CN101151620A - 用于编码电子物品识别系统的标记器 - Google Patents

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Abstract

一种磁－机谐振电子物品识别系统中的编码标记器，包括具有改进的磁－机谐振性能的基于无定形磁性合金带的多个易延展的磁致伸缩元件或条。该编码标记器充分利用了改进的磁－机性能的优点，且一种电子物品识别系统使用该编码标记器。该改进的可编码和可解码的标记器/识别系统能够识别比常规系统多得多的物品数目。

Description

用于编码电子物品识别系统的标记器
技术领域
本发明涉及铁磁无定形合金带(ribbon)，并涉及用于电子物品识别系统的标记器，该标记器包括多个基于无定形磁致伸缩材料的矩形条(strip)，该多个矩形条在交变磁场中以若干倍的谐振频率机械振荡，由此该标记器的磁-机(magneto-mechanical)效应被有效地用于编码和解码目的。本发明还涉及利用这种标记器的电子识别系统。
背景技术
磁性材料的磁致伸缩是指磁性材料被施加外部磁场时发生尺寸变化的现象。当尺寸变化为材料在被磁化而伸长时，该材料称为是“正磁致伸缩的”。若材料是“负磁致伸缩的”，该材料在磁化时收缩。因此在任一情况下，磁性材料在处于交变磁场时振荡。当与交变场一起施加静态磁场时，该磁性材料的机械振荡的频率通过磁致弹性(magnetoelastic)耦合随所施加的静态场而变化。这通常称为ΔE效应，例如描述于S.Chikazumi(John Wiley & Sons，New York，1964，435页)的″Physics of Magnetism″。这里E(H)代表为施加场H的函数的杨氏模量，且材料的振荡或谐振频率fr通过下述方程与E(H)关联：
fr＝(1/2l)[E(H)/ρ]1/2(1)
其中l为材料的长度，ρ为材料的质量密度。上述的磁致弹性或磁-机效应被用于电子物品监督系统，这首先教导于美国专利No.4,510,489和4,510,490(下文中称为′489和′490专利)。这种监督系统的优点在于，该系统提供了高探测灵敏度、高工作可靠性和低工作成本的组合。
这种系统内的标记器为已知长度铁磁材料的一个或多个条，该铁磁材料用更硬磁性的铁磁体(具有更高矫顽磁性的材料)封装，该更硬磁性的铁磁体提供称为偏置场的静态场以建立峰值磁-机耦合。铁磁标记材料优选为无定形合金带，因为这些合金内的磁-机耦合效率非常高。机械谐振频率fr基本上是由合金带的长度和偏置场强确定的，如上述方程(1)所示。当在电子识别系统中碰到调谐为该谐振频率的询问信号时，该标记材料以大信号场来应答，该大信号场被系统内的接收器探测到。
在美国专利No.4,510,490中考虑多种无定形铁磁材料用于基于上述磁-机谐振的编码识别系统，且这些无定形铁磁材料包括无定形的Fe-Ni-Mo-B、Fe-Co-B-Si、Fe-B-Si-C和Fe-B-Si合金。在这些合金中，直到基于磁性谐波发生/探测的其它系统的磁-机谐振标记的偶然触发，可购得的无定形Fe-Ni-Mo-B基METGLAS2826MB合金才被广泛使用。这是因为当时使用的磁-机谐振标记有时呈现非线性BH特性，导致产生该激励场频率的更高次谐波。为了避免有时称为系统“污染问题”的这个问题，已经发明了-系列新的标记材料，这些标记材料的例子披露于美国专利No.5,495,231、5,539,380、5,628,840、5,650,023、6,093,261和6,187,112。尽管新的标记材料的性能平均而言优于原始′489和′490专利的监督系统中使用的材料，但是已经在例如美国专利No.6,299,702(下文中称为′702专利)中披露的标记材料中发现了略微更好的磁-机性能。这些新的标记材料需要复杂的热处理工艺以实现与例如′702专利中披露的性能相同的期望的磁-机性能。显然，需要一种不需要如此复杂后带(post-ribbon)制作工艺的新的磁-机标记材料，且本发明的一个目的是提供一种具有高磁-机性能而不导致前述“污染问题”的这种标记材料。完全利用本发明的该新的磁-机标记材料，本发明包括一种具有编码和解码能力的标记器以及使用该标记器的电子识别系统。具有磁-机标记器的编码监督系统教导于美国专利No.4,510,490，但是由于标记器内的有限的可用空间，组成的标记条的数目受限制，因此限制了使用这种标记器的编码和解码能力的领域。
显然，在具有编码和解码能力的电子物品识别系统中需要一种标记器，该标记器内的标记条的数目显著增加而不牺牲作为编码标记器的性能，该电子物品识别系统在下文中称为“编码电子物品识别系统”。
发明内容
依据本发明，基于磁-机谐振的电子识别系统的标记器内包含软磁性材料。
具有增强的整体磁-机谐振性能的标记材料是由无定形合金带制成，使得多个标记条容纳在编码标记器内。具有磁-机谐振能力的带式的软磁性材料铸在旋转基板上，如美国专利No.4,142,571所教导。当原铸(as-cast)带宽度宽于针对标记材料的预定宽度时，所述带切开成所述预定宽度。如此加工的带被切割成具有不同长度的易延展的矩形无定形金属条，以使用具有提供偏置静态磁场的至少一个半硬磁条的多个所述矩形无定形金属条来制作磁-机谐振标记器。
一种编码电子物品识别系统使用了本发明的编码标记器。该系统具有物品询问区域，其中本发明的磁-机标记器经历具有变化频率的询问磁场，对该询问磁场激励的信号响应被置于该物品询问区域内的具有一对天线线圈的接收器探测。
依据本发明的实施例，提供了一种磁-机谐振电子物品识别系统的编码标记器，用于以预选定频率机械谐振，该编码标记器包括：从无定形铁磁合金带切割成预定长度的多个易延展的磁致伸缩条，该无定形铁磁合金带具有沿带长度方向的曲率并在交变磁场激励下随静态偏置场呈现磁-机谐振，该磁致伸缩条具有垂直于带轴的磁性各向异性方向，其中至少两个磁致伸缩条用于磁性偏置以按照预选定频率的单一不同的频率谐振。
在选用的情况下，该标记条的曲率半径小于100cm。
依据本发明实施例，通过将其磁性各向异性方向垂直于带轴的无定形磁致伸缩合金带切割成具有预定长度的长度/宽度比大于3的矩形条来执行编码。
在选用的情况下，该条具有从约3mm至约15mm范围的条宽。
依据本发明实施例，该条具有在约4Hz/(A/m)至约14Hz/(A/m)范围的谐振频率相对于偏置场的斜率。
在选用的情况下，当条宽为6mm时，该条具有大于约18mm的长度。
依据本发明实施例，该条具有低于约120000Hz的磁-机谐振频率。
依据本发明实施例，该无定形铁磁合金带具有在约8ppm至约18ppm之间的饱和磁致伸缩和在约0.7特斯拉至约1.1特斯拉的饱和感应。
依据本发明实施例，该无定形铁磁合金带的无定形铁磁合金具有基于Fea-Nib-Moc-Bd的组成，其中30≤a≤43，35≤b≤48，0≤c≤5，14≤d≤20且a+b+c+d＝100，多达3原子％的Mo可选地被Co、Cr、Mn和/或Nb取代，以及多达1原子％的B可选地被Si和/或C取代。
依据本发明实施例，该无定形铁磁合金带的无定形铁磁合金包括下述组成之一：Fe40.6Ni40.1Mo3.7B15.1Si0.5、Fe41.5Ni38.9Mo4.1B15.5、Fe41.7Ni39.4Mo3.1B15.8、Fe40.2Ni39.0Mo3.6B16.6Si0.6、Fe39.8Ni39.2Mo3.1B17.6C0.3、Fe36.9Ni41.3Mo4.1B17.8、Fe35.6Ni42.6Mo4.0B17.9、Fe40Ni38Mo4B18或Fe38.0Ni38.8Mo3.9B19.3。
在选用的情况下，该编码标记器包括具有不同长度的至少两个标记条。
在选用的情况下，编码标记器包括具有不同长度的五个标记条。
在选用的情况下，该编码标记器具有约30000至约130000Hz之间的磁-机谐振频率。
在选用的情况下，该编码标记器对于具有两个和五个标记条的编码标记器，分别具有多达约1800和约1.15×108的分别可识别物品的电子识别全域(universe)。
在选用的情况下，该编码标记器具有包含超过1.15×108的分别可识别物品的电子识别全域。
依据本发明实施例，磁致伸缩条具有小于约120000Hz的磁-机谐振频率。
依据本发明实施例，一种电子物品识别系统具有解码编码标记器的编码信息的能力。该系统包括下述之一：一对线圈，发射AC激励场，瞄准该编码标记器以形成询问区域；一对信号探测线圈，从该编码标记器接收编码信息；电子信号处理装置，具有带有软件的电子计算机以解码该编码标记器上的信息；或者识别该编码标记器的电子装置，其中该编码标记器用于以预选定的频率机械谐振，其中该编码标记器包括从无定形铁磁合金带切割至预定长度的多个易延展的磁致伸缩条，该无定形铁磁合金带沿带长度方向具有曲率且在交变磁场激励下随静态偏置场呈现磁-机谐振，该磁致伸缩条的磁性各向异性方向垂直于带轴，其中至少两个该磁致伸缩条用于磁性偏置以按照该预选定频率的单一不同的频率谐振。
在选用的情况下，该标记条的曲率半径在约20cm至约100cm之间。
附图说明
参照对优选实施例的下述详细描述以及附图，将更加全面地理解本发明且其另外优点将变得显而易见。
图1A说明依据本发明实施例且具有偏置磁体的由无定形合金带切割成的条的侧视图，图1B说明具有偏置磁体的常规条的视图；
图2说明依据本发明实施例的单一条标记的磁-机谐振特性和常规单一条标记的磁-机谐振特性，将谐振频率示为偏置场的函数；
图3说明依据本发明实施例的单一条标记的谐振信号和常规条标记的谐振信号，将谐振信号幅值示为偏置场的函数；
图4说明在长度约38mm、宽度约6mm和厚度约28μm的本发明实施例的标记条上以60Hz采集的BH回路；
图5A说明依据本发明实施例的磁-机谐振标记器的实施例的物理外形的比较，图5B说明常规标记器的比较，两种情形中都利用了具有不同长度的两个标记条；
图6A说明本发明实施例具有不同长度的两个条的标记器的磁-机谐振特性，图6B说明具有不同长度的两个条的常规标记器的磁-机谐振特性；
图7说明图6A的低谐振频率区域附近的谐振信号廓线；
图8说明图6A的高谐振频率区域附近的谐振信号廓线；
图9-1和9-2说明本发明实施例的标记器，其中容纳了具有不同长度的三个条；
图10说明本发明实施例具有不同长度的三个条的标记器的磁-机谐振特性；
图11说明本发明实施例具有不同长度的五个条的标记器的磁-机谐振特性；以及
图12说明本发明实施例的编码电子物品识别系统。
具体实施方式
具有增强的整体磁-机谐振性能的标记材料是由无定形铁磁合金带制成的，使得多个标记条容纳在编码标记器内，其中至少两个该标记条用于磁偏置从而按照多个预选定频率中的单一不同的频率来机械谐振。具有磁-机谐振能力的带形磁性材料铸在旋转基板上，如美国专利No.4,142,571所教导。当标记材料的原铸的带宽度比预定宽度更宽时，该带切开成该预定宽度。如此加工的带被切割成具有不同长度的易延展的矩形无定形金属条，以使用具有提供偏置静态磁场的至少一条半硬磁条的多个所述矩形无定形金属条来制作磁-机谐振标记器。
在本发明一个实施例中，用于形成标记条的带的该无定形铁磁合金具有基于Fea-Nib-Moc-Bd的组成，其中30≤a≤43，35≤b≤48，0≤c≤5，14≤d≤20且a+b+c+d＝100，多达3原子％的Mo可选地被Co、Cr、Mn和/或Nb取代，以及多达1原子％的B可选地被Si和/或C取代。
在本发明一个实施例中，用于形成标记条的带的该无定形铁磁合金包括下述组成之一：Fe40.6Ni40.1Mo3.7B15.1Si0.5、Fe41.5Ni38.9Mo4.1B15.5、Fe41.7Ni39.4Mo3.1B15.8、Fe40.2Ni39.0Mo3.6B16.6Si0.6、Fe39.8Ni39.2Mo3.1B17.6C0.3、Fe36.9Ni41.3Mo4.1B17.8、Fe35.6Ni42.6Mo4.0B17.9、Fe40Ni38Mo4B18或Fe38.0Ni38.8Mo3.9B19.3。
因此，依据美国专利No.4,142,571所述的发明，铸造具有与可购得的无定形磁致伸缩METGLAS2826MB带的化学组成相似的化学组成的无定形合金带。所铸造的无定形合金具有约0.88特斯拉的饱和感应和约12ppm的饱和磁致伸缩。该带具有约100mm和约25mm的宽度，且其厚度约为28μm。该带随后切成具有不同宽度的窄带。切成的带随后被切割成具有在约15mm至约65mm范围内长度的易延展的矩形条。各个条具有微小曲率，该曲率反映了带铸造轮表面曲率。在切条时，初始曲率被调整。切、割形成的条的曲率如示例1所示被确定。图1A示出了本发明实施例的标记条10的物理外观，图1B示出了依据美国专利No.6,299,702披露的复杂热处理方法产生的传统条20的物理外观。如所示，本发明实施例的谐振标记偏置条配置中的磁力线11比图1B所示常规条的磁力线21更为封闭。这使得本发明实施例的标记条10和偏置磁体12之间的耦合优于常规条20和偏置磁体22之间的耦合，这导致在本发明实施例的谐振标记条两端的更少的磁通量泄漏。使用示例2的表征方法通过磁-机谐振性能来分别检查本发明实施例的谐振标记条和常规条。图2比较了本发明实施例的单一条标记830的谐振频率与偏置场的函数和常规条831的谐振频率与偏置场的函数。图2示出这两种情况下作为偏置场函数的谐振频率变化大约相同。图2所描述的谐振特性在设计具有去激活(deactivation)能力的谐振标记时是重要的，因为去激活是通过改变偏置场强度来改变谐振频率而实现的。在去激活时，谐振频率fr相对于偏置场Hb的斜率即dfr/dHb确定去激活的有效性，且因此对于有效谐振标记条而言是重要的因子。对于电子编码识别系统内的标记器，当在识别系统中期望更高的灵敏度时，谐振频率与偏置场之间更大的斜率通常是优选的。
两种情形之间的谐振响应的比较示于图3，其中V0为激励场关闭时的响应信号幅值，且V1为激励场终止后1msec时的信号幅值。显然，更高的V1/V0对于谐振标记器的更优性能而言是优选的。这两个信号幅值因此均在行业中作为磁-机谐振标记器的品质因子的一部分。图3示出了对于本发明实施例的谐振标记条，信号幅值V0441和V1442分别在Hb0＝500A/m和Hb1＝400A/m的偏置场时是最大的；对于常规谐振标记条，V0443和V1444分别在Hb0＝460A/m和Hb1＝400A/m的偏置场时是最大的。此外，图3示出了对于本发明实施例的谐振标记条在这些最大值点的比例V1/V0高于常规标记条，表明本发明实施例的标记条的信号保持优于常规标记条，因此增强了本发明编码电子识别系统的有效性。
表I概括了代表性常规标记条和本发明实施例的标记条示例之间对于标记条作为磁-机谐振器的性能而言是关键的参数的比较。注意，本发明实施例的标记条的性能接近或者优于常规标记条的性能。表I中本发明实施例的所有标记条均可以接受用于本发明实施例的标标记器。
在表I中，分别在Hb0和Hb1偏置场强度测量的V0和V1的最大信号电压以及具有图1A定义的条曲率h的本发明实施例的标记条在Hb1测量的谐振频率斜率dfr/dHb，分别与随机选择的十个常规标记条的相应特性进行比较。条的长度l均约为38mm，且其宽度约为6mm。各个标记条的曲率半径由h和l计算。各个条的谐振频率约为58kHz。
表I磁-机谐振特性
  标记器   V0max(mV)   Hb0(A/m)   V1max(mV)   Hb1(A/m)   dfr/dHb[Hz/(A/m)]   h(mm)   曲率半径(cm)
  常规   140～180   440～500   60～102   360～420   5.60～11.5   -   -
  本发明No.1   167   490   97   400   12.0   0.18   100
  No.2   156   470   86   410   9.50   0.18   100
  No3   159   490   84   410   12.5   0.20   90
  No.4   167   490   94   400   11.8   0.20   90
  No.5   183   458   110   390   11.8   0.23   78
  No.6   165   488   94   370   12.5   0.23   78
  No.7   178   471   106   391   12.3   0.28   65
  No.8   160   460   92   379   10.8   0.28   65
  No.9   157   461   87   351   9.10   0.36   50
  No.10   147   420   76   391   10.3   0.64   28
表I包含目前广泛使用的约6mm的标记条宽度的数据。本发明的一个方面提供具有不同于约6mm的宽度的标记条。用于表I的具有不同宽度的标记条是切自同一个带，且其磁-机谐振特性被确定。结果概括于表II。谐振信号电压V0max和V1max按预期随宽度减小而减小。特征场值Hb0和Hb1随宽度减小而减小是由于退磁效应。因此，必须相应地选择偏置场磁体。具有较小宽度的标记适用于较小的物品识别面积，而具有较大宽度的标记适用于较大的物品识别面积，这是因为来自较大标记条的谐振信号较大，如表II所示。由于谐振频率主要取决于条长度，如方程(1)所示，条宽度变化并不影响所使用的物品识别系统的谐振频率。
表II示出了具有图1A所定义的条高度h和具有不同条宽度的本发明实施例的标记条的磁-机谐振特性。V0max、Hb0、V1max和dfr/dHb的定义与表I相同。条的长度l均约为38mm。各个标记条的曲率半径由h和l计算。各个条的谐振频率约为58kHz。
表II磁-机谐振特性
  标记宽度(mm)   V0max(mV)   Hb0(A/m)   V1max(mV)   Hb1(A/m)   dfr/dHb[Hz/(A/m)]   h(mm)   曲率半径(cm)
  4   107   310   56   330   4.69   0.61   30
  5   153   300   76   300   6.05   0.41   44
  9   194   500   101   440   4.84   0.81   22
  14   321   590   174   511   4.86   0.84   21
本发明的另一方面提供可工作于不同条件的各种可用标记器。为此，通过改变制作标记条所使用的无定形磁性合金带的化学成分来改变磁-机谐振特性。所检查合金的化学成分示于表III中，该表给出了合金的饱和感应和磁致伸缩的值。这些合金的磁-机谐振性能的结果示于下表IV。
表III示出了本发明实施例的磁-机谐振标记器的磁致伸缩无定形合金示例的成分、饱和感应Bs和饱和磁致伸缩λs。Bs值是由方程3所述的DC BH回线测量来确定，λs值是通过使用经验公式λs＝kBs 2，根据S.Ito等人的Applied Physics Letters，vol.37，p.665(1982)使用k＝15.5ppm/特斯拉2来计算。
表III磁致伸缩无定形合金
  合金编号   标记化学成份(原子数％)   饱和感应Bs(特斯拉)   饱和磁致伸缩λs(ppm)
  A   Fe40.6Ni40.1Mo3.7B15.1Si0.5   0.88   12
  B   Fe41.5Ni38.9Mo4.1B15.5   0.98   15
  C   Fe41.7Ni39.4Mo3.1B15.8   1.03   16
  D   Fe40.2Ni39.0Mo3.6B16.6Si0.6   0.93   13.5
  E   Fe39.8Ni39.2Mo3.1B17.6C0.3   0.94   14
  F   Fe36.9Ni41.3Mo4.1B17.8   0.83   10.5
  G   Fe35.6Ni42.6Mo4.0B17.9   0.81   10
  H   Fe39.6Ni38.3Mo4.1B18.0   0.88   12
  I   Fe38.0Ni38.8Mo3.9B19.3   0.84   11
表IV示出了具有图1A定义的条高度h的本发明实施例的表III所列具有不同化学成分的标记条的磁-机谐振特性。V0max、Hb0、V1max和dfr/dHb的定义与表I相同。条的长度l均约为38mm。各个标记条的曲率半径由h和l计算。各个条的谐振频率约为58kHz。
表IV
表III中合金的磁-机谐振特性
  合金编号No.   V0max(mV)   Hb0(A/m)   V1max(mV)   Hb1(A/m)   dfr/dHb[Hz/(A/m)]   曲率半径(cm)
  A   184   370   94   330   8.10   71
  B   174   490   89   348   10.4   36
  C   188   471   70   368   13.0   33
  D   158   580   83   580   4.85   33
  E   160   320   72   300   8.80   25
  F   160   341   84   329   7.06   34
  G   154   420   94   389   8.51   36
  H   171   472   85   351   9.73   27
  I   146   352   60   250   13.4   30
表III所列具有不同化学成分的所有无定形合金均具有如表IV所示的出色的磁-机谐振特性，因此可用于本发明实施例的编码电子识别系统。
此外，依据示例1的切成约6mm宽的带被切割成具有不同长度的条，且检查其磁-机谐振性能。除了上文表I、II和IV所涵盖的性能之外，使用下述方程进行补充测试以确定磁-机谐振条的有效性：
V(t)＝V0exp(-t/τ)   (2)
其中t为AC场激励终止之后测量的时间，τ为谐振信号衰减的特征时间常数。表I、II和IV中V1max的值是由t＝1msec的数据来确定。结果示于表V，其中概括了表征不同条长度的谐振性能的其他参数。注意，fr与上文给出的方程(1)的关系非常吻合。另外注意，τ随条长度增大而增大。如果延迟信号探测是优选的话，则较大值的时间常数τ是优选的。然而，在询问AC场扫过的编码电子物品识别系统中，表I中V0的值比V1的值更关键。
如表V所示，确定具有不同长度l的本发明实施例的标记条的磁-机谐振特性。各个条的宽度和厚度分别为约6mm和约28μm。谐振频率fr和时间常数τ分别在方程(1)和(2)中定义。V0max、Hb0、V1 max、Hb1和dfr/dHb的定义与表I相同。条的高度h在图1中定义，各个条的曲率半径由h和l计算。
表V
  条长度/(mm)   fr(Hz)   V0max(mV)   Hb0(A/m)   时间常数T(msec)   V1max(mV)   Hb1(A/m)   dfr/dHb[Hz/(A/m)]   曲率半径(cm)
  18.01   120,772   73   610   0.85   23   520   6.65   26
  20.16   108,536   68   550   0.92   25   370   8.07   22
  24.99   87,406   94   460   1.16   42   338   6.55   22
  30.02   72,284   135   461   1.35   69   342   9.44   36
  35.03   61,818   143   387   1.74   79   322   8.73   29
  37.95   56,782   160   389   1.86   91   337   7.89   31
  41.90   51,336   184   389   2.03   109   350   6.67   43
  46.95   45,992   178   330   2.49   116   320   5.21   45
  52,12   41,438   197   331   2.69   132   312   5.28   35
  56.99   37,900   187   292   3.30   135   291   5.93   37
  62.07   34,864   197   293   3.56   148   279   4.94   34
在本发明实施例的标记条中产生磁-机谐振所需的除了表III列出的例如饱和磁感应和磁致伸缩的基本磁性性能之外，标记条中为易磁化方向的磁性各向异性的方向必须基本上垂直条的长度方向。实际情况正是如此，如图4所示，该图描述了对上述表V约38mm长的条使用示例3的测量方法在60Hz取的BH回线。图4的BH回线表明在H＝0的剩余磁感应即B(H＝0)接近零，且由B/H定义的磁导率在H＝0附近是线性的。图4所示BH回线的形状是典型的磁条BH性能，其中磁性各向异性的平均方向垂直条的长度方向。图4所示本发明实施例的标记条的磁化行为的结果为，当该条置于AC磁场中时较高阶谐波不会产生。因此，在“背景技术”一节中提到的系统“污染问题”得以最小化。为了进一步核查这一点，将来自图4的标记条的更高阶谐波信号与基于磁性谐波产生/探测的电子物品监督系统的标记条的更高阶谐波信号进行比较。该比较结果示于下面的表VI中。
如图VI所示，对本发明实施例的标记条和基于Co基METGLAS2714A合金的标记条的磁性更高阶谐波信号进行比较，其中后者广泛用于基于磁性谐波产生/探测系统的电子物品监督系统。两种情况的条尺寸相同，约为38mm长且约6mm宽。基本激励频率为2.4kHz，并通过使用示例4的谐波信号探测方法来比较25阶谐波信号。
表VI
  标记器类型   25阶谐波信号(mV)
  本发明   4
  谐波标记器   40
如表VI所示，来自本发明实施例标记器的可忽略的小谐波信号并不触发基于磁性谐波发生/探测的电子物品监督系统。
具有不同长度的本发明实施例的两个标记条随机选自如表I、II、IV和V中所表征的多个条，并安装在彼此顶部上，且形成如图5A中条110和条111所示的标记。具有不同长度的这两个标记条容纳在非磁性外部壳体100和101之间的中空区域内。偏置磁体120附着在壳体101的外表面上。为了比较，两个常规标记条的标记配置在图5B中由条210和211所示，其中该两个条可用的平面区域与图5A的两个条相同。图5B中的数字200、201和220分别对应于图5A中的项100、101和120。
与图5A相对应的本发明实施例的两个条标记的磁-机谐振性能示于图6A，其是针对来自表V的包含约20mm的条和约57mm的条的标记；且与图5B相对应的依据′490专利制备的常规两个条标记的磁-机谐振性能示于图6B，其使用长度约20mm和约57mm的两个条。从图6A-6B显见，来自本发明实施例的两个标记条的整体信号幅值显著高于来自两个常规标记条的整体信号幅值。对于图5A所示的本发明实施例的标记的情形，来自本发明实施例的较长尺寸的条的信号幅值V0(示于图6A)比其相应的图5B较长尺寸的常规标记条的值V0(示于图6B)高约280％。对于较短尺寸的条，本发明实施例的条产生的信号幅值V1(示于图6A)比其相应的常规标记条的信号幅值V1(示于图6B)高370％。图6A所示低谐振频率fr＝38610Hz附近的放大谐振幅值分布图示于图7，该图示出该磁-机谐振的宽度约为420Hz，其中该磁-机谐振的宽度定义为幅值变为峰值幅值1/2的点的频率宽度。对于fr＝109070Hz附近的高谐振频率区域，信号幅值具有约660Hz的频率宽度，示于图8。下文中称为谐振线宽的该频率宽度被用于确定具有略微不同长度的两个标记条的两个相邻谐振频率之间的最小谐振频率分离(frequency separation)。
图9-1示出包含随机选自上文的表I、II和IV的具有不同长度的三个标记条311、312和313的本发明实施例的标记器。两个外部壳体300和301之间的腔空间302容纳本发明实施例的标记条311、312和313，且数字330表示附着在壳体301外部表面上的偏置磁体。具有长度约25mm、约38mm和约52mm且宽度约6mm的三个条的标记的磁-机谐振特性示于图10。注意，在图6A和图7中，观察到的机械谐振是明显的，在约40000Hz的低谐振频率区域附近的谐振线宽约400Hz，且在约110000Hz的高谐振频率区域附近的谐振线宽约700Hz，如图6A和图8所示，表明本发明实施例的标记中具有不同长度的标记条之间的磁-机干扰不显著，这反过来使得可以堆叠超过三个的标记条。条与条之间无磁-机干扰在图9-2中是明显的，因为具有不同长度的三个标记条沿条宽度方向的中心附近的线相互接触。类似地，从表I、II、IV和V的条选择具有约30mm、约38mm、约42mm、约47mm和约52mm的不同长度和约6mm宽度的五个条，并制作标记。该五个条的标记的谐振特性示于图11。利用不同长度标记条的本发明实施例的标记器谐振特性的概括列于表VII。
如表VII所示，谐振信号V0max和V1max位于来自本发明编码标记器的相应谐振频率fr。
表VII
  标记样品   V0max(mV)   V1max(mV)   条长度(mm)
  No.1(偏置＝461A/m)
  fr1＝51,300   92   43   42
  fr2＝61,250   104   48   35
  No.2(偏置＝301A/m)
  fr1＝38,070   133   90   57
  fr1＝109,070   55   10   20
  No.3(偏置＝360A/m)
  fr1＝37,880   100   57   57
  fr2＝57,260   69   24   38
  fr3＝108,440   45   3   20
  No.4(偏置＝420A/m)
  fr1＝46,100   65   28   47
  fr2＝57,100   53   24   38
  fr3＝72,720   61   14   30
  No.5(偏置＝399A/m)
  fr1＝41,590   92   47   52
  fr2＝57,070   75   3   38
  fr3＝87,060   59   12   25
  No.6(偏置＝490A/m)
  fr1＝37,640   61   20   57
  fr2＝45,740   55   12   47
  fr3＝56,680   68   21   38
  fr4＝86,280   48   4   25
  No.7(偏置＝550A/m)
  fr1＝41,440   51   12   52
  fr2＝45,930   42   5   47
  fr3＝51,510   45   6   42
  fr4＝56,770   42   5   38
  fr5＝72,080   50   4   30
在表VII中，标记条宽度和厚度分别为约6mm和约28μm。
表VII中给出的谐振信号V0max和V1max明显足以在本发明实施例的电子物品识别系统内被探测到。表V中的数据得到谐振频率fr和条长度之间的关系，该关系为：
fr＝2.1906×106//(Hz)
其中l为条长度，单位为mm。使用与方程(1)一致的该关系，由将带切割成预定长度的容差所引起的谐振频率的变率(variability)如下所述来确定。fr和l之间的上述关系得到Δfr/Δl＝-2.906×106/2l2，其中Δfr为由于条长度变化Δl引起的谐振频率的改变。使用可购得的带切割器(ribbon cutter)可实现标记条切割容差是通过将标称或目标条长度与表V中给出的实际长度比较来确定的。例如，表V中长度为18.01mm的条具有18mm的目标条长度，导致0.01mm的切割容差。使用由此得到的切割机器容差，计算由于条长度变率引起的频率变率Δfr，该频率变率Δfr是在对于较短条的约3Hz至对于较长条的约400Hz的范围内。由于较长条的谐振线宽约为400Hz，如图7所示，且对于较短条约为700Hz，如图8所示，在本发明实施例的电子物品识别系统中可识别的最小频率分离被确定为约800Hz。因此，为了确保不出现错误识别，选择2kHz的谐振频率分离来确定选定全域中的可识别物品的数目，其中该谐振频率分离大于该最小可识别谐振频率分离的两倍。表V中列出的标记条涵盖的谐振频率范围为约34000Hz至约120000Hz，覆盖了约86000Hz的谐振频率段。使用2kHz的谐振频率分离用于无错误识别，如上文所确定的，当标记仅具有一个条时电子可识别物品的数目变为43，当本发明实施例的具有长度不同的2、3、4和5个标记条的标记器用于本发明编码电子物品识别系统中时，该电子可识别物品的数目分别增大至特定全域中的约1800、7400、2.96×106和1.155×108。通过增加更多的标记条和/或改变标记器内的偏置场的水平，可以进一步增大可识别或编码物品的数目。
上述编码标记器501有效地用于本发明实施例的电子物品识别系统，如图12所示。在图12中，载有本发明实施例的编码标记器501的待识别物品502置于询问区域510内，该询问区域510被一对询问线圈511侧翼包围。线圈511朝向待识别物品502发射由电子装置512馈送的具有变化频率的AC磁场，该电子装置512包括信号发生器513和AC放大器514，该电子装置512由电子电路盒515控制其开启-闭合操作。当物品502置于区域510内时，电子电路盒515开启从最低频率扫到最高频率的询问AC场频率，其范围依赖于标记器的预定频率范围。在这种频率扫描中，在一对信号接收线圈516内探测到来自本发明实施例的编码标记器501的谐振信号，得到如图11所示例性示出的谐振信号分布图。通过信号探测器517获得的信号分布图存储于计算机518内，计算机518被编程以识别编码在本发明实施例的编码标记器501内的谐振频率序列。当该识别完成时，计算机518将该识别的信号报告结果发送到识别器519和电子电路盒515以重置该系统。如果期望如此，则在物品502离开询问区域510之后，通过退磁该标记器内的偏置磁体可以去激活本发明实施例的编码标记器。
上文提供的编码电子物品识别系统用于通过扫描具有变化频率的AC激励场而用于识别物品。在特定情况下，需要延迟识别，这可以通过跟踪如图3、图5(a)、图10和图11所示的V1来实现。在电学上这是通过编程图12中的计算机517以处理作为扫描频率的函数的V1来实现的。
示例1
使用常规金属带切割器将条带切割成易延展的矩形条。通过测量条长度l上方弯曲表面的高度h来光学地确定各个条的曲率，如图1A所定义。
示例2
在布置有供应静态偏置场的一对线圈的配置中确定磁-机性能，通过电压计和示波器测量被补偿线圈(bucking coil)补偿的信号探测线圈中出现的电压。因此，所测量的电压与探测线圈相关联，并表示相对信号幅值。激励AC场是由可购得的函数发生器和交流(AC)放大器来供应。来自电压计的信号电压被制成表格，且可购得的计算机软件用于分析和处理所收集的数据。
示例3
可购得的DC BH回线测量设备用于测量作为施加场H函数的磁感应强度B。对于AC BH回线测量，使用与示例4类似的激励线圈-探测线圈组件，且将来自探测线圈的输出信号馈送到电子积分器。积分信号随后被校准以给出样品的磁感应强度B的值。依据施加场H来绘制所得的B，得到AC BH回线。对于AC和DC的情形，施加场以及测量的方向均沿标记条的长度方向。
示例4
将按示例1准备的标记条置于预定基本频率的激励AC场中，且由包含该标记条的线圈来探测其高阶谐波响应。激励线圈和信号探测线圈缠绕在直径约50mm的筒管上。激励线圈和信号探测线圈中的缠绕数目分别为约180和约250。基本频率选择为2.4kHz，且其在激励线圈的电压约为80mV。测量来自信号探测线圈的25阶谐波电压。
因此，在本发明实施例中，标记条曲率的曲率半径可以小于约100cm，或者介于约20cm和约100cm之间。
在选用的情况下，通过将其磁性各向异性方向垂直于带轴的无定形磁致伸缩合金带切割成具有预定长度的长度/宽度比大于3的矩形条，由此执行编码。
此外，在选用的情况下，矩形条具有从约3mm至约15mm的条宽度。
在本发明实施例中，矩形条具有从约4Hz(A/m)至约14Hz(A/m)的谐振频率对偏置场的斜率。
在选用的情况下，当矩形条宽度为6mm时，该矩形条具有大于约18mm的长度。
此外，在选用的情况下，该矩形条具有小于约120000Hz的磁-机谐振频率。
在本发明实施例中，无定形铁磁合金带具有介于约8ppm和约18ppm的饱和磁致伸缩和介于约0.7特斯拉和约1.1特斯拉的饱和感应。
在本发明实施例中，编码标记器包括具有不同长度的至少两个标记条。在选用的情况下，该编码标记器包括具有不同长度的五个标记条。
在本发明实施例中，编码标记器具有介于约30000和约130000Hz的磁-机谐振频率。
在本发明实施例中，对于分别具有两个和五个标记条的编码标记器，该编码标记器具有包含多达约1800和约1.15×108可分别识别的物品的电子识别全域。
在本发明实施例中，编码标记器具有包含多于1.15×108可分别识别的物品的电子识别全域。
因此，在本发明实施例中，用于按预选定频率机械谐振的磁-机谐振电子物品识别系统的编码标记器包括从无定形铁磁合金带切割成预定长度的多个易延展的磁致伸缩条，该无定形铁磁合金带具有沿带长度方向的曲率并在交变磁场激励下随静态偏置场呈现磁-机谐振，该磁致伸缩条具有垂直于带轴的磁性各向异性方向，其中至少两个该磁致伸缩条用于磁性偏置以按照预选定频率的单一不同的频率谐振。
此外，在本发明选定实施例中，电子物品识别系统具有解码编码标记器的编码信息的能力。该编码标记器用于按预选定的频率机械谐振，且该编码标记器包括从无定形铁磁合金带切割成预定长度的多个易延展的磁致伸缩条，该无定形铁磁合金带具有沿带长度方向的曲率并在交变磁场激励下随静态偏置场呈现磁-机谐振，该磁致伸缩条具有垂直于带轴的磁性各向异性方向，其中至少两个该磁致伸缩条用于磁性偏置以按照该预选定频率的单一不同的频率谐振。该电子物品识别系统包括下述之一：一对线圈，发射AC激励场，瞄准该编码标记器以形成询问区域；一对信号探测线圈，从该编码标记器接收编码信息；电子信号处理装置，具有带有软件的电子计算机以解码在该编码标记器上编码的信息；或者识别该编码标记器的电子装置。因此，除了提供编码标记器的识别，该电子物品识别系统可以识别附着有该编码标记器的物品。
尽管已经示出和描述了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员将会理解，可以在这些实施例内进行变化而不背离本发明的原则和精神，本发明的范围由权利要求书及其等同特征定义。

Claims (17)

1.一种磁-机谐振电子物品识别系统的编码标记器，用于以预选定频率机械谐振，所述编码标记器包括：从无定形铁磁合金带切割成预定长度的多个易延展的磁致伸缩条，所述无定形铁磁合金带具有沿带长度方向的曲率并在交变磁场激励下随静态偏置场呈现磁-机谐振，所述磁致伸缩条具有垂直于带轴的磁性各向异性方向，其中至少两个所述磁致伸缩条用于磁性偏置以按照所述预选定频率的单一不同的频率谐振。
2.如权利要求1所述的编码标记器，其中所述标记条的曲率半径小于大约100cm。
3.如权利要求1所述的编码标记器，其中通过将磁性各向异性方向垂直于带轴的无定形磁致伸缩合金带切割成具有预定长度的长度/宽度比大于3的矩形条来执行编码。
4.如权利要求3所述的编码标记器，其中所述磁致伸缩条具有从约3mm至约15mm范围的条宽。
5.如权利要求4所述的编码标记器，其中所述磁致伸缩条具有从约4Hz/(A/m)至约14Hz/(A/m)范围的谐振频率相对于偏置场的斜率。
6.如权利要求4所述的编码标记器，其中当条宽为6mm时，所述磁致伸缩条具有大于约18mm的长度。
7.如权利要求6所述的编码标记器，其中所述磁致伸缩条具有低于约120000Hz的磁-机谐振频率。
8.如权利要求1所述的编码标记器，其中所述无定形铁磁合金带具有在约8ppm至约18ppm之间的饱和磁致伸缩和在约0.7特斯拉至约1.1特斯拉之间的饱和感应。
9.如权利要求8所述的编码标记器，其中所述无定形铁磁合金带的无定形铁磁合金具有基于Fea-Nib-Moc-Bd的组成，其中30≤a≤43，35≤b≤48，0≤c≤5，14≤d≤20且a+b+c+d＝100，多达3原子％的Mo可选地被Co、Cr、Mn和/或Nb取代，以及多达1原子％的B可选地被Si和/或C取代。
10.如权利要求8所述的编码标记器，其中所述无定形铁磁合金带的无定形铁磁合金包括下述组成之一：Fe40.6Ni40.1Mo3.7B15.1Si0.5、Fe41.5Ni38.9Mo4.1B15.5、Fe41.7Ni39.4Mo3.1B15.8、Fe40.2Ni39.0Mo3.6B16.6Si0.6、Fe39.8Ni39.2Mo3.1B17.6C0.3、Fe36.9Ni41.3Mo4.1B17.8、Fe35.6Ni42.6Mo4.0B17.9、Fe40Ni38Mo4B18或Fe38.0Ni38.8Mo3.9B19.3。
11.如权利要求1所述的编码标记器，其中所述编码标记器包括具有不同长度的至少两个标记条。
12.如权利要求11所述的编码标记器，其中所述编码标记器包括具有不同长度的五个标记条。
13.如权利要求12所述的编码标记器，其中所述编码标记器具有约30000至约130000Hz之间的磁-机谐振频率。
14.如权利要求13所述的编码标记器，其中所述编码标记器对于具有两个标记条的编码标记器，则具有多达约1800的分别可识别物品的电子识别全域；对于具有五个标记条的编码标记器，则具有多达约1.15×108的分别可识别物品的电子识别全域。
15.如权利要求13所述的编码标记器，其中所述编码标记器具有包含超过1.15×108的分别可识别物品的电子识别全域。
16.一种具有解码编码标记器的编码信息的能力的电子物品识别系统，所述系统包括下述之一：
一对线圈，发射具有变化频率的AC激励场，瞄准所述编码标记器以形成询问区域；
一对信号探测线圈，从所述编码标记器接收编码信息；
电子信号处理装置，具有带有软件的电子计算机以解码在所述编码标记器上编码的信息；或者
识别所述编码标记器的电子装置，
其中所述编码标记器用于以预选定的频率机械谐振，其中所述编码标记器包括从无定形铁磁合金带切割至预定长度的多个易延展的磁致伸缩条，所述无定形铁磁合金带沿带长度方向具有曲率且在交变磁场激励下随静态偏置场呈现磁-机谐振，所述磁致伸缩条的磁性各向异性方向垂直于带轴，且其中至少两个所述磁致伸缩条用于磁性偏置以按照所述预选定频率的单一不同的频率谐振。
17.如权利要求1所述的编码标记器，其中所述标记条的曲率半径在约20cm至约100cm之间。
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