CN1337007A - 物品识别标签、及用于其检测的方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种用来检测带有至少一个导电件(31－3n)的物品识别标签(30)的方法。对于每个导电件,使交变电流流经该件。改变交变电流的频率,并且监视该件的阻抗的对应变化。检测在阻抗变化中的间断,并且检测交变电流的频率,即间断出现的频率。
Description
本发明涉及物品识别标签及其检测。更具体地说，本发明涉及带有多个导电件的物品识别标签。本发明也涉及检测这样的物品识别标签的方法。
许多用途需要物体在检测区内的存在、本体或位置的可靠和无接触检测。普通的例子例如是商业物品的价格标签、生产线中的元件识别、在回收厂处的材料类型识别或例如在商店中电子物品监视。
对于某些用途，检测物体或物品的存在就足够了。一个例子是例子是简单的电子物品监视系统，该系统布置成一旦携带保护物品进入检测区就提供一个警报信号。这样一种简单的用途使用带有具有磁性的薄金属带或导线形式的一个单传感器元件的标签。借助于把传感器元件暴露于影响传感器元件的物理性质的交变磁场的弧形磁产生器/检测器，可以磁性检测传感器元件。常常利用这样的事实，交变磁场引起传感器元件偶极子的磁矩的周期切换，这也称作Barkhausen跳跃。这种种类的标签例如公开在US-A-5 496 611、EP-A-0 710 923和EP-A-0716 393中。
一种不同的单元件标签技术在WO97/29463和WO97/29464中描述，其中每个标签包括一个非晶体或纳晶体金属合金的导线形元件。非晶体或纳晶体金属合金的一个重要特征在于，其导磁率由一个交变磁调制场控制。通过称作巨磁阻抗(Giant Magnetoimpedance)的物理效应，当标签由一个电磁询问信号激励时，来自标签的电磁应答信号的振幅由磁调制场调制。应答信号振幅的调制被检测，并且用来确定标签在检测区的存在。一种类似的用途表示在WO98/36393中，其中每个薄非晶体或纳晶体导线用作传感器元件。这些导线(也称作微导线)具有小于30μm的直径，最好为5-15μm。
上述的电子物品监视用途都没有为每个标签提供远程可检测的标识。然而，对于先进的用途，必须为对其附着每个标签的相应物体，提供表示例如物品号码、序列号码、材料代码等的这样的标识信息。在不同的技术领域，这样的标识信息由条码(如EAN)即印刷的黑白线图案提供，该图案由光学阅读器扫描。光学条码标签具有这样一个优点，他们供给一个宽广的代码范围-一个EAN条码可以例如表示12位物品号码，由此理论上提供1012不同条码值的代码范围。然而，光学物品识别系统具有这样一个明显的缺陷，其操作距离非常有限；条码标签必须靠近光学阅读器通过，以便允许条码的成功阅读。而且，由于条码由光学装置阅读，所以标签必须附着到研究物品的可见表面部分上。
具有较长操作范围的非光学系统公开在WO88/01427中，其中标签或标记提供有由非晶体铁磁性材料制成的磁致收缩带或条形式的多个传感器元件，并且以预定角关系或以彼此离开预定距离布置。这样一种标签的标识由各个传感器元件的预定关系以及相应类型表示。传感器元件通过磁能量对于机械谐振是可激励的。可以用磁性方法或感应方法检测由谐振传感器元件产生磁性信号。与光学条码系统相比，WO88/01427的标签提供显著更有限的代码范围。
一种类似的系统描述在WO93/14478中，其中标签或标记提供有多个电气谐振电路，这些电路的每一个感应耦合到相应的磁传感器元件上。激励每个电气谐振电路以便电气振荡，并且其谐振频率经磁性元件的导磁率、通过外部磁场，是可控制的，其中使几个相同标签的同时检测是可能的。
总之，用于物体远程非光学检测的先有技术标签是单元件型的，仅允许检测每个标签的存在，或者是多元件型的，也允许检测的每个标签的标识。单元件标签容易设计和生产，并因此具有较低的单位成本。另一方面，多元件标签需要一个支撑载体(特别是对于机械谐振传感器元件)和/或电容性或电感性元件(对于电谐振电路样式)。自然，这意味着每单元的较高成本。而且，上述多元件标签的代码范围(不同代码值的数量)与光学条码标签相比明显较次。另外，由于多元件标签主要通过磁性或感应链路操作，所以检测系统的操作距离十分窄(尽管比光学条码系统好)。
因此，本发明的一个目的在于，以比以前已知标签显著低的成本提供一种物品识别标签。更具体地说，本发明的目的在于，提供一种以每个标签非常低的价格把光学条码标签良好特性(大条码范围)和非光学多元件标签(长操作距离)相结合的标签。
本发明另外一个目的在于，提供一种根据以上检测物品识别标签的方法。
由于根据本发明一个方面的新颖检测方法，通过基本上任何导电材料能用作用于标签的传感器元件的材料的发明性理解，已经实现了本发明的目的。例如，一件铜或铝导线将制成优良标签。要不然，可以使用诸如简单铁或钢导线之类的磁性材料。
本发明的目的通过附属独立专利要求实现。本发明的其他目的、特征和优点由如下详细公开、由附图以及由子权利要求也是显然的。
参照附图现在将更详细地描述本发明，在附图中：
图1表明一种物品识别系统，其中可以应用根据本发明的方法和标签，
图2和3表明在根据本发明的方法后面的物理基础，及
图4-7是根据本发明一种标签的不同示范实施例的示意表明。
图1表明用来检测附着到一个物体20上的一个标签30、和用来其标识的物品识别系统。类似于表明在图1中的一种的系统完全公开在WO97/29463、WO97/29464和WO98/36393中，所有这些通过参考完全包括在这里。一根发射机天线11和一根接收机天线12布置在检测区10中。发射机天线11操作地连接到输出级13上，输出级13又连接到一个控制器14上。输出级包括各种商业可用的驱动和放大电路及用来产生高频fHF的交变电流的装置，所述电流当向发射机天线11供给时经其流回和向前，其中绕发射机天线产生一个高频电磁场。该电磁场，如将在下面更详细地描述的那样，用来激励在检测区10内的标签30，从而标签在从发射机天线11接收到一个第一电磁信号50时，发射一个第二电磁信号60，该电磁信号60由接收机天线12接收，并且转换成一个对应的电信号70。
接收机天线12操作地连接到一个输入级15上，输入级15包括具有放大和信号处理功能的常规装置，如带通滤波和放大电路。输入级15也包括用来解调接收信号70和把它作为一个应答信号80供给到控制器14的装置。
发射机天线11以及接收机天线12因而具有以已知方式在高频电气信号与电磁信号之间转换的用途。最好，天线是具转动极化的竖直形成天线(为了在所有方向上的最优会聚)、或者要不然是常规底端馈电或中央馈电半波鞭状天线，但其他已知天线类型同样是可能的。
检测区10可以选择性提供有装置16，如线圈，用来产生磁调制场Hmod。装置16经一个驱动级17连接到控制器14上。驱动级17包括用来产生调制电流的装置，该调制电流供给到装置16，其中磁调制场Hmod在检测区10的基本部分中产生。磁调制场Hmod可以具有约500-800Hz的频率，并且电磁激励和应答信号可以具有在GHz带内的频率，如1.3GHz或2.45GHz。然而在这些范围外的频率也是可能的。
如上述那样，已经以箱形包装示意表明在图1中的物体20提供有根据本发明的标签30，包括多个导电件31-3n(图4)，这些导电件31-3n提供对其附着标签的物体20的标签30的标识，如下面更详细地描述的那样。
件31-3n是电磁可检测的。可选择地是，如果一个装置16如在图1中那样用来产生一个磁调制场Hmod，则件31-3n可以由磁性材料组成，根据普通称作Gigant Magneto-Impedance的效应，其导磁率可由一个磁场控制，并且其高频阻抗取决于所述导磁率。该效应引起从标签30发射的和由接收机天线12作为信号70接收的第二电磁信号60的振幅调制。该振幅由磁调制场Hmod调制。
参照图2和3现在将描述根据本发明的检测方法。根据本发明的方法基于本身称作集肤深度现象的新颖使用，该现象对于在电导体中的高频电信号出现。集肤深度是用于这样一种事实的普通名称，电流的传导在高频下仅发生在导体外层或表层中。透入深度与信号的频率以及导体的电阻率和导磁率有关。
一个导电件1，如指示在图1中的传感器30的件31-3n(图4)的任意一个，表明在图2中的剖面中。导电件1具有半径R和集肤深度d，集肤深度d根据以上随信号频率变化。因此，导电件1的有效阻抗Reff(图3)与表层横截面面积S即其中在讨论的信号频率下传导电流的面积有关。更具体地说，有效导体阻抗Reff＝S·ρconductor，其中ρconductor是件1的电阻率。由于表层模截面面积S取决于集肤深度d，集肤深度d又取决于信号频率，所以有效导体阻抗Reff将随信号频率变化，条件是信号频率不减小到其中集肤深度d达到和等于导电件1的半径R的程度。
图3表明当暴露于电磁高频(HF)信号，如由图1的发射机11提供的激励信号50，时的导电件1的有效阻抗Reff。只要HF频率足够高(频率f1)，导电件1的有效阻抗Reff将具有一个连续波形，如在图3中表示的曲线的最左部分中表明的那样。另一方面，当HF频率减小到一个频率f2时，其中集肤深度d达到和等于导电件1的半径R，件1的有效阻抗Reff将停止减小，即使HF频率进一步减小也是如此。因此，不连续点以表示在图3中的有效导体阻抗与HF频率之间的关系出现，其中d＝R。根据本发明，该不连续点用来检测物品识别标签30和/或确定其标识。
因此，根据检测带有至少一个导电件1的物品识别标签30的方法，进行如下步骤。使交变电流流过件1，例如通过借助于高频电磁场，如图1中表示的系统的激励信号50，激励件1。改变交变电流的频率，并且对于件1监视阻抗的对应变化。该对应变化阻抗可以例如经由图1中的接收机天线12接收的应答信号60监视。然后，检测在变化阻抗中的间断，并且检测在其下该间断出现的频率。通过选择具有预定直径、预定电阻率或预定导磁率的导电件1，也将确定该频率(在其下间断出现)，并且可以用来提供具有标识1的件1，因为其集肤深度取决于所有这些参数。
图4表示根据本发明的标签30的第一实施例。标签30包括n个导电件31、32、33、…3n，这些导电件具有相应的预定直径φ1-φn、相应的预定电阻率ρ1-ρn或相应的预定导磁率μr1-μrn。这些参数的组合也是可能的。所以，标签30的每个导电件31-3n将具有以上预定性质的一种，并因此在其下间断出现在来自标签30的应答信号中的频率也是清楚的。图4的标签30特别良好地适用于电磁物品监视系统，如表明在图1中的一种。
图5表明标签34的第二实施例，标签34带有多个具有不同相应直径φ1、φ2、φ3和φ4的互连部分。
图6和7表明分别根据本发明的一种标签35、36的另外实施例。在图6中，标签35包括具有不同相应预定直径、电阻率和/或导磁率的五个互连件。在图6中，标签36包括九个不同互连的导电件。
根据本发明也可以使用一个仅包括一个导电件的较简单标签。例如，考虑用在许多商店中的标准防盗电感耦合机座系统，可以使用由例如以单匝环路缠绕的铜导线组成的标签。通过施加扫描过标签间断频率的、具有频率偏差的FM调制感应激励信号，一个AM调制标签信号将接收在基座的拾波线圈中。该AM调制产生于铜导线环路的阻抗变化，因为环路的集肤深度随激励频率而变化。在最大频率处开始，AM信号将在振幅上增大，因为频率减小和集肤深度增大。然而，在其中集肤深度达到铜导线的半径的频率下，环路阻抗将突然停止减小，并且一个平稳段(或平区域)将出现在接收的AM信号中。这样一种信号剪断指示在防盗检测区域中标签的存在，并且将是用来触发警报的标准。换句话说，剪断区域表示在其期间集肤深度超过导体半径的频率间隔。
不同的电子或数字信号处理技术可以用来准确地确定与施加的交变信号的频率调制有关的振幅调制(电压降)间断的频率。一种这样的技术涉及交变电压降信号的振幅解调，接着是FM基准信号的相减，以便检测间断点。
本发明的一个具体优点在于，导体半径检测标准表示在测量信号中的间断，这可以容易地与产生于例如电感、反射、电容性耦合等的频率相关变化的在测量信号中的连续变化特征区分开。
作为对固体导电件的替换，管形导体也可以用于物品识别标签。这里，管壁厚度将定义间断点。特别适于例如时装工业的这样一种实施是金属化合成纤维。管形导体优于固体导体的一个优点在于，导电材料的总体积对于相同的集肤深度饱和点较大，由此提供较大的标签信号电平。
表示在图4-7中的多件标签实施例有助于减小假警报的危险，因为由于预定相应直径、电阻率和/或导磁率，多件标签将提供有标识。
减小假警报危险和添加另外的信息编码参数的又一种可能性是使用非圆形横截面，例如矩形横截面。在这样一种情况下，最小尺寸可以由间断点测量。对于例如矩形横截面，经间断点测量厚度。然后通过使用集肤深度的这样一种副效应可以测量宽度，即对于集肤深度的某一变化(与频率的某一变化有关)，有效阻抗的对应变化将取决于宽度。
对于以上不同实施例描述的电气件可以给出多个不同形状，例如以导线、带或条的形式，并且可以包括各种不同的材料，如非磁性金属(例如铜或铝)、磁性金属(例如铁)、金属合金(例如钢)、或要不然非晶体金属合金。
参照几个实施例已经描述了本发明。然而，除公开之外的其他实施例在本发明的范围内同样是可能的，如由熟悉本专业的技术人员容易实现的那样。
Claims (13)
1.一种检测带有至少一个导电件(31-3n)的物品识别标签(30)的方法，对于每个所述至少一个导电件(31-3n)其特征在于步骤：
使交变电流流经所述件；
改变交变电流的频率；
监视所述件的阻抗(Reff)的对应变化；
检测在阻抗中的所述变化中的间断；及
检测交变电流的频率，在该频率下所述间断出现。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个导电件(31-3n)的每一个具有预定直径(φ1-φn)、预定电阻率(ρ1-ρn)或预定导磁率(μr1-μrn)之一，并且其中所述预定直径、电阻率或导磁率映射到关于标签(30)的标识的信息上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过把标签(30)暴露于交变电磁场在所述至少一个导电件(31-3n)中感应交变电流。
4.根据任何以上权利要求所述的方法，其中通过把标签(30)暴露于一个磁场在所述至少一个导电件(31-3n)中感应交变电流。
5.根据任何以上权利要求所述的方法，其中所述至少一个导电件(31-3n)是具有线、带或条形式的细长金属件。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述细长磁性件(31-3n)由非磁性金属组成，最好由铜或铝组成。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述细长金属件由磁性材料组成，最好由铁、钢或非晶体金属合金组成。
8.一种包括多个导电件(31-3n)的物品识别标签(30)，其特征在于，每个导电件(31-3n)具有独特预定直径(φ1-φn)、独特预定电阻率(ρ1-ρn)或独特预定导磁率(μr1-μrn)之一。
9.根据权利要求8所述的标签，其中导电件(31-3n)形成为金属线、带或条。
10.根据权利要求9所述的标签，其中金属线、带或条(31-3n)由非磁性金属组成，最好由铜或铝组成。
11.根据权利要求9所述的标签，其中金属线、带或条由磁性材料组成，最好由铁、钢或非晶体金属合金组成。
12.根据权利要求8至11任一项所述的标签，其中导电件(35、36)的至少一些彼此电流接触。
13.根据权利要求8至11任一项所述的标签，其中导电件(34)由具有不同直径(φ1-φn)的部分的细长元件形成。
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