CN1047858C - 探测系统的发射应答器 - Google Patents
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Abstract
用于探测系统的发射应答器，该系统包括用于生产预定频率交变磁场的发射器和接收器。接收器中具有检测器，用以检测交变磁场的预定高频谐波。该发射应答器包含由软磁性材料制成的信号元件。当该发射应答器置于交变磁场中时，由该信号元件产生交变场的高频谐波。信号元件呈圆形。
Description
本发明涉及一种探测系统的发射应答器，该系统包括有一个用于产生具有预定频率交变磁场的发射机，和一接收机。该发射应答器包括有由软磁性材料制成的信号元件。该接收机被提供有检测该交变场频率的较高次谐波的检测器，该谐波通过将发射应答器置于交变磁场中而产生，其中该信号元件具有一弯曲的形状。这种类型的一发射应答器公开于美国专利4,074,249。
该已知的探测系统包括有一由一交变电压发生器和一与其相连的线圈单元组成的发射机以产生一具有预定频率的交变磁场。而且，该探测系统包括一接收机，该接收机的接收线圈单元安装于发射机的发射线圈单元的对面。该接收线圈单元与接收机的检测器相接，该检测器被设置以检测交变场频率的较高次谐波。用于该已知系统中的该已知发射应答器包括一由绝缘塑料材料制成的托架，其上固定有由软磁性材料制成的弯曲信号元件或条带。
当该发射应答器置于交变磁场中时，它将受到该场的影响而产生该交变场的谐波频率。该谐波被检测器所检测而表示该发射应答器存在于交变磁场中。
用于上述已知系统中的信号元件与直线形元件相比在信号元件(或托架)平面较宽的取向范围内提供了相对良好的信号响应，但它仍存在不足，即在垂直上述平面的位置上其检测仍存在方向敏感性。
当信号线的位置使其纵向方向垂直于交变磁场的磁力线时，将不会产生该交交变场的频率的较高次谐波，或者所产生的所述较高次谐波振幅太小而无法被检测到。因此，该探测系统只有当信号托架相对于交变磁场具有某种特定取向时才能进行可靠的工作。
本发明的目的在于提供序言中所提及类型的发射应答器，利用它可以避免上述缺陷并在使尺寸尽可能达到最小时，仍可产生足够大的信号。
该目的根据本发明得以实现，方法是令信号元件具有闭合或开放的圆形。
熟知本技术的人可能会预见到，通过采用闭合圆形信号元件将消除信号元件平面上产生的微弱的方向不敏感性。
然而，令人惊奇地发现，本发明信号元件的圆形结构使得该信号存在的检测在相对于所产生磁场的任何方向上的均为方向不敏感的。
已知系统中细长的信号元件，不论其是直的或是略微弯曲的条带形，都必须具有一最短长度，以便能实现可靠的检测。而本发明的优点在于其发射应答器的最大长度可以较小，其原因是某种意料之外的谐振效应所致。
另外，本发明的优点还在于，接收器所收到的信号频谱特性作为离开天线距离的函数是恒定不变的。只有谐波的振幅随着该距离的增加而按比例地减小。
应用本发明，也可以采用较大的端口宽度，也就是说发射与接收线圈单元可以相距较大的距离安置而不致使探测的可靠性变得不可接受。
本发明还具有另一个优点，即一些谐波比另外的谐波强，这样就可以进行选频测量，其结果是该系统具有较小的噪声敏感性。
在欧洲专利申请0260831以及美国专利4,025,197和4,075,618中，所公开的信号元件或标志器使用了所谓磁通收集器。磁通收集器为软磁性材料表面，在其之间提供有中间条带材料。磁通收集器的作用是收集磁场线，引导该磁场线通过中间条带材料并使该条带材料达到饱和。因此，相对于直线条带而言增加了信号的产生。这种原理的缺点在于其方向敏感性。根据上述专利文献，一些信号元件被布置成六边形结构，其中每个元件均由两个磁通收集器及一个中间条带材料组成，这样的结构可以略微限制上述方向敏感性。但这种限制仅限于在一个平面内。这种原理的的另一个缺点是磁通收集器的面积减小。为了获得同样的信号生成，该标志器必须具有更大的尺寸，而这样就增加了方向敏感性。
相反，本发明的圆形信号元件在相同的信号生成条件下可具有较小的尺寸，同时这种简单的形状在标志器制作过程中也有其优越性。
附属权利要求中叙述了根据本发明信号元件的各种不同方案。
以下将参考附图更为详细地说明本发明。这些附图如下：
图1给出了具有根据本发明发射应答器的探测系统的图解说明；
图2、图3和图4给出了根据本发明发射应答器信号元件的实施例；
图5描述了一些根据图4的相串联耦合的信号元件；
图6示出了两个根据本发明的相并联耦合的信号元件结构；
图7给出了根据图4的可去活的信号元件；
图8描述了根据本发明适用于EM和RF检测的发射应答器的实施例。
图1示出了一个已知的探测系统。该探测系统包括一用于产生交变磁场的发射器和一用于接收该交变场畸变的接收器。在原理上，该发射器包含具有连接端3的发射线圈单元1(以示意形式画出)和交变电压发生器5。该交变电压发生器5(可选择地使用放大器)与发射线圈元件1的连接端3相连。在空间9中，通过电磁装置的发射器产生有交变磁场，该磁场具有(举例而言)300HZ或更高的频率。
该探测系统还包括一接收器，在原理上该接收器包含具有连接端4的接收线圈单元2和一检测器6。该检测器6与接收线圈单元2的连接端4相连，用于检测一个或多个交变场的预定谐波频率。
发射线圈单元1与接收线圈单元2相对配置，它们在空间9中限定了一个具有特定距离的端口。当然，可以将接收线圈单元放置在发射线圈单元相同的平面内，例如在发射线圈单元之内或在发射线圈单元周围。
在该探测系统中所使用的根据本发明的发射应答器包括由绝缘塑料材料制成的托架或衬底7，在其上固定有弯曲形细长的信号元件8。该信号元件可以包含由软磁性材料制成的条带或细线。这种材料最好是非晶体，但也可以选用晶体材料。
如图1所示，当该发射应答器被引入端口，也就是说引入两线圈单元1和2之间时，交变磁场受到信号元件的的影响，从而产生该交变场频率的高次谐波。该谐波通过接收线圈单元2被检测器6所检测。
例如，这种探测系统被用于商店的出口处以防止顾客偷拿商品。然而，根据本发明的发射应答器同样可很好地应用于其它类型的探测系统，在这些系统中产生有交变磁场，且由信号元件所产生的该磁场的畸变被检测到。
已经发现，与已知的具有直的或弯曲信号线或条带的发射应答器相反，具有圆形信号元件的发射应答的取向并不重要。根据本发明的发射应答器当其在图1所示平面内做90°旋转时仍然可以被检测，而且当发射应答器的平面做90°旋转时也可以被检测。因此，不可能存在当发射应答器在某种取向时无检测信号可以产生的情况。
众所周知，在已知的直线信号元件的情况下，需要保持一最小长度，以便使探测的可靠性得到保证。然而，在根据本发明发射应答器的情况下，其最小长度小于已知发射应答器的最小长度。这一点很重要，特别当需要对小型物品进行检测而不得不在该物品上安装发射应答器的时候更是如此。
本发明的上述优点在图2至图5的特定实施例中得到了证实。
图2给出了衬底7之上的圆形信号元件。在这种情况下该圆周是闭合的；然而，该圆周也可以在一处或多处被截断，这样可以在每个截断点处得到相距某个距离的两个自由端。
图3所示的信号元件的实施例包含一圆形部分12和一直线子元件13，该子元件与该圆形部分12相连接。直线子元件13与圆周12相切，且还可以使用两个或多个子元件，这些子元件可从圆周12上同一点或不同点延伸。令人惊奇地发现，这种元件的信号发生得到了改善。
图4给出了根据本发明信号元件一种优选实施例，该元件包括一个圆形子元件12和两个直线子元件13和14。尽管该子元件13和14与圆周12相切，但子元件的略微不同取向也是可能的。
以直线排列的图2、3和4中所示的信号元件可以包含设置在衬底7上的软磁性材料条形带，例如，可通过汽相淀积实现这种结构。
然而，图2、3和4中所示的信号元件可非常简便地通过软磁性导线而制成，该导线被弯曲成图中所示的形状并固定在衬底之上(例如可利用粘贴或其它方式)，同时如果需要的话，还可以用绝缘保护层加以涂覆。在交接部位，该弯曲导线可进行连接或进行绝缘处理。
另外，还可以想到为圆形子元件提供两个以上的直线子元件13和/或14。
下面的表A给出了在确定发射频率下根据图4的各种尺寸的信号元件在其不同位置所测得的谐波信号。“尺寸”一列中第一个数字表示直径，而第三个数字则表示直线子元件13、14的总长度。Pos1表示该信号元件在交变磁场中所取的位置使该信号元件的平面平行于该交变磁场的磁力线，而该直线子元件13、14的纵向方向也平行于该磁力线。对于Pos2，该信号元件的平面平行于磁力线，但直线子元件13、14的纵向方向却垂直于磁力线。另外，Pos3表示该信号元件平面垂直于磁力线。
上述测量的进行采用了25cm测量距离。
已知直线形信号元件(即Esselte Meto32和CheckPoint37)也被包含在该表中。
从表中可清楚地看到，根据本发明的信号元件比已知直线形元件具有小得多的方向敏感性。
另外，从表中的结果还可得出这样的推论，即在给定的发射频率下，18×18mm大小的信号元件具有最佳的信号尺寸比。
图5给出了一种实施例，其中若干圆形子元件12通过直线子元件13和14相互串接在一起。
以某种没有示出的方式还可以将两个分离的信号元件在发射应答器中相互垂直地配置，从而有可能实现所谓三维检测。
从表中还可以看到，与其它谐波相比，第14个谐波及其附近的谐波是明显的。这似乎来源于由本发明信号元件形状所引起的令人惊奇的特殊谐振效应。因此，可得到这样的优越性，即可以高度地实现频率选择测量，其结果是所遇到的噪声干扰较少。
另外，根据本发明的信号元件还具有这样的优点，即由包括检测器6和接收线圈单元2的接收器所接收并检测的信号频谱作为距发射和/或接收线圈单元距离的函数是恒定不变的。只有谐波振幅随该距离的增加而成比例地减小。
已经发现，可以在发射线圈单元与接收线圈单元之间采用比已知直线形信号元件可能达到的更大的端口宽度。
图2至图5给出了包含一个或两个圆形部分的信号元件。具有多于两个圆形子元件的信号元件同样也属于本发明的范畴。此类实施例通过图6的例子进行了描述。此时，除了圆形子元件12与下线子元件13和14之外，该信号元件还包括一圆形子元件16。这种结构可以被看作是根据图4的两个信号元件进行所谓并联耦合的结果。本发明的另一种可能的实施例是附加圆形子元件17，该子元件具有较小的直径并位于子元件12的内部。这种方案可以独立应用。图6给出了两种结构的所谓并联耦合，它包括附加圆形子元件16、17和18。当然，进一步附加的大小及组合也属于本发明范畴之内。
图7给出了又一种根据本发明的信号元件的实施例，该信号元件是可去活的。为实现这个目的，若干支柱15(其由可磁化的硬材料构成)被安置在沿信号元件12、13和14的位置并且与该信号元件绝缘。当这些支住通过磁场被磁化时，信号元件14被去活，从而不提供任何检测信号。由于生产加工的原因，将支柱随机地分布于衬底7之上是有利的，且理所当然，这种去活的方法适用于根据本发明信号元件的各实施例。
利用上述结构，可以获得选定谐波信号的信号生成，从而在识别技术中提供实现的手段。
图8给出了既适合于电磁探测又适用于射频探测的发射应答器，其中电磁探测和射频探测在以下的叙述中分别简写为EM探测和RF探测。
用于EM探测的信号元件包括圆形子元件12和直线子元件13及14，该信号元件被安置在电绝缘材料衬底7的一侧。在另外一侧应用导电材料表面19以进行RF探测，该表面通过穿透连接21穿过该衬底与子元件12的表面20相连。信号元件12、13和14表现自电感，该自电感与电容器相串联，其中电容器的构成是以子元件13和14作为其一个电容表面，而以表面19作为其另一个电容表面。因此，该自电感与电容感就形成了用于RF探测的谐振电路。
通过所述的发射应答器，可获得不依赖于所用系统的通用型发射应答器。自然，在这种类型的发射应答器方面，根据本发明设计各种不同结构的信号元件是可能的。
表A
| 谐波信号 | |||||||||||
| 尺寸与位置 | 10° | 11° | 12° | 13° | 14° | 15° | 16° | 17° | 18° | 19° | 20° |
| 16×26 pos 1 | 0 | 0 | 0 | 4 | 4 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 16×26 pos 2 | 0 | 0 | 0 | 7 | 5 | 8 | 5 | 5 | 3 | 1 | 0 |
| 16×26 pos 3 | 0 | 0 | 2 | 5 | 8 | 6 | 7 | 1 | 3 | 4 | 1 |
| Esselte | |||||||||||
| Meto 32 pos1 | 0 | 0 | 0 | 7 | 5 | 6 | 4 | 5 | 4 | 4 | 3 |
| Meto 32 pos2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| Meto 32 pos3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| Check Point | |||||||||||
| 37 pos 1 | 0 | 0 | 0 | 4 | 3 | 3 | 0 | 1 | 1 | 4 | 4 |
| 37 pos 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 37 pos 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 谐波信号 | |||||||||||
| 尺寸与位置 | 10° | 11° | 12° | 13° | 14° | 15° | 16° | 17° | 18° | 19° | 20° |
| 20×20 pos 1 | 0 | 0 | 0 | 8 | 4 | 9 | 0 | 6 | 0 | 5 | 0 |
| 20×20 pos 2 | 0 | 0 | 3 | 3 | 9 | 6 | 8 | 6 | 7 | 6 | 3 |
| 20×20 pos 3 | 0 | 0 | 0 | 3 | 4 | 5 | 6 | 5 | 6 | 5 | 7 |
| 20×32 pos 1 | 0 | 0 | 0 | 3 | 1 | 3 | 2 | 4 | 2 | 2 | 2 |
| 20×32 pos 2 | 0 | 0 | 1 | 6 | 7 | 4 | 7 | 0 | 6 | 1 | 6 |
| 20×32 pos 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 3 | 1 | 3 | 2 | 5 | 2 |
| 19×19 pos 1 | 0 | 0 | 0 | 8 | 2 | 8 | 0 | 6 | 0 | 1 | 3 |
| 19×19 pos 2 | 0 | 0 | 2 | 7 | 8 | 9 | 8 | 7 | 5 | 4 | 4 |
| 19×19 pos 3 | 0 | 0 | 0 | 6 | 6 | 8 | 6 | 6 | 6 | 5 | 4 |
| 19×32 pos 1 | 0 | 0 | 0 | 8 | 0 | 8 | 1 | 6 | 1 | 2 | 2 |
| 19×32 pos 2 | 0 | 0 | 3 | 3 | 8 | 6 | 7 | 5 | 5 | 3 | 3 |
| 19×32 pos 3 | 0 | 0 | 1 | 5 | 7 | 7 | 7 | 5 | 6 | 3 | 5 |
| 18×18 pos 1 | 0 | 0 | 1 | 4 | 4 | 4 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 18×18 pos 2 | 0 | 0 | 3 | 6 | 8 | 9 | 7 | 7 | 5 | 5 | 3 |
| 18×18 pos 3 | 0 | 0 | 0 | 6 | 6 | 8 | 6 | 7 | 4 | 4 | 0 |
| 18×32 pos 1 | 0 | 0 | 0 | 5 | 5 | 5 | 5 | 3 | 0 | 1 | 1 |
| 18×32 pos 2 | 0 | 0 | 0 | 4 | 4 | 4 | 4 | 2 | 3 | 2 | 2 |
| 18×32 pos 3 | 0 | 0 | 0 | 3 | 3 | 7 | 4 | 5 | 4 | 5 | 3 |
| 17×17 pos 1 | 0 | 0 | 0 | 5 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 17×17 pos 2 | 0 | 0 | 3 | 5 | 6 | 6 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 17×17 pos 3 | 0 | 0 | 1 | 7 | 7 | 7 | 6 | 3 | 3 | 0 | 1 |
| 17×32 pos 1 | 0 | 0 | 0 | 7 | 4 | 7 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 17×32 pos 2 | 0 | 0 | 0 | 4 | 5 | 7 | 4 | 4 | 4 | 4 | 0 |
| 17×32 pos 3 | 0 | 0 | 2 | 6 | 8 | 8 | 8 | 7 | 6 | 4 | 3 |
| 16×16 pos 1 | 0 | 0 | 0 | 4 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 16×16 pos 2 | 0 | 0 | 2 | 8 | 6 | 6 | 2 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 16×16 pos 3 | 0 | 0 | 0 | 6 | 5 | 5 | 5 | 2 | 5 | 2 | 5 |
| 16×32 pos 1 | 0 | 0 | 1 | 6 | 4 | 4 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 16×32 pos 2 | 0 | 0 | 0 | 7 | 5 | 8 | 3 | 3 | 2 | 0 | 1 |
| 16×32 pos 3 | 0 | 0 | 1 | 7 | 6 | 8 | 5 | 4 | 3 | 4 | 0 |
Claims (10)
1、用于一探测系统的发射应答器，该系统包括用于产生预定频率交变磁场的发射器以及接收器，该发射应答器包括由软磁性材料制成的信号元件，该接收器具有用于检测交变磁场频率的高次谐波的检测器，该谐波是通过将发射应答器置于该交变磁场中而产生，该发射应答器其特征在于：其信号元件具有闭合或开放的圆形。
2、根据权利要求1的发射应答器，其特征在于：其信号元件具有圆形，而且至少有一个由软磁性材料制成的直线子元件自该圆周上一点延伸出去。
3、根据权利要求2的发射应答器，其特征在于：该直线子元件与该圆周相切。
4、根据权利要求3的发射应答器，其特征在于：该圆周的直径基本上为18mm，而与圆周上同一点相连接的两个直线子元件的总长度也基本上为18mm。
5、根据权利要求2或3的发射应答器，其特征在于：存在有自该圆周上同一点延伸出两个直线子元件，而且若干圆形单元通过这些直线子元件串联耦合在一起。
6、根据上述任一项权利要求的发射应答器，其特征在于：两信号元件的设置基本上相互垂直。
7、根据权利要求2或3的发射应答器，其特征在于：至少有一个较小直径的第二圆形子元件被置于一圆形子元件之内并与之相连接。
8、根据权利要求7的发射应答器，其特征在于：两组含相互嵌套子元件的子元件相互并联耦合。
9、根据上述任意一项权利要求的发射应答器，其特征在于：由可磁化硬材料制成的支柱被配置得至少与信号元件邻接。
10、根据上述任意一项权利要求的发射应答器，其特征在于信号元件设置在由绝缘材料构成的一衬底的一侧，而在其另一侧设置与该信号元件局部相连的导电材料表面。
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