DE2008600A1

DE2008600A1 - Elektronisches Überwachungssystem

Info

Publication number: DE2008600A1
Application number: DE19702008600
Authority: DE
Inventors: P H Cole; R Vaughan
Original assignee: Unisearch Ltd
Current assignee: Unisearch Ltd
Priority date: 1969-02-26
Filing date: 1970-02-24
Publication date: 1970-09-24
Also published as: BE746458A; NL175349B; IL33938A0; SE373968B; FR2033401A1; GB1298381A; LU60418A1; DE2008600B2; NL7002703A; JPS5110491B1; NL175349C

Description

2008606

ÜNISEARCH LIMITED, Kensington, H.S. W/Australien

Elektronisches Überwachungssystem

Die Einrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sorgen für eine offene oder geheime Abfrage durch mittels codierte Informationen enthaltende Radiowellen von vorbereiteten passiven Kennzeichnungsträgern durch eine Fernabtasteinrichtung. Einige der vielen Anwendungsmöglichkeiten sind:

a) Automatisches Sortieren des Gepäcks der FluggäBte in den Flughafen.

b) Sortieren und Leiten von Briefen und Paketen in Postbetriebn.

c) Identifikation, Akkreditation und Feststellung des Personals in geheimen Einrichtungen, Fabriken, Krankenhäusern oder militärischen Einsatzgebieten.

d) Kennzeichnen von Passagieren in Beförderungssy,-stemen.

e) Verhinderung von Warendiebstahl in Läden und

Warenhäusern, von Büchern in Büchereien oder

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dazu verwendet wird, um die gewünschte Information auf dem vorläufig noch leeren Vorratskennzeichnungsträger zu codieren, bevor er in dem System verwendet wird.

Weitere Einzelheiten der Sendereinheit erscheinen in Pig. 2. Der Sender benützt Standard UHP und iükrowellentechnik. Die Hauptbestandteile und Ausführungen sind:

a) Ein Hauptoszillator 5» der (in diesem Beispiel) bei 897,6 MHz arbeitet und einen Hauptausgang 6 sowie einen Bezugsausgang 7 besitzt.

b) Ein Niederfrequenz-Pulsoszillator 8, der Rechteckimpulse einer Dauer von 100 nsec, eine Anstiegszeit von 5 nsec, eine Pulswiederholung und eine Frequenz von 10 kHz erzeugt und mit einem Hauptausgang 9 sowie einem Bezugsausgang 10 versehen ist.

c) Ein gepulster Leistungsverstärker 11 mit einer Mittenfrequenz von 915 MHz, einer Bandbreite von 50 MHz, einer Spitzenausgangsleistung von 100 H, einer Impulslänge von 100 nsec, einer Impulswiederholungsfrequenz von 10 kHz und einem Ein/Ausverhältnis von über 150 db.

d) Ein Ausgangsfilter 12 mit einem Durchlaßbereich, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, um die Prequenzkomponenten der Ausgangsstrahlung auf die zu beschränken, die von der gesetzlichen Behörde erlaubt sind. Die Lage des Trägers in Beziehung zu dem Durchlaßbereich der Fig. 3 ist gewählt worden, um eine Restseitenbandmodulation vorzusehen.

e) Ein Mikrowellen-Antennensystem , das den Bereich bestrahlt, der den Informationskennzeichnungsträger enthält, um ihn zu lesen. In dieser Ausführung ist eine Antennenverstärkung von 6 db gewühlt. Höhere Ziffern können, wenn vorteilhaft, ohne Schwierigkeiten verwendet werden.

f) Unter gewissen Umständen ist es vorteilhaft, Mikrowellen absorbierende Materialien 14 in der Hauptstrahlungskeule der Senderantenne zu verwenden, um elektromagnetische Echosignale von entfernten Gegenständen auszuschalten.

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Die K^nstrauktion eines eine entsprechende Information tragenden,passiven Kennzeichnungsträgers ist in der isometrischen Darstellung der Fig. 4 gezeigt. Der äußere Teile ist eine Plastik oder Kartonkarte 15, die zum Schutz der inneren empfindlichen Elemente' 16 dient. Eine gedruckte oder gelochte Information 17 kann in der K??rte eingeschlossen sein, wenn es für andere Zwecke passend int. Der !Teil der Karte, der mit dem Abtastsystem zusammenarbeitet, ist ein Mikrovellenantennensystern 18, dessen eine mögliche Form eine konzentriert eingelegte Schleife für Rundstrahlverhalten sein kann. Diese Antenne ist über eine Übertragungsleitung 19 mit dem Teil der Karte verbunden, in dem die Information codiert ist. Das letztere Element ist detailierter in Fig. 5 dargestellt.

Der für die Codierung vorgesehene Teil der Karte besteht hauptsächlich aus einem piezoelektronisehen Trägermaterial 20; im AusfUhrungsbeispiel ist eine Platte eines Einkristallquarzes verwendet. Andere Materialien können verviendet werden, wenn sie einen Wandlerbereich mit hohem piezoelektronischen Koeffizienten und einem Bereich mit niedrigen akustischen Ausbreitungsverlusten ausfüllen, wobei sie einzeln oder in Kombination vorgesehen sind.

Die Information ist auf dem Trägermaterial codiert, in Form vom räumlichen Figuren, die durch die leitende Elektrodenanordnung gebildet sind, die an der Oberfläche des Trägermateriales gelegen sind, Einzelheiten der Zwischenraumfiguren, die dem 10 Bit-Binärcode 11O1OO1111 entsprechen, sind in Fig. 5 gezeigt. Einzelheiten einer der Anordnungselemente sind in Fig. 6 dargestellt. Die Anordnung enthält ein Endelement 22, das aus 26 Elektroden und einem Srtz Codierungselementen 23 besteht, die ihrerseits wieder aus 16 Elektroden bestehen. Die Elektroden sind abwechselnd mit verschiedenen Leitern der übertragungsleitung 19 von der Mikrowellenantenne 18 verbunden. Der Zwischenraum der Elektroden in dem Beispiel ist annähernd 2 XLm; der genaue Abstand ist so eingestellt, daß er eine halbe Wellenlänge der elektroakustisehen Oberflächenwelle bei einer Betriebanittenfrequenz von 916 KHz beträgt.

Die genaue Art und Veise, in der der gewünschte Code von

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von zweckmäßigen Gegenständen in Fabriken oder anderen orten, durch Markieren solcher Gegenstände mit einem Kennzeichnungsträger und durch Aufstellen eines Empfängers, der jeden Ausgang abschirmt, so daß das unbefugte Fassieren eines solchen markierten Gegenstandes durch irgendeinen Ausgang entdeckt wird.

Das Grundprinzip der Wirkungsweise eines Abfragesystemes für passive Kennzeichnungsträger besteht darin: Es wird in irgendeiner Form Energie zu dem Kennzeichnungsträger durch einen Sender und einen Sendeantennenkreis übertragen. Diese Energie wird dann auf irgendeine Art durch den Kennzeichnungsträger verarbeitet, und die resultierende Energie durch den Kennzeichnungsträger als ein "Antwort"-Signal zurückgesendet. Diese "Antworf'-Energie wird dann gleichgerichtet, entsprechend verarbeitet und die Information hieraus dann durch einen empfindlichen Empfänger und einen Empfangsantennenkreis ausgeblendet. Es ist grundsätzlich bei allen Abfragesystemen so, daß die sehr geringe Antwort-Energie von dem Kennzeichnungsträger unterschieden wird von der viel größeren Sender- oder "Abfrage"-Energie. Diese Unterscheidung kann durch verschiedene Methoden erhalten werden; die vorliegende Erfindung benützt eine Methode, die das gev/ünschte Ergebnis dadurch erzielt, daß eine Zeitverzögerung in dem Kennzeichnungsträger vorzugsweise durch Benutzung von akustischen Oberflächen-wellen eingebaut ist, so daß Antwort-Energie gesendet wird, nachdem die Abfrage-Energie abgeklungen ist.

Ein System gemäß der Erfindung kann etwa die folgenden Merkmale aufweisen:

a) Das System sendet einige, oder sogar viele Binärzifferinformationen ("Bits") zu dem Abfrager zurück. Eine soziale Sicherheitszahl erfordert beispielsweise 30 Informationsbits.

b) Die Kennzeichnungsträger, die die codierte Information enthalten, sind passiv, besitzen eine unbe-

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stimmt lange Speicherdauer, ihr Speicherinhalt kann ohne Zerstörung gelesen verden_s sie sind dauerhaft unter verschiedenen Umgebungs- und Verarbeitungsbedingungen, sie sind schmal und haben niedrige Herstellungskosten.

c) Die Kennzeichnungsträger können irgendeine Orientierung in bezug auf einen gewünschten Abstand von der Abtasteinrichtung besitzen, sie können in Bewegung sein, und sie können von dem Fühler durch lichtundurchlässige Schranken getrennt sein.

d) Das codierte Signal ist unterscheidbar von Hintergrunds tbr signal en, die zufällig erzeugt v/erden durch die Umgebung des abgefragten Kennzeichnungsträgers.

Diese Unterscheidung von den Störsignalen wird durch die eingebnute Zeitverzögerung erreicht und, wo nötig, durch eine Pulszeitcodierung des Antv/ortsignales.

e) Die Codierung dor Information ^uf dem Kennzeichnungsträger k«mn durch einfache Mittel vorgenommen werden, und zwar zu dem Zeitpunkt, an de\;^! der Kennzeichnungsträger in Betrieb genommen wird. Benutzer des Systeme© benötigen ols Vorrat nur leere- Kennzeichnungsträger, und zwar eher als einen kompletten Satz Kennzeichnungsträger mit ^llen möglichen Codierungen.

Um die verwickelten Prinzipion besser zu illustrieren, wird unten eine mögliche Anordnung oder Ausführungsform für ein spezielles System beschrieben, nämlich ein System für die Codierung von 10 Informations-Bit in einer Plastikkarte cm χ 8 cm χ 1 mm, wobei die Körte aus einer Entfernung von drei Metern abgetastet vird. Die K--rte ksnn irgendeine Orientierung besitzen und kann mit einer Beschleunigung bis zu einem Meter/see. in irgendeiner Richtung bewegt werden, wie es beispielsweise bei einem Gepäcksortierungsvorgang erforderlich ist.

Beim Hauptprinzip des Systemes gemäß dieser Form der Erfindung muß in der Aufzeichnungskarte ein Mittel zum Empfang

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»AD ORIQINAl,

elektromagnetischer Energie vorgesehen sein, ein Mittel zur Umsetzung in akustische Form, ein Mittel zur Speicherung für eine angemessene Zeit und ein Mittel zur Rückumsetzung in elektromagnetische Energie zur Rückübertragung in codierter Form, die dann die in dem Kennzeichnungsträger codierte Information enthält.

Ebenso wird eine weitere Form der Erfindung beschrieben, in der eine Trägerfrequenz von .10 MHz verwendet ist. Dm beim Verstehen des Systemes behilflich zu sein, wird dieses in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Systems als Ganzes zeigt; Fig. 2 ein ähnliches Diagramm der Sendereinheit zeigt; Fig. 3 eine Kurve zeigt, die die Durchlässigkeit des

Ausgangsfilters darstellt;

Fig. A eine isometrische Ansicht eines Kennzeichnungeträgers zum Gebrauch im Zusammenhang mit diesem System zeigt;

Fig. 5 eine Ansicht eines Teiles des Kennzeichnungsträgers in einem vergrößerten Maßstab zeigt; Fig. 6 Details einer der Anordnungselemente eines

Kennzeichnungsträgers zeigt; Fig. 7 ein Diagramm zeigt, dos die Folge von Impulsen

darstellt, die an dem Empfänger ankommen; Fig. 8 ein Blockdiagramm des Empfängers zeigt; Fig. 9 ein Blockdiagramm des Signalprozessors zeigt; Fig. 10 und ^v

Fig. 11 modifizierte Formen von Anordnungstrukturen

für Kennzeichnungsträger zeigen, die für einfache Anwendungen berechnet sind;

Flg. 12 ein Blockdiagramm des Systemes im Ganzen zeigt; Fig. 15 ein Diagramm der Antennen zeigt, die in .'den

Sender- und Empfängereinheiten verwendet sind; Fig. 14 ein Schaltungediagramm des Hauptoszillators für die Sendereinheit zeigt (und ebenso ein Diagramm des lokalen Oszillators für die Empfängereinheit zeigt): - 5 -

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Fig. 15 ein Schaltungsdiagramm eines getasteten Verstärkers zeigt, der in der Sendereinheit verwendet ist (und ebenso ein Diagramm eines getasteten Verstärkers zeigt der in der Empfängereinheit verwendet wird);

Pig. 16 ein Schaltungsdiagramm eines von zwei Verstärkern niedriger Leistung zeigt, die in der Sendereinheit verwendet sind;

Fig. 17 ein Schaltungsdiagramm eines den dynamischen Bereich erweiternden und den Leistungspegel einstellenden Kreises zeigt, der in dem Sender verwendet isrb;

Fig. 18 ein Schaltungsdiagramm eines Verstärkers mittlerer Leistung zeigt, der in dem Sender verwendet ist;

Fig. 19 ein Schaltungsdiagramm des Senderausgangsverstärkers zeigt;

Fig. 20 ein Diagramm des codierten Kennzeichnungsträgers zeigt;

Fig. 21 ein Diagramm der akustischen Oberflächenverzögerungsleitung zeigt;

Fig. 22 ein Schaltungsdiagramm des Empfängervorverstärkers zeigt;

Fig. 23 ein Schaltungsdiagramm eines getasteten HF-Verstärkers zeigt, der in dem Empfänger verwendet ist;

Fig. 24 ein Schaltungsdiagramm einer sjnnmetrischen

Mischstufe und eines balance to unbalance-Verstärkers zeigt, der in dem Empfänger verwendet ist;

Fig. 25 ein Schaltungsdiagramm eines Schmalbandverstärkers im Ausgang des Empfängers zeigt.

Die Hauptkomponenten des Systemes sind im Blockdiagramm in Fig. 1 dargestellt. Das System enthält einen Sender 1 für elektromagnetische Wellen, einen die Information tragenden Kenn zeichnungsträger 2 und einen Empfänger 3 für elektromagnetische Wellen, die alle gleichzeitig betrieben werden. Ebenso ist dann noch eine Teilnehmercodierungseinrichtung 4 vorhanden, die

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der Anordnung getragen wird, besteht darin, daß die Verbindung oder Unterbrechung eines Anordnungselementes 23'an einem gegebenen Punkt an der Hauptübertragungsleitung 19 nacheinander eine eins oder eine null-Binärziffer bezeichnet. In der Praxis sind alle Karten mit einer vollen Folge von Einsern gefertigt, wobei alle Anordnungselemente vorhanden sind. Der gewünschte Code wird auf die Karte von dem Benutzer in der Weise aufgeprägt, daß er die Verbindungen einer entsprechenden Anzahl Anordnungselemente von der Hauptübertragungsleitung abtrennt. Kennzeichnungsträger können aoch während der Fertigung dadurch codiert werden, daß die Elektrodenstruktur von einem oder mehreren Elementen übersprungen wird oder sie nicht mit der Übertragungsleitung verbunden werden.

Im Betrieb empfängt die Karte die gepulste elektromagnetische Energie über ihre Antenne 18 und regt die gesamte Anordnung entlang der übertragungsleitung 19 an. Die verschiedenen Elemente der Anordnung lassen die elektroakustisehen Überflächenwellen entlang dem piezoelektrischen Trägermaterial. in der Richtung der Übertragungsleitung anlaufen. Nach einer Zeit, die gleich der Ausbreitungszeit für solche Wellen entlang dem leeren Teil 24 der Übertragungsleitung ist, werden die elektroakustischen Wellen wieder in elektromagnetische Energie umgesetzt und strahlen elektromagnetische Wellen über die Antenne 18 zurück. Diese zurückgestrahlte Energie wird durch den Empfänger 3 aufgenommen und weiter-verarbeitet.

Ein Diagramm der Pulsfolge, die an dem Empfänger ankommt, ist in Fig. 7 dargestellt. Die Folge besteht aus einem Impuls 25 mit großer Amplitude, der direkt von dem Sender einer Serie von unerwünschten Interferenzinipulsen 26 ankommt, die von einer Ausbreitung elektroakustischer Impulse zwischen verschiedenen Elementen der Codierungseinrichtung herstammen; diesen folgt wieder ein erwünschter Satz von Impulsen 27, welche von einer Ausbreitung elektroakustischer Impulse zwischen dem Endelement 22 und dem Satz Codierungselementen 23 stammt. Dies ist die letzte Impulsgruppe, die frei von Interferenz ist und die codierte Information erhält, und die von dem Empfänger in der unten beschriebenen Art und Weise verarbeitet werden:

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Die verschiedenen Komponenten des Empfängers 3 sind in Form eines Blockdiagrammes in Pig. 8 dargestellt. Die gerichtete Antenne 28 ist ähnlich der Bauart der Senderantenne 13. Ein Bandpassfilter 29 dient dazu, mögliche Radiofrequenzinterferenzen von Quellen auszuscheiden, die nicht zu diesem System gehören. Eine Begrenzungseinrichtung 30 schützt den Empfänger vor Übersteuerung oder Überlastung durch den übertragenen Impuls mit großer Amplitude. Ein Vorverstärker 31 mit niedrigem Rauschen (Rauühzahl kleiner als 6 db) und ein Nachverstärker, der mit einer automatischen Verstärkungskontrolle 32 ausgestattet ist, stellen eine verstärkte empfangene Impulsfolge dem Signalverarbeitungskreis 33 bereit. Einzelheiten der Ausführung des Signalverarbeitungskreises, der für eine maximale Empfindlichkeit ausgelegt ist und die Technik der Synchrongleichrichtung verwendet, v/erden unten wiedergegeben.

Ein Blockdiagramm des Signalprozessors erscheint in Pig. 9. Die verstärkte Impulsfolge von dem Empfänger tritt bei 34 ein, wird in zwei Signal geteilt, die über Pufferverstärker 35 die Synchrondetektoren 36 und 37 speisen.Die Bezugsansteuerung für den Detektor 36 wird von' dem Sender-Hauptoszillatorsignal erhalten, welches bei 7 eintritt.Die Bezugsansteuerung für den Detektor 37 wird von dem selben Bezugssignal über das Il/2 Phasenschiebungsnetzwerk 38 abgeleitet. Als Resultat bilden die Detektoren 36, 37 eine zueinander um 90° verschobene Gleichrichtung des empfangenen Signales in bezug auf den Sender-Hauptoszillator*. Die gleichgerichteten Signale werden den Pufferverstärkern 39 zugeführt, von denen jeder in dem vorliegenden Beispiel über 10 Ausgänge verfügt. Jeder der 10 Ausgänge von diesen Pufferverstärkern ist dann einem der 20 Gatterkreise 40 zugeführt, von denen nur zwei dargestellt sind. Diese Gatter werden durch einen ZählJcreis 41 kontrolliert, welcher mit dem übertragenen Impuls über ein Signal synchronisiert ist, das von dem Sender durch die Bezugsleitung 10 zugeführt wird. Der Zählkreis hat 10 Ausgangsimpulse, von denen jeder eine Breite wie der Senderimpuls besitzt, beispielsweise 100 nsec. Die verschiedenen Ausgangsimpulse haben verschiedene Zeitverzögerungen zu dem gesendeten Impuls,

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wobei jeder an die Verzögerung angepaßt ist, die von dem einen oder anderen der Impulse in dem empfangenen Impulszug 27 erwartet .wird. Die Ausgänge der verschiedenen Gatter 40 werden in Niederfrequenzfiltern 42 gefiltert, die die effektive Rauschbandbreite des Systemes festsetzen. Die Ausgänge dieser Filter werden durch Pufferverstärker (die nicht dargestellt sind)den Quadrierungseinrichtungen 43 zugeführt, die einen (einseitig gerichteten) Ausgang proportional dem Quadrat des Eingangssignales über den ausgeführten Betriebsbereich erzeugen. Die Ausführung eines solchen Kreises stellt nur ein einfaches Problem dar, das zur Lösung einen Verstärker und ein Halbleiterdiodennetzwerk erfordert. Als letzten Schritt in der Signalbearbeitung werden die Ausgänge der korrespondierenden Paare der Quadrierungseinrichtung 43 addiert und dem Satz von 10 Ausgangsgeräten 44 zugeführt, (von denen nur eines dargestellt ist),welche die 10 Bit-Information beeinhalten. Ein Bezugssignal von jedem dieser Bits kehrt zu dem Empfänger über die Leitung 45 zurück, um für eine automatische Verstärkungskontrolle zu sorgen. Das Vorhandensein eines automatischen Verstärkungskontrollsignales erfordert schließlich einen Nichtnullbit in der codierten Folge. Der Einschluß der ungradzahligen Paritätsprüfung in dem Code ergibt die Anwesenheit dieses geforderten Bits. Der Einschluß dieses Prüfungsbit beeinhaltet eine zusätzliche Sicherheitemaßnahme gegenüber einer falschen Auslösung des Systemes durch falsche Objekte.

Die Ausgänge des obenbeschriebenen Signalprozessors können einem großen Bereich von Logikkreisen zugeführt werden, die nicht in Fig. 9 dargestellt sind, um die verschiedenen Befehlidentifikations i- und Sortierungsaufgaben zu bilden, die für das Gesamtsystem erforderlich sind. Die Ausführung solcher logischer Kreise erfolgt nach ganz bestimmten Verfahren.

Berechnungen zeigen, daß die Leistungsverluste , die in' verschiedenen Teilen des gesamten Übertragungsweges vom Sender zum Empfänger vorkommen,folgende sind:

a) Der elektromagnetische Ausbreitungsverlust von der Senderantenne zu der Kennzeichnungsträgerantenne: 33 db.

b) Der elektromagnetische - elektroakustische Urawandlungsverlust: 38 db.

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c) Der elektroakustische Ausbreitungsverlust: 2 db.

d) Der elektroakustische elektromagnetische Utnwandlungsverluet: 31 db.

e) Der elektromagnetische Ausbreitungsverlust von der Kennzeichnungsträgerantenne zu der Empfängerantenne: 33 db.

Der gesamte Verlust auf dem Übertragungsweg beträgt also 127 db.

Die Rauechbandbreite des Empfängers ist begrenzt durch das Niederfrequenzfilter 42, das auf die synchrone Demodulation folgt und eingestellt ist auf ein kHz. Der Eingangsrauschpegel des Empfängers, der eine Rauschziffer von 6 db und eine Dämpfung von 1 db in dem Bandpassfilter 29 berücksichtigt, beträgt -167 db¹' Der Eingangssignalpegel am Empfänger beträgt - 107 db W. Das Signal-Rauschverhältnis am Empfänger beträgt dann 60 db und d^s Svstem ist nicht begrenzt durch das Empfängerrauschen.

Für einen erfolgreichen Einsatz des Systemes kommt es darauf an_f die akustisch verzögerten Echos von dem Hintergrundgeräusch-Durcheinander zu unterscheiden, der durch direktes elektromagnetisches Echo erzeugt wird. Während die akustische Zeitverzögerung vor der Rückübertragung der codierten Impulsfolge beispielsweise über 3,*iscc- hinaus geht, verden dio relevanten elektromagnetischen Echos über Ausbreitungswege mit Längen von 900 m hinausgehen und in den meisten Fällen entsprechend schmal sein. Probleme, die auftauchen, können eliminiert werden durch geeignete Verwendung von Antennenausführungen des Senders und Empfängers, in Verbindung mit entsprechend plazierten, natürlichen oder künstlichen Mikrowellenabsorbern. Berechnungen haben gezeigt, daß ein direktes Echo gut unter den akustischen Echopegel reduziert werden kann, wenn die resultierende Anlage einen Paktor Q von weniger als 100 hat; dann ist das System nicht durch Hintergrundgeräuschgemische begrenzt.

Es gibt gewisse deutliche Variationen von dem Ausführungsbeispiel, das im Detail beschrieben ist, die besonderen Anwendungen angepaßt sein können. Im besonderen besteht eine dieser Variationen darin:

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a) Ein Wechsel der Trägerfrequenz auf 897,5 MHz. Die Dimensionen der elektroakustisehen Umwandlungeanordnung können zu niedrigeren oder höheren Werten geändert v/erden, je nachdem wie es durch die Technologie erforderlich ist, um in dem Erzeugnis verwendet

zu werden.

b) Die Impulslänge und die Impulsfolgefrequenz können geändert werden, um einen längeren oder kompakteren Code zu ermöglichen.

c) Änderungen können auch in dem Senderleistungepegel und den Charakteristiken der Sender, Empfänger und Antennenpegel vorgenommen werden, einschließlich

' dem Gebrauch von Duplex, um verschiedene Mikrowellen-

™ auebreitungesysteme vorsehen zu können.

d) Es kann ein Bereich von Trägermaterialien für die akustische Ausbreitung, einschließlich piezoelektrischer Materialien verwendet werden, deren akustische Dämpfung nicht notwendigerweise niedrig ist und die an Trägcrmatcrialien mit niedriger akustischer Dämpfung ausgeschieden sind. Magnetostriktionevorrichtungen können anstelle von oder in Verbindung mit den piezoelektrischen Materialien verwendet werden, um die elektrookustische Umwandlung durchzuführen.

e) Die Wandleranordnungsstruktur knnn in Zahl und Form fe der Elemente modifiziert werden sowie in der Art

ihrer Verbindung zu der Übertragungsleitung.

f) Ee können andere Variierungsarten ale die einfache binäre,sowie die Impulshöhe, Breite und Lage verwendet werden.

g) Die Anordnung der verschiedenen Elemente in der Karte und die Größe, Form und Beschaffenheit der Karte kann den verschiedenen besonderen Anwendungearten angepaßt werden. Insbesondere kann es vorteilhaft seinjiaber den Rand als die Oberfläche des akustischen Xrägermateriales zur Ausbreitung der akustischen Welle zu

gebrauchen.

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h) Der Code und die Anordnungsstruktur kann vereinfacht werden auf einige oder sogar auf ein Element für einfache Anwendungen, wie zum Beispiel das Überwachungsobjekt, wie es in der Anwendung (e)der Einleitung be-. schrieben ist. In diesem Pail wird Gebrauch gemacht von einem Oberflächenwellenreflektor oder einem Rundlauf-(rat race) Ausbreitungsweg. Zwei solcher möglicher vereinfachter Aufbauten sind schaubildlich in Pig. 10 und 11 dargestellt. In dem Aufbau der Pig. 10 ist Gebrauch gemacht von einem Oberflächenreflektor 46j welcher den akustischen Impuls zu der einzelnen akustischen Auslöse- und Empfangsanordnung 47 zurückführt. In dem Aufbau der Pig. 11 wird die Oberflächenwelle in entsprechende Rillen 48 gezwungen, die in der Oberfläche des Quarzträgermateriales eingeätzt sind, um sich in einem Kreis auszubreiten* oder sie wird in einem "Rundlauf" (rat race)-Ausbreitungsweg gezwungen, so daß sie zu der einzigen akustischen Auslöse- und Empfangsanordnung nach einer entsprechenden Zeitverzögerung zurückkehrt.

i) Als eine Alternative zum Gebrauch eines Pulscodes in einer einfachen Überwachungsanordnung ist es in der Tat ausreichend, einen in Resonanz befindlichen akustischen Aufbau von genügend hohem Q so zu koppeln, daß er auch nach Beendigung des Senderimpulses weiterschwingt. Venn die Schwingzeit lang genug ist, wird das resultierende Echo leicht von dem Hintergrundgeräuschgemisch unterschieden, das durch direktes elektromagnetisches Echo verursacht ist. Um eine weitere Hilfestellung zum Verständnis des Systemes zu geben, wird dies weiter unten mit Bezug auf die Piguren bis 21 beschrieben, und zwar eine Version, welche auf einer Trägerfrequenz von 10 MHz arbeitet und für ein Rücksignal sorgt_s das eine 5-Bit-Information mit sich führt.

Die Hauptteile dieses Systemes sind in Pig. 12 dargestellt. Das System wird durch einen Pulsfolgefrequenzgenerator geregelt (der nicht dargestellt ist , weil er ein kommerzielles Gerät ist), der Impulse mit einer Frequenz von 50 KPPS zu dem

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Pulsbreitengenerator 51 (ein weiteres kommerzielles Gerät) sendet; die Ausgangsimpulse sind 0,5 Msec lang. Der getastete Verstärker 52 wird durch den Impulsbreitengenerator gesteuert und führt 0,5/Qsec Hochfrequenzimpulse zu, welche durch den Hauptoszillator 53 erzeugt sind und an die in Serie liegenden Verstärker 53 und 54 niederer Leistung abgegeben ist. Die verstärkten, getasteten Hochfrequenzimpulse werden von Bereich zu Bereich in einem dynamischen Expanderverstärker und in Pegeleinstellkreisen56 erweitert und nach weiterer Verstärkung in einem Verstärker 57 mittlerer Leistung und einem Ausgangsverstärker 58 der Senderantenne 59 zugeführt. Die Senderantenne besitzt die Form eines abgeschirmten, quadratischen Magnetdipols der Skala 12", die die Form der bekannten Konstruktion für Flugzeugbordpeilschleifen besitzt; sie ist belastet mit einem Q-Faktor 5. Einzelheiten der Senderantenne sind dargestellt in Fig. 13 und schematische Schaltdiagramme vieler Senderkreise sind wiedergegeben in den Figuren 14 bis 19 einschließlich.

Das Signal von der Senderantenne läuft durch elektromagnetische Ausbreitung im Nahfeld zu dem codierten Aufzeichnungsträger 60, dessen Aufbau in den Figuren 2o und 21 im einzelnen dargestellt ist. Die Figuren zeigen einen Kennzeichnungsträger, der für ein Antwortsignal paßt und den besonderen fünf-Bit-Code 11111 umkehrt. Die Figur 20 zeigt den verwendeten Kennzeichnungsträger, der aus einer gedruckten magnetischen Kreisschleife 71 und einer Antenne besteht, die auf einer 6" χ 4" Epoxydßlas -Karte 72 untergebracht ist, abgestimmt ist, um bei 10 mc/s mittels eines Festkondensators 73 in Resonanz zu schwingen, und belastet ist durch einen Festkondensator 74 mit einem Q-Faktor 5 . Der Codierungsteil des . Kennzeichnungsträgere ist wieder ein Quarzträgermaterial 5 cm χ 2,5 cm χ 2 cm Dicke, das das leitende Elektrodenschema 75 trägt, wie in Fig. 21 dargestellt, und das den fünf-Bit-Binärcode 11111 umkehrt und der schließlich mit der Antenne 71 verbunden ist, wie ebenfalls in Fig. 20 dargestellt.

Das Elektrodenschema 75 arbeitet und ist in derselben Art wie das in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel

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der Erfindung beschriebene aufgebaut. Es muß jedoch bemerkt werden, daß die Dimensionen ganz verschieden sind, was auf der Verwendung einer niederen Trägerfrequenz beruht. Bei dem Elektrodenechema 75 beträgt der Abstand zwischen den einzelnen Elektroden des Schemas 0,1625 mm.Nach einer Verzögerung von etwa 6 usec , der die Vervollständigung des Senderimpulses folgt, wird das codierte Antwortsignal durch den Kennzeichnungsträger zurückgesendet und ein Teil der Antwort-Energie wird durch die Empfängerantenne 61 empfangen. Das Ausgangssignal für die Empfängerantenne wird zuerst durch einen rauscharmen Empfängerverstärker 62 verstärkt, der speziell für eine schnelle Wiedergewinnung bei Überlielastung ausgelegt ist; danach paseiert ee den getasteten Verstärker 63.

Der getastete Verstärker 63 ist einer der zwei getasteten Verstärker 63 und 64, welche.in dem Empfänger von dem Impulsfolgefrequenzgenerator 50 über einen Verzögerungsgenerator 65 und einen Bulsbreiten-Generator 66 gesteuert werden. Dfe Punktion des Vorzögerungsgenerators 65 und des Pulsbreiten-Generators 66 besteht darin» das Empfangsgate für einen Zeitabschnitt zu öffnen, der im Hinblick auf die Zeit des Senderimpulses verzögert ist, um mit der Gleichrichtung eines besonderen Bite in dem Antwortcode zu korrespondieren. Variiert man den Verzögerungsbetrag , der durch die Verzögerung ausgefüllt iet, so erlaubt ein Generator 65 verschiedene Bits in der Antwort, die codiert ist, um getrennt gleichgerichtet zu werden.

Die weitere Betriebsweise des Empfängers befaßt sich mit der symmetrischen Mischstufe 67, welche die beiden getasteten Signale von dem rauscharmen Verstärker 62 und dem sehr stabilen lokalen Oszillator 68 empfängt und an seinem Ausgang die Differenzfrequenz bildet, die ". » von der Mischung der beiden Signal herrührt. Diese Frequenz ist gleich der Differenzfrequenz zwischen dem Hauptoszillator 53 und dem lokalen Oszillator 68. Es ist wichtig für die Arbeitsweise des Gesamtsystemes, daß der Hauptoszillator 53 und der lokale Oszillator 68 eine genau geregelte Frequenz haben sollen, um die Differenzfrequenz innerhalb des Durchlaßbereiches des abgestimmten schraalbandigen Verstärkers 69 zu halten. Die Differenzfrequenz muß

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entsprechend gewählt werden und muß genügend über der Frequenz Null liegen (d.h. OC), um 1/f oder ein Plackerrauschen (flicker noise) zu vermeiden, aber unter der Imfulsfolgefrequenz liegen, die mittels dee Pulsfolgefrequenzgenerators 50 erzeugt 1st, so daß keine Mischprodukte von durch Sin- oder Ausschalt vorgänge hervorgerufene Schwingungen der Gatter 63 und 64 den Systemausgang verschmutzen werden oder Geräusche zu dem Systemausgang hinzuaddieren. Der Ausgang des abgestimmten Verstärkers 68 wird einem nicht linearen Gleichrichter 69 zugeführt, welcher die Größe des Differenzfrequenzsignales dee abge-■ stimmten Verstärkers 68 mißt und eine "1" registriert, sobald sie von einem Kennzeichnungsträger 60 für die spezielle Bit- W position empfangen wird, wobei dann geprüft wird, ob dieses Signal entsprechend über den Rauschpegel des Systemes hinausragt.

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Claims

Patentansprüche

Elektronisches Überwachungssystein, das aus einem Sender für elektromagnetische Signale,, aus einem passiven Kennzeichnungsträger, der zur Anbringung an einen zu überwachenden Artikel geeignet ist und der so aufgebaut und ausgeführt ist, daß er ein Signal von dem Sender empfangen und ein Antwortsignal wieder zurücksenden kann, und aus einem Empfänger besteht,, der zum Empfang und zur Verarbeitung des Antwortsignalee eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kennzeichnungsträger mit Energiespeicher- und Zeitverzögerungsmitteln versehen ist, wodurch die Rückübertragung des Antwortsignales verzögert ist, um im Empfänger eine leichte Unterscheidung von dem original ausgesendeten Signal zu ermöglichen.
2. Elektronisches Überwachungssystem nsch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kennzeichnungsträger mit Mitteln zur Umwandlung der empfangenen elektromagnetischen Energie in akustischer Form, mit Mitteln zur Speicherung der Energie in akustischer Form für eine vorher bestimmte Zeit und mit Mitteln zur anschließenden Rückumwandlung in elektromagnetische Energie für die RückÜbertragung in Form des Antwortsignales versehen ist.
3. Elektronisches Überwachungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kennzeichnungsträger so aufgebaut und ausgeführt ist, daß er das Antwortsignal codiert.
4. Elektronisches Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender so aufgebaut und ausgeführt ist, daß er elektromagnetische Energie in Form von Impulsen sendet, und daß der Empfänger so aufgebaut und ausgeführt ist, daß er das Antwortsignal in dieser Form empfängt.
5. Kennzeichnungsträger zur Verwendung in einem elektronischen Überwachungssystem, der zur Anbringung an einen zu überwachen-

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den Artikel geeignet ist, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» d iß er eine Antenne zum Empfang des ausgesendeten Signales, Mittel zur Speicherung der empfangenen Signslenergie für eine vorher bestimmte Zeit und Mittel zur anschliessenden Rückleitung zu der Antenne für die RückÜbertragung in Form eines Antwortsignales besitzt.
6. Kennzeichnungsträger gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel zur Codierung dee Antwortsignales enthält.
7. Kennzeichnungsträger gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Speicherung der empfangenen Energie für eine vorher bestimmte Zeit aus Mitteln zur Umwandlung der Energie des ausgesendeten Signales in akustische oder elektroakustische Wellen, aus Mitteln zur Ausbreitung derselben über die Oberfläche, eines geeigneten Trägermateriales. aus Mitteln zur Rückleitung der Wellen nach der vorher bestimmten Zeit zu der Antenne und aus Mitteln zur Umwandlung der Wellen in elektromagnetische Form bestehen.
8. Kennzeichnungsträger gemäß Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß er einen Träger, ein piezoelektrisches Trägermaterial, das auf dem Träger angebracht ist, und eine Übertragungsleitung in Form einer leitenden Elektrodenanordnung auf dem Trägermaterial sowie die Antenne enthält die mit der Übertragungsleitung verbunden ist, wobei sie ihrerseits eine Anordnung von Codierungselementen enthält, die so aufgebaut und ausgeführt sind, daß sie das Antwortsignal durch Rückleitung der Energie zu der Antenne in Form von zeitlich gestaffelten Impulsen gemäß dem Abstandsschema der Codierungselemente codieren. ' '
9. Kennzeichnungsträger gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Codierungselementen für einen "n"-Bit-Binärcode geeignet ist, wobei die Elemente so aufgebaut sind, daß jedes beliebige Element unwirksam gemacht wenden kann, und zwar so, daß jedes wirksame Element für eine binäre Eins

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codiert und jedes unwirksame Element für eine binäre Null codiert ist, vobei der erforderliche Code auf dem Kennzeichnungsträger durch einen Benutzer eingeprägt werden kann.
10.Eennzeichnungsträger gemäß Anspruch 7» dadurch- gekennzeichnet, daß die akustische Oberflächenwelle zu dor Antenne mittels eines Oberflächenwellenreflektors zurückgeleitet ist.
11. Kennzeichnungsträger nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet daß die akustische Oberflächenwelle auf dem Trägermaterial über einen "Kreislauf"-(rat race) Ausbreitungsweg geleitet ist.

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