DE2755010C3 - System zur Identifizierung von mit Markierungskörpern versehenen Gegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Identifizierung von mit Markierungskörpern versehenen Gegenständen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Systemen dieser Art werden mit elektromagnetischen Sendern in einem vorbestimmten Erfassungsraum magnetische Wechselfelder erzeugt. Diese Wechselfelder treten an den Markierungskörpern im Erfassungsbereich in einer Feldstärke auf, bei der die Magnetisierungskurven der Markierungskörper bis in deren Sättigungsbereich hinein durchfahren werden, in welchen die durch die Feldstärke hervorgerufene Induktion gegenüber einem zur Feldstärke annähernd proportionalen Wert abzunehmen beginnt, d. h., die Permeabilität verringert ist oder auf die absolute Permeabilität zurückgegangen ist. Dadurch erhält die hervorgerufene Induktion gegenüber einer beispielsweise als Funktion der Zeit sinusförmig veränderten Feldstärke eine nichtlineare Verzerrung in der Weise, daß der Markierungskörper als Sekundärstrahler für elektromagnetische Wellen mit einem Frequenzspektrum wirkt, das neben der Grundwellenfrequenz weitere, durch die Verzerrungen verursachte Frequenzen zeigt. Diese von der Grundwellenfrequenz abweichenden Frequenzen werden in den Empfängern empfangen und zur Meldung der Erkennung der Markierungskörper ausgewertet. Zur sicheren Erkennung der Markierungskörper sind dabei jedoch hohe Feldstärken in denselben erforderlich, was einerseits zu einer räumlichen Einschränkung des Erkennungsbereiches und andererseits zu Schwierigkeiten bzw. einem hohen Aufwand im Hinblick auf die Vermeidung der Störung anderer Anlagen, die Einhaltung postalischer Bestimmungen und die vom elektromedizinischen Standpunkt wie beispielsweise durch Herzschrittmacher erforderliche Feldstärkebegrenzung führt.

Ferner ist in der DE-OS 22 08 772 eine magnetische Prüfeinrichtung beschrieben, bei der durch zu überprüfende Körper wie Schlüsselkarten oder dergleichen, mit denen unter einer bestimmten Codierung polarisierte Magnetfeldänderungen hervorgerufen werden können,

die Induktivitäten an unter einer vorgegebenen Codierung magnetisch beeinflußten Sättigungstransformatoren verändert werden und dadurch Schaltvorgänge herbeigeführt werden, die in ihrer Gesamtheit ein Signal über die Obereinstimmung oder das Fehlen der Obereinstimmung zwischen der Körper-Codierung und der vorgegebenen Codierung ergeben. Hierbei wird zur Erzielung des Schaltvorgauges an dem jeweiligen Sättigungstransformator der Umstand genutzt, daß der Kopplungsfaktor an dem Transformator bei Sättigung des Transformatorkerns in einer der Polungsrichtungen verhältnismäßig stark abnimmt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, das ohne Störungen anderer Anlagen und Einrichtungen eine sichere Erkennung der Markierungskörper in einem großen Erkennungsbereich erlaubt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem System nach dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst daß das Material der Markierungskörper derart gewählt ist, daß die Nichtlinearität im Permeabilitätsanfangsbereich zur Oberwellenerzeugung als Identifizierungskriterium auswertbar ist.

Demgemäß wird mit der Erfindung davon Gebrauch gemacht, daß bei den Magnetisierungskurven im Bereich des Ursprungs, nämlich bei äußerst geringen Feldstärken, die Anfangspermeabilität verändert wird, die die differentielle Permeabilität im Ursprung selbst darstellt. Dies ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß zu einer Magnetisierung des Magnetisierungskörpers aus dem unmagnetischen Zustand heraus eine bestimmte Verschiebungsenergie notwendig ist. Eine derartige Änderung der differentiellen Permeabilität, die das Verhältnis einer Induktionsänderung zu einer Feldstärkeänderung für eine bestimmte Feldstärke darstellt tritt schon bei Feldstärken im Bereich von 0,01 A/m auf, was natürlich von dem für den Markierungskörper verwendeten Material abhängt. Damit werden bei dem erfindungsgemäßen System Magnetisierungseigenschaften für Materialien in einem Feldstärkebereich genutzt, der bisher in der Technik von untergeordneter Bedeutung war, da üblicherweise als »Anfangspermeabilität« die Permeabilität für 5 mOe bzw. 0,4 A/m angegeben wurde. Die Nutzung dieses Feldstärkebereiches ermöglicht die Identifizierung von Markierungskörpern mit Hilfe sehr geringer Feldstärken, so daß postalische Bestimmungen und elektromedizinisch begründete Einschränkungen ohne großen Aufwand eingehalten werden können und eine geringe Gefahr von Störungen anderer Anlagen besteht.

Vorteilhaft wird als Identifizierungsmerkmal eine Schwellwert-Feldstärke verwendet, bei der die differentielle Permeabilität einen im wesentlichen konstanten Wert annimmt. Damit kann durch entsprechende Wahl der Feldstärke und/oder der Ansprechbedingungen bei der Auswertung eine erhöhte Sicherheit der Erkennung des Markierungskörpers aus Körpern mit allgemein ähnlichen Eigenschaften heraus erreicht werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Systems liegt dabei darin, daß zur Markierung unterschiedlicher Gegenstände Markierungskörper mit unterschiedlichen Schwellwertfeldstärken verwendet werden. Damit können durch zeitliche oder räumliche Variation der Bedingungen am Markierungskörper die Markierungskörper und damit die Gegenstände in getrennte Kategorien unterteilt werden.

Das erfindungsgemäße System eignet sich beispiels-

weise zur Identifizierung von Personalausweisen, Geldscheinen, Scheckkarten oder dgl, zur Zählung markierter Gegenstände auf Förderbändern oder in geschlossenen Packungen, oder auch für die Ausgangskontrolle bei Kaufhäusern oder dergL Bei der Verwendung unterschiedlicher Markierungskörper ist auch eine Sortierung unterschiedlicher Gegenstände in gleichartigen Verpackungen oder deren Registrierung beim Versand oder einer Inventur möglich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert

F i g. 1 stellt schematisch die Magnetisierungskurve von ferromagnetischem Material dar.

Fig.2 zeigt schematisch das Funktionsprinzip des Systems.

Fig.3 zeigt Magnetisierungskurven unterschiedlicher Markierungskörper für das System.

F i g. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen Permeabilität und Induktion bei unterschiedlichen Markierungskörpern.

Die F i g. 1 zeigt den grundsätzlichen Zusammenhang zwischen der Feldstärke Hund der Induktion Sin einem ferromagnetischen Material. Wenn das Material unmagnetisch ist und ein Feld mit von 0 an ansteigender Feldstärke H positiver oder negativer Polung angelegt wird, ergibt sich eine Induktion B gemäß der vom Koordinatenursprung ausgehenden Neukurve oder Magnetisierungskurve des Materials. Wird nach Erreichen einer Maximalfeldstärke W_mdie Feldstärke wieder verringert und danach gegenpolig auf den gleichen Wert gesteigert, so ergeben sich nacheinander für die Induktion B und die Feldstärke H Betriebszustände gemäß der Hystereseschleife HS. Dabei hinkt die Induktion B der jeweils angelegten Feldstärke H nach. Wenn die maximale Feldstärke allmählich verringert wird, folgen die Betriebszustände in kleineren Hystereseschleifen, deren Maximumspitzen im wesentlichen auf der Neukurve bzw. Magnetisierungskurve liegen. Diese Magnetisierungskurve hat einen von der H-Ordinate weg gekrümmten Anfangsbereich und einen zur /V-Ordinate hin gekrümmten Sättigungsbereich, wobei zwischen diesen Bereichen ein im wesentlichen linearer Bereich liegt, in dem die als Steigung der Kurve definierte differentielle Permeabilität μα = dB/dH im wesentlichen konstant und maximal ist. Damit geht vom Ursprung beginnend die differentielle Permeabilität von einer als differentielle Permeabilität im Ursprung definierten Anfangspermeabilität μα auf die maximale differentielle Permeabilität und danach die maximale differentielle Permeabilität auf die als Naturkonstante gegebene absolute Permeabilität μο bzw. die relative Permeabilität μ = 1 im Sättigungsbereich über. Bei dem System wird zur Identifizierung von Markierungskörpern die Nichtlinearität von Magnetisierungskurven der Markierungskörper im Anfangsbereich am Ursprung der Kurve genutzt. Dieser Anfangsbereich ist vereinfacht in F i g. 2 gezeigt.

Anhand der Fig. 2 wird die Funktionsweise des Systems näher erläutert. Dabei ist zur Vereinfachung die Magnetisierungskurve durch ?wei Geraden dargestellt, von denen eine einer UiSäciiiich nur im Ursprung auftretenden Anfangspermeabilität μβ und die zweite einer im linearen Bereich der Magnetisierungskurve auftretenden Maximalen, nahezu konstanten differentiellen Permeabilität μα entspricht. Der Übergang zwischen den durch die Geraden dargestellten Permeabilitätswerten ist vereinfacht durch einen Knick bei einer Schwellwert-Feldstärke Ws dargestellt, deren Bedeutung später erläutert wird. Bei dein System wird an einen Markierungskörper mit einer derartigen Magnetisierungskurve durch zumindest einen elektromagnetischen Sender ein Wechselfeld mit einer zeitlich variablen Feldstärke angelegt, die durch die Kurve H (t) dargestellt ist, für die die Ä-Ordinate als Zeit-Ordinate für die Zeit f gilt Durch die Beaufschlagung mit einem derartigen Wechselfeld entsteht in dem Markierungskörper eine zeitlich veränderte Induktion B (t), deren Kurvenform von derjenigen der Feldstärke H(t) im Bereich der Nulldurchgänge erheblich abweicht Mittels dieser Induktion B(t) wird in dem Empfänger eine dazu proportionale Spannung erzeugt, die unter Berücksichtigung entsprechender Phasenverschiebungen, die durch Integralion bzw. Differenzieren entstehen, gieichartige Abweichungen gegenüber einer zur Feldstärke proportionalen Spannung zeigt Die Abweichungen können generell in einer Differenzkurve μάΗ (t) — B(t) zusammengefaßt werden, die den Unterschied gegenüber einer nicht verzerrten Kurvenform der Induktion B darstellt Diese Differenzkurve bildet im wesentlichen eine Trapezwellenkurve, deren Höhe von der Induktion für die Schwellwert-Feldstärke H₅ abhängt und deren Übergangsflanken einerseits von der maximalen Feldstärke des Wechselfelds und andererseits von dem Unterschied zwischen der Anfangspermeabilität μβ und der im höheren Feldstärkenbereich nahezu konstanten differentiellen Permeabilität μά abhängen. Bei dem Identifizierungssystem wird zur Erkennung des Markierungskörpers die dieser Differenzkurve entsprechende Induktionsänderung gegenüber der Induktion im freien Raum oder in einem nicht als Markierungskörper dienenden Stoff herangezogen. Obgleich zwar im Prinzip die Feldstärke jeden gewünschten Verlauf unter der Bedingung erhalten kann, daß im Nulldurchgang und um den Nulldurchgang herum eine zeitliche Veränderung stattfindet, ist eine zeitlich sinusförmige Änderung der Feldstärke vorzuziehen, da bei dieser keine störenden Oberwellen beim Erregungs-Wechselfeld auftreten. Bei Erzeugung zeitlich sinusförmiger Wechselfelder rufen die Flanken an der im wesentlichen trapezförmigen Differenzkurve Oberwellen hervor, die leicht und einfach auf bekannte Weise erfaßt werden können.

In der Fig.2 wurde der Übergang von der Anfangspermeabilität μΆ zu der nahezu konstanten differentiellen Permeabilität μά im Linearbereich der Magnetisierungskurve als ein Knick bei der Schwellwert-Feldstärke Hs dargestellt. In Wirklichkeit erfolgt jedoch der Übergang zwischen den Permeabilitäten zwar im atomaren Sinne sprunghaft, jedoch im wesentlichen ohne Sprungstelle, was eine etwas »abgerundete« Differenzkurve ergibt. Im wesentlichen hängt die Form der Differenzkurve und damit die Art und Vielfalt der Oberwellen einerseits von der eingeprägten Feldstärke im Verhältnis zur Schwellwert-Feldstärke und andererseits von dem Verhältnis der Anfangspermeabilität zu der relativ konstanten differentiellen Permeabilität ab. In den Fig.3 und 4 sind Kennlinien für verschiedene handelsüblich erhältliche Materialien gezeigt, die für Markierungskörper bei dem System verwendet werden können. Nach Fig. 3, in der Induktionskurve B als Funktion des Logarithmus der Feldstärke H aufgetragen sind, sind für Kennlinien 1 bis 4 unterschiedlicher Materialien deutlich unterscheidbare Schwellwert-Feldstärken erkennbar, während zwischen Materialien mit den Kennlinien 1 und 2 und solchen mit den Kennlinien 3 und 4 ein deutlicher

Unterschied im Verhältnis der Anfangspermeabilität zu der konstanten differentiellen Permeabilität ersichtlich ist. In der Fig.4 ist der Logarithmus der jeweiligen Permeabilität als Funktion der Induktion B für unterschiedliche handelsübliche Materialien in Form von Kennlinien 5 bis 8 aufgetragen. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daü zur Verwendung bei Markierungskörpern für das Identifizierungssystem Stoffe mit verhältnismäßig geringer Veränderung der Permeabilität im Anfangsbereich, die beispielsweise Kennlinien wie 5 oder 8 haben, und die gezielt zur Verwendung bei Mikrofonübertragern mit geringen Feldstärken entwikkelt sind, weniger geeignet sind als Materialien mit den Kennlinien 6 und 7, die im Anfangsbereich starke Veränderungen der Permeabilität aufweisen.

Bei der Wahl des Materials für die Markierungskörper ist ferner zu beachten, daß durch ein Gleichfeld, das durch den Erdmagnetismus ohnehin vorgegeben ist, jedoch auch zusätzlich erzeugt werden kann, das

»Tastverhältnis« bei der Differenzkurve zwischen der nicht vom Markierungskörper beeinflußten und der vom Markierungskörper beeinflußten Induktion gegenüber einem symmetrischen Tastverhältnis 1 :1 verschoben werden kann. Dies kann einerseits zu einer

ίο gezielten Formung der Differenzkurve führen, während andererseits eine Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Magnetisierungskurve in deren Linearbereich auftreten könnte, die vermieden werden muß, da dadurch Verzerrungen im Bereich kleiner Feldstärkeänderungen entfallen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. System zur Identifizierung von mit Markierungskörpern versehenen Gegenständen, bei dem in einem von mindestens einem Sender erzeugten Wechselfeld durch Magnetisierungskurven Nichtlinearitäten dieses Markierungskörpers sekundäre Oberwellen-Strahlungen von demselben hervorgerufen werden, die von mindestens einem Empfänger empfangen und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Markierungskörper derart gewählt ist, daß die Nichtlinearität im Permeabilitätsanfangsbereich zur Oberwellenerzeugung als Identifizierungskriterium auswertbar ist

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Identifizierungsmerkmal eine Schwellwert-Feldstärke (Hs) verwendet wird, bei der die differentielle Permeabilität (jid) einen im wesentlichen konstanten Wert annimmt

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Markierung unterschiedlicher Gegenstände Markierungskörper mit unterschiedlichen Schwellwert-Feldstärken (Hs) verwendet werden.