechada; em todos os outros momentos os co- mutadores SWl e SW2 são mantidos em uma condição aberta.
Quando a saída do flip-flop 28 está em um nível lógico "al- to", os comutadores SW3 e SW4 estão em uma condição fechada; em todos os outros momentos os comutadores SW3 e SW4 são mantidos em uma condição aberta.
A operação do circuito da figura 1 será agora des- crita, com referência às figuras de 2 a 4.
As figuras 2A e 2B compartilham uma escala hori- zontal comum, que é ilustrada de forma explícita na figura 2A. A figura 2A ilustra uma forma de onda inclinada crescen- te repetida gerada pelo circuito 22 da figura IB. A figura 2B ilustra um sinal de inclinação decrescente repetido gera- do pelo circuito 24 e aplicado em paralelo às entradas in- vertidas dos comparadores 18 e 20.
As figuras 3A a 3E todas possuem uma escala hori- zontal comum, que corresponde a um período de tempo de cerca de 5 milisegundos (as graduações para a escala horizontal compartilhada são explicitamente ilustradas apenas na figura 3B).
A figura 3A ilustra uma forma de onda indicativa da saída do flip-flop 26. A forma de onda da figura 3A é uma série de pulsos breves. Visto que a saída do flip-flop 26 é o sinal de controle para os comutadores SWl e SW2, os perío- dos breves durante os quais o sinal da figura 3A está em um nível lógico "alto" correspondem aos momentos nos quais os comutadores SW1 e SW2 estão em uma condição fechada. Em to- dos os outros momentos os comutadores SWl e SW2 estão em uma condição aberta. O tempo no qual cada pulso da figura 3A co- meça corresponde a uma borda de elevação do sinal de relógio de 500 Hz aplicada ao flip-flop 26. Consequentemente, os pulsos ilustrados na figura 3A estando em intervalos de substancialmente 2 milisegundos. 0 tempo no qual cada pulso da figura 3A termina é determinado por uma borda em elevação do sinal de saída do comparador 18, aplicada para "limpar" o terminal do flip-flop 26. 0 tempo da saída do comparador 18, por sua vez, depende da relação entre os respectivos níveis de sinal de inclinação descendente aplicado à entrada inver- tida do comparador 18, e o sinal de sensor de corrente apli- cado à entrada não invertida do comparador 18.
Durante os intervalos breves quando a saída do flip-flop 26 está em um alto nível, os comutadores SWl e SW2 são fechados, permitindo que um pulso DC seja aplicado à bo- bina 10 a partir do capacitor 12 na direção do comutador SWl para o comutador SW2. Esses pulsos de corrente são indicados por 40, 42 e 44 na figura 3E, que ilustra a forma de onda do sinal da corrente na bobina 10, com a direção de fluxo de corrente do comutador SWl para o comutador SW2 sendo levada como a polaridade positiva. A saída de pulsos de sensor de corrente correspondente do circuito sensor de corrente 14 é indicada por 50, 52 e 54 na figura 3C. Seria relembrado que os pulsos do sinal de sensor de corrente são fornecidos como sinais de entrada para a entrada não invertida do comparador 18. O traço de sinal 56 ilustrado na figura 3C corresponde ao sinal de inclinação decrescente suprido para a entrada invertida do comparador 18. 0 ponto de interseção dos pulsos 50, 52, 54 com o traço de sinal inclinado decrescente 56 são indicativos dos tempos nos quais os pulsos do sinal de con- trole da figura 3A são encerrados por comparação do sinal de saída do comparador 18. Será reconhecido que, à medida que o nível do sinal de inclinação decrescente diminui, a duração da saída dos pulsos de sinal de controle do fIip-fIop 26 di- minui, como a amplitude de pico dos pulsos de corrente DC 10 aplicados seqüencialmente à bobina 10.
A figura 3B é indicativa da saída de sinal de con- trole do fIip-fIop 28 para o controle dos comutadores SW3 e SW4. Os tempos no início dos pulsos ilustrados na figura 3B são determinados pelas bordas em elevação do relógio de 500 Hz aplicado ao flip-flop 28. Dessa forma, os pulsos na figu- ra 3B começam em intervalos de 2 milisegundos, e o trem de pulso ilustrado na figura 3B está em um desvio de fase de 180 do trem de pulso da figura 3A. Será notado também que, entre cada pulso da figura 3A e o próximo pulso sucessivo da figura 3B, existe um período de intercalação que é substan- cialmente mais longo em duração do que as respectivas dura- ções de qualquer um dos pulsos.
Durante os intervalos breves quando o sinal de controle do flip-flop 28 está em um nível lógico "alto", os comutadores SW3 e SW4 são fechados, de forma que um sinal de corrente DC é induzido na bobina 10 a partir do capacitor de armazenamento 12 na direção do comutador SW3 para o comuta- dor SW4. Os pulsos de polaridade negativa ilustrados na fi- gura 3Ε por 60 e 62 são indicativos desses sinais de pulso de corrente. Os níveis de tensão de sensor de corrente cor- respondente que saem do circuito sensor de corrente 16 e fornecidos como sinais de entrada para a entrada não inver- tida do comparador 20, são indicados por 790, 72 na figura 3D. Na figura 3D, o traço 56 representa novamente o sinal de inclinação descendente, que como notado anteriormente entra na entrada invertida do comparador 20. Dessa forma, as in- terseções dos pulsos 70, 72 com o traço 56 determinam os tempos dos fins dos pulsos de sinal de controle da figura 3B, que por sua vez controla o encerramento dos pulsos de corrente de sentido negativo aplicados à bobina 10.
A figura 4 ilustra, em uma escala de tempo mais comprimida, o traço de nível de sinal de corrente da figura 3E. Como observado a partir da figura 4, um trem de pulsos DC é aplicado à bobina 10, os pulsos possuindo polaridades alternadas e uma amplitude decrescente governada pelo nível do sinal de inclinação decrescente aplicado às entradas in- vertidas dos comparadores 18, 20.
O circuito para carregar o capacitor 12 não é i- lustrado nos desenhos, mas pode ser como o descrito na pa- tente U.S. referida acima No. 5.781.111. No circuito da pa- tente 4111, o capacitor de armazenamento é isolado de forma intermitente da bobina de desativação, e durante tais perío- dos é carregado a partir de um sinal de linha de energia. Na presente invenção, períodos alternados dentre os períodos que correspondem ao sinal de inclinação decrescente podem ser utilizados para carregar, com os outros períodos utili- zados para gerar trens de pulso ilustrados na figura 4.
Será reconhecido que a seqüência da amplitude de- crescente, pulsos DC de polaridade alternada ilustrados na figura 4 fornecem um campo magnético que operará para des- magnetizar o ímã de orientação de um marcador EAS magnetome- cânico apresentado na bobina 10, e sem exigir um movimento relativo entre o marcador e a bobina. O circuito ilustrado na figura 1 deve ser altamente eficiente em termos de ener- gia, visto que o ciclo de tarefa é bem baixo. Adicionalmen- te, o circuito ilustrado aqui é relativamente simples, e de- ve, portanto, ser econômico de se fabricar.
A figura 5 ilustra uma alternativa para uma dispo- sição de uma bobina e quatro comutadores na figura IA. Na disposição da figura 5, duas bobinas e seis comutadores são fornecidos. Com a disposição da figura 5, duas bobinas, pos- sivelmente dispostas com orientações ortogonais (como na mo- dalidade ilustrada na figura 8 do pedido de patente co- pendente No. 09/016.175, depositado em 30 de janeiro de 1998, e cedido de forma comum ao presente pedido), podem ser acionadas em modos alternados.
A figura 5 ilustra a mesma bobina 10 e comutadores SWl, SW2, SW3 e SW4 como ilustrado na figura IA. Também i- lustrada na figura 5 encontra-se uma segunda bobina 80, que possui um terminal conectado à junção dos comutadores SW3 e SW2. O comutador SW5 é conectado entre o capacitor de arma- zenamento (não ilustrado na figura 5) e o outro terminal da bobina 80, enquanto que o comutador SW6 é conectado entre o último terminal da bobina 80 e um terceiro circuito sensor de corrente, que não é ilustrado. Todos os seis comutadores podem ser comutadores de transistor tais como IGBT.
No primeiro modo de operação dessa modalidade da invenção, os comutadores SW5 e SW6 são mantidos em uma con- dição aberta, de forma que a bobina 80 esteja efetivamente fora do circuito; os comutadores SWl a SW4 são operados da mesma forma que a descrita acima com relação às figuras de 2 a 4.
No segundo modo de operação dessa modalidade da invenção, os comutadores SWl e SW4 são mantidos em uma con- dição aberta para remover de forma eficiente a bobina 10 do circuito, e os comutadores SW3, SW6, SW5 e SW2 são operados da mesma forma para as operações dos comutadores SWl a SW4 no primeiro modo.
Dessa forma, no primeiro modo de operação, um trem de pulso como o da figura 4 é aplicado a bobina 10, e no se- gundo modo de operação um trem de pulso similar é aplicado à bobina 80. Será compreendido que o aparelho deve ser comuta- do repetidamente entre os primeiro e segundo modos de opera- ção em intervalos curtos.
Está dentro da capacidade dos versados na técnica a modificação do circuito de controle das figuras IB e IC para implementar os dois modos de operação descritos acima.
Várias mudanças nos dispositivos de desativação acima e modificações nas práticas descritas podem ser intro- duzidas sem se distanciar da invenção. As modalidades parti- cularmente preferidas da invenção são dessa forma destinadas a serem ilustrativas e não limitadoras. 0 verdadeiro espíri- to e escopo da invenção são apresentados nas reivindicações a seguir.