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Die
Erfindung betrifft ein Gerät
zum Nachweisen und Lesen von induktiven Transponder mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren, mit dem das
Passieren von Transponder durch einen bestimmten überwachten Durchgang
detektiert wird.
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Es
sind Nachweis- und Lesegeräte
für induktive
Transponder bekannt, die im folgenden der Einfachheit halber nur „Transponder" genannt werden, die
mit in einem Durchgang befindlichen Transponder Wechselwirken. Diese
Transponder-Nachweis- und Lesegeräte senden hierfür in einem
Fall ein kontinuierliches elektromagnetisches Feld aus, und benutzen
ein oder zwei getrennte Wicklungen als Sender und Empfänger. In
einem anderen Fall senden sie ein periodisch unterbrochenes elektromagnetisches
Feld aus, und benutzen zwei getrennte Sende- und Empfängerwicklungen, oder nur eine
Wicklung, die entweder als Sender oder als Empfänger genutzt wird. Diese Wicklung
oder Wicklungen befinden sich auf beiden Seiten des überwachten
Durchgangs, oder sind um den zu überwachenden
Durchgang gewickelt, während
der induktive Transponder, mit dem sie Wechselwirken, in seinem
Inneren einen Sender-Empfänger enthält, der
jedesmal angeregt wird, wenn er in das von der Sendeantenne des
Nachweis- und Lesegerätes
erzeugte elektromagnetische Feld eintritt, und der mit einem codierten
Signal antwortet, das von der Empfängerantenne des Nachweis- und Lesegerätes empfangen
wird. Das einmal erkannte und decodierte Signal wird an eine an
das Lesegerät angeschlossene
Einheit weitergeleitet, die bestimmte Funktionen in Abhängigkeit
von dem Transponder und der angeschlossenen Einheit erfüllt.
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Beispielsweise
kann die an das Lesegerät angeschlossene
Einheit das Öffnen
bestimmter Türen
ermöglichen,
die Sensibilität
der Diskrimination bei Metalldetektoren (
italienisches Patent Nr. 1.271.382 )
reduzieren, die Kennzahl oder den Code einer zu dem Transponder
gehörigen
Person speichern, sowie die Uhrzeit, in der das Passieren des Durchgangs
stattgefunden hat oder auch weitere Charakteristiken speichern.
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Die
bekannten Transponder erlauben einen Nachweis auf Distanz, und werden
deshalb auch freihändige
Elektronikkarten-Leser genannt, da der Besitzer einer geeigneten
Elektronikkarte einen überwachten
Durchgang passieren kann, ohne zu Erkennungszwecken anhalten zu
müssen,
um einen physischen Kontakt des Lesegerätes mit der Karte herzustellen.
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Diese
Art von Elektronikkarten-Leser arbeitet normalerweise mit einem
Frequenzfeld zwischen 50 und 450 KHz, um den Einsatz von kleinen
Elektronikkarten oder Transponder, mit kompakten Innenwicklungen,
zu ermöglichen.
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Zur
Anregung von Transponder ohne interne Batterie wird ein Magnetfeld
hoher Intensität
im gesamten überwachten
Durchgangsbereich benötigt, einschließlich den
am weitesten von der Antenne entfernt befindlichen Bereichen. Das
führt zu
einem hohen Magnetfeld in der Nähe
der Sendeantenne, um den Nachweis und das Lesen des Transponders
und die Wechselwirkung mit diesem im gesamten überwachten Durchgangsbereich
zu ermöglichen,
auch wenn sich der Transponder im Hinblick auf den von der Sendeantenne
gesendeten Fluß in
einem minimalen Kopplungszustand befindet.
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Das
zur Erregung des Transponders erforderliche hohe elektromagnetische
Feld, das sowohl im Fall des Aussendens eines kontinuierlichen Magnetfeldes,
als auch im Fall des Aussendens eines intermittierenden elektromagnetischen
Feldes seitens einer Antenne, die entweder als Sender oder als Empfänger eingesetzt
wird, verwendet wird, ist notwendig, um die vom Transponder (Chipkartenterminal)
als geeignet erkannte Elektronikkarte aktivieren zu können, selbst
wenn sich der Transponder beim Passieren des Durchgangs in zum Nachweis
ungünstigen
Positionen und Ausrichtungen befindet.
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Die
bisher bekannten freihändigen
Transponder erforderten daher eine hohe Leistungsdichte des im überwachten
Durchgangsbereich ausgesendeten elektromagnetischen Feldes, die
entschieden höher
als der von der Weltgesundheitsbehörde festgelegte Grenzwert von
0,66 Ampere/Meter (bei 125 KHz) ist, dem der menschliche Körper relativ
lange ohne schädliche
Effekte ausgesetzt werden kann.
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Ein
Herabsetzen der Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes im überwachten
Durchgang auf einen Wert, der niedriger oder gleich dem von der
Weltgesundheitsbehörde
vorgesehene Grenzwert ist, würde
die Chip- oder Elektronikkarten unlesbar machen, außer diese würden in
die nächste Nähe der Senderwicklung
beim Passieren gelangen.
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Aus
der
EP 0 391 559 A2 ist
ein Gerät
zum Nachweisen und Lesen eines Transponders in der Nähe dieses
Geräts
bekannt. Das Gerät
umfasst eine Spule, die elektromagnetische Pulse emittiert. Wird ein
Transponder in die Nähe
der Spule gebracht, fällt der
Signalpegel unter einen vorbestimmten Schwellwert. Dies wird detektiert
und daraus wird geschlossen, dass ein Transponder in der Nähe der Spule
ist, da dieser die elektromagnetische Energie absorbiert. Die Spule
sendet nun ein permanentes Feld aus, welches für die Wechselwirkung mit dem
Transponder benutzt wird. Entfernt sich der Transponder von der Spule,
steigt das elektromagnetische Feld wieder über den Schwellwert an, woraufhin
erneut nur noch elektromagnetische Pulse emittiert werden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zum Nachweisen
und Lesen von Transponder und ein Verfahren zum Steuern des elektromagnetischen
Feldes in einem überwachten
Durchgang zu finden, die den Nachweis und das Lesen der vorgegebenen
Elektronikkarten oder Transponder mit Hilfe von elektromagnetischen
Feldern mittlerer Intensität
und Energie, die unterhalb der von der Weltgesundheitsbehörde vorgesehenen
Werte liegen, erlauben, bei deren Anwendung auch das wiederholte
Passieren durch den überwachten
Durchgang für
die durchgehenden Personen nicht schädlich ist, und wobei die Elektronikkarten
oder Transponder auch dann aktiviert werden können, wenn sie in irgendeiner
Orientierung den überwachten
Durchgang passieren, in dem der Nachweis und das Lesen erfolgt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Gerät mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 4 gelöst.
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Bei
dem Transponder-Nachweis- und -Lesegerät kann die Einheit einschließlich der
Senderwicklung so gesteuert werden, daß sie wiederholt ein elektromagnetisches
Nachweisfeld aussendet, das nur während eines kurzen Zeitintervalls
innerhalb der gesamten Sendeperiode, die auch Präsenz-Nachweisintervall genannt
wird, ausreichend intensiv ist, um den Nachweis der passierenden
Transponder, unabhängig
von ihrer Orientierung, im überwachten Durchgang
zu ermöglichen,
d. h., sie zur Aussendung eines Transponder-Präsenzsignal zu veranlassen.
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Nach
Beginn des Durchgangs eines Transponders im überwachten Durchgang und dem
Nachweis des von diesem ausgesendeten Transponder-Präsenzsignals,
wenn das elektromagnetische Nachweisfeld, wenn auch nur für kurze
Zeit, ausgesendet wird, wird die die Senderwicklung enthaltende Einheit
so gesteuert, daß eine
längere
Aussendung eines elektromagnetischen Feldes erfolgt, dessen Aussendezeit,
auch Leseintervall genannt, ausreicht, um den Transponder vollständig zu
aktivieren, so daß dieser
sein eigenes codiertes Signal vollständig aussendet, damit es gelesen,
decodiert und erkannt werden kann.
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Anschließend ist
die die Senderwicklungen beinhaltende Einheit so programmiert, daß wiederholt
ein elektromagnetisches Feld ausgesendet wird, das jedes Mal von
kurzer Dauer ist (Präsenz-Nachweissignal),
solange der identifizierte Transponder im Nachweisraum, d. h. im überwachten
Durchgang, ist, um dann im passierenden Transponder nur die Aussendung
des Transponder-Präsenzsignals
auszulösen.
Nach Beendigung des Empfangs des Transponder-Präsenz-Signals
im überwachten
Durchgang innerhalb eines programmierten Zeitraums stellt sich das
Gerät,
das die die Senderwicklungen beinhaltende Einheit aufweist, wieder
in Nullstellung, um aufs Neue für
die Steuerung dieser Einheit bereit zu sein, und für den Nachweis
und das Lesen eines neuen, passierenden Transponders bereit zu sein.
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Die
Vorteile dieser Erfindung liegen darin, daß für jeden Sendezeitraum des Transponder-Nachweis- und -Lesegerätes eine
sensible Ausstrahlung von elektromagnetischen Wellen, und damit
der Energie im überwachten
Durchgang stattfindet, deren wirksamer Wert sich auf die gesamte
Zeit berechnet stark gegen Null bewegt, d. h., in Richtung eines
Wertes, der, wenn man sich auf die Emissionsintervalle und die Sendezeit
der die Sendewicklungen beinhaltenden Einheit des Transponder-Nachweis-
und -Lesegerätes
stützt,
zu einem sehr viel niedrigeren Wert führt, als der maximal von der
Weltgesundheitsbehörde
vorgesehene.
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Kurzzeitig
ausgesendete elektromagnetische Felder von entsprechender Intensität (Präsenz-Nachweisintervalle)
können
ausreichen, um den im Durchgang befindlichen Transponder zur Aussendung
seines Präsenzsignals
zu bringen, dessen erster Nachweis die die Sendewicklungen beinhaltende
Einheit des Transponder-Nachweis- und -Lesegerätes so steuert, daß diese
ein elektromagnetisches Feld längerer
Dauer aussendet, das ausreicht, um den Transponder vollständig zu
aktivieren (Leseintervall), bis dieser sein vollständiges,
codiertes Antwortsignal ausstrahlt. Das Lesen des Letztgenannten,
das von der Empfängereinheit
des Transponder-Nachweis-
und -Lesegerätes
vorgenommen wird, erlaubt die Identifizierung des Transponders,
so daß die
darauffolgenden Anweisungen an die externen Einheiten weitergegeben
werden können.
Weiterhin wird von dieser Einheit wenigstens die Reduzierung der
Sendedauer des ausreichend intensiven elektromagnetischen Feldes
von der die Senderwicklungen enthalten Einheit des genannten Transponder-Nachweis-
und -Lesegerätes
im Präsenznachweis-Intervall
während
aller Sendeperioden gesteuert, solange sich der Transponder im überwachten Durchgang
befindet.
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Nach
Beendigung des Empfangs des Transponder-Präsenzsignals im überwachten
Durchgang, d. h., wenn der Transponder den Durchgang verlassen hat,
stellt sich das programmierte Gerät, das die Einheit steuert,
die die Senderwicklungen des Transponder-Nachweis- und -Lesegerätes aufweist,
in Nullstellung und bringt die genannte Einheit zur Aussendung von
elektromagnetischen Feldern von kurzer Dauer (Präsenz-Nachweisintervalle), in
Erwartung des Empfangs eines ersten Präsenzsignals von seiten des
nächsten
Transponders im Durchgang.
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Das
beschriebene Verfahren und das programmierte Gerät, die die gesamte Transponder-Nachweis- und -Lese-Einheit
steuern, erlauben die Aktivierung der die Sendespulen enthaltenden Einheit
dennoch nur für
kurze Zeitspannen (Präsenz-Nachweisintervalle),
und nur dann für
einen längeren
Zeitraum (Leseintervall), wenn der Transponder sich in dem überwachten
Bereich befindet, um sein erstes Präsenz-Signal abzugegeben.
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Die
Emission eines ausreichend intensiven elektromagnetischen Feldes
findet durchschnittlich nur während
einer kurzen Zeitspanne während
des gesamten Sendesignals statt, was die Leistungsdichte desselben,
bezogen auf die gesamte Sendezeit des Signals, erheblich senkt,
so daß diese
sich an einen geringeren Wert als den von der Weltgesundheitsbehörde vorgesehenen
annähert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert.
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1 zeigt
das Transponder-Nachweis- und -Lesegerät als Blockschema, wobei die
programmierte Einheit, die seine Funktionen steuert, hervorgehoben
dargestellt ist;
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2 zeigt
in vereinfachter Form zwei kartesische Diagramme, wobei das erste
das intermittierende elektromagnetische Feld, das in den kurzen Präsenzdetektionsintervallen
von der die Sendespulen Tx enthaltenden Einheit bei Nicht-Präsenz des Transponders
ausgesendet wird, zeigt und das zweite im entsprechenden Intervall
den Nicht-Empfang von Präsenzsignalen
bei nicht anwesendem Transponder zeigt;
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3 zeigt
in vereinfachter Form zwei kartesische Diagramme, wobei das erste
das für
ein Leseintervall von der die Senderwicklungen Tx enthaltenden Einheit
des Transponder-Nachweis-
und -Lesegerätes
gesendete elektromagnetische Feld nach dem Empfang des ersten Transponder-Präsenzsignals
zeigt, und die darauffolgenden elektromagnetischen Felder, die für kurze
Präsenz-Nachweisintervalle
während
der Anwesenheit des Transponders im überwachten Durchgang ausgesendet
werden, sowie im zweiten Diagramm das vollständige und codierte „C"-Signal, das vom
aktivierten Transponder ausgesendet wird, und die darauffolgenden
Transponder-Präsenzsignale,
die ebenfalls von diesem ausgesendet werden.
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Die
Zeichnungen sind nur vereinfachende Darstellungen. In 1 soll
der Elektronikschaltkreis des Transponder-Nachweis- und -Lesegerätes mit der
programmierten Einheit, die dieses steuert, vereinfacht dargestellt
werden; in den 2 und 3 sollen
in der bevorzugten Ausführungsform
die Zeitvariation des elektromagnetischen Feldes im überwachten
Durchgang dargestellt werden, d. h., der geringere effektive Strahlungswert,
und damit die geringe Quantität
an ausgestrahlter Energie während
der Sendeperiode.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft demnach ein Transponder-Nachweis-
und -Lesegerät,
in dem die Senderwicklungen mit Tx bezeichnet werden, und die Empfängerwicklungen
mit Rx, die sich in der praktischen Anwendung im Durchgang gegenüberliegen,
oder auch um den Durchgang gewickelt sind. Sie können ferner nur aus einer Wicklung
bestehen, die wechselweise eingesetzt wird. Mit 1 wird
die Oszillatoreinheit bezeichnet, die das Sendesignal erzeugt, das
normalerweise mit 125 KHz arbeitet, mit 4 der Modulator,
der sich vor der Sendespule Tx befindet, und mit 5 die
Demodulationseinheit der Empfängerwicklung
Rx.
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Die
programmierte Einheit, die die Funktionen des Transponder-Nachweis-
und -Lesegerätes steuert,
besteht aus einer Steuerlogik-Einheit 2, verkabelt oder
mit Mikroprozessor, die auf einer Seite eine Reihe von Anschlüssen 3 für die Verbindungen mit
den externen Einheiten aufweist, unter anderem eine Tastatur oder
ein anderes System zur Programmierung, ein oder zwei Anzeigen, Serien-
oder Parallelausgänge
für Zusatzfunktionen,
Signalgeräte
oder weitere Geräte
für weitreichende
Funktionen für
den Einsatz des Transponder-Nachweis- und -Lesegerätes. Auf
einer anderen Seite weist die Einheit 2 einen Signaleingang
für Signale,
die über
entsprechende Schaltkreise von der Empfängerwicklung Rx ankommen auf
und schließlich
auf noch einer anderen Seite Ausgänge für die Steuerung.
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Der
Signaleingang „Is" ist mit der Wicklung Rx
mittels einer Verstärkereinheit,
einer Demodulations-Einheit 5 und einem Ausgangsverstärker verbunden.
Der Steuerausgang „C1" ist hingegen mit der
Sendeeinheit verbunden, die die Modulationseinheit 4 umfaßt, die
von der Oszillatoreinheit 1 gespeist wird, und über eine
Verstärkereinheit
mit der Sendespule Tx verbunden ist, mit dem Ziel, intensive elektromagnetische
Felder für
vergleichsweise kurze Zeitspannen (Präsenz-Nachweisintervalle) und
auch längere
Zeitspannen (Leseintervalle) auszusenden, sowie korrespondierende
elektromagnetische Felder zu empfangen.
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Das
Transponder-Nachweis- und -Lesegerät arbeitet nach folgender Logik:
eine geeignete Chipkarte oder ein Transponder wird jedesmal, sobald
er sich im von der Spule Tx erzeugten elektromagnetischen Nachweisfeld
im überwachten
Durchgang befindet, wenigstens mit dem Schwellwert der elektromotorischen
Kraft erregt, die ausreichend ist, um seinen inneren elektronischen
Schaltkreis zu versorgen. Unter diesen Bedingungen sendet er ein
Transponder-Präsenzsignal
aus, das gut erkennbar ist, und sich auf Grund seiner Wiederholung
von generellen elektromagnetischen Störungen unterscheidet. Der Empfang
des ersten Transponder-Präsenzsignals von
seiten der Empfängerspule
Rx aktiviert die Steuerlogik-Einheit 2 derart, daß das von
der Spule Tx erzeugte elektromagnetische Feld wenigstens in dem Intervall
verlängert
wird, in dem es erzeugt wird (Leseintervall), damit die in der geeigneten
Chipkarte induzierte elektromotorischen Kraft die Schwelle für ihre vollständige Erregung
erreichen kann, damit ihr vollständiges
codiertes Signal ausgesandt werden kann, so daß die Decodierung und die Erkennung von
seiten der Empfängereinheit
des Transponder-Nachweis- und -Lesegerätes und der Steuerlogik-Einheit 2 möglich ist.
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In
den Sendeperioden, die auf den Empfang des Transponder-Präsenzsignals
in der Empfängerspule
Rx folgen, sendet die die Sendespule Tx umfassende Einheit, wenigstens
in der bevorzugten Ausführungsform,
elektromagnetische Felder von kurzer Zeitdauer aus (Präsenz-Nachweisintervalle), die
wenigstens ausreichend sind, um die geeignete Chipkarte zur Aussendung
ihres Präsenzsignals
zu veranlassen. Sobald der Empfang des Präsenzsignals nach einem programmierten
Zeitraum endet, wenn also die geeignete Chipkarte den überwachten Durchgang
verlassen hat, stellt sich die Steuerlogik-Einheit 2 auf
Nullstellung, und die die Sendespule Tx beinhaltende Einheit bereitet
sich auf die Wiederaussendung eines elektromagnetischen Feldes für einen
längeren
Intervall (Leseintervall) vor, sobald in der Empfängerspule
Rx ein neues Transponder-Präsenzsignal
empfangen wird, also jenes Signal, das alle für Transponder-Nachweis- und
-Lesegeräte
geeigneten Chipkarten aussenden, wenn das elektromagnetische Feld,
auf das sie treffen, eine gerade noch notwendige Sendedauer aufweist,
damit sie ein Präsenzsignal
aussenden.
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Im
Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel des
Betriebs eines Transponder-Nachweis- und -Lesegerätes beschrieben
werden, das durch das bevorzugte Verfahren der vorliegenden Erfindung
gesteuert wird, in einem Beispiel, in dem das Signal für die die
Sendespule Tx umfassende Einheit sowohl periodisch als auch intermittierend
versorgt wird.
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Die
Sendezeit des Sendesignals beträgt
500 msec., das Emissionsintervall des elektromagnetischen Nachweisfeldes
von seiten der die Sendespule Tx umfassenden Einheit beträgt 5 msec.
(Präsenz-Nachweisintervall),
und in diesem Intervall von 5 msec. hat das im überwachten Durchgang befindliche
elektromagnetische Feld eine Weite, der eine effektive Dichte von
1 A/m entspricht, wenn es kontinuierlich über den gesamten Zeitraum hinweg
ausgestrahlt würde.
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Unter
diesen Bedingungen ergibt sich ein effektiver Wert des elektromagnetischen
Nachweisfeldes im überwachten
Durchgang, bezogen auf einen Zeitraum von 500 msec. Von 0,01 A/m,
der weit unter dem von der Weltgesundheitsbehörde vorgesehenen Maximalwert
von 0,66 A/m liegt.
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Nach
dem Empfang des ersten Transponder-Präsenzsignals verlängert die
die Sendespule Tx umfassende Einheit die Sendedauer des elektromagnetischen
Feldes auf bis zu 50 msec. (Leseintervall). In dem Zeitraum von
500 msec., der dieses Intervall von 50 msec. beinhaltet, liegt der
effektive Wert des elektromagnetischen Feldes bei 0,1 A/m.
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Im überwachten
Durchgang, in dem in einem aus mehreren Perioden bestehenden Zeitraum
nur eine Emission eines verlängerten
elektromagnetischen Feldes für
einen Leseintervall benötigt
wird, sinkt der effektive Wert des elektromagnetischen Feldes beträchtlich,
und garantiert so die vollkommene Unschädlichkeit für Personen, die den überwachten Durchgang
passieren.
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Die
Steuerlogik-Einheit 2 kann so programmiert werden, daß die die
Sendespule Tx beinhaltende Einheit des Transponder-Nachweis- und
-Lesegerätes
die Emission des elektromagnetischen Feldes für einen verlängerten
Zeitraum (Leseintervall) wiederholt, um erneut die Aussendung des
vollständigen codierten
Signals des Transponders im überwachten Durchgang
hervorzurufen, falls das codierte Signal, das der Transponder beim
Durchgang durch den überwachten
Durchgang aussendet, nicht vollständig und korrekt gelesen werden
kann, und zwar maximal für
n aufeinanderfolgende Male, wobei n ganzzahlig und einprogrammiert
ist, und wobei der effektive Wert des elektromagnetischen Feldes
unter der Sicherheitsschwelle bleibt.
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In
Abwesenheit einer korrekten Lesung bewertet das Gerät den Transponder
als nicht geeignet, und ignoriert ihn.
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Bei
einer anderen Lösung
könnte
das Gerät so
programmiert werden, daß die
Emission des elektromagnetischen Feldes nach dem ersten Signal von längerer Dauer
(Leseintervall) ist, oder nach n ersten Transponder-Präsenzsignalen,
n Mal wiederholt wird (mit ganzzahligem n) um die Genauigkeit der
mit dem Empfang erhaltenen Informationen des oder der Transponder-Präsenzsignale,
oder der darauffolgenden codierten Transpondersignale sicherzustellen.
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Die
Erfindung kann schließlich
Variationen der Zeitwerte und der Signalweiten der gesendeten Signale
beinhalten, wobei aber innerhalb der Methode der Teilung (Partialisierung)
verblieben wird, um die gesendete elektromagnetische Energie zu
reduzieren. Generell bewirkt die Teilung der gesendeten elektromagnetischen
Energie in dem Verfahren gemäß der Erfindung
zuerst den Nachweis des Vorhandenseins des passierenden Transponders,
und danach eine momentane Verlängerung
der Emissionsdauer für
die notwendige Zeit, um die Lesung vorzunehmen, und zwar auf eine
Art, in der die Intensitäts-Grenzwerte
sich innerhalb der vorgesehenen Grenzwerte befinden.
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Die
genannte Partialisierung kann dadurch erreicht werden, daß sowohl
intermittierende elektromagnetische Felder ausgesendet werden, als
auch elektromagnetische Felder mit Schwellwerten abweichend von
Null, aber mit unterschiedlichen Reichweiten.