CN1133080C - 用于检测磁标记体的读取器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测具有至少一个磁性元件的磁标记体用的读取器。这种读取器包括有(1)用于在检测区域内产生磁场的磁场产生装置，以及(2)至少一个用于接收由磁性元件响应由所述磁场产生装置产生的磁场而产生的电磁信号的接收线圈，其中所述磁场产生装置包括有：(a)用于在所述检测区域内产生静态磁场的装置；(b)至少一个用于在所述检测区域内产生交变磁场的发射线圈。所述磁场产生装置可以由一对共轴的中空型圆柱形体构成，以形成“环路型”读取器，也可以是一个呈扁平形式的磁铁，以形成“侧路型”读取器。

Description

用于检测磁标记体的读取器
技术领域
本发明涉及一种用于检测磁标记体的读取器。
背景技术
在本发明人的在先专利申请中，特别是在PCT/GB96/00823(WO96/31790)和PCT/GB96/00367(WO97/04338)中，本发明人公开了一种有关空间磁性检测的新技术和一种新型的磁标记体，并且请求对它们给予专利保护。由WO96/31790公开的技术是在对磁性材料通过具有磁性零点(magnetic null)的空间区域时的性能进行研究的基础上获得的。特别需要指出的是，这些在先专利申请着重公开的是一种被动式磁标记体，这种磁标记体包含有一个或多个可作为非接触阅读用数据载体的磁性元件，而且这些元件的数目和空间配置方式代表着特定的信息。
在如上所述的专利申请中，本发明人公开了多种使用永久磁铁或电磁铁形成磁性零点的、可供实用的系统。而且，本发明人还公开了几种特别适用于使用具有非常低的矫顽磁力和非常高的磁导率的磁性材料作为磁标记体的、可供实用的系统。这些实施形式均可以通过检测叠加低幅变化检测磁场的谐波的方式加以实施。
在后续专利申请、即GB9612831.9中，以及它的同族专利申请PCT/GB97/01662中，本发明人还公开了一种利用检测由磁标记体通过磁性零点时所产生的基带信号，而不需要附加有任何变化检测磁场的方式实施运行的技术。这种读取器的一种特定形式的结构构成已经由专利申请GB9612831.9所公开。
发明内容
本发明的目的是提供一种依据由WO96/31790和/或WO97/04338公开的原理，从磁标记体上读取数据用的磁读取器。
本发明的一个方面是提供了一种检测具体至少一个磁性元件的磁标记体用的读取器，这种读取器包括有(1)用于在检测区域内产生磁场的磁场产生装置，以及(2)至少一个用于接收由磁性元件响应由所述磁场产生装置产生的磁场而产生的电磁信号的接收线圈，其中所述磁场产生装置包括有：(a)用于在所述检测区域内产生静态磁场的装置；(b)至少一个用于在所述检测区域内产生交变磁场的发射线圈。
在一个实施例中，磁场产生装置由一对共轴的中空型圆柱形体构成，而且在这一实施形式中，检测区域被限定在由这两个共轴圆柱形体中的内侧圆柱体构成的内部空间中。
在另一个实施例中，磁场产生装置由平坦的、相对较薄的磁铁构成，它的一个表面为具有第一极性的磁极，比如说为北极，而另一个表面为具有相对极性的磁极，比如说为南极。而且在这一实施形式中，检测区域被限定在位于与所述磁铁一个表面非常靠近的空间位置处，这一空间位置的延伸方向与由磁场和磁标记体之间的有效相互作用所产生的磁性平面相垂直。这种第二实施例给出的实际上是一种单侧读取器，即它是一种通过当磁标记体通过读取器表面时动作而读取磁标记体用的装置。
这两个实施例将在下面给予更详细地说明。
第一实施例
这种共轴的中空型圆柱形体最好呈短粗型，即它们的直径与它们的长度相比相对较大。
每一个共轴中空型圆柱形体最好均支持着一个用来产生磁场的组件，或者其本身由该组件构成；而且最好为由诸如铁氧体等等的永久磁铁构成的源部件。采用这种结构构成产生的磁场最好呈径向辐射型，即某一给定圆柱形体的内侧表面形成为具有第一极性的磁极，比如说为北极，而该圆柱形体的外侧表面形成为具有相反极性的磁极，比如说为南极。而且最好是使位于外侧主体内侧表面处的磁极与位于内侧主体外侧表面处的磁极相对应，从而使相对表面处的磁极具有相同的极性，比如说呈诸如S-N：N-S等等的构成形式。
在这种最佳的结构构成方式中，所使用的圆柱形体由浸入诸如铁氧体等等铁磁性材料的柔性聚合物构成。可用于这种目的的一种适用材料为由英国Sheffield的Eclipse Magnetics Limited生产并且以商品名“FLEXOR15”销售的材料。
这两个中空型圆柱形体中的第一个最好均具有发射线圈和接收线圈。发射线圈最好以相同的感应方向缠绕在圆柱形体上；接收线圈最好以相反的感应方向缠绕在圆柱形体上，且彼此串联连接。
线圈(发射线圈和接收线圈)可以缠绕在这两个圆柱形体的内侧或外侧表面处。
发射线圈(Tx)最好配置在使发射线圈和接收线圈(Rx)之间的净耦合为零的位置处。这种结构构成的优点在于可以使用比较简单的电回路处理接收线圈给出的输出信号，并可以降低系统对发射波形失真的敏感性。
(配置在两个圆柱形体中的每一个上的)发射线圈通常呈串联形式连接。内侧发射线圈最好按将其限制在两个区域，即可以使它们聚集成两组，而不是均匀地或基本上均匀地分布在承载它们的表面上的方式实施缠绕。采用这种结构构成可以产生更均匀地径向穿过检测区域的发射磁场。
接收线圈可以按均匀地或基本上均匀地分布在承载它们的表面上的方式实施缠绕。
如上所述，两个接收线圈采用相反缠绕方式的结构构成的优点在于它可以使整个接收线圈Rx的设置具有为零的净偶极矩，而由两部分接收线圈Rx给出的相对偶极分布可以被消除掉。采用这种结构构成方式还可以使整个接收线圈Rx的设置灵敏度随远离线圈的距离呈八极型衰减(即与r-5成比例)的灵敏度(fall off sensitivity)(相应的偶极型衰减仅与r-3成比例)，因此可以更加良好地克服由外部磁场源(比如说VDU屏幕等等)产生的磁性干扰。
第二实施例
在本实施例中所使用的呈扁平形状的、相对较薄的磁铁，最好由包含诸如铁氧体等等的永磁颗粒的聚合材料构成。如果举例来说，这种材料可以为由英国Sheffield的Eclipse Magnetics Limited生产、以商品名“FLEXOR15”销售、并且呈薄膜形式(比如说为0.5mm)的永磁材料。这种装置最好包括有配置在一个单一发射线圈两侧的两个接收线圈，而且如上所述，这三个线圈均配置在位于永久磁铁一个表面附近的、与其相分离的区域中。这种结构构成的优点在于可以使接收线圈的轴向方向彼此平行，并且与发射线圈的轴向方向相垂直。采用这种结构构成可以减小在发射线圈和接收线圈之间的直接耦合。如果举例来说，可以使接收线圈的轴向方向与由永久磁铁产生的磁场方向基本上相平行；并且使发射线圈的轴向方向与磁场方向基本上相垂直。采用这种几何结构关系的优点在于可以使接收线圈的敏感性具有四极特性，从而使得读取器对于由诸如VDU屏幕等等的外部磁场源产生的磁性干扰更加不敏感。
当采用两个接收线圈时，最好以相反的感应方向进行缠绕，并且使它们呈电串联连接。采用这种结构构成可以产生零偶极矩。
根据本发明第二实施例构造的读取器的尺寸相对较小，比如说可以为25mm×25mm×10mm，而且可以在磁标记体与读取器之间不直接接触的条件下由磁标记体上“读取”出数据。一般说来，这种读取器可以在几个毫米的范围内良好运行，即磁标记体与读取器之间的间隔可以取为3-5mm。
根据这一实施例构成的读取器特别适用于从一系列的、依次到达读取器处的磁标记体上读取数据。如果举例来说，本发明适用于对载有磁性标记或磁标记体的物品实施分配的装置中。这种装置可以用于识别、储存控制、标价或其它商业目的，而且这种装置的一个应用实例就是自动售货机。
附图说明
下面以举例方式，参考附图对本发明进行说明。
图1a和图1b为表示作为根据本发明构成的“环路读取器”的一个实施例中的发射线圈(Tx)和接收线圈(Rx)的缠绕状态用的示意性说明图。
图2a和图2b为表示如图1a和1b所示的读取器中的磁场产生部分的结构构成用的示意性结构构成图。
图3为表示在如图1a和1b所示的读取器中，径向辐射磁场(Hr)和磁场梯度dHz/dz随相对于检测平面的径向距离(r)的变化而变化的示意性曲线图。
图4为表示一种可用于如图1a、1b和图2a、2b所示的读取器的优选回路用的示意图。
图5示出了一种由根据本发明该实施例构成的读取器输出的典型输出信号。
图6为表示饮用水自动售货机用的部分平面图，该自动售货机包括着根据本发明第二实施例构造的“侧路读取器”。
图7为表示如图6所示的读取器用的前侧正视图。
具体实施方式
下面参考附图说明本发明的最佳实施例。图1a和图1b示出了在该实施例中的发射线圈Tx和接收线圈Rx的构成形式。这些线圈由中空的圆柱形磁性主体(在图1a和1b中未示出，请参见图2a和2b)支撑着。图1a表示的是与线圈轴线相垂直的横剖面图，图1b表示的是线圈的平面图。正如图中所示，外侧接收线圈R1共有68圈，半径为109mm；内侧接收线圈R2共有130圈，半径为78mm。线圈R1和R2按图中所示的方式(在图中由点和交叉线示出)，即按敏感方向相反的方式缠绕；而且这两个接收线圈彼此串联连接。
外侧发射线圈T1共有110圈，半径为109mm，内侧发射线圈T2共有40圈，半径为79mm。这两个发射线圈以相同的感应方向缠绕，并且串联连接。
采用这种方式设置线圈便可以在发射线圈Tx和接收线圈Rx之间形成零耦合，从而可以确保接收线圈Rx具有零偶极矩。
由图2a和2b示出的两个中空的圆柱形主体1和2由“FLEXOR15”材料构成，并且按照使外侧主体1在其外侧表面处具有南磁极，在其内侧表面处具有北磁极，内侧主体2在其外侧表面处具有北磁极，在其内侧表面处具有南磁极的方式设置。由内侧主体2限定出的中心空间3构成为检测区域，在使用过程中磁标记体将由其中通过。与同轴圆柱形体1和2的轴线相垂直的平面4构成为检测平面。磁性主体1的厚度为5mm，沿轴线方向的长度为50mm；磁性主体2的厚度为1mm，沿轴线方向的长度为40mm。采用这种设置方式，所产生的磁场在整个检测平面4上将具有基本上呈均匀形式分布的梯度，因此在检测平面处具有最小的辐射磁场。采用这种结构构成方式可以使磁场梯度相对较高(比如说为3-5kA/m)，从而可以具有更好的分辨能力，而不会使需要对其数据实施读取的磁标记体(如果举例来说，这种磁标记体可以是一个具有磁各向异性的、呈IST型的薄形材料体)被沿着非最佳磁激励轴线延伸的磁场磁饱和。
正如图3所示，沿检测区域方向延伸的磁场梯度dHz/dz基本上为常量(即基本上不随r的变化而变化)；而且径向辐射磁场Hr在检测平面处基本上为零，并随远离该平面的径向距离的增加而迅速增大。图中的虚线表示当移去内侧主体2时两条曲线的变化形式，这证明了本发明的有效性。
图4示出了一种可用于本发明读取器的优选电回路。这种回路包括有一个在12.5kHz的状态下运行的正弦波驱动器10；一个分频器(÷2)11；一个可基本上除去频率高于6.25kHz的信号的低通滤波器12；一个缓冲放大器13；以及一个与发射线圈15的一端相连接的、大小为150nF的电容器14。发射线圈15的电感值为4mH，流经的电流均方根值为0.1A。这种结构构成形式可以将由圆柱形体1和2限定着的“坏路”中心处的值Hz的均方根限定为大约65A/m。
在回路的接收线圈16侧还配置有一个与线圈16平行设置的电容器17，其输出信号输入至在12.5kHz±1kHz的状态下运行的带通滤波器18。滤波后的输出信号供给至缓冲放大器19，并且在位置20处与由驱动器10给出的源信号相组合。叠加后的信号输入至频率为1kHz的低通滤波器21，而且由输出端子22处给出的信号即为该读取器的输出信号。
由读取器给出的输出信号通常如图5所示，这种信号的细部将随被检测的磁标记体的特性不同而有所不同。
正如图6所示，读取器31配置在与圆盘传递带32相邻的位置处，而圆盘传递带32用于传送诸如由参考标号33a、33b和33c所示出的饮用纸杯。每一个饮用纸杯均配置有通常由IST材料构成的磁性标记或称磁标记体34，这种IST材料是一种薄形的磁各向异性材料，而且是一种在反失窃领域中所公知的材料。
这种读取器31包括有一个永久磁铁35，一个第一接收线圈36，一个第二接收线圈37和一个发射线圈38。这些线圈相距磁铁35的空间距离大约为5mm。接收线圈(Rx)36和37按相位相反的方式缠绕，且彼此串联连接。接收线圈(Rx)36、37的轴向方向与磁场方向相平行，发射线圈(Tx)38的轴向方向与磁场方向相垂直。
在这一实施例中的读取器尺寸为25mm×25mm×10mm左右。其中的每一个线圈均是由0.1mm的铜线缠绕100圈而构成的。接收线圈Rx上的输出端子构成为电回路中的一部分，这种回路可以是在前面参考图4所说明过的那种电回路。
在运行过程中，圆盘传递带32沿箭头39所示的方向转动，以分配供给出诸如饮用水等等的饮料。当每一个饮料包装体33环绕圆盘传递带移动时，它上面的磁场标记将转向外侧，从而可以由读取器31实施读取。这种标记通常包括有一系列的磁激励区域，它们大约为3mm×3mm大小，并且由大约为1mm的非磁场区域或称间隔彼此分离开(当沿着饮料包装体的移动方向实施观察时)。
一般说来，每一个线圈均是由0.1mm的铜线缠绕100圈而构成的。
需要指出的是，本发明并不仅限于如上所述的实施例，这些实施例均是以非限定性实例的形式给出的。

Claims (16)

1.一种检测具有至少一个磁性元件的磁标记体用的读取器，所述读取器包括有：(1)用于在检测区域内产生磁场的磁场产生装置，以及(2)至少一个用于接收由磁性元件响应由所述磁场产生装置产生的磁场而产生的电磁信号的接收线圈，其中所述磁场产生装置包括有：(a)用于在所述检测区域内产生静态磁场的装置；(b)至少一个用于在所述检测区域内产生交变磁场的发射线圈。
2.一种如权利要求1所述的读取器，其特征在于所述产生静态磁场的装置由一对共轴的中空型圆柱形体构成，所述检测区域被限定在这两个共轴圆柱形体中的内侧主体构成的内部空间中。
3.一种如权利要求2所述的读取器，其特征在于所述共轴中空型圆柱形体呈短粗型，即它们的直径与它们的长度相比较大。
4.一种如权利要求2或3所述的读取器，其特征在于所述每一个共轴中空型圆柱形体均支持着用来产生径向辐射磁场的永久磁铁，或者圆柱形体本身由所述永久磁铁构成，其中一个圆柱形体的内侧表面形成为具有第一极性的磁极，而该圆柱形体的外侧表面形成为具有相反极性的磁极。
5.一种如权利要求4所述的读取器，其特征在于位于外侧主体内侧表面处的磁极与位于内侧主体外侧表面处的磁极相对应，从而使相对表面处的磁极具有相同的极性。
6.一种如权利要求2所述的读取器，其特征在于所述每一个圆柱形体均由铁磁性材料的柔性聚合物构成。
7.一种如权利要求6所述的读取器，其特征在于铁磁性材料为铁氧体。
8.一种如权利要求2所述的读取器，其特征在于每一个中空型圆柱形体均具有所述的发射线圈和接收线圈。
9.一种如权利要求2所述的读取器，其特征在于发射线圈以相同的感应方向缠绕在两个圆柱形体上；接收线圈以相反的感应方向缠绕在两个圆柱形体上，且彼此串联连接。
10.一种如权利要求1所述的读取器，其特征在于所述用于产生静态磁场的装置包含由至少一个平坦的、相对较薄的磁铁构成的永久磁铁，它的一个表面构成为具有第一极性的磁极，而另一个表面构成为具有相反极性的磁极，而且检测区域配置在位于与所述磁铁的一个表面非常靠近的位置处。
11.一种如权利要求10所述的读取器，其特征在于所述呈扁平形状的、相对较薄的磁铁由包含永磁颗粒的聚合材料构成。
12.一种如权利要求11所述的读取器，其特征在于铁磁材料为铁氧体。
13.一种如权利要求10、11或12所述的读取器，其特征在于所述发射线圈为单一发射线圈，在该单一发射线圈的两侧配置两个所述的接收线圈，而且所述这三个线圈均配置在位于所述永久磁铁的一个表面附近处的、与其相分离的区域中。
14.一种如权利要求13所述的读取器，其特征在于所述接收线圈的轴向方向彼此平行，并且与发射线圈的轴向方向相垂直。
15.一种如权利要求14所述的读取器，其特征在于所述接收线圈的轴向方向与由永久磁铁产生的磁场方向基本上相平行；发射线圈的轴向方向与所述磁场方向基本上相垂直。
16.一种如权利要求13所述的读取器，其特征在于所述接收线圈以相反的感应方向缠绕，且彼此电串联连接。
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