DE4436975A1 - Anlage zur elektronischen Artikelüberwachung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektronische Artikelsicherungsanlagen, die die Anwesen­ heit eines mit einem Schwingkreis (Spule und Kondensator) oder einem weichmagnetischen Material oder mit einer An­ tenne und einem nichtlinearen Element (wie einer Diode) ausgestatteten Sicherungsanhängers in einer Überwachungs­ zone nachweisen und insbesondere in Verkaufseinrichtungen Verwendung finden, sind im Stande der Technik bekannt. Ein Oszillator zur Erzeugung einer Wechselspannung ist an einer Endstufe angeschlossen, die im Regelfall im Pulsbe­ trieb eine Sendeantenne speist, welche ihrerseits ein wechselndes elektromagnetisches Feld in der Überwachungs­ zone erzeugt. Eine separate Empfangsantenne wird zum Emp­ fang der Störungen verwendet, die ein Sicherungsanhänger in der Überwachungszone erzeugt. Diese Antenne ist an ei­ nem Empfänger angeschlossen, dessen Ausgang mit einer De­ tektionsvorrichtung verbunden ist, die bei der Anwesen­ heit eines Sicherungsanhängers in der Überwachungszone einen Alarm auslöst, so daß das Personal der Verkaufsein­ richtung od.gl. ggf. einen Diebstahl verhindern kann.

Eine Anlage gattungsgemäßer Art ist aus der EP 440370 A1 bekannt geworden. Die Sendeantenne ist aus mehreren ein­ zelnen Antennen zusammengesetzt, die von einer gemeinsa­ men Endstufe betrieben werden. Die Windungszahlen, Flä­ chen und Betriebsströme der einzelnen Antennen werden derart symmetrisch festgelegt, daß ein hinreichend hohes Feld in der Überwachungszone entsteht, daß das Feld in größerer Entfernung von den Sendeantennen jedoch relativ schnell abfällt, so daß keine Störungen anderer Geräte möglich werden.

Bei der gattungsgemäßen Anlage ist die möglichst gering zu haltende Feldstärke in großer Entfernung von vielen Parametern, wie der Fläche der Antennen, ihrer Form usw. abhängig, so daß nur durch hinreichend präzise Fertigung oder einen nachträglichen Abgleich eine ordnungsgemäße Abstimmung und Funktion gewährleistet ist. Die symmetri­ sche Abstimmung der Antenne kann außerdem durch größere metallische Objekte in der näheren Umgebung gestört wer­ den. Somit ist die maximal verwendbare Sendeleistung und die Nachweiswahrscheinlichkeit eines Sicherungsanhängers bzw. die Entfernung, in der er noch detektierbar ist, durch die Symmetrie der Abstimmung der Antenne begrenzt.

Als nachteilig ist bei den bekannten Anlagen weiterhin anzusehen, daß das von der Empfangsantenne aufgenommene Signal aus einem starken, direkt vom Sender stammenden Anteil und - falls ein Sicherungsanhänger in der Überwa­ chungszone ist - aus einem wesentlich schwächeren, vom Sicherungsanhänger stammenden Signal zusammensetzt. Hinzu kommen Rauschen und Störsignale. Die unvorteilhafte Folge ist ebenfalls eine Verminderung der Nachweisempfindlich­ keit bzw. eine Reduzierung der maximalen Detektionsent­ fernung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anlage zu schaffen, die eine sich durch eine hohe Nachweiswahr­ scheinlichkeit bzw. eine vergrößerte Entfernung, in der Sicherungsanhänger detektierbar sind, auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Sendeantennen unabhängig voneinander ansteuerbar sind und derart betrieben werden, daß die Intensität des vom Emp­ fänger direkt aufgenommenen Sendesignals minimal ist, wo­ bei jedoch in der Überwachungszone eine hinreichend große Feldstärke entsteht.

Der Kerngedanke besteht darin, die den Sendeantennen zu­ geführten Spannungen bzw. Ströme nicht von vornherein festzulegen, sondern die Sendeantennen unabhängig vonein­ ander so anzusteuern, daß der Pegel der direkt empfange­ nen Sendesignale möglichst gering wird. Die Feldstärke in der Überwachungszone bleibt jedoch hinreichend groß. Der Sender ist somit in der Lage, die Sendeantennen selbsttä­ tig symmetrisch abzustimmen und kann sich jederzeit an eine Änderung der Eigenschaften der Umgebung anpassen, falls beispielsweise ein Einkaufswagen vorbeigeführt wird oder eine Umplazierung der Anlage erfolgt. Im Ergebnis können Überwachungsanhänger leichter bzw. in größeren Entfernungen detektiert werden, da die von ihnen erzeug­ ten Ausgangssignale des Empfängers zwar in der Intensität gleichbleiben, jedoch im Verhältnis zu den direkt vom Sender stammenden (die schwächer geworden sind) wesent­ lich vergrößert sind.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in einer Verbesserung der Detektionswahrscheinlichkeit und einer Vergrößerung des Nachweisbereiches. Letztere erlaubt, die oftmals op­ tisch störende und den Durchgangsbereich einengende An­ lage im seitlichen Abstand davon aufzustellen.

Im konkreten wird die Phase und/oder die Amplitude des zumindest durch eine der Sendeantennen hindurchfließenden Stromes (bzw. der ihr zugeführten Spannung) so lange va­ riiert, bis ein minimales Ausgangssignal des Empfängers erreicht ist. Die Phase und/oder Amplitude zumindest ei­ ner Antenne bleibt dabei jedoch konstant.

Nachdem die Amplituden und/oder Phasen, bei denen das Ausgangssignal des Empfängers minimal ist, evaluiert wur­ den, werden die an den Eingängen der zum Steuern der Am­ plitude und/oder Phase dienenden Einrichtungen, wie z. B. Digital-Analog-Wandlern, anliegenden Werte gespeichert und dienen in der Regel für einen festgelegten Zeitraum zur Steuerung des Senders. Sie können solange verwendet werden, bis die Anlage abgeschaltet wird oder in regelmä­ ßigen Abständen erneut bestimmt werden, um eventuelle Än­ derungen der elektromagnetischen Eigenschaften der Umge­ bung berücksichtigen zu können.

Sollen Sicherungsanhänger mit weichmagnetischen Materia­ lien oder anderen nichtlinearen Elementen überwacht wer­ den, bleibt die Sendefrequenz in der Regel gleich. Finden hingegen Sicherungsanhänger mit Resonanzschwingkreisen Verwendung, erweist es sich als notwendig, die Sendefre­ quenz über einen bestimmten Bereich zu variieren (zu wob­ beln), um sicher zu sein, alle Sicherungsanhänger, deren Resonanzfrequenz fertigungsbedingten Toleranzen unter­ liegt, nachweisen zu können. In diesem Fall werden die zu minimalen Ausgangssignalen des Empfängers führenden Ein­ gangswerte der zum Steuern der Phase und/oder der Ampli­ tude dienenden Einrichtungen bei unterschiedlichen, d. h. bei allen Frequenzen des Variationsbereiches bestimmt und gespeichert.

Da die Intensität des vom Empfänger direkt aufgenommenen Sendesignals wesentlich reduziert ist, ermöglicht die Er­ findung, die Empfangsantenne mit den Sendeantennen in ei­ nem Gehäuse anzubringen. Die in einem gemeinsamen Behält­ nis angebrachte Anlage wird somit durch das Entfallen des zweiten Gehäuses, in dem zuvor die Empfangsantenne ange­ bracht war, preiswerter herstellbar und stört auch op­ tisch weniger.

Als Sendeantenne kommt vorzugsweise eine an sich bekannte Figur-Acht-Antenne zum Einsatz, die aus zwei (in der Re­ gel in einer Ebene angeordneten) Schleifen besteht. Jede der Schleifen weist zumindest eine Windung auf und wird separat vom Sender angesteuert, stellt also eine der Sen­ deantennen dar. Werden die beiden Schleifen gegenphasig angesteuert und ist das Produkt der von ihnen einge­ schlossenen Flächen, ihrer Windungszahlen und der sie durchfließenden Stromstärken gleich, erreicht man, wie aus der EP 440370 A1 bekannt ist, eine Auslöschung des in größerer Entfernung produzierten Feldes.

Um eine hinreichende Höhe des Überwachungsbereiches zu realisieren, werden die Sendeantennen zweckmäßigerweise übereinander angeordnet.

Auch für die Empfangsantenne ist die Form einer Schleife bevorzugt. Sie wird in der Regel in einer Ebene ange­ bracht, die parallel zu der der Sendeantennen verläuft. Erstreckt sie sich über die gesamte Fläche der Sendean­ tennen (d. h. ihre Breite und Höhe deckt die Sendeantennen in seitlicher und vertikaler Richtung ab), ist das Aus­ gangssignal des Empfängers zur Summe der Feldstärken der Sendeantennen proportional. Da die Summe dieser Feldstär­ ken genau dann null ist, wenn die Sendeantennen exakt symmetrisch und gegenphasig betrieben werden, hat die er­ findungsgemäße Minimierung des Ausgangssignals durch eine entsprechende Ansteuerung der Sendeantennen eine exakt symmetrische Abstimmung der Sendeantennen zum Ergebnis.

Außerdem wird in diesem Fall die Feldstärke in großer Entfernung minimal. Es ist somit möglich, die in großer Entfernung entstehende Feldstärke zu minimieren, bzw. zur Verbesserung der Nachweiswahrscheinlichkeit eine höhere Feldstärke im Überwachungsbereich zu verwenden.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen in sche­ matischer Darstellung in

Fig. 1 eine Blockschaltung der zum Senden und Empfangen dienenden Teile der Anlage;

Fig. 2 eine Blockschaltung einer Detektions­ vorrichtung;

Fig. 3 eine Blockschaltung eines Senders.

In Fig. 1 ist eine zum Erzeugen eines elektromagneti­ schen Feldes in der Überwachungszone und zum Empfang die­ nende Schaltung zur Detektion von Sicherungsanhängern (5) mit Resonanzschwingkreisen dargestellt. Mittels einer am Eingang (1) anliegenden Spannung wird die Ausgangsfre­ quenz eines spannungsgesteuerten Oszillators (2), eines an sich bekannten VCO variiert. Die Frequenz der einem Leistungsverstärker (3) zugeführten Spannung wird somit durch eine Änderung der Spannung am Eingang (1) derart variiert, daß sie sukzessive den gesamten Bereich über­ streicht, in dem die Resonanzfrequenz eines Sicherungsan­ hängers (5) liegen könnte. Das mit dem Leistungsverstär­ ker (3) verstärkte Sendesignal wird einer Sendeantenne (4) zugeführt, die ein elektromagnetisches Feld entspre­ chender Frequenz in die Überwachungszone abstrahlt. Eine Empfangsantenne (6) dient zum Nachweis der von der Sende­ antenne (4) und von dem in der Überwachungszone enthalte­ nen Sicherungsanhänger (5) erzeugten elektromagnetischen Felder; ihr der empfangenen Feldstärke entsprechendes Ausgangssignal wird einem Eingang eines Synchrondetektors (7) zugeführt. Der zweite Eingang des Synchrondetektors (7) wird mit einem Referenzsignal beaufschlagt, das dem Leistungsverstärker (3) entnommen wird. An den beiden Ausgängen des Synchrondetektors (7) ist die Detektions­ vorrichtung (8) angeschlossen. An einem Ausgang des Syn­ chrondetektors (7) liegt eine Spannung an, die dem gleichphasigen Anteil zwischen der Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers (3) und der von der Empfangsantenne (6) gelieferten Spannung entspricht; an dem anderen Aus­ gang liegt der um 90° verschobene Anteil beider Spannun­ gen an. Der - auch unter der Bezeichnung IQ-Detektor be­ kannte - Synchrondetektor (7) liefert somit am ersten Ausgang das Produkt aus beiden Eingangsspannungen und am zweiten Ausgang das Produkt aus einer Eingangsspannung und einer um 90° phasenverschobenen Eingangsspannung. Am Ausgang (9) der Detektionsvorrichtung (8) ist eine belie­ bige Alarmeinrichtung angeschlossen.

Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild einer Detektionsvor­ richtung (8) dar. Sie enthält einen ersten Digital-Ana­ log-Wandler (15), dessen Ausgang (10) mit dem Eingang (1) des spannungsgesteuerten Oszillators (2) verbunden ist. Der Digital-Analog-Wandler (15) steuert somit die von der Sendeantenne (4) abgestrahlte Frequenz. In einem Fest­ wertspeicher (ROM) (12) gespeicherte Programme steuern einen Mikroprozessor (11) derart, daß er den Digital-Ana­ log-Wandler (15) über eine zwischengeschaltete digitale Eingabe-Ausgabe-Schaltung (16) so beeinflußt, daß die Sendefrequenz in entsprechenden Schritten variiert wird.

Die beiden Ausgänge des Synchrondetektors (7) sind mit jeweils einem Eingang (21, 22) der Detektionsvorrichtung (8) verbunden. Der Mikroprozessor (11) setzt den Digital- Analog-Wandler (15) für einen Zeitraum von beispielsweise einer Millisekunde auf eine konstante Ausgangsspannung, in der auch die Sendefrequenz gleich bleibt. Während die­ ses Zeitraumes integrieren die beiden Integratoren (18, 20) die jeweils an ihren - mit dem Synchrondetektor (7) verbundenen - Eingängen (21, 22) anliegenden Spannun­ gen. Nach dem Ablauf dieses Zeitraumes veranlaßt der Mi­ kroprozessor (11) die beiden Analog-Digital-Wandler (17, 19), die Ausgangsspannungen der Integratoren (18, 20) in einen Digitalwert umzuwandeln, der über die digitale Eingabe-Ausgabe-Schaltung (16) in einen Speicher (RAM) (13) hineingeschrieben wird. Dieser Vorgang wird sukzes­ sive für alle Frequenzen des zu untersuchenden Frequenz­ bereiches wiederholt. Nach dem Ende eines Frequenzdurch­ laufs untersucht der Mikroprozessor (11) die im Speicher (13) abgelegten Daten daraufhin, ob ein Sicherungsanhän­ ger (5) in der Überwachungszone enthalten ist. Der Aus­ gang (9) der Detektionsvorrichtung (8) ist an einen Bus (14) angeschlossen, der den Mikroprozessor (11) mit den Speichern (12, 13) und der digitalen Eingabe-Ausgabe- Schaltung (16) verbindet.

Die Ausgangsspannung des Synchrondetektors (7), die am Eingang (21) anliegt und im folgenden mit "I" bezeichnet wird, entspricht dem Produkt aus der gesendeten und der empfangenen Feldstärke, während am anderen Eingang (22) die als "Q" bezeichnete Spannung liegt, welche dem Pro­ dukt aus der empfangenen Feldstärke und einer gegenüber der gesendeten Feldstärke um 90° phasenverschobenen Spannung entspricht. Wird also ein mit der Sendefeld­ stärke gleichphasiges Signal empfangen, liegt am Eingang (21) eine Gleichspannung an, während am Eingang (22) keine Spannung liegt. Ist das empfangene Signal hingegen um 90° relativ zum Sendesignal verschoben, wird der Ein­ gang (21) näherungsweise Null und am Eingang (22) liegt eine Gleichspannung an.

In Fig. 3 ist der eigentliche Kern der Erfindung, die zum Senden und Empfangen dienenden Teile der Anlage dar­ gestellt. Der Eingang (1) des spannungsgesteuerten Oszil­ lators (2) ist mit dem Ausgang (10) des ersten Digital- Analog-Wandlers (15) verbunden. Der Ausgang des Oszilla­ tors (2) ist über einen spannungsgesteuerten Verstärker (27) und eine Endstufe (29) mit der oberen, schleifenför­ migen Sendeantenne (4) verbunden. Die Stromstärke, mit der die Sendeantenne (4) beaufschlagt wird, ist somit durch die Spannung am Eingang (25) des spannungsgesteuer­ ten Verstärkers steuerbar. Der Ausgang des Oszillators (2) ist weiterhin über einen spannungsgesteuerten Phasen­ schieber (28) und eine weitere Endstufe (30) mit der un­ teren, ebenfalls schleifenförmigen Sendeantenne (4′) an­ geschlossen. Die am Eingang (26) des spannungsgesteuerten Phasenschiebers (26) anliegende Spannung dient somit zum Steuern der Phase des die Sendeantenne (4′) durch­ fließenden Stromes.

Der Eingang (25) des spannungsgesteuerten Verstärkers (27) ist an einem in Fig. 2 dargestellten, zweiten Digi­ tal-Analog-Wandler (23) angeschlossen, der seinerseits vom Mikroprozessor (11) gesteuert wird. Letzterer kann somit die Amplitude des der oberen Sendeantenne (4) zuge­ führten Signals steuern.

Der Eingang (26) des spannungsgesteuerten Phasenschiebers (28) ist mit einem dritten Digital-Analog-Wandler (24) verbunden, der ebenfalls vom Mikroprozessor (11) gesteu­ ert wird. Dieser ist somit in der Lage, die Phase des der unteren Sendeantenne (4′) zugeführten Signals zu variie­ ren.

Im Normalbetrieb werden der unteren (4′) und der oberen Sendeantenne (4) Signale mit gleicher Amplitude und ent­ gegengesetzter Phase zugeführt, was durch die Pfeile an den Antennenschleifen verdeutlicht wird. Da die Ebene der Empfangsantenne (6) parallel zur Ebene der Sendeantennen (4, 4′) verläuft und deckungsgleich mit den äußeren Beran­ dungen der Sendeantennen (4, 4′) positioniert ist, ist die Ausgangsspannung des Empfängers proportional zu der Summe der von den Sendeantennen (4, 4′) erzeugten Feldstärke. Aufgrund der Gegenphasigkeit der Ströme, deren Beträge jedoch gleich sind, müßte (bei gleichen Flächen der Sen­ deantennen) eine Ausgangsspannung von null entstehen. In der Realität bedingen bereits geringe Differenzen im Auf­ bau der unteren (4′) und oberen Sendeantenne (4), daß sich die Feldstärken nicht exakt auslöschen, so daß der Empfänger aufgrund der stets vorhandenen, direkt vom Sen­ der stammenden Signale nur schwer von einem Sicherungsan­ hänger stammende Signale nachweisen kann. Erfindungsgemäß wird es durch eine Variation der Amplitude des Signals in der oberen Sendeantenne (4) und der Phase der unteren Sendeantenne (4′) jedoch möglich, eine vollständige Aus­ löschung des Sendesignals in der Empfangsantenne (6) zu realisieren. Bei einer vollständigen Auslöschung wird die Anlage als symmetrisch abgestimmt bezeichnet.

Der Mikroprozessor (11) ist in der Lage, die Sendeanten­ nen (4, 4′) durch eine geeignete Steuerung der Eingänge des spannungsgesteuerten Verstärkers (27) und Phasen­ schiebers (28) zu symmetrisieren. Dazu wird zunächst der Ausgang des ersten Digital-Analog-Wandlers (15) auf einen der gewünschten Sendefrequenz entsprechenden Wert ge­ setzt. Sind die Sendeantennen (4, 4′) anfangs nicht sym­ metrisiert, liegt an der Empfangsantenne (6) ein Signal an. Die Spannungen I und Q werden gemessen und vom Mikro­ prozessor (11) im Speicher (13) abgelegt. Die empfangene Leistung entspricht der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate von I und Q. Der Mikroprozessor variiert an­ schließend die Verstärkung des spannungsgesteuerten Ver­ stärkers (27) und mißt die Empfangsleistung. Dieser Vor­ gang wird solange sukzessive wiederholt, bis ein Para­ meter für die Amplitude gefunden ist, bei dem die Emp­ fangsleistung minimal ist. Dieses Minimum wird jedoch wahrscheinlich nicht bei null liegen, da Phasendifferen­ zen zwischen den beiden Sendeantennen (4, 4′) bestehen. Es ist daher notwendig, auch den Phasenunterschied zwischen der oberen (4) und unteren Sendeantenne (4′) zu variie­ ren, um eine vollständige Symmetrie zu erzielen. Der Mi­ kroprozessor (11) ändert daher anschließend die Aus­ gangsspannung des dritten Digital-Analog-Wandlers (24) und mißt die empfangene Leistung, bis ein Parameter für die Phase aufgefunden ist, bei dem die Empfangsleistung minimal ist. Nunmehr sind die Sendeantennen symmetrisch abgestimmt und die Parameter für Phase und Amplitude wer­ den im Speicher (13) abgelegt.

Reale Sendeantennen (4, 4′) werden im Regelfall eine fre­ quenzabhängige Amplituden- und Phasencharakteristik auf­ weisen, so daß für jede Frequenz entsprechende Parameter zu evaluieren und zu speichern sind. Sie werden bei den der Abstimmung der Antenne folgenden Durchläufen durch den Frequenzbereich verwendet.

Claims (10)

1. Anlage zur elektronischen Artikelüberwachung, mit einem Sender, der mittels zumindest zweier Sendeantennen (4, 4′) ein elektromagnetisches Feld in eine Überwachungs­ zone abstrahlt, und einem Empfänger, dessen Ausgangssi­ gnal einer Detektionsvorrichtung zugeführt wird, die bei der Anwesenheit eines Sicherungsanhängers (5) in der Überwachungszone ein Alarmsignal aktiviert, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sendeantennen (4, 4′) unabhängig voneinander ansteuerbar sind und derart betrieben werden, daß die Intensität des vom Empfänger direkt aufgenommenen Sendesignals minimal ist, wobei jedoch in der Überwa­ chungszone eine hinreichend große Feldstärke entsteht.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß selbsttätig die Phase und/oder die Amplitude der zumin­ dest einer Sendeantenne (4, 4′) zugeführten Spannung vari­ iert wird, bis das Ausgangssignal des Empfängers minimal ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Eingängen von zum Steuern der Amplitude und/oder Phase dienenden Einrichtungen, wie z. B. Digital- Analog-Wandlern, anliegenden Werte gespeichert werden, bei denen das Ausgangssignal des Empfängers minimal ist.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Eingängen der zum Steuern der Amplitude und/oder Phase dienenden Einrichtungen anliegenden Werte bei unterschiedlichen Sendefrequenzen evaluiert und ge­ speichert werden.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Empfänger eine Empfangsantenne (6) aufweist, die mit den Sendeantennen (4, 4′) in einem Ge­ häuse angebracht ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sendeantennen (4, 4′) die Form einer Schleife mit einer Windung aufweisen.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sendeantennen (4, 4′) übereinander angeordnet sind.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Empfangsantenne (6) schleifenförmig ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Empfangsantenne (6) derart dimen­ sioniert ist, daß die Ausgangsspannung des Empfängers ein Maß für die Feldstärke in großer Entfernung ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Empfangsantenne (6) über die gesamte Fläche der Sendeantennen (4, 4′) erstreckt.