CN108475570B - 具有增强的频率稳定性和增益的椭圆形共振器标记物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁致弹性共振器装置，其包括外壳、设置在外壳内的至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件，以及设置在外壳中的至少一个偏置磁体，其中至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件被构造成以特定频率耦合到外部磁场并且以振荡的形式将磁能转换成机械能。

Description

具有增强的频率稳定性和增益的椭圆形共振器标记物
背景技术
磁-机械共振器(MMR)，也被称为磁致弹性(MEL)共振器是众所周知的，并且已在零售安全应用中使用了几十年。此外，MEL共振器由于其低成本、薄型和柔性的部件而适用于内埋的基础设施。它们可被配置为独立的标记物或物理地附接到地下管道或公用设施。它们可用于准确地识别内埋设施及其位置。例如，参见US 2012/068823；US 2012/0325359；以及US 2013/0099790，所述专利中的每个全文以引用方式并入本文。
然而，此类常规MEL共振器的检测范围和频率稳定性可受到限制。
发明内容
在本发明的第一方面，一种磁致弹性共振器装置，其包括外壳；至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件，该磁致弹性元件设置在外壳内；以及至少一个偏置磁体，该偏置磁体设置在外壳中，其中至少一个椭圆形磁致弹性元件被构造成以特定频率耦合到外部磁场并且以振荡的形式将磁能转换成机械能。
在另一方面，至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件包括堆叠布置的至少两个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件。
在另一方面，椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件包括无定形磁性材料。
在另一方面，椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件经由激光加工、工具切割和压印中的一种成形。
在本发明的又一方面，磁致弹性共振器装置包括具有第一纵向端部和第二纵向端部的至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件。共振器装置还包括第一偏置磁性元件和第二偏置磁性元件，第一偏置磁性元件邻近至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件的第一纵向端部设置，第二偏置磁性元件邻近至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件的第二纵向端部设置。共振器装置还包括基底，以支撑至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件以及第一偏置元件和第二偏置元件。
在另一方面，至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件包括堆叠布置的至少两个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件。
在另一方面，磁致弹性共振器装置还包括位移限制元件，该位移限制元件设置在堆叠布置的中心纵向区域中，以限制至少两个磁致弹性元件在中心纵向区域处相对于彼此的位移，其中第一端部和第二端部经历张开运动。在另一方面，位移限制元件在中心纵向区域处使每个元件彼此悬浮。在另一方面，位移限制元件包括延伸穿过多个铁磁元件中的每一个的至少一个销。
在另一方面，椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件中的每一个包括无定形磁性材料。
在本发明的又一方面，线性阵列磁致弹性共振器装置包括以第一堆叠布置设置的第一多个椭圆形或基本上椭圆形的元件，每个元件具有第一纵向端部和第二纵向端部；以及以第二堆叠布置设置的第二多个椭圆形或基本上椭圆形的元件，其中每个元件具有第一纵向端部和第二纵向端部。线性阵列磁致弹性共振器装置还包括第一偏置磁性元件和第二偏置磁性元件，第一偏置磁性元件邻近第一堆叠布置的第一纵向端部设置，第二偏置磁性元件邻近第一堆叠布置的第二纵向端部设置，其中第二偏置磁性元件也邻近第二堆叠布置的第一端部设置，并且第三偏置磁性元件邻近第二堆叠布置的第二纵向端部设置。
在另一方面，前述共振器装置中的任一种还包括包封共振器装置的外壳。在另一方面，外壳由非刚性材料形成。在另一方面，外壳具有足够的柔韧性以安装到盘管。
在另一方面，前述共振器装置中的任一种具有从约34kHz至约80kHz的频率范围。
在另一方面，前述共振器装置中的任一种可在高达约48英寸的地下深度处被检测到。
在另一方面，磁致弹性共振器标记物系统包括前述磁致弹性共振器装置中的任一种和便携式定位装置。
在另一方面，前述共振器装置中的任一种可附接到内埋于地下的设施。
在本发明的又一方面，椭圆板磁致弹性共振器包括由无定形磁性材料形成的至少一个椭圆板。
在本发明的又一方面，磁致弹性传感器包括至少一个椭圆板磁致弹性共振器或前述磁致弹性共振器装置中的至少任一种。
本发明的上述发明内容并不旨在描述本发明的每个例示的实施方案或每个具体实施方式。附图及其后的详细描述更特别地举例说明这些实施方案。
附图说明
在下文中，将引用非限制性示例并且参考附图对本发明进行部分描述，在附图中：
图1为根据本发明的第一方面的磁致弹性共振器装置的分解图。
图2为根据本发明的另一方面的磁致弹性共振器装置的分解图。
图3为根据本发明的另一方面的磁致弹性共振器装置的侧视图。
图4为示出具有椭圆形的共振器条的标记物装置对具有矩形共振器条的两个不同标记物装置的相对增益的曲线图。
图5为针对不同共振器形状的作为偏置场的函数进行测量的共振器Q的曲线图。
图6为针对不同共振器形状的作为偏置场的函数的4个样本群体在频率上的标准偏差的曲线图。
图7为针对不同共振器形状的作为偏置场的函数进行测量的能量转换效率(K33 2值)的曲线图。
图8A至图8C为针对不同共振器形状的作为偏置场的函数进行测量的Q、增益和能量转换效率的标准偏差的曲线图。
图9A和图9B为针对不同堆叠阵列共振器形状的作为偏置场的函数的增益和Q的曲线图。
图10A和图10B为作为偏置场的函数的椭圆共振器装置和矩形共振器装置的频率稳定性的曲线图。
虽然本发明可修正为各种修改形式和另选的形式，但其具体形式已在附图中以举例的方式示出，并且将做详细描述。然而，应当理解，不旨在将本发明限制于所描述的特定实施方案。相反，其目的在于涵盖落入如由所附权利要求书所限定的本发明的范围之内的所有修改、等同形式和另选的方案。
具体实施方式
在以下描述中，将引用构成本文一部分的附图，并且这些附图以实例说明本发明可能实施的具体实施方案的方式示出。就这一点而言，方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“前端”、“向前”和“后端”等参考所描述的一个或多个附图的取向来使用。因为本发明实施方案的部件可以定位成多个不同取向，所以方向性术语用于说明的目的，并且不具有任何限制性。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可利用其它实施方案，并且可进行结构性或逻辑性的改变。因而，不能认为以下的详细描述具有限制意义，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。
本文描述了在定位和识别设施(诸如内埋设施)中使用的具有扩展信号范围的基于磁致弹性(MEL)共振器的标记物(简称“MEL标记物”)。利用了椭圆形共振器条，并且当具有类似纵横比时，与标准矩形共振器条相比，椭圆形共振器条提供了改善的增益。此MEL标记物，由于其低成本、薄型和柔性的部件而可适用于内埋基础设施。另外，本文描述的MEL标记物可提供频率可调谐性、高频率稳定性、高能量存储以及薄型，相比于具有矩形共振器条的常规MEL标记物，所有这些均与扩展的检测范围结合。MEL标记物可为独立的标记物，它可物理地附接到地下设施，诸如管道或其它公用设施，或者它也可附接到位于地下设施处或附近的另一装置或载体，诸如提示条带或警示条带。
描述了如在磁致弹性(MEL)标记物内使用的不同共振器形状，并描述了椭圆形状的优点和益处。在比较矩形形状和椭圆形状时，没有独特的几何比较。研究人员选择比较其中两个共振器条形状的纵横比类似并且共振频率接近的共振器。如此处所使用的类似的纵横比被描述为：(1)椭圆的主轴延伸超过矩形形状的边缘；以及(2)矩形的四个角延伸超过椭圆。这是从在给定频带操作同时提供用于封装的类似尺寸的共振器的观点进行的实际比较。在这些实际情况下，研究人员已确定椭圆形状在可变性和信号增益方面提供了可观察的优势。如果选择另一几何标准进行比较(诸如固定宽度和相同频率)，则信号增益的优势会减少，但可变性的改善得以维持。这种改善的可变性是本发明的重要特质，因为它在定位和标记以及传感器应用中在使用低成本无定形材料方面具有实际意义，对此，共振器一致性的缺乏可限制性能。
具体地，如本文进一步详细描述的，无定形磁性材料的椭圆形磁致弹性共振器已显示出优于具有类似的尺寸、纵横比和共振频率的矩形形状共振器。较高的性能表现为较高的信号增益，并且通常尤其是较高水平的动态特性和频率的一致性。信号增益通过对单个共振器装置和多个共振器装置使用椭圆形来改善。
图1和图2分别以分解图示出本发明的第一方面的MEL标记物装置100和第二方面的MEL标记物装置100'。MEL标记物装置100包括外壳110，外壳110在其中包封至少一个椭圆形的磁致弹性共振器材料或元件150(也称为共振器条)，以及偏置磁体140。如图2所示，在本发明的另一方面，MEL标记物装置100'可包括两个椭圆形的共振器条150a和150b。在本发明的另外方面，三个或更多个共振器条150可包括在MEL标记物装置中。如所理解的，MEL共振器装置被设计成以特定频率耦合到外部磁场并且以(一个或多个)共振器条的振荡的形式将磁能转换成机械能。然后可由检测装置检测来自(一个或多个)振动条的辐射能量。
在优选的方面，共振器条150为椭圆形的。由此，该椭圆形状在共振器材料内部提供更均匀的磁场，因为当浸入均匀的磁场中时，椭圆形状(在这种情况下为椭圆板)呈现出均匀的磁化。相比之下，常规的矩形共振器条由于在样品端部上感应的磁极而在共振器材料内呈现出高度可变的磁场。由此，磁致伸缩为矩形端部附近的低值和中心部分中的较高值的加权平均数。另外，由于这种变化与材料内部的磁特性的空间变化的相互作用，DC磁偏置和AC信号两者的这种变化(由于存在感应的DC和AC电极两者)可导致从共振器到共振器的可变性增加。如以下实验部分中更详细地示出的，当具有类似的纵横比时，椭圆形的共振器材料呈现出比矩形共振器材料高的增益。
如上所述，椭圆形的磁体呈现出均匀的磁场。对于MEL标记物装置，这适用于偏置场(DC)和所施加的AC信号两者。这些更均匀的场可导致观察到的磁致伸缩(例如，在椭圆形的共振器材料的端部附近的较强磁致伸缩)的较少变化和共振器的动态参数的较少变化。一般来讲，标记物或传感器中较少的变化继而会导致较高的应用性能。这些特性将在实验部分中进一步详细描述。
在本发明的另一方面，共振器条150不必具有完整的椭圆形状，而是可在其端部上具有圆形边缘，其中主体不是完整椭圆。在该方面，此类圆角开始接近理想椭圆形状的行为，并因此提供与椭圆板共振器相同益处的水平。
在本发明的一个方面，当用于特定应用诸如地下和内埋基础设施定位和标记时，MEL标记物装置外壳110提供用于保护MEL共振器免受周围环境条件影响的结构。
具体地，外壳110包括盖部分115和设置在外壳基部与盖部分115之间的分离器部分160。分离器部分160在至少一个椭圆形的共振器条150与磁偏置材料140之间提供物理分离。
MEL共振器条150包括具有磁致伸缩特性的铁磁材料，诸如磁性无定形合金或晶体材料，诸如由南卡罗莱纳州康威市的Metglas公司(Metglas,Inc.,Conway,S.C)制成的Metglas 2826MB、2605SA1或2605S3A。共振器条150也可包括类似的材料，诸如由德国哈瑙的瓦克华磁性材料公司(Vacuumschmelze GmbH,Hanau,Germany)制成的那些。(一个或多个)共振器条的物理维度诸如长度、宽度和厚度可基于所期望的响应频率来选择。
如上所述，(一个或多个)MEL共振器条150为椭圆形的或至少基本上椭圆形的(即，它们不是必需形成为完美的椭圆，而是具有没有尖角的圆形端部)。此类成形可通过多种方式完成，包括激光机加工、工具切割和压印。如上所述，条端部处的圆形边缘帮助在那些端部处产生更均匀的磁致伸缩，并且因此帮助增加整体条磁致伸缩，同时改善动态参数的部分到部分的一致性。
共振器条材料由磁偏置材料140诸如永磁体或硬磁或半硬金属条磁偏置。本文可利用不易改变的硬磁磁偏置材料140，因为当内埋于地下时其偏置特征不太可能改变。磁偏置层140可由下述任何磁性材料制成，所述磁性材料在磁化时具有足够的剩磁以适当地偏置共振器并且具有足够的矫顽磁性以便在正常操作环境中不被磁力地改变。可利用市售磁性材料诸如得自伊利诺伊州马伦戈市的阿诺德工程公司(The Arnold EngineeringCompany,Marengo,Ill.)的ArnokromeTMIII，但其它材料可同样好用。磁偏置层140可与(一个或多个)共振器条150具有类似的维度。与线性或条形磁体一样，磁偏置层140各端部均具有一个磁极。
外壳110及其部件可由塑料或任何其它非导电材料诸如PVC或其它聚合物形成。在一个方面，外壳可使用常规的真空成型工艺形成。在优选的方面，外壳材料可围绕共振器条和偏置材料维持其形状和间距。此外，由于外壳壁的材料组成或厚度，外壳和部件材料可形成为非刚性结构或柔性结构。例如，间隔元件125可形成为非刚性结构或柔性结构。
在本发明的另外方面中，MEL标记物装置100、100'可放置在被设计成承受恶劣条件的保护性封装体或外部外壳内。该保护性封装体可由坚固材料诸如高密度聚乙烯(HDPE)形成。
MEL标记物装置100、100'可设置在地下设施诸如管道、导管或其它设备上或附近。例如，MEL标记物装置100、100'可为独立的标记物，它可物理地附接到地下设施诸如管道或其它公用设施，或者它可附接到位于地下设施处或附近的另一装置，诸如提示条带或警示条带。此外，可在非地下环境中利用本文描述的MEL标记物装置，诸如用于定位和识别以其它方式隐藏于视线的地上设施(诸如在容器中或在建筑物墙壁、天花板或地板内)。
此外，MEL标记物装置100、100'可被特别设计成在与独特设施类型诸如不同的公用基础设施(例如，水、废水、电、电话/电缆/数据和气体)相关联的不同频率下操作。例如，在一个方面，所述MEL标记物装置100、100'可具有从约34kHz至约80kHz的频率范围。应当注意的是，为了定位应用，在多个MEL标记物装置可被组合以实现附加的检测深度的情况下，频移是不期望的。因此，本文公开的MEL标记物装置可群集(用于附加的深度)，而不展示基本的频移。此外，尤其对于管道定位应用，由于磁性响应的矢量性质，可采用该MEL标记物装置以不仅提供设施位置，而且还提供设施方向性。
尽管已描述了磁致弹性标记物实施方案，但是本发明也可应用于基于MEL的传感器中的共振器。在另选方面，可利用MEL标记物装置100、100'作为提供时间、温度和/或化学信息的消毒指示器系统的一部分。在另外的另选方面，可利用MEL标记物装置100、100'作为提供时间和温度信息的易腐(例如，食物腐败)指示器系统的一部分。在另外的另选方面，可利用MEL标记物装置100、100'作为泄漏检测系统的一部分，该泄漏检测系统提供地上或地下公用设施的泄漏信息。例如，在该特定方面，MEL标记物装置100、100'可进一步结合嵌入式天线以无线地传输传感器信息。另选地，MEL标记物装置100、100'可被设计成受变化条件的物理影响，使得信号响应可随时间或条件而改变，从而向使用者指示某些信息。
图3A和图3B中示出另选的标记物装置构造。例如，图3A示出本发明的另一方面，MEL标记物装置200。MEL标记物装置200包括多个椭圆形的磁致弹性共振器材料或元件250(在本文中也被称为共振器条或共振器带)。在该实施方案中，椭圆形的磁致弹性共振器元件包括以堆叠布置设置的四个椭圆形的共振器条250a至250d，每个元件具有第一纵向端部251和第二纵向端部252。虽然四个共振器条被示出为构成铁磁元件叠堆250，但是多个铁磁元件可包括单个元件或者2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或更多个共振器条的叠堆，这取决于条件。
共振器条250a至250d可直接堆叠在彼此的顶部上，或者另选地，一个或多个间隔件诸如胶点(未示出)可在叠堆250的中心纵向区域处设置在共振器条之间，使得所述条在中心区域处不直接与彼此接触。
在这方面，共振器条250a至250d各自包括具有磁致伸缩特性的磁致弹性材料，诸如磁性无定形合金或晶体材料，诸如由南卡罗莱纳州康威市的Metglas有限公司(Metglas,Inc.,Conway,S.C)制成的Metglas 2826MB、2605SA1或2605S3A。共振器条150a至150d也可包括类似的材料，诸如可得自德国哈瑙的瓦克华磁性材料公司(Vacuumschmelze GmbH,Hanau,Germany)的那些。(一个或多个)共振器条的物理维度诸如长度、宽度和厚度可基于所期望的响应频率来选择。所述带可退火，或者它们可为淬火材料。对于沿长轴具有卷曲的条/带，共振磁性元件的叠堆可包括以卷曲向上位置取向的一些带，而剩余的带以卷曲向下的方向取向，因此当在水平取向上沿长轴旋转时，有助于提供降低的电位频移。在一些方面，磁致弹性元件中的每一个包括具有约25mm至40mm的长轴长度的椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性金属条。在另一方面，元件中的每一个包括具有约40mm至65mm的长轴长度的金属条。
该构造与以上相对于图1和图2中所描述的标记物构造的不同之处在于，装置100、100'提供偏置磁体，该偏置磁体设置在一个或多个共振器条的下方、上方或侧面。相反，MEL标记物装置200包括设置在共振器元件叠堆的每个端部处的偏置磁性元件。如图3A所示，第一偏置磁性元件诸如偏置磁体240a邻近共振器元件叠堆的端部251设置，并且第二偏置磁性元件诸如偏置磁体240b邻近共振器元件叠堆的端部252设置。偏置磁体240a、240b的磁轴沿带叠堆长轴设定在大致相同的方向上。这种磁性元件偏置取向可帮助减小对铁磁元件叠堆的重力影响(例如，如果偏置磁体放置在一个或多个铁磁元件上方，则重力将起到将(一个或多个)元件从偏置磁体拉开的作用)。利用本文描述的端部偏置配置，即使MEL标记物装置颠倒翻转，来自共振器元件叠堆250的信号也不会受到显著影响。
另外，在一些方面，端部偏置配置以及与共振器短轴具有可比较宽度的偏置磁体的使用对于椭圆板共振器是优选的。这是由于以下事实：当被放置在更均匀的场中时，内部磁化更均匀，并且较大的端部偏置磁体改善了这方面。另外，椭圆表示对于重力影响的矩形形状的改善。由于椭圆形状，端部上的质量相对较小，并且中心区段较硬。这些形状变化导致具有较少重力引起弯曲的较硬的梁。
偏置磁性元件240a、240b可各自包括永磁体或硬磁或半硬金属条。本文可利用不易改变的硬磁磁偏置材料，因为当内埋于地下时其偏置特征不太可能改变。磁偏置层240可由下述任何磁性材料制成，所述磁性材料在磁化时具有足够的剩磁以适当地偏置共振器并且具有足够的矫顽磁性以便在正常操作环境中不被磁力地改变。可利用市售磁性材料诸如得自伊利诺伊州马伦戈市的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company,Marengo,Ill.)的ArnokromeTMIII，但其它材料可同样好用。例如，在一个特定方面，偏置磁体(得自K&J Magnetics公司(K&J Magnetics Inc.)的钕磁体)的维度可为约1/16"(厚度)、1/8"(高度)以及1/4"(宽度)，其中磁化穿过整个厚度。当然，偏置磁体维度可基于共振器元件的尺寸和宽度而变化。如同线性或条形磁体一样，磁偏置元件240a、240b可各端部均具有一个磁极，如N和S标志所指示的那样(参见例如图3B)。
在另一方面，MEL标记物装置200可包括设置在偏置磁性元件和共振器元件叠堆的每个端部之间的场集中器。场集中器帮助收集来自偏置磁性元件的磁场并引导磁场朝共振器元件叠堆的端部。该配置可不易受位置误差影响，并且允许与共振器元件叠堆端部相距更大的距离/间隔并可帮助提供更直的通量线和更小的磁吸引力。此外，使用场集中器允许使用较小的永磁体作为偏置磁性元件，这有助于降低部件成本。另外，如上所述，在椭圆板共振器的情况下，由于场集中器而增加的偏置场均匀性在改善内部场均匀性方面是有用的。
在标记物和传感器两者的构造中，需要一些将共振器保留在封装中的手段。尽管存在多种用于保持共振器的潜在方法，但是本文描述了一些不被认为是对本发明进行限制的可能性，并且也可使用本文未描述的其它手段来将共振器保留在装置内，如根据本说明书对于本领域普通技术人员来说显而易见的。例如，MEL标记物装置200可还包括设置在共振器元件叠堆250的中心纵向区域中的夹紧元件260。夹紧元件260在夹紧元件位置处限制铁磁元件250a至250d相对于彼此移位。夹紧元件260可包括刚性元件或框架状结构，诸如图3A中所示。在另外的方面，夹紧元件260可由磁性材料或一组小磁体形成。另选地，夹紧元件260可包括插入穿过每个条250a至250d的一个或多个销。使用中心销作为夹紧元件还可帮助防止共振器元件中的一个或多个朝端部偏置磁体中的一个的侧向移位。如果单独的共振器元件中的一个或多个从准确的中心位置稍微移动，则吸引力变得更强并且随着时间推移将一些单独的共振器元件拉到一个端部，这可降低Q和信号强度。
利用图3A中所示的偏置磁性定位，共振器叠堆250中的带/条250a至250d在经受来自每个端部的偏置磁场时变得磁化。这种配置在每个端部处在所有带/条250a至250d之间产生排斥力，从而使得当通过夹紧元件260将共振器叠堆一起保持在中心区域中时，带/条端部张开或扇出，与此同时，所有的带端部均沿带/条的长轴经受朝磁偏置元件的吸引力。这产生沿带/条的长轴的拉力以及交叉排斥力，从而导致所有带端部在端部区域251、252处的空气悬浮，同时在端部区域251、252处在带/条之间没有表面接触(当被夹紧元件160保持时，预期表面接触在中心区域中，除了在带/条之间使用间隔件时)，而不管带/条250a至250d的初始卷曲如何。
在一个方面，夹紧元件260被构造成在中心纵向区域处使每个铁磁元件彼此悬浮。在另一方面，夹紧元件260可包括减震特征，从而当MMR在运输或安装期间经受大振动时帮助减少共振器元件叠堆运动。
以这种方式，当以特定频率暴露于外部磁场时，共振器条耦合到外部磁场并且以共振器条的磁-机械振荡的形式将磁能转换成机械能。由于堆叠布置250的中心部分被夹紧元件260限制移位，所以每个共振器元件250a至250d的第一端部和第二端部可经历张开运动。在偏置磁场作用下，第一端部251a至251d可在元件叠堆的一个端部处相互之间远离地张开，并且第二端部252a-252d可在元件叠堆的二端部处彼此远离地张开。
在操作中，MEL标记物装置200在下述情况下在其特征频率下共振：利用调谐至此频率的交变磁场(使用例如便携式定位器)进行询问时。在此询问周期期间，将能量以磁能和机械能(表现为共振器振动)两者的形式储存到标记物中。当移除询问磁场时，共振器继续在其共振频率下振动并且释放出可利用合适检测器远程感测的显著交变磁-机械能，该检测器可结合在相同便携式定位器内。因此，可通过利用在能量储存在标记物中的外部交变磁场激励，并且然后检测标记物装置产生的磁场来定位MEL标记物装置200，因为标记物装置在其自身的共振频率下指数地耗散其储存的能量。此响应为定位技术人员提示MEL标记物装置200的存在。
关于定位系统的另一考虑是系统响应时间具有与工作人员效率有关的限制，这限制了定位器接收机中的最小带宽。当技术人员使用手持定位器用于定位内埋标记物时，具有快速响应对工作效率是有利的。
另外的考虑是最大发射机输出功率可受到无线电当局以及电池重量和尺寸的限制。
因此，无论定位器输出功率如何，在环境条件下频率和增益稳定的高增益MEL标记物装置对于用于使内埋标记物或标记物群集的最差情况检测距离最大化是有利的。
当使用多个MEL标记物装置来放大响应时，通过高度稳定的标记物以及以可预测方式变化的配置来实现更高的增益，其中在群集中的所有标记物将基本上移位相同的量并且继续根据群集中标记物的数量来添加，而不是在更坏的情况下，由于相位反转而相互减去。
对于感测应用，具有诸如在本文描述的实施方案中提供的设计是有利的，以便具有更高的稳定性和可预测性，并因此具有更高的灵敏度标记物。
存在可通过MEL标记物定位系统进行优化的若干特定的性能相关的特征、频率、信号和Q，其中它们各自都有其自己的优势，这取决于特定的应用和检测标准。在许多应用中，MEL标记物装置的取向和旋转不能被控制。地球的磁场作为矢量添加到带偏置场，从而使带偏置场增加或减少高达+/-0.6Oe。当使用高阶共振器叠堆时，这会导致频移降低。如所观察到的，悬浮的带的地球引力对长的带的影响更大，这对于某些频率范围是必需的。因此，构造和配置本文所述的MMR标记物以在所有取向上获得一致性能是有利的。另外，如稍后将在图6中所示，椭圆板共振器在面对高增益区域处的偏置场变化(例如在地球场中的旋转)时频率变得更加稳定，而矩形共振器在高增益区域-在部分到部分可变性的意义上来说变得更敏感。
在本发明的一个方面，MEL标记物装置200可还包括分别设置在元件叠堆250的中心区域和相应端部251与252之间的附加位移限制件270a和270b。在一个方面，附加位移限制件270a和270b可在中心区域与每个相应端部251、252之间的近似1/3距离处沿共振器叠堆150定位。另选地，在另一方面，附加位移限制件270a和270b可被放置成更靠近共振器叠堆端部251、252。位移限制件270a、270b中的每一个限制共振器叠堆的张开运动的量。由此，位移限制件270a、270b的尺寸可设计成允许元件之间存在一些间隔，这意味着带/条250a至250d彼此可不接触。附加的位移限制件帮助减少由于引力引起的较长长度(和高阶叠堆)的带/条的弯曲。位移限制件270a、270b可由刚性塑料材料形成，并且在MEL标记物装置的取向(相对于地面)改变时操作以减少信号频率变化。
在本发明的另选方面，共振器叠堆250可包括沿长轴具有卷曲的共振器条(由于在冷车轮上淬火而产生的处理效果)，其中第一组共振器条取向为“向上卷曲”并且第二组共振器取向为“向下卷曲”。共振器条可堆叠成使得带的一半向下卷曲并且带的一半向上卷曲，其中相邻的卷曲以交替的方式彼此远离。这种布置可在任何取向上提供进一步的频率稳定性，其中共振器叠堆将在向上和向下旋转中具有总体对称性。利用这种取向，最靠近顶部盖和底部盖的带可用于限制由于重力引起的整个叠堆带移动(可发生一些轻微的接触)。
在另一方面，MEL标记物装置200可还包括基底215以支撑MEL标记物装置的其它部件，诸如端部偏置磁体240a、240b和中心夹紧元件260。因此基底215可维持偏置磁体240a、240b距堆叠元件端部251、252的距离。基底215可由柔性塑料材料形成，使得MEL标记物装置可弯曲(诸如当被附连到柔性管道时)。
如图3A的分解图所示，MEL标记物装置200可还包括外壳或盖210。外壳或盖210被构造成包封前述标记物部件。外壳210和基底215可由塑料或任何其它非导电材料诸如PVC或其它聚合物形成。在一个方面，外壳可使用常规的真空成型工艺形成。在优选的方面，外壳材料可围绕共振器条和偏置材料维持其形状和间距。此外，由于外壳壁的材料组成或厚度，外壳和部件材料可形成为非刚性结构或柔性结构(例如，它可为波纹形)。而且，外壳可具有薄型。例如，波纹形外壳可提供比平坦的外壳高的强度，并且可挠曲，从而使产品适用于直接内埋应用和塑料管道应用。
在本发明的另选方面，MEL共振器装置200可放置在被设计成承受恶劣条件的保护性封装体或外部外壳内。保护性封装体可由坚固材料诸如高密度聚乙烯(HDPE)形成。
如以上所述的装置100、100'，MEL共振器装置200可设置在地下设施诸如管道、导管或其它设备上或附近，或如前所述以其它方式被利用。
在本发明的另一方面，图3B示出MEL标记物装置200'，其形成为MEL标记物装置201和202的线性阵列。在该阵列构造中，MEL标记物装置201、202共享端部偏置磁性元件240b。任选地，MEL标记物装置201、202还可共享共同基底215。如根据本说明书对于本领域技术人员来说显而易见的，也可利用具有三个、四个、五个或更多个标记物的另选线性共振器阵列构造，其中每个标记物与另一MMR标记物共享至少一个端部偏置磁体。该线性阵列构造可在共享端部磁体时提供更高的信号(与阵列中的标记物的数量近似成比例)。
具体地，第一MEL标记物装置201包括多个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件250。在这方面，元件包括以堆叠布置设置的四个共振器条250a至250d，每个元件具有第一纵向端部251和第二纵向端部252。虽然四个共振器条被示出为构成元件叠堆250，但多个元件可包括2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或更多个共振器条的叠堆，这取决于条件。共振器条250a至250d可直接堆叠在彼此的顶部上，或者另选地，一个或多个间隔件诸如胶点(未示出)可在叠堆250的中心纵向区域253处设置在共振器条之间，使得条在中心纵向区域253处彼此不直接接触。
类似地，第二MEL标记物装置202包括多个椭圆形或基本上椭圆形的元件255。在这方面，元件包括以堆叠布置设置的四个共振器条255a至255d，每个铁磁元件具有第一纵向端部256和第二纵向端部257。虽然四个共振器条被示出为构成铁磁元件叠堆255，但多个铁磁元件可包括2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或更多个共振器条的叠堆，这取决于条件。共振器条255a至255d可直接堆叠在彼此的顶部，或者另选地，一个或多个间隔件诸如胶点(未示出)可在叠堆255的中心纵向区域258处设置在共振器条之间，使得条在区域258处彼此不直接接触。
共振器条250a至250d和255a至255d可各自包括具有磁致伸缩特性的椭圆形的磁致弹性共振器材料，诸如上述材料。
MEL标记物装置201和202各自包括设置在共振器元件叠堆中的每个端部处的偏置磁性元件。如图2所示，第一偏置磁性元件诸如偏置磁体240a邻近第一共振器元件叠堆250的端部251设置，并且第二偏置磁性元件诸如偏置磁体240b邻近共振器元件叠堆250的端部252设置。
如上所述，在该群集配置中，端部偏置磁体240b由MEL标记物装置201和MEL标记物装置202共享。因此，偏置磁体240b邻近第二共振器元件叠堆255的端部256设置，并且另一偏置磁性元件诸如偏置磁体240c邻近共振器元件叠堆255的端部257设置。
偏置磁性元件240a、240b、240c可各自包括永磁体或者硬磁或半硬金属条，诸如上述材料。在另一方面，MEL标记物装置201和202中的一个或多个可包括设置在偏置磁性元件与共振器元件叠堆中的每个端部之间的场集中器。场集中器帮助收集来自偏置磁性元件的磁场并引导磁场朝向共振器元件叠堆的端部。如前所述，集中器可改善椭圆板共振器的均匀性并因此改善椭圆板共振器的性能。
另外，MEL标记物装置201和202可各自包括夹紧元件，诸如设置在共振器元件叠堆250的中心纵向区域253中的夹紧元件260和设置在共振器元件叠堆255的中心纵向区域258中的夹紧元件261。夹紧元件限制铁磁元件250a至250d、铁磁元件255a至255d相对于彼此的位移。夹紧元件260、261可包括上述相同的材料和结构。此外，夹紧元件260、261中的一个或两个可包括减震特征，从而当MEL标记物装置在运输或安装期间经受大振动时帮助减少共振器元件叠堆运动。
以这种方式，当以特定频率暴露于外部磁场时，共振器条耦合到外部磁场并且以共振器条的磁-机械振荡的形式将磁能转换成机械能。如图2所示，由于堆叠布置250、255的中心部分被夹紧元件260、261限制移位，所以每个共振器元件250a至250d、255a至255d的第一端部和第二端部经历张开运动。如图2所示，在偏置磁场作用下，共振器叠堆250、255的第一端部在相应的元件叠堆的一个端部处相互之间远离地张开，并且第二端部可在元件叠堆的相应的第二端部处相互之间远离地张开。
MEL标记物装置201、202可各自还包括附加的位移限制件，诸如以上所述。例如，对于MEL标记物装置201，附加的位移限制件270a可设置在第一端部251和中心区域253之间，并且第二位移限制件270b可设置在元件叠堆250的第二端部252和中心区域253之间。类似地，位移限制件271a可设置在第一端部256和中心区域258之间，并且第二位移限制件271b可设置在元件叠堆255的第二端部257和中心区域258之间。沿共振器元件叠堆的位移限制件定位可类似于以上相对于MEL标记物装置200描述的那样。位移限制件可以以类似于以上所描述的方式进行构造。
如上所述，在一个方面，MEL标记物装置201、202可共享共同基底215，以支撑MMR标记物的其它部件。在另选方面，每个MEL标记物装置201、202可具有独立的基底。基底215可由柔性塑料材料形成，使得群集MEL标记物装置200'可弯曲(诸如当被附连到柔性管道时)。
此外，群集MEL标记物装置200'可还包括被构造成包封标记物201、202的外壳或盖。外壳可以以类似于上述外壳的方式进行构造。在本发明的另选方面，群集MEL标记物装置200'可放置在被设计成承受恶劣条件的保护性封装体或外壳内。保护性封装体可由坚固材料诸如高密度聚乙烯(HDPE)形成。
如同之前的实施方案，MEL标记物装置200'可设置在地下设施诸如管道、导管或其它设备上或附近。例如，MEL标记物装置200'可为独立的标记物，它可物理地附接到地下设施诸如管道或其它公用设施，或者它也可附接到位于地下设施处或附近的另一装置，诸如提示条带或警示条带。此外，可在非地下环境中利用本文描述的标记物装置，诸如用于定位和识别以其它方式隐藏于视线的地上设施(诸如在容器中或在建筑物墙壁、天花板或地板内)。
如上所述，MEL标记物装置可被特别设计成在与独特设施类型诸如不同的公用基础设施(例如，水、废水、电、电话/电缆/数据和气体)相关联的不同频率下操作。
便携式定位装置可用于检测本文所述的MMR标记物。一种示例性便携式定位装置在US 2012/068823中有所描述，该专利以引用方式并入本文。此定位装置可包括用于产生电磁场并检测MMR标记物100、100'、200的响应的单个天线。在另选方面，便携式定位装置可包括多个天线，其中一个天线可用于产生电磁场并且第二天线可用于检测MMR标记物对所产生的场的响应。定位装置可由电池供电以实现更好的便携性。集成显示器可为使用者提供有关定位的MMR标记物和MMR标记物与其相关联的设施的多种信息。例如，显示器可提供有关标记物和设施深度、方向的信息或者有关MMR标记物的其它信息。示例性便携式定位装置包括3MTMDynatelTM1420定位器和3MTMDynatelTM7420定位器，两者都由明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,Minn)分售。在一个实施方案中，可对定位装置固件进行编程以便调谐定位器天线来辐射特定的或若干特定的期望频率。
在另选方面，可利用本文所述的MEL标记物装置作为提供时间、温度和/或化学信息的消毒指示器系统的一部分。在另外的另选方面，可利用本文所述的MEL标记物装置作为提供时间和温度信息的易腐(例如，食物腐败)指示器系统的一部分。在另外的另选方面，可利用本文所述的MEL标记物装置作为泄漏检测系统的一部分，该泄漏检测系统提供地上或地下公用设施的泄漏信息。另选地，本文所述的MEL标记物装置可被设计成受变化条件的物理影响，使得信号响应可随时间或条件而改变，向使用者指示某些信息。
实验
进行一系列实验将椭圆形的共振器材料与常规的矩形形状的共振器材料的各种特质加以比较。共振器材料由Metglas(Metglas 2826MB3，中心切割，未退火)提供，并且为激光切割(椭圆样品和LC SQ(约0.48"×1.68")矩形样品)或剪切切割(SH SQ(0.45"×1.68")矩形样品)。椭圆样品和矩形样品的共振频率在2％以内，并且每个样品的质量在10％以内(椭圆样品比矩形样品重9％)。如先前在从实际应用的角度描述椭圆板和矩形板的几何比较中所讨论的，纵横比和尺寸保持类似(椭圆稍长)。
通常，实验被设计成使得共振器性能的差异可归因于形状，并且较少取决于其它因素。通常，铸态带的磁致伸缩在幅材横向方向上变化。出于这个原因，使用相同批次的材料(以消除批次间变化)，并且从幅材的最中心切割矩形共振器和椭圆板共振器以实现共振器长轴的取向。
为了将差异归因于形状，切割激光和剪切切割的矩形样品。椭圆形状最好用激光切割，因为这种形状的模具难以产生并维持锐度。对于剪切切割样品，剪切机很锋利并且刀片预加载被优化。每种类型的若干样品被切割。采用动态参数的基线测量，并使用每个设计的4个最高性能来产生平均值和标准偏差。最高性能标准基于整体信号增益，使用如下所述的测量技术。
共振器采用双线圈布置进行测试，其中较大的亥姆霍兹线圈用于DC偏置场，并且较小的AC线圈用于测量动态参数。在复平面中使用动生导纳方法测量动态参数(参见Frederick Hunt的“电声学”，其描述了使用动生阻抗或动生导纳进行的共振器复平面分析)。利用反射桥(HP 3577A)进行网络分析获得数据。使用慢速扫描(30秒)以允许指示材料响应的精确、稳定的状态条件，而非材料和设备参数的组合。对于特定的充电时间和振铃时间的等效振铃响应可使用测量的频率从该数据计算并且使用标准方程从Q计算。本文的数据比较是完整的稳态解。
实验1
进行第一个实验，比较具有椭圆形的共振器条的标记物装置对具有矩形形状的共振器条的两个不同标记物装置的相对增益。标记“椭圆”的曲线表示在所描述的测试设置中具有椭圆形的共振器材料的标记物装置的增益。共振器条使用激光切割成形。椭圆样品在约49kHz处具有共振频率。标记LC SQ增益和SH SQ增益的曲线表示来自激光切割(LC)和剪切切割(SH)矩形形状(SQ)的增益。
结果示于图4中。
这些结果是每种类型的10个共振器中(9个椭圆)的最好4个的平均值。采用这种“前40％”的方法来减轻比较中材料和工艺变化的影响。
相对增益作为H场的函数被测量。如图4中所观察到的，激光切割椭圆是在所有偏置场值处的最高增益构造，峰值在5.5Oe到6Oe左右。增益增加可以是由于形状和切割工艺两者，但这些不一定是叠加的，因为形状和工艺之间可能存在交互。考虑到材料变化，在单个共振器中所看到的3.3dB至3.6dB的增加是显著增加。对于矩形形状，激光切割(LQ)一定程度地优于剪切切割(SH)共振器。一般来讲，由于特定工艺参数和剪切的机械条件，切割方法可在品质上变化。在本实验中，观察到椭圆示出超过仅切割方法所指出的改善。
实验2
进行第二个实验，其中共振器Q作为偏置场的函数被测量。样品与实验1中相同。结果示于图5中。
正如所观察到的，在高增益区域，6Oe附近，Q几乎没有明显的差异。在较高的偏置下，椭圆的Q因子较低。这并不奇怪，因为椭圆示出从磁能到声能的更强的能量传递，并且“固有Q”被理解为与该量成反比例。
实验3
进行第三个实验，其中4个样本群体的频率标准偏差作为偏置场的函数被测量。样品与实验1中相同。在这些计算中，剪切切割样品已在数学上进行了长度校正，使得频率的变化仅由于材料变化。结果示于图6中。
图6示出，随着接近高增益区域，两个矩形样品对从样品到样品的变化变得更加敏感，并且峰值从6.5Oe到7Oe。相反，椭圆共振器对6Oe的高增益点处的变化变得较不敏感。正如所观察到的，频率从100Hz至150Hz变化到小于25Hz。该特性在标记物和传感器两者中都是有用的。对于标记物，它可减少单个共振器从部分到部分的变化，并使共振器在共振器的堆叠阵列或线性阵列内更一致。这对于制造变化以及MMR传感器中的检测系统也很重要。
实验4
进行第四个实验，其中能量转换效率(K33 2值，有时被称为耦合系数平方)作为偏置场的函数被测量。样品与实验1中相同。结果示于图7中。
据观察，在增益曲线(图4)中所看到的序列也反映在能量转换效率的相对顺序中。据观察，与剪切切割矩形样品相比，针对椭圆样品，H外部场到B内部场的转换效率要多出21％。如上所述，B场对于椭圆更为均匀，并且不会如矩形一样在端部附近转降。因此，椭圆中从磁到声的能量传递更强，这可能是由于均匀的场效应。K33 2的增加直接影响改善的信号增益，因为增益与K33 2、Q和有效可逆磁导率乘积的对数成比例。当椭圆示出稍低的Q值时，能量转换效率显著提高。
实验5
进行第五个实验，其中Q、增益和能量转换效率的标准偏差作为偏置场的函数被测量。样品与实验1中相同。结果示于图8A至图8C中。需注意，每个曲线的垂直比例是不同的。
在图8A中，观察到所有共振器的Q变化小，椭圆比矩形共振器整体更一致。
在图8B中，观察到增益变化对于所有共振器相对小。还观察到，椭圆示出在峰值增益(～60e)处基本比率>4:1的最小变化。
在图8C中，椭圆共振器的能量转换更一致，其中两个矩形形状示出相对于偏置场的类似的变化(以及类似的曲线形状)。在高增益区域附近的矩形形状的变化的增加类似于图6中所见的频率变化。同样地，椭圆共振器在能量转换中呈现出2倍至3倍的较低变化。
实验6
进行第六个实验。在该实验中，改变了共振器装置的设计，使得椭圆形的共振器条和剪切切割矩形共振器条各自用在堆叠阵列设计中，堆叠阵列设计类似于图3A的MEL标记物装置设计，但在计量系统中利用亥姆霍兹线圈偏置。在该实验中，在每个装置中使用四个共振器元件。这些实验提供了作为偏置场的函数的增益和Q。结果示于图9A和图9B中。
在图9A中，观察到单独的共振器的3.6dB增益实质上存在于四个元件叠堆的全阵列增益中，但没有观察到另外的协同增益。椭圆共振器示出更高的增益，但在一定程度的较高偏置场处。
在图9B中，在峰值增益处测得的Q值没有实际差异。这与先前的观察一致，即改善的能量转换主要响应椭圆共振器的较高信号增益，而不是显著地更高的Q。显然，对于堆叠共振器阵列配置显示相同的效果。
实验7
进行第七个实验。在该实验中，改变了共振器装置设计，使得椭圆形的共振器条和剪切切割矩形共振器条各自用在堆叠阵列设计中，堆叠阵列设计类似于图3A的MEL标记物装置设计，但在计量系统利用亥姆霍兹线圈偏置。在该实验中，在每个装置中使用四个共振器元件。这些实验提供了作为偏置场的函数的椭圆和矩形共振器装置的频率稳定性。结果示于图10A和图10B中。
图10A示出两个共振器的设计在偏置场下的广泛的频率稳定(椭圆更稳定)，其中对于两个共振器，零频率导数与峰值增益均紧密匹配。
图10B示出两个共振器的设计在它们的峰值增益附近呈现出优异的频率灵敏度，但是椭圆板示出一定程度地更广泛的最小值，表明具有偏置变化的更高的稳定性。一般来讲，堆叠共振器构造本身的使用也改善了频率稳定性。
总的来说，3dB至4dB增益的实际差异(椭圆形的共振器材料的改善)来自：(a)材料内部更均匀的磁场；(b)对能量转换K33 2的形状影响；(c)在磁致伸缩较大的共振器条的中间稍微较宽的形状；以及(d)改善的外部DC场和AC场的耦合。更重要的是，结果示出，适合于相似尺寸空间并以相似频率振荡的椭圆共振器产生更多增益并且从样品到样品更加一致。
因此，本文所述的MEL标记物装置可用在许多不同的识别和定位应用中。例如，MEL标记物装置可为独立的标记物，它可物理地附接到地下设施诸如管道或其它公用设施，或者它也可附接到位于地下设施处或附近的另一装置，诸如提示条带或警示条带。此外，可在非地下环境中利用本文描述的MEL标记物装置，诸如用于定位和识别以其它方式隐藏于视线的地上设施(诸如在容器中或在建筑物墙壁、天花板或地板内)。
现已参考若干独立的实施方案描述了本发明。上述具体实施方式已被给出仅用于清楚地理解本发明。不应将之理解为或用作不必要的限制。在不脱离本发明范围的情况下，在所描述的实施方案中进行许多修改对本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围不应受本文所述细节和结构的限制，而是仅受权利要求的语言描述的结构及其那些结构的等同物的限制。

Claims (15)

1.一种磁致弹性共振器装置，包括：
外壳；
至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件，所述磁致弹性元件设置在所述外壳内；
至少一个偏置磁体，所述偏置磁体设置在所述外壳中，其中所述至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件被构造成以特定频率耦合到外部磁场，并且以振荡的形式将磁能转换成机械能，其中所述至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件包括堆叠布置的至少两个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件；和
位移限制元件，所述位移限制元件设置在所述堆叠布置的中心纵向区域中，以限制至少两个所述磁致弹性元件在所述中心纵向区域处相对于彼此的位移，其中所述磁致弹性元件的第一端部和第二端部经历张开运动。
2.根据权利要求1所述的磁致弹性共振器装置，其中所述椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件包括无定形磁性材料。
3.根据权利要求1所述的磁致弹性共振器装置，其中所述椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件经由激光加工、工具切割和压印中的一种成形。
4.一种磁致弹性共振器装置，包括：
至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件，所述磁致弹性元件具有第一纵向端部和第二纵向端部；
第一偏置磁性元件，所述第一偏置磁性元件邻近所述至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件的所述第一纵向端部设置；
第二偏置磁性元件，所述第二偏置磁性元件邻近所述至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件的所述第二纵向端部设置；
基底，所述基底支撑所述至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件以及所述第一偏置磁性元件和第二偏置磁性元件，其中所述至少一个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件包括堆叠布置的至少两个椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件；和
位移限制元件，所述位移限制元件设置在所述堆叠布置的中心纵向区域中，以限制至少两个所述磁致弹性元件在所述中心纵向区域处相对于彼此的位移，其中所述第一纵向端部和所述第二纵向端部经历张开运动。
5.根据权利要求4所述的磁致弹性共振器装置，其中所述位移限制元件在所述中心纵向区域处使每个磁致弹性元件彼此悬浮。
6.根据权利要求4所述的磁致弹性共振器装置，其中所述位移限制元件包括延伸穿过多个铁磁元件中的每一个的至少一个销。
7.根据权利要求4所述的磁致弹性共振器装置，其中所述椭圆形或基本上椭圆形的磁致弹性元件中的每一个包括无定形磁性材料。
8.一种线性阵列磁致弹性共振器装置，包括：
多个椭圆形或基本上椭圆形的第一元件，所述第一元件以第一堆叠布置设置，每个第一元件具有第一纵向端部和第二纵向端部；
多个椭圆形或基本上椭圆形的第二元件，所述第二元件以第二堆叠布置设置，每个第二元件具有第一纵向端部和第二纵向端部；
第一偏置磁性元件，所述第一偏置磁性元件邻近所述第一堆叠布置的所述第一元件的所述第一纵向端部设置；
第二偏置磁性元件，所述第二偏置磁性元件邻近所述第一堆叠布置的所述第一元件的所述第二纵向端部设置，其中所述第二偏置磁性元件也邻近所述第二堆叠布置的所述第二元件的所述第一纵向端部设置；
第三偏置磁性元件，所述第三偏置磁性元件邻近所述第二堆叠布置的所述第二元件的所述第二纵向端部设置；
第一位移限制元件，所述第一位移限制元件设置在所述第一堆叠布置的中心纵向区域中，以限制多个所述第一元件在所述中心纵向区域处相对于彼此的位移，其中所述第一元件的第一纵向端部和第二纵向端部经历张开运动；和
第二位移限制元件，所述第二位移限制元件设置在所述第二堆叠布置的中心纵向区域中，以限制多个所述第二元件在所述中心纵向区域处相对于彼此的位移，其中所述第二元件的第一纵向端部和第二纵向端部经历张开运动。
9.根据权利要求8所述的磁致弹性共振器装置，还包括用于包封所述磁致弹性共振器装置的外壳。
10.根据权利要求9所述的磁致弹性共振器装置，其中所述外壳由非刚性材料形成。
11.根据权利要求10所述的磁致弹性共振器装置，其中所述外壳具有足够的柔性以安装到盘管。
12.根据权利要求8所述的磁致弹性共振器装置，其中所述磁致弹性共振器装置具有从34kHz到80kHz的频率范围。
13.根据权利要求8所述的磁致弹性共振器装置，其中所述磁致弹性共振器装置能够在高达48英寸的地下深度处被检测到。
14.根据权利要求8所述的磁致弹性共振器装置，其中所述磁致弹性共振器装置附接到内埋于地下的设施。
15.一种磁致弹性共振器标记物系统，包括：
根据权利要求1所述的磁致弹性共振器装置；和
便携式定位装置。
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