CN106233152B

CN106233152B - 框架悬挂式磁致弹性共振器

Info

Publication number: CN106233152B
Application number: CN201580015313.7A
Authority: CN
Inventors: 约戈什·吉安坎达尼; 汤俊; 斯科特·格林
Original assignee: University of Michigan
Current assignee: University of Michigan
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2021-11-09
Anticipated expiration: 2035-01-23
Also published as: CA2937878C; SA516371535B1; US20170023652A1; US10557898B2; WO2015112875A1; CA2937878A1; CN106233152A

Abstract

一种磁致弹性签，包括结合强共振响应与相对较小的共振器的框架悬挂式磁致弹性共振器，使磁致弹性传感器能够使用在各种不显眼的应用和/或小包装中。共振器是关于基底悬挂的，共振器关于基底悬挂可减少、最小化、或消除基底和共振器之间的相互作用。信号强度因此增强，从而当保持对探查场的响应能够测量的同时，允许小型化。共振器可具有六边形形状和/或被悬挂在关于其周长的特定位置，以促进不同于探查场的方向的信号产生。传感器可包括一个或多个框架悬挂式共振器，在使用多个共振器时，一个或多个框架悬挂式共振器可阵列、堆叠、或随机地布置。

Description

框架悬挂式磁致弹性共振器

技术领域

本公开大致地涉及磁致弹性共振器，以及更具体地，涉及能够小型化的磁致弹性共振器。

背景技术

由于磁致弹性材料的某些性能，磁致弹性共振器已经被使用于传感应用中。处于磁场中时，在磁致弹性材料中会引起机械应变。引发的应变导致额外的磁通量产生，磁通量可被无线地探测。此外，磁致弹性共振器通常在特定的共振频率下操作，这限制了来自伪造源的干扰。磁致弹性共振器还是无源装置(passive devices)，意味着磁致弹性共振器的运行不需要能源或电路。这些特征：无线操作、信号独立、以及无源性，使磁致弹性共振器在远程探测、定位或映射项的应用中是吸引人的。潜在的应用还包括诸如对库存进行标记、管路系统或复杂的机器中的堵塞或泄露的无线检测、以及检测医用植入中的参数。

在一个商业化成功应用中，磁致弹性签被用于商品电子防盗(EAS)系统中。部分地由于吸引人的性价比，磁致弹性签在此类系统中所获得的一些认可要高于RF和磁体谐波签，并被作为防盗系统使用于书店、超市、零售店等。在此类系统中，磁致弹性材料的矩形条和偏置磁体被夹在其他材料层之间。询问线圈(interrogation coil)和接收线圈位于商店出口处，例如，用询问线圈提供磁致弹性签的共振频率的磁场。当签经过询问线圈与接收线圈之间时，签共振并且在接受线圈中引起额外的信号。当系统探测到额外的信号时，警报器可被激活。当产品已被支付或通过其他许可的方式取得，则可简单地对偏置磁体去磁以有效地禁止共振器。

尽管这种被动、无线探测方案在许多其他应用中是理想的，然而市售的磁致弹性签的大小相对较大，使它们用于许多应用是不现实的。比如，典型的商业磁致弹性签操作在58kHZ，大约长38mm、宽12.7mm或6mm以及厚27μm。用于商业用途的具有足够信号强度的较小签可在120kHz频率进行操作，但它们仍然具有大约20mm的长度以及6mm的宽度。这些磁致弹性签通常是条状或带状的并且长宽比一般大于3:1。尽管通过改进磁致弹性材料属性和最佳探测途径，巨大地提高了信号强度和探测范围，但还没有成功实现磁致弹性签的小型化。因为响应信号强度正比于磁致弹性材料的有效体积，因此较小的共振器导致更不易探测的较小信号。此外，在传统磁致弹性材料制造中呈现的尺寸公差和变化对较小的共振器有更大的影响。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种磁致弹性签，包括共振器和与共振器耦接的共振器框架。磁致弹性签包括磁致弹性层，并且共振器框架被配置为以相对于基底间隔开的关系支撑共振器。在一个或多个实施方式中，磁致弹性签包括下述特征中的一个或多个：

-共振器和共振器框架形成为一个整体且包括相同的磁致弹性层；

-共振器的形状为具有多个对称轴；

-共振器具有六边形形状；

-共振框架包围共振器，从而在共振器的边缘和框架之间限定有间隙；

-磁致弹性签的至少一部分从平面弯曲，从而使得共振器框架仅有一个或多个边缘与基底接触；

根据本发明的另一方面，提供了一种磁致弹性传感器系统，包括如先前任意段落中所描述的磁致弹性签，并且包括发射线圈以及接收线圈。在至少一些实施方式中，发射线圈以不同于接收线圈的方向的方向来布置。

根据本发明的另一方面，提供了一种磁致弹性传感器，包括多个框架悬挂式磁致弹性共振器。在一个或多个实施方式中，磁致弹性传感器包括下述特征中的一个或多个：

-多个共振器中的共振器沿着至少一个基底以阵列形式布置；

-多个共振器中的共振器彼此间随机定向地布置；

-多个共振器中的至少一个共振器与至少一个其他共振器堆叠；

-多个共振器中的每一个对于施加的磁场有单独的特征电磁响应，以及多个共振器对于施加的相同磁场具有的电磁响应等同于或大于上述单独的电磁响应的总和；

-多个共振器包括至少一个具有与多个共振器中的其他共振器不同的频率和/或大小的共振器。

根据本发明的另一方面，还提供了一种磁致弹性传感器系统，包括发射线圈、接收线圈、以及具有多个框架悬挂式磁致弹性共振器的磁致弹性传感器。

前文中、权利要求中和/或下文的说明书和附图中阐述的多个方面、实施例、示例、特征和替代物可单独应用或以任意组合应用。例如，与一个实施例相关所公开的特征可应用于所有实施例，除非其中存在特征的不兼容性。

附图说明

以下将结合附图对说明性的实施例进行描述，其中：

图1示出磁致弹性传感器系统的示例，在该磁致弹性传感器系统中，可以使用发射线圈和接收线圈探测一种或多种磁致弹性签的存在；

图2是框架悬挂式磁致弹性共振器的平面图；

图3(a)至图3(b)是框架悬挂式磁致弹性共振器的侧视图，示出了从基底间隔开的共振器；

图4示出了对两个不同实验配置的询问信号强度的有限元分析(FEA)结果，其中两个实验结构为：配置A和配置B；

图5示出了对框架悬挂式六边形共振器的有限元分析(FEA)结果，该框架悬挂式六边形共振器：(a)未附着至基底，以及(b)带有固定至基底的共振器框架；

图6是合成的扫描电子显微镜(SEM)图像，包括框架悬挂式六边形共振器的俯视图以及共振器框架的边缘的放大侧视图；

图7是实验配置A和实验配置B的示意图；

图8是用于单个框架悬挂式六边形共振器的、作为DC磁场偏置的函数的经过归一化的信号强度和共振频率的图表；

图9是用于悬挂式六边形共振器以及相同直径的非悬挂式圆形共振器的、作为频率的函数的经过归一化的共振响应的图表；

图10(a)图10(b)中的图表示出了用于六边形共振器以及相同直径的非悬挂式圆形共振器的、作为不同施加磁场的方位角方向的函数的经过归一化的信号强度；

图11是多个独立的框架悬挂式共振器的共振频率的图表；

图12是用于多个共振器的、作为频率函数的经过归一化的信号强度的图表，所示出的信号强度通过各自独立的方式且在阵列中的方式测量获得；

图13的图表示出了作为共振器阵列的共振器总数的函数的、归一化的信号强度；

图14是用于500个随机定向的共振器组的、作为频率的函数的等价的归一化的信号强度的图表；以及

图15是作为共振器数量的函数的、等价的归一化的信号强度图表，其中在集群中共振器数量为1至500个。

具体实施方式

相对于市售的共振器，以下所描述的是结合强共振响应与很小尺寸的框架悬挂式磁致弹性共振器。共振器在磁致弹性签中是有益的，特别是在那些期望弹性签不显眼的、用于标记非常小的物品的、或配合至相对较小空间中的应用中是有益的。通过关于基底或载体悬挂签的振动部分(即，共振器)，共振器与基底之间的相互作用可被减弱、最小化或消除，从而由小型化的签提供强共振响应。这能够显著小型化磁致弹性共振器。如下述示例中所述，带有悬挂式共振器的磁致弹性签可制作成市售的磁致弹性签的大小的约1/100，同时提供的信号强度是相似尺寸带有非悬挂式共振器的签所提供的信号强度的约75倍。换言之，悬挂式磁致弹性共振器在被显著小型化的同时还可保持有用的信号强度。此外，多个悬挂式共振器可以形成为阵列或分组的形式，以进一步通过信号叠加来增强信号强度。

磁致弹性共振器的小型化为它们可以在各种之前这是不可能的应用中的使用铺平了道路，并且为当前的磁致弹性共振器应用带来了数个优势。例如，当使用在防盗系统中，越小的磁致弹性签就越不显眼。小型化签在存货管理中是有帮助的，尤其对于像外科器械的关键物品。例如，患者在手术之后被立即扫描，以确保没有器械被错误的落在手术部位，这是一个相当常见的问题。在消毒后，任何可再使用的器械可被核实回至存货；同时，签不会显著地增加任何附有签的一次性器具的费用。而且，用具有不同共振特性的签标记不用器械类型是可能的，这可以提供更明确的库存追踪。小型化还带来其他益处，例如减少费用以及增加共振频率。减小大小有助于减少磁致弹性材料和铁磁体偏置材料的使用。高共振频率提供较少的具有1/f频率频谱的电子噪声。由于天线大小的减小伴随操作频率的增加，高共振频率还有助于天线的小型化。虽然以下实施方式的具体地描述包括六边形形状的共振器和签(其一些益处随后描述)，但是将悬挂式共振器制作成各种形状也可以实现比非悬挂式共振器增强的信号强度的益处。

图1示出了磁致弹性传感器系统10的示例，包括发射线圈12、接收线圈14、以及包括一个或多个磁致弹性签18的磁致弹性传感器16。传感器16还可包括一个或多个偏置磁体或一些其他磁场源(未在图1中示出)。在一个实施方式中，传感器16包括用于每个磁致弹性签18的独立的永久偏置磁体，并且每个偏置磁体具有的几何结构可相似于磁致弹性签18中的每个的几何结构。一种合适的偏置磁体材料是Arnokrome^TM(铁钴铬合金)，但是其他高矫顽磁性的材料也是适合的。

每个磁致弹性签18包括磁致弹性材料，当处在磁场中时，磁致弹性材料中会感应出机械应变。当处在AC磁场中时，磁致弹性材料可以形成共振。不论振动是否是由AC磁场或以其他方式引起，共振的磁致弹性材料产生磁通量。在所示出的示例中，发射线圈12提供AC磁场。除了由施加的AC磁场在接收线圈中引起的电压以外，由共振的磁致弹性材料产生的磁通量也在接收线圈14中引起电压。因此，AC磁场引起基线信号20，并且当施加的AC磁场的频率或频率范围与磁致弹性签18中的一个或多个的共振频率匹配时，磁致弹性传感器16的存在是通过从基线信号22的偏离探测的。由于共振操作限制了来自寄生源的干扰，签18的共振操作是有利的。

磁致弹性签系统10不限于图1的配置。对于各种应用，探查和探测路径均可是不同的。例如，脉冲信号而不是连续波信号，可使用于探查磁场(即，来自发射线圈12的施加场)，和/或接收线圈14可检出在磁致弹性签的“衰荡”振动期间产生的信号。此类配置可允许将签信号在时域上从询问磁场(interrogating magnetic field)引起的信号中分离。磁通量探测方案也可用声学或光学途径代替。

图2是磁致弹性签18的一个示例的平面图，该磁致弹性签18包括共振器24和共振器框架26。磁致弹性签18的这一实施方式是框架悬挂式签，其中框架26可相对于其他签或传感器部件独立支撑、定位、和/或定向共振器24。共振器24包括磁致弹性材料，在本示例中磁致弹性材料是以磁致弹性材料层的形式。共振器框架26经由联接部分或桥28与共振器耦接，并且可用于减弱、最小化或消除共振器24与基底或包装(未在图2中示出)之间的接触。比如，框架26可被配置为相对于基底支撑共振器，从而使得共振器的至少一部分与基底分隔开。

一些示例在图3中的磁致弹性签18的侧视图中示出。

在图3(a)中，框架26支撑共振器24，从而使整个共振器与基底30分隔开。在这个示例中，框架26由支柱突出部32支撑，支柱突出部32可以是或不是基底30的部分或框架的部分。在图3(b)中，包括磁致弹性共振器24的磁致弹性签18包括小量的平面弯曲，从而使得共振器框架26中仅其边缘34与基底30接触。在其他实施方式中，基底包括弯曲以帮助共振器与基底间隔开。在某些情况下，框架26可以被加工成基底30的部分。框架26可附接或不附接至基底30或支柱突出部32，并且在某些情况下，签18在共振器24的相对的两侧中的每一侧上包括一个或多个基底层。

在图2所示出的示例中，共振器24、共振器框架26、以及联接部分28是一个集成整体部分，这意味着它们由相同材料共同形成为一个部件，在该实施例中，相同材料是磁致弹性层。框架26和/或联接部分28还可以由不同材料形成。共振器24、框架26、以及联接部分28中的任何或全部可包括磁致弹性材料的层，磁致弹性材料的层置于其他材料层上或以其他方式与诸如硅层的其他材料层结合。在特别的示例中，共振器24、框架26以及联接部分28的每个包括硅层或其他非磁致弹性材料，并且共振器还包括磁致弹性材料层。

在所示出的实施方式中，共振器24和框架26的形状都是六边形。框架26包围共振器24以在共振器的边缘38和框架之间限定出间隙。联接部分28在一个或多个位置与间隙36桥连，以将共振器24与框架26耦接。联接部分28的量和大小可变化，并且可影响签18的共振频率。联接部分28优选地位于共振器24的节点或非共振区域。每个联接部分28的宽度和/或量可最小化到联接对于特定应用的寿命足够耐用的程度。联接部分28的较大大小或量可大致地降低签18的响应能力和/或能增加超过实际探测范围的共振频率。联接部分28的几何结构还可与在本文中所示的直线结构不同，例如曲折形式的几何结构。

所示的六边形形状具有一定优势，例如在制造期间较少或最小化材料的浪费，由于六边形形状可以沿材料平板并排挤在一起的方式。如下进一步描述，六边形形状还具有延伸穿过六边形中心的多个对称线，以及降低共振器的敏感性以相对于施加的磁场进行定向。然而，任何形状的共振器可从此处所描述的框架悬挂式配置中受益。比如，上述典型地包括夹在包装层之间的磁致弹性材料的矩形条的ESA签，可通过相对于包装层悬挂磁致弹性材料，以缩减的大小实现相同或增加的信号强度，并且因此限制磁致弹性材料与包装层的接触。

如下所述，示例性小型化磁致弹性签具有已经被建模、制造、以及估计的接近1mm的最大尺寸。制造的签是市售的磁致弹性签的大小的约1/100，并且在大约相同共振频率处以及在具有100至200的质量系数的情况下，具有的信号强度约是相似大小的非悬挂式签的75倍。

传统的磁力学谐波有限元技术被使用以为磁致弹性签估计位移、振型和共振频率。尽管磁致弹性材料通常是地非线性的，使用描述磁致伸缩材料中的磁通量、场强、应力(stress)与应变(strain)之间联系的线性结构方程式是恰当的：

其中σ是应力矢量，C是刚度矩阵，ε是应变，d是磁致伸缩矩阵，B是磁通量密度矢量，H是场强矢量，μ₀是真空磁导率，以及μ_r是相对磁导率。方程(1)和方程(2)使用COMSOLMultiphysics软件(Comsol,Inc.，美国马萨诸塞州伯灵顿)，其具有用于时间谐波感应电流和应力-应变频率响应的耦合的磁域和结构域。六边形形状的磁致弹性签建模使用的参数来自直接放在基底上的磁致弹性共振器的实验结果。

DC磁场偏置用于确保来自磁致弹性材料的强信号响应。DC场用于将材料的操作点移动至对于施加的AC磁场的应变是最敏感的位置。磁致弹性响应的强度与施加的AC磁场的强度成正比。为了估计对于具体实验装置施加的AC磁场强度，发射线圈在COMSOLMultiphysics中单独建模。由于相对大线圈与相对小磁致弹性签在大小上的不一致，首先通过单独的模型计算线圈中产生的磁场强度，然后使用计算的值作为在自定义的磁力学模型(在空间集中于单磁致弹性签上)中的激发条件是恰当的。当前施加至发射线圈的电流首先被实验地测量，随后使用在FEA模型中。对于磁致弹性签的大和小数量的特征，使用两个不同的实验装置(配置A和配置B)。下面进一步描述这两个配置的详细描述。

图4示出了用于配置A和配置B的、探查信号强度的FEA仿真结果，其中示出了在配置A和配置B中，签位置处的AC磁场强度分别算出为7.8Oe和0.8Oe。在上述磁力学耦合的FEA模型中，预计算的AC磁场强度用于对六边形磁致弹性签的共振响应进行建模。六边形签具有1.3mm的有效直径和27μm的厚度。

图5(a)示出了在约2.09MHz的共振频率下计算的、具有不附至基底的共振器框架的六边形签的模型形状。模型形状展现出纵向和横向运动，生成具有一个显著响应分量的振荡磁场(图5(a)中的水平向)，该振荡磁场正交于发射磁场(图5(a)中的竖直向)，有助于通过正交地定向发射线圈和接收线圈而将发射信号从接收信号中解耦。

图5(b)示出了在相同的共振频率下计算的、具有固定至基底的共振器框架的六边形签的模型形状。在这个示例中，施加的AC场的方向是沿对角线(corner-to-corner)的。模型形状展现出纵向和横向运动，生成带有近似正交于施加的AC场的主响应分量的振荡磁场，有助于通过正交地定向发射线圈和接收线圈而将发射信号从接收信号中解耦。因为原始的FEA结果是彩色的图表，当转换为灰度时，每个签的高和低位移区域都会出现暗区。为了使图5(a)和图5(b)清晰，低位移区域(约10nm或更少)标记为“LO”，以及最高位移区域标记为“HI”。

如上所述，框架悬挂旨在通过允许签的振动部分移动与基底具有最小的相互作用，以提供显著的信号强度优势。可通过选择使用合适的包装设计或基底支撑共振器框架实现这个优势。还可以通过提供带有轻微弯曲的签并使得签的凸面远离基底来实现，如图3(b)中的示例所示。下面进一步详细描述，示例性制造过程包括最初的制造和光化学加工(PCM)，可对完成的结构引入轻微的纵向弯曲。由于凸面远离基底，仅有共振器框架周界与基底接触，允许中心共振器在进行振荡时与支撑基底相互作用最小。

使用无签标记的PCM(tabless PCM)工艺，从约27μm厚的Metglas^TM 2826MB铸态箔上分批图案化磁致弹性签，Metglas^TM 2826MB铸态箔是无定形的NiFeMoB合金。在该工艺中，Metglas薄箔在每边都用光刻胶膜进行层压。随后将光刻胶膜被平面地印刷图案，导致选择性地除去光刻胶膜中的部分来外露在下方的磁致弹性材料。外露的材料用酸性喷雾蚀刻掉，留下具有图案的Metglas结构。传统的PCM制造工艺将材料图案化，以在整个蚀刻的过程中包括用于将装置与箔保持相连接的标记。在此处使用的无标记工艺中，在蚀刻过程期间，允许数百的签从Metglas箔上自动地掉落，消除典型传统工艺中去除额外标记的额外时间、花费、以及几何变化。大约1000个六边形签(共振器以及框架)被制造。如图6的SEM图像所示，六边形签的侧壁的侧部底切大约32μm。这相对于签的大小是小的，有助于在一批签的共振频率中的可预见性和一致性。

图7包括配置A和配置B的示意图。配置A用于相对小量的磁致弹性签，以及配置B用于相对大量的磁致弹性签。两个配置均包括网络分析仪、RF放大器、以及接收线圈。由DC亥姆霍兹线圈提供磁体偏置场以用于这些测试。在其他实施方式中，可由永久磁体或其他合适的元件提供偏置场。发射线圈和接收线圈正交地布置。共振器的对称和结合模型形状的纵向和横向运动产生响应于(正交于发射的振荡磁场的方向的)探查而生成的振荡磁场。线圈的布置和共振器的对称设计有助于从接收信号中解耦发射信号、降低信号馈通并增强签的响应。以下列出的所有数据，基线信号馈通(不存在签)已经被减去。

网络分析仪扫描发送至放大器和发射线圈的输入信号的频率。发射线圈产生振荡磁场，引起签的共振以及产生额外的磁场。额外的磁场在接收线圈中引起额外的电压，额外的电压通过网络分析仪扫测量以指示签的存在。

在图7(a)所示的配置A中，发射线圈和接收线圈位于彼此大约0.5cm远处。1至10个签被定位成与发射线圈相邻，以提供强探查场。由于数百的共振器的信号强度预期是更强的，亥姆霍兹发射线圈被使用在配置B中，如图7(b)所示，以增加探查距离和提供均匀的激发场。

配置A中的发射线圈和接收线圈具有3.6cm的直径。配置B中的亥姆霍兹发射线圈具有7.2cm的直径并且相分隔3.6cm。两个配置均使用相同接收线圈。发射线圈和接收线圈采用60线22AWG绞合线，其中每一单独导电绞股都是隔绝的。对于在此使用的相对高频率的振荡电流，导体中的皮层效应在确定的导体的整体阻抗中是重要的。和具有相同总横截面面积的较少线相比，绞合线中各自隔离的绞股提供了用于高频率信号的高电导。

图8示出了标准测量的六边形签的信号强度和共振频率作为DC偏置场强的函数的图表。在DC偏置场为31.5Oe处，信号强度达到其最大值并且共振频率达到其最小值。尽管在此没有示出，最佳的DC偏置场类似于实验性地被确定为33Oe。由于磁致弹性签的信号强度随着不同的实验设置和测量条件而变化，在此出现的信号强度参照于所测量的带有最优的DC偏置的单一框架悬挂式六边形签的最大信号强度而归一化。图8中的点线不一定是最佳曲线，并且仅旨在说明各自曲线的大致上凹和下凹的形状的近似。

如图9所示，测量的框架悬挂式六边形签的信号强度是相同直径的非悬挂式签的信号强度约75倍。框架悬挂式六边形签的共振响应呈现出在100至200范围的质量系数。

与方位角对称的圆签相比较，带有框架悬挂的六边形签对于施加的磁场的方位角方向不同，在信号强度上表现一些变化。图10(a)示出了作为施加的AC磁场的方位角的函数的、实验决定的信号强度图表。DC偏置场和施加的AC场具有相同的定向，并且接收场与这些施加场正交。图10(b)是相似图表，其中施加的AC场和接收场随着DC偏置场的相对定向的变化，分别保持在相对于签的90°和0°处。在图10(a)和图10(b)中，信号强度均相对于如下最大信号强度而归一化：所施加的AC场和DC偏置在相对于签的90°处彼此对准，如用于(a)中。尽管信号强度随着框架悬挂式六边形的共振器角度变化，在每个方向上，信号的量级均大于非悬挂式圆形共振器的信号的量级。

测量多个单独的框架悬挂式六边形共振器的响应以估计在单独签中共振频率的可变性。如图11所示，在10个六边形签的样本中，平均共振频率是2.128MHz，具有0.44％的标准偏差。当签形成阵列或成组时，小过程的可变性有助于信号的叠加。

使用配置A测量对于少量的(最多10个)六边形签的信号叠加。在该估计中，将签以2X5的阵列置于AC发射线圈的附近。DC亥姆霍兹线圈置于远离签6cm处以提供DC偏置场。如图12所示，四个签的信号叠加是明显的。当单独测试时，四个签的峰值至峰值强度在100μV至150μV之间变化，并且它们的共振频率在2.118MHz至2.127MHz之间变化。当一起测试时，峰值至峰值的响应是700μV，并且共振频率是2.123MHz。四个签的结合的归一化的信号强度大于单独确定的信号强度的总和。如图13所示，对于小数量的签，信号强度的增强与阵列签的数量的增加大致为线性的。在图13中，配置A的数据是以圆为数据点沿左手轴绘制的。

同样，小量签的共振响应使用配置B实验测量，并且相对于配置A中的单一签的响应而归一化。如上所述，FEA仿真结果示出了用于配置A和配置B的AC探查磁场的强度分别为7.8Oe和0.8Oe。在配置B中对于4个、6个、8个和10个签的等同归一化信号强度是通过将测量的信号强度乘以仿真磁场强度比7.8Oe/0.8Oe计算。在图13中，配置B的数据是以三角形为数据点沿右手轴绘制的。通过两个不同配置A和配置B测量的归一化信号强度很吻合。

制造的六边形签的大型集群(100-500)的频率响应也实验地估计。由于将如此大量的签以具有优选的定向和/或具有远离基底的凸曲面形成阵列是困难的，因此这些签彼此间随机定向。图14示出了在共振频率为2.13MHz时，对于带有框架悬挂的500个六边形签的标准共振响应，结果是得到的信号强度大约是从单个签得到的信号强度的500倍。除了随机定向，签的大型集群也估计为一个在另一个上的堆叠。在一些实施方式中，磁致弹性传感器包括多个框架悬挂式共振器，单独的共振器是一个在另一个上堆叠。堆叠配置可与随机定向或阵列配置相结合。例如，多个框架悬挂式共振器可以在三维阵列中布置。不增加直径或用于安装签的空间区域的情况下，堆叠磁致弹性签以增加信号强度的能力在许多应用(包括上述的EAS应用)中是有利的。

如图15中所示，尽管由于随机共振器定向和位置会有一些信号损失，信号强度的变化随着组内的签的数量变化大约呈线性变化。可以相信的是，签之间的相互作用可以对由随机的签定向和移位带来的信号损失进行补偿。

尽管Metglas^TM 2826MB是一种适用于上述共振器和签的磁致弹性材料，其他具有高磁致伸缩和足够机械性能的、可操作适度DC偏置场的无定形合金也是可以适用的，并且可提供更好的表现。其他诸如Terfenol-D或Galfenol的磁致伸缩材料可以相似的几何结构和/或具有不同的制造过程，以散装或薄膜形式使用。尽管上述PCM工艺是用于数百磁致弹性签制造的良好选择，但是其他能够大量生产的低花费制造工艺也可以适用。金属玻璃或其他无定形的磁致弹性合金可以通过金属合金淬火制造为合意的几何结构，例如其中带有预选部分熔化和均化的金属粉末或颗粒，然后迅速在表面上或在凹槽中用期望的几何结构淬火。

磁致弹性签的探测范围有时由探查和探测途径限制，尤其是在探测途径适应于发送器至接收器自由馈通的方式中。上述线圈配置通过签的耦合的纵向和横向共振运动，使得发送信号和接收信号在空间上分离。然而，其他途径可补充这一途径和进一步加强发送器至接收器的间隔开，并因此增加检测范围。例如，可使用脉冲询问信号，并且在签的“震荡”振动期间产生的磁通量可被探测，从而激发信号暂时地从接收信号中解耦。声学探查信号代替磁场信号，还可用于将激发信号从接收信号中解耦。

应理解，前文的描述包含本发明的一个或多个优选的示例性实施例。本发明不限于本文所公开的具体实施例，而是通过随附的权利要求唯一地限定。此外，包含于前文描述中的说明涉及具体实施例，且不被解释为对本发明的范围的限制或对权利要求中使用的术语的限定，除非术语或短语被上文明确地限定。多个其它实施例和对所公开的实施例的多个变体和修改体对本领域技术人员而言将变得明显。所有这些其它实施例、变体和修改体旨在落入随附的权利要求的范围内。

正如说明书和权利要求书中所使用的，术语“例如”“比如”和“诸如”以及动词“包括(comprising)”、“具有”、“包括(including)”以及它们的其它动词形式，当结合一个部件或一列多个部件或一列其它项目使用时，均被解释为开放式的，意思是不应认为该列不包括其它、附加的部件或项目。其它术语被解释为使用它们最广义的合理的意义，除非它们用于需要不同的解释的上下文中。

Claims

1.一种磁致弹性签，其特征在于，包括：

共振器，包括磁致弹性层；以及

共振器框架，与所述共振器耦接，并配置为以相对于基底间隔开的关系支承所述共振器，

其中所述共振器通过一个或多个联接部分沿着所述共振器的外周边从所述共振器框架悬挂，每个所述联接部分从所述共振器框架的边缘延伸到所述共振器的所述外周边，并将所述共振器附接至所述共振器框架。

2.如权利要求1所述的磁致弹性签，其中所述共振器和所述共振器框架形成为一体且包括相同的磁致弹性层。

3.如权利要求1所述的磁致弹性签，其中所述共振器的形状为具有多个对称轴。

4.如权利要求1所述的磁致弹性签，其中所述共振器具有六边形形状。

5.如权利要求1所述的磁致弹性签，其中所述共振器框架包围所述共振器，从而在所述共振器的边缘和所述框架之间限定有间隙。

6.如权利要求1所述的磁致弹性签，其中所述磁致弹性签的至少一部分从平面弯曲，从而使得所述共振器框架仅有一个或多个边缘与所述基底接触。

7.如权利要求1所述的磁致弹性签，其中所述共振器悬挂在所述共振器框架内。

8.如权利要求1所述的磁致弹性签，其中所述共振器仅沿着所述共振器的所述外周边从所述共振器框架悬挂。

9.如权利要求3所述的磁致弹性签，其中每个所述联接部分沿着所述对称轴之一定位。

10.一种磁致弹性传感器系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的磁致弹性签、发送线圈以及接收线圈。

11.如权利要求10所述的磁致弹性传感器系统，其中所述发送线圈以与所述接收线圈的方向不同的方向来布置。

12.一种磁致弹性传感器，其特征在于，包括多个如权利要求1所述的磁致弹性签。

13.如权利要求12所述的磁致弹性传感器，其中所述磁致弹性签中的每一个包括附接至单独的框架的单独的共振器。

14.如权利要求12所述的磁致弹性传感器，其中多个所述磁致弹性签的所述共振器布置为阵列形式。

15.如权利要求12所述的磁致弹性传感器，其中多个所述磁致弹性签的共振器彼此之间随机定向地布置。

16.如权利要求12所述的磁致弹性传感器，其中多个所述磁致弹性签的共振器中的至少一个与多个所述磁致弹性签的共振器中的至少另一个堆叠。

17.如权利要求12所述的磁致弹性传感器，其中多个所述磁致弹性签的共振器中的每一个对于施加的磁场有单独的特征电磁响应，以及多个所述磁致弹性签对于施加的相同磁场具有的电磁响应等同于或大于所述单独的特征电磁响应的总和。

18.如权利要求12所述的磁致弹性传感器，其中所述磁致弹性签的共振器中的至少一个与多个所述磁致弹性签的其他共振器具有以下不同中的一个或两个：不同的共振频率以及不同的大小。

19.如权利要求12所述的磁致弹性传感器，其中每一个所述磁致弹性签中的共振器悬挂在相应的所述磁致弹性签的共振器框架内。

20.如权利要求12所述的磁致弹性传感器，其中所述磁致弹性签中的每一个的共振器和共振器框架形成为一体且包括相同的磁致弹性层。