CN102089792A - 具有金属检测能力的电子商品防盗系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用电子商品防盗(“EAS”)系统检测金属的方法。所述EAS系统包括发射器和接收器。发射EAS询问信号以建立询问区。所述EAS询问信号被用于检测在所述询问区内的EAS标记和金属物体。接收所述EAS信号并且在金属检测周期期间检测在所述询问区内是否存在金属物体。基于在已接收的所述EAS询问信号中的微扰检测所述金属物体。所述金属检测周期与至少一个EAS检测周期周期性地散布。

Description

具有金属检测能力的电子商品防盗系统及其方法

相关申请的交叉引用

本发明涉及并要求2008年7月7日提交的标题为“INCORPORATION OF METAL/MAGNET DETECTIONMECHANISM IN ACOUSTIC EAS SYSTEMS”(声学EAS系统中金属/磁体检测机制的结合)的美国临时专利申请No.61/134,137的优先权，其整体内容通过引用包含于此。

技术领域

本发明总体涉及电子商品防盗(“EAS”)系统，并且更具体地说，涉及用于在声学EAS系统中结合金属或磁性检测器的方法和系统。

背景技术

电子商品防盗(“EAS”)系统通常被用于零售商店或其它环境中，以防止从受保护区域未授权地移走商品。通常，检测系统被构建在受保护区域的出口，其包括能在整个出口(被称为“询问区”)产生电磁场的一个或多个发射器和天线(“架台”)。将受到保护的物品用EAS标记做标签，当激活时，在通过此询问区时EAS标记会产生响应信号。在同一个“架台”或另一个“架台”中的天线和接收器检测该响应信号并产生报警。

在声磁(“AM”)EAS系统中，EAS标记中关键的活性元件是一条或多条熔铸非晶磁性带。当将其放置在标记内部的特定的磁偏置条件下时，这些带以其固有的共振频率接收并储存磁场能。

因此，一旦关掉从检测系统中的发射器发射的能量源时，标记变成信号源，并且能以其共振频率辐射电磁能。由于缺少发射场，导致此信号(即使小)也能容易地被接收器检测到。

由于此过程的特征，导致与EAS标记或者发射器接近的其它磁性材料或金属可能对EAS系统的最佳性能产生干扰。用于检测金属和磁性材料的常规系统已知的有(例如)美国专利No.4,709,213，“MetalDetector Having Digital Signal Processing”(具有数字信号处理过程的金属检测器)、美国专利No.5,414,411，“Pulse Induction MetalDetector”(脉冲感应金属检测器)和美国专利申请公开No.2007/0046288，“Hybrid-Technology Metal Detector”(混合技术的金属检测器)。

之间也已总地提出了使用EAS系统进行金属检测的系统，例如，欧洲专利No.EP0736850，“Method for preventing shoplifting andelectronic theft detection system”(防止商店偷盗的方法和电子盗窃检测系统)。然而，诸如此类的系统仅提供了与EAS系统相邻的金属检测系统，但没有提供任何用于提高效率和降低实际地将其组合成一个系统的成本的机制。

因此，需要一个在其中通过结合地将金属检测功能并入到EAS系统的方式来实现金属检测的系统。

发明内容

本发明有利地提供了用于在电子商品防盗(“EAS”)系统的询问区内检测金属物体的方法和系统。总体上，使用与用于检测EAS标记相同的设备检测金属物体。金属检测周期和EAS标记检测周期随着时间周期性地散布。

根据本发明的一个方面，提供了使用EAS系统检测金属的方法。所述EAS系统包括发射器和接收器。发射EAS询问信号以建立询问区。所述EAS询问信号被用于检测询问区内的EAS标记和金属物体。接收EAS信号并且在金属检测周期期间检测在询问区内是否出现金属物体。基于已接收的EAS询问信号中的微扰检测金属物体。金属检测周期与至少一个EAS检测周期周期性地散布。

根据本发明的另一方面，一种用于电子商品防盗的系统包括发射器、接收器和金属检测器。所述发射器可操作用于发射EAS询问信号。所述EAS询问信号建立询问区并被用于检测询问区内的EAS标记和金属物体。所述接收器可操作用于接收EAS询问信号。所述金属检测器可操作用于检测在金属检测周期期间与EAS系统接近的金属物体。基于已接收的EAS询问信号中的微扰检测金属物体。金属检测周期与至少一个EAS检测周期周期性地散布。

根据本发明的又一方面，一种金属检测系统包括发射器、接收器和金属检测器。所述发射器可操作用于在发射窗期间产生电磁信号。所述电磁信号建立询问区并被用于检测询问区内的EAS标记和金属物体。所述接收器可操作用于在检测窗期间检测从EAS标记接收的信息。所述金属检测器可操作用于基于金属物体产生的电磁信号中的微扰在发射窗期间检测与询问区接近的金属物体。

附图说明

通过参考下面结合附图考虑的详细描述，将更容易全面地理解本发明及其伴随的优点和特征，其中：

图1是根据本发明的原理构造的具有一体化金属检测能力的示例性声学电子商品防盗(“EAS”)检测系统的框图；

图2是根据本发明的原理构造的示例性EAS系统控制器的框图；

图3是示出声学EAS检测系统的时序方案的时序图；

图4是示出根据本发明原理的包括混合检测窗的声学EAS检测系统的时序方案的时序图；

图5是示出根据本发明的原理的混合的和仅EAS窗交错的时序图；

图6是根据本发明的原理的示例性金属检测过程的流程图；

图7是根据本发明的原理构造的EAS检测系统的示例性系统控制器的框图；

图8是根据本发明的原理构造的、具有基于背景发射取消(transmission cancellation)的一体化金属检测能力的EAS检测系统的可供选择的系统控制器的框图；

图9是示出在7英尺打开系统中已检测的金属信号与物体与接收器的距离的变化的曲线图；以及

图10是根据本发明的原理构造的、具有使用只接收天线的一体化金属检测能力的EAS检测系统的可供选择的系统控制器的框图。

具体实施方式

在详细描述根据本发明的示例性实施例之前，要注意的是实施例主要以涉及实现结合地将金属检测功能并入到电子商品防盗(“EAS”)系统的系统和方法的装置组件和处理步骤的组合存在。因此，在图中已适当地通过常用的符号表示系统和方法组件，其仅示出与理解本发明实施例的有关的那些具体细节，以便不会以对于阅读本文说明书的本领域的普通技术人员来说将容易明了的细节来模糊本发明。

本文使用的相关术语，例如，“第一”和“第二”、“顶部”和“底部”等可以仅用于区别一个实体或元件与另一个实体或元件，不是必需地要求或暗示着这些实体和元件之间的任何物理或逻辑关系或顺序。

本发明的一个实施例有利地提供了用于在EAS系统询问区中检测金属的方法和系统。EAS系统使用与用于检测EAS标签相同的硬件检测金属的存在。

现在参照绘制的图形(其中类似的参考标号表示类似的元件)，图1中示出了根据本发明的原理构造并且被设置在例如场所的入口的示例性EAS检测系统10的一个构造。EAS检测系统10包括在入口14的相对侧的一对架台12a，12b(一起地标注为架台12)。EAS检测系统10的一个或多个天线可以被包括在以已知距离间隔设置的架台12a和12b中。设置在架台12中的天线电连接至控制EAS检测系统10的操作的控制系统16。系统控制器16可以可选地电连接至磁场检测器17，以更准确地检测是否存在内衬金属箔的包。下面更详细地结合系统控制器16讨论磁场检测器17的操作。

现在参照图2，示例性EAS控制系统可以包括控制器18(例如，处理器或微处理器)、电源20、收发器22、存储器24(可以包括非易失性存储器、易失性存储器或其组合)、通信接口26和报警器28。控制器18控制无线通信、将数据存储至存储器24、将已存储的数据与其它装置进行通信和激活报警器28。电源20(例如，电池或AC电源)向EAS控制系统16供电。报警器28可以包括软件和硬件，所述软件和硬件用于响应于在EAS系统10的询问区内检测到EAS标记和/或金属而提供可视的和/或能听到的报警。

收发器22可以包括电连接至一个或多个发射天线32的发射器30和电连接至一个或多个接收天线36的接收器34。可供选择地，单个天线或一对天线可以既用作发射天线32又用作接收天线36。发射器30使用发射天线32发射射频信号，以“激活”EAS系统10的询问区内的EAS标记。接收器34使用接收天线36检测EAS标记的响应信号。

存储器24可以包括金属检测模块38，用于检测询问区内是否出现金属。下面更详细地描述金属检测模块38的操作。

现在参照图3，示出的是一个EAS系统的示例性检测周期40的时序图。利用EAS标记特有的特征，EAS检测系统可以在一个时间周期内发射脉冲串，接着在一个检测周期40内的随后的时间段“收听”响应信号。在一个实施例中，EAS检测周期40包括4个独立的时间段：发射窗42、标签检测窗44、同步窗46和噪声窗48。示例性检测周期40为以90Hz的频率持续11.1msec。在检测周期40的起始处，在发射窗42期间发射58kHz电磁(“EM”)场的1.6毫秒的脉冲串，即射频信号，以“激活”具有同为58kHz频率的固有共振频率的EAS标记。在发射窗42的结束处，EAS标记已接收并储存可观的能量；因此，当实际EAS标记所存储的能量逐渐消失(通常被称为“衰荡”)时，其变成以58kHz共振的能量/信号源。已发射的EM场可以比EAS标记信号大几个数量级。因此，接收器34在发射期间不工作。在发射器30停止发射EM能后，接收器34开始“收听”是否存在EAS标记信号。在标签检测窗44内，当背景很安静，即发射器30被关闭时，能够很容易地检测EAS标记信号。为了进行证实，在完成发射EM能脉冲串之后，接收器34还会在同步窗46和噪声窗48期间，即3.9msec和5.5msec期间分别再次收听。到此为止，EAS标记内的能量应该几乎完全消失，并且不能被检测到。然而，如果仍然存在信号，则可以表示存在某种未知的干扰源并且报警器28将会失效。

现在参考图4，在本发明的一个实施例中，金属检测周期50包括代替发射窗42的金属检测窗52。金属检测周期50的其余部分与原来的检测周期40相同，即标签检测窗44、同步窗46和噪声窗48。一种用于检测金属的方法基于EM激发期间感应的涡流。感应的涡流消失地非常快，在良导体的情况下该消失时间的数量级为数十微秒。使用不良导体，消失的情况较差。即使使用良导体，涡流消失的时间也比声学标记中消失的时间小约两个数量级。

在金属检测发射周期50终止后，EAS检测系统10继续检测标记。在这种情况下，可以使用同样的发射EM激发来检测是否存在金属和声学EAS标记，如图4所示。

要理解的是，在检测金属期间，仅使用一个架台作为发射架台。因此，与两个架台可以同时发射的仅EAS周期相比，可以减少此混合周期内的检测。然而，采用多种方式混合不同的周期是可能的。例如，如图5所示，混合周期54对于仅EAS检测周期40的每三个周期，可以包括一个金属检测周期50。应该注意的是，图5中示出的按照仅EAS检测周期40散布的金属检测周期50的顺序和数量仅是为了说明的目的。周期的任何组合和/或顺序都落在本发明的范围内。

现在参照图6，提供了描述为检测金属而通过金属检测模块38和收发器22执行的示例性步骤的流程图。此方法是基于检测EM激发期间感应的涡流的步骤。本发明的一个实施例仅使用一个架台发射EM能量，而另一个架台用作检测金属的接收天线36。金属检测模块38通过由发射天线32发射EM能的脉冲串并测量接收天线36上的感应电压而在询问区中不存在金属的情况下确定在接收天线36上形成的基准电压(Vr)(步骤S102)。在金属检测周期50的发射窗52期间，由于发射EM场，导致在不存在金属的情况下在接收天线36的感应线圈上形成的感应电压(Vr)非常大。

一旦金属检测模块38已确定基底电压Vr，系统10就会进入金属检测周期50(步骤S104)。在金属检测周期50期间，EM能量的脉冲串通过发射天线32发射(S106)并被接收天线接收(S108)。通常，如果在询问区中存在金属，则由于涡流效应造成的已接收信号的强度显著地小于在发射EM场期间感应的直接感应电压。当存在金属时，感应的电压值降低至Vm。由于存在金属引起的有效的已接收净电压(Vs)被计算为Vr-Vm，这占Vr的一小部分(约百分之几)(步骤S110)。如果Vs大于预定的阈值电压(VHT)(步骤S112)，那么金属检测模块触发报警器(步骤S114)。报警可以是能听到的或可视的报警，或者可以通知保安人员或其他经授权的人员检测到有金属被携带通过EAS检测系统10。在重复金属检测周期50(步骤S104)之前，系统10接着按预定次数的重复进入EAS声学检测周期40(步骤S116)。

在典型的使用中，Vr可以随着时间漂移，其量甚至大于Vs。在这种情况下，要求硬件/软件实现用于跟踪此电压漂移和/或再校准基底电压。可以丢弃漂移Vs的慢速变化，并且仅将快速变化识别为有金属被携带通过询问区。

如上面所指出的，感应的涡流消失得非常快，例如，在良导体的情况下消失时间的数量级为数十微秒。困此，与两个架台可以同时发射的仅EAS标记检测周期40相比，可以减少在金属检测周期50内的检测。在这种情况下，相同地的发射EM激发可以被既用于检测金属又用于检测声学EAS标记。一旦完成了金属检测周期50，这两个架台均可以被用于检测声学EAS标记。

现在参照图7，在一个实施例中，可以使用“单线圈”设计，使得将相同的环形天线同时用作发射天线32和接收天线36，以发射和接收信号。限压电路56可以被用于保护接收器34的电子器件，这是因为在仅EAS周期期间天线被用作发射器。可以设置限压，使得其即使在发射周期期间也不会限制已接收的信号，同时仍然保护接收器电路。其次，因为Vr足够大，所以低增益放大器58可以与滤波器结合使用，由此降低金属检测系统10的灵敏度。通过模数转换器(“ADC”)60，将放大器/滤波器58的输出从模拟信号转换成数字信号。接着将数字信号传送到数字信号处理器(“DSP”)62，以确定是否存在报警情况，如果有，则触发报警器28。应该注意的是，DSP可以合并到控制器18中，或者可以是独立的装置。

图8中提供了本发明可供选择的实施例。在此实施例中，可以有两个独立的电流回路(即，两个不同的通路)，其包括两个接收天线36a，36b、两个限压器56a，56b和两个可变的放大器/滤波器64a，64b。可以独立地控制每个回路中电流的相位，例如，使之为“同向”、“90度”或“180度不同相”，以在不同的方位上获得最大的有效范围。金属检测模块38可以利用此特定的天线结构。例如，在发射架台上的两个天线32可以同相发射。如果在两个接收天线36a，36b中的感应电压反馈到差分放大器66，那么基底发射效应被最小化。在理想的情况下，如果将两个线圈放在最佳位置，则净差分电压可以为零。实际上，仅需要净信号足够小，以进一步进行信号放大或处理。

在一个架台上的发射器发射58kHz的EM场的1.6毫秒的脉冲串，并且在相对的架座上的两个回路(接收天线36a，36b)感应电压，因为线圈的形状、数量相同，所以感应电压几乎相等。将此具有接近零的净电压的信号反馈到差分放大器66。当出现金属时，打破了两个接收通路的平衡，因此在差分放大器66的输出端产生小信号。接着此信号被反馈通过放大器/滤波器58，由ADC 58将其数字化，并且由DSP 62对其处理以确定是否存在金属。

如上述实施例中，可能由于长期系统漂移或系统构造的突发干扰导致差分放大器66的输出可能会发生变化。在这种情况下，可以抑制报警器28，并发送调节每个放大器64a，64b单个可变增益的指令，以实现平衡。

现在参照图9，提供了示出当金属物体从接收天线36移走时检测到的信号电压的曲线图。随着金属物体距离的增加，信号强度减小，达到最小值，并且当物体接近发射器时信号强度再次增加。

图10示出使用只接收天线36并简化检测机制的可供选择的系统控制器16。可以将独立的只接收天线用于检测金属的目的。天线36可以是空心环或(铁氧体)磁芯天线，其被放置在特定的位置并且与发射器的角度为零。在这个实例中，因为该天线将不会被用于发射的目的，所以可以取消以上实施例中的限压电路。另外，采用正确的方向，可以定位天线36，以将由于发射的EM场引起的感应最小化。在没有高的基底感应电压的情况下，由于存在金属而检测到的小电压可以更高增益地被放大，因而提供更好的灵敏度。

另外，本发明可以包括磁体/磁性材料的检测，这具有多个重要的好处。在一种情况下，商店窃贼可以用磁体改变EAS标记的磁性状态。在另一种情况下，通过检测磁性，通过系统可以区分检测到的金属的类型。例如，可以很容易地区分常用的铝箔/金属与商店购物车(通过由磁性钢制成)。因此，如果磁场检测器17确定在询问区内检测到的金属也有磁性，例如，商店购物车，则系统控制器16可以阻止或抑制触发报警器28。

在极端情况下，例如手枪的武器也可以用磁性钢制造。因此，除了具有防范商店偷盗的功能之外，本发明的EAS金属检测系统10也可以提供初期的安全检查。

常规的高灵敏度磁性传感器，例如，磁通门磁力计、大型磁阻传感器、高斯计或任何其他磁场感应装置可以用于此磁感应目的。这种磁力计传感器是非常灵敏的装置，其能够检测由于存在磁体引起的磁场干扰。为了可靠地执行此功能，发射天线应该不进行发射。因此，应该在标签检测窗44、同步窗46和噪声窗48之一的时隙期间执行磁感应，如图4所示。

可以通过硬件、软件或硬件与软件的组合实现本发明。任何类型的计算系统，或其它用于实现本文所述方法的设备适于执行本文描述的功能。

硬件和软件典型的组合可以是具有一个或多个处理元件的专用计算机系统和存储在存储介质中的计算机程序，当装载和执行计算机程序时，计算机程序可以控制计算机系统使得其执行本文所述的方法。本发明也可以嵌入到计算机程序产品中，其包括能够实现本文所述方法的所有特征，并且当将其装载到计算系统中时能执行这些方法。存储介质指任何易失性或非易失性存储装置。

在本发明上下文中的计算机程序或应用程序指的是任何语言、代码或符号的一组指令的任何表达，意在用来直接地或者按照下述方式之一或两者来使具有信息处理能力的系统执行特定功能：a)转换为另一语言、代码或符号；b)以不同的物质形式再现。

另外，除非做了相反陈述，应当注意所有附图没有按照比例绘制。重要的是，在不脱离本发明精神或本质属性的情况下可以以其它特定形式来实现本发明，并且相应地，必须参考所附权利要求而非前述说明书来指示本发明的范围。

Claims (20)

1.一种使用电子商品防盗(“EAS”)系统检测金属的方法，所述EAS系统包括发射器和接收器，所述方法包括：

发射EAS询问信号，所述EAS询问信号建立询问区并被用于检测所述询问区内的EAS标记和金属物体；

接收所述EAS信号；以及

基于已接收的所述EAS询问信号中的微扰在金属检测周期期间检测所述询问区内是否存在金属物体，所述金属检测周期与至少一个EAS检测周期周期性地散布。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述至少一个EAS检测周期内检测EAS标记信号。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述金属检测周期包括金属检测窗，在所述金属检测窗期间，所述发射器和所述接收器都工作。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述至少一个EAS检测周期包括：

发射窗，在所述发射窗期间，所述发射器工作并且所述接收器不工作；以及

接收窗，在所述接收窗期间，所述接收器工作并且所述发射器不工作。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述检测金属物体的步骤包括：

当金属物体未接近所述EAS系统时，确定已接收的所述EAS询问信号的第一电压；

将已接收的所述EAS询问信号的第二电压与所述第一电压进行比较；以及

响应于确定了所述第二电压小于所述第一电压，确定存在所述金属物体。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述第二电压比所述第一电压小至少预定的阈值。

7.如权利要求1所述的方法，其中响应于检测到所述询问区内存在所述金属物体，所述方法进一步包括触发报警器。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

确定所述金属物体是否是磁性的；以及

响应于确定了所述金属物体是磁性的，阻止所述报警器。

9.一种用于电子商品防盗(“EAS”)的系统，包括：

发射器，所述发射器可操作用于发射EAS询问信号，所述EAS询问信号建立询问区并被用于检测所述询问区内的EAS标记和金属物体；

接收器，所述接收器可操作用于接收所述EAS询问信号；以及

金属检测器，所述金属检测器可操作用于基于已接收的所述EAS询问信号中的微扰在金属检测周期期间检测与所述EAS系统接近的金属物体，所述金属检测周期与所述至少一个EAS检测周期周期性地散布。

10.如权利要求9所述的系统，还包括控制器，所述控制器电连接至所述发射器、所述接收器和所述金属检测器，所述控制器可操作用于在所述至少一个EAS检测周期期间检测EAS标记信号。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述金属检测周期包括金属检测窗，在所述金属检测窗期间，所述发射器和所述接收器都工作。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述至少一个EAS检测周期包括：

发射窗，在所述发射窗期间，所述发射器工作并且所述接收器不工作；以及

接收窗，在所述接收窗期间，所述接收器工作并且所述发射器不工作。

13.如权利要求9所述的系统，其中所述金属检测器通过下述方式检测所述金属物体：

当金属物体未接近所述EAS系统时，确定已接收的所述EAS询问信号的第一电压；

将已接收的所述EAS询问信号的第二电压与所述第一电压进行比较；以及

响应于确定了所述第二电压小于所述第一电压，确定存在所述金属物体。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述第二电压比所述第一电压小至少预定的阈值。

15.如权利要求9所述的系统，还包括报警器，其中响应于检测到所述询问区中存在所述金属物体，所述金属检测器进一步可操作用于触发所述报警器。

16.如权利要求15所述的系统，进一步包括磁性材料检测器，所述磁性材料检测器可操作用于：

确定所述金属物体是否是磁性的；以及

响应于确定了所述金属物体是磁性的，阻止所述报警器。

17.如权利要求9所述的系统，其中所述接收器包括：

两个接收天线；以及

差分放大器，所述差分放大器具有两个输入连接端和输出连接端，每个输入连接端电连接至所述接收天线中对应的接收天线；

通过确定所述输出连接端的电压超过预定的阈值，检测所述金属物体。

18.一种金属检测系统，包括：

发射器，所述发射器可操作用于在发射窗期间产生电磁信号，所述电磁信号建立询问区并被用于检测在所述询问区内的电子商品防盗(“EAS”)标记和金属物体；

接收器，所述接收器可操作用于在检测窗期间检测从EAS标记接收的信号；以及

金属检测器，所述金属检测器可操作用于基于由所述金属物体产生的电磁信号中的微扰在所述发射窗期间检测接近于所述询问区的金属物体。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述金属检测器通过以下方式检测所述金属物体：

当所述金属物体未接近所述询问区时确定已接收的所述电磁信号的第一电压；

将已接收的所述电磁信号的第二电压与所述第一电压进行比较；以及

响应于确定了所述第二电压小于所述第一电压，确定存在所述金属物体。

20.如权利要求19所述的系统，还包括：

报警器，其中响应于检测到所述询问区内存在所述金属物体，所述金属检测器进一步可操作用于触发所述报警器；以及

磁场检测器，所述磁场检测器可操作用于确定所述金属物体是否为磁性的，并且响应于确定了所述金属物体是磁性的，所述金属检测器进一步可操作用于阻止所述报警器。

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