DE4436977A1 - System for electronic article surveillance - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a system according to the Preamble of claim 1.
Elektronische Artikelsicherungsanlagen, die die Anwesen heit eines mit einem Schwingkreis (Spule und Kondensator) ausgestatteten Sicherungsanhängers in einer Überwachungs zone nachweisen und insbesondere in Verkaufseinrichtungen Verwendung finden, sind im Stande der Technik bekannt. Da die jeweilige Resonanzfrequenz der einzelnen Sicherungs anhänger einer fertigungsbedingten Toleranz von typisch ±10% unterliegt, ist es notwendig, die Sendefrequenz über einen bestimmten Bereich zu variieren (zu wobbeln), um sicher zu sein, alle Sicherungsanhänger nachweisen zu können. Dazu findet gewöhnlich ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) Verwendung, der den gewünschten Fre quenzbereich liefert. Sein Eingang wird mit einer Sinus-, Dreieck- oder Treppenspannung beaufschlagt, und an seinem Ausgang liegt eine der Eingangsspannung proportionale Frequenz an. Alternativ können auch Digital-Analog-Wand ler zur Frequenzerzeugung dienen. Der Oszillator ist im Regelfall an einer Endstufe angeschlossen, die im Pulsbe trieb eine Sendeantenne speist, welche ihrerseits ein Magnetfeld in der Überwachungszone erzeugt. Eine separate Empfangsantenne wird zum Empfang der Signale verwendet, die ein Sicherungsanhänger in der Überwachungszone er zeugt. Diese Antenne ist an einem Empfangsschaltkreis an geschlossen, der auf dem gesamten vom Sender überstri chenen Frequenzbereich sensitiv ist, während der Ausgang des Empfängers an einem Detektor angeschlossen ist, der bei der Anwesenheit eines Sicherungsanhängers in der Überwachungszone einen Alarm auslöst, so daß das Personal der Verkaufseinrichtung o. dgl. ggf. einen Diebstahl ver hindern kann. Die Detektion wird gewöhnlich derart reali siert, daß bei einer Änderung der empfangenen Leistung - in Folge der Anwesenheit eines Sicherungsanhängers - bei einer bestimmten, gleichbleibenden Sendefrequenz, also konstanter zeitlicher Position während der Wobbelzyklen Alarm gegeben wird.Electronic article surveillance systems covering the property unit with an oscillating circuit (coil and capacitor) equipped security trailer in a surveillance zone and especially in sales facilities Finding use are known in the art. There the respective resonance frequency of the individual fuse followers of a manufacturing tolerance of typical Subject to ± 10%, it is necessary to set the transmission frequency above to vary (sweep) a certain range to to be sure to prove all fuse tags can. To do this, there is usually a voltage controlled Oscillator (VCO) use that the desired Fre quenz range supplies. Its input is a sine, Triangle or stair tension applied, and on his Output is proportional to the input voltage Frequency. Alternatively, you can use digital-analog wall ler for frequency generation. The oscillator is in the Usually connected to an output stage that is in the pulse drove a transmitting antenna, which in turn a Magnetic field generated in the surveillance zone. A separate Receiving antenna is used to receive the signals which is a security tag in the surveillance zone testifies. This antenna is connected to a receiving circuit closed, which is swept over the entire by the transmitter The frequency range is sensitive while the output of the receiver is connected to a detector which in the presence of a fuse tag in the Surveillance zone triggers an alarm so that the personnel the shop or the like, if applicable, theft can hinder. The detection is usually so real that if the received power changes - due to the presence of a fuse trailer - at a certain, constant transmission frequency, so constant time position during the sweep cycles Alarm is given.
Eine Anlage gattungsgemäßer Art ist aus der EP 565 481 A1 bekannt geworden. Um einerseits die Nachweiswahrscheinlichkeit der Sicherungsanhänger durch eine Erhöhung der Empfindlichkeit verbessern zu können, andererseits die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarmes zu reduzieren, weist der Empfänger einen Mischer auf, dessen erster Eingang mit der Empfangsspule in Verbindung steht. Der zweite Eingang wird mit der Sendefrequenz beauf schlagt. Im Ergebnis liegt am Ausgang des Mischers eine Gleichspannungssignal an, die sich bei der Anwesenheit eines Sicherungsanhängers in der Überwachungszone ändert. Diese Spannung wird einem Bandpaßfilter und einem Ver stärker und schließlich einem Analog-Digital-Wandler des Detektors zugeführt.A system of the generic type is known from EP 565 481 A1 known. On the one hand the Probability of proof of the safety trailer by to be able to improve an increase in sensitivity, on the other hand the probability of a false alarm increases reduce, the receiver has a mixer whose first input is connected to the receiving coil. The second input is charged with the transmission frequency strikes. The result is one at the outlet of the mixer DC signal, which is present in the presence of a fuse tag in the surveillance zone. This voltage is a bandpass filter and a ver stronger and finally an analog-to-digital converter of the Detector supplied.
Die EP 387 970 A1 offenbart eine andere, jedoch ähnliche Anlage. Hier wird dem Mischer vom Sender ein Referenzsi gnal mit einer derartigen Phase zugeführt, daß sich ein maximales Ausgangssignal ergibt, falls ein Sicherungsan hänger in der Überwachungszone ist. Wird hingegen ein Si gnal empfangen, das um 90° relativ zu dem eines Siche rungsanhängers phasenverschoben ist, wird die Ausgangs spannung minimal. EP 387 970 A1 discloses another, but similar one Investment. Here the mixer receives a reference signal from the transmitter gnal supplied with such a phase that a maximum output signal results if a fuse connection in the surveillance zone. However, if a Si gnal received, that by 90 ° relative to that of a Siche is out of phase, the output tension minimal.
Bei den bekannten Anlagen finden somit Mischer (Synchrondetektoren) Verwendung, die der - im Signalweg nachfolgenden - Detektionsvorrichtung ausschließlich eine Information über das Produkt aus der empfangenen Ampli tude und einem festen (wenn auch möglicherweise fre quenzabhängigen), von der Phasenverschiebung zwischen ge sendetem und empfangenen Signal abhängigen Faktor lie fern. Als nachteilig ist dabei anzusehen, daß die Infor mation über die Phase des empfangenen Signals unnötiger weise verlorengeht, so daß mitunter auch nicht von einem Sicherungsanhänger stammende Störsignale (deren Ampli tude, jedoch nicht Phase dem Signal eines Resonanz schwingkreises entspricht) zur Auslösung eines für den betroffenen Kunden peinlichen Alarms führen können.Mixers are therefore found in the known systems (Synchronous detectors) use that the - in the signal path subsequent - detection device only one Information about the product from the received ampli tude and a firm (although possibly fre sequence-dependent), from the phase shift between ge sent and received signal dependent factor lie remote. A disadvantage is that the Infor tion about the phase of the received signal unnecessary wisely lost, so that sometimes not by one Interference signals originating from fuse tags (their ampli tude, but not phase the signal of a resonance resonant circuit) to trigger one for the affected customers can cause embarrassing alarms.
Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Anlage zur elektronischen Artikel überwachung zu schaffen, die sich durch geringe Empfind lichkeit gegenüber Störsignalen und eine hohe Nachweiswahrscheinlichkeit auszeichnet.Based on the prior art, the invention is Underlying problem, an attachment to electronic items to create surveillance that is characterized by low sensitivity sensitivity to interference signals and a high Distinguishes probability of detection.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sowohl die Amplitude der empfangenen Signale als auch der Phasenunterschied zwischen dem Feld des Senders und den empfangenen Signalen ausgewertet wird.According to the invention the object is achieved in that both the amplitude of the signals received and the Phase difference between the field of the transmitter and the received signals is evaluated.
Der Kerngedanke besteht darin, die Entscheidung über das Auslösen eines Alarms anhand einer zusätzlichen Informa tion - der Phasenverschiebung zwischen dem ausgestrahlten und dem empfangenen Signal - zu treffen, um somit besser zwischen dem von einem Sicherungsanhänger erzeugten und anderen, von beliebigen Störungsquellen (wie Sendern, me tallischen Gegenständen in der Überwachungszone o. dgl.) stammenden Ausgangssignalen des Empfängers unterscheiden zu können. The key idea is to make the decision about that Triggering an alarm using additional information tion - the phase shift between the broadcast and the received signal - to make it better between that generated by a fuse tag and other, from any sources of interference (such as transmitters, me metallic objects in the surveillance zone or the like.) differentiate originating output signals of the receiver to be able to.
Die Vorteile der Erfindung bestehen vornehmlich darin, daß die Wahrscheinlichkeit der Auslösung eines Fehlalar mes durch Störungsquellen wesentlich reduziert ist. Auch die Empfindlichkeit, also die Detektionswahrscheinlich keit für Sicherungsanhänger ist verbessert.The main advantages of the invention are that the probability of triggering a false alarm mes is significantly reduced by sources of interference. Also the sensitivity, i.e. the detection probability Safety trailer safety has improved.
Aufgrund der fertigungsbedingten Toleranzen der Resonanz kreise der Sicherungsanhänger erweist es sich als notwen dig, die Sendefrequenz über einen bestimmten Bereich zu variieren, um wirklich alle eventuell in der Überwa chungszone enthaltenen Sicherungsanhänger nachweisen zu können. Diese - an sich bekannte - Variation der Sende frequenz ermöglicht, nicht nur die bei maximaler Ampli tude, also bei der Resonanzfrequenz eines Sicherungsan hängers von der Empfangsantenne nachgewiesenen Signale, sondern auch bei anderen Sendefrequenzen gemessene Si gnale zur Entscheidung über das Auslösen eines Alarmes zu Rate zu ziehen. Zur Auswertung werden insbesondere die detektierten Amplituden- und Phasenmeßwerte herangezogen, die sich bei Sendefrequenzen ergeben, die in der Nähe der Resonanzfrequenz eines Sicherungsanhängers liegen. Bei allen anderen Frequenzen (mit Ausnahme eventueller Stör sender) wird die empfangene Amplitude hingegen unterhalb des stets vorhandenen Rauschpegels bleiben, so daß sich hier keine Möglichkeit bietet, Sicherungsanhänger nachzu weisen.Due to the manufacturing tolerances of the resonance circles of fuse tags it proves to be necessary dig, the transmission frequency over a certain range vary to really all possibly in excess security zone contained in the safety zone can. This - known per se - variation of the broadcast frequency allows, not only at maximum ampli tude, so at the resonance frequency of a fuse signals detected by the receiving antenna, but also Si measured at other transmission frequencies gnale to decide whether to trigger an alarm Draw rate. In particular, the detected amplitude and phase measurements are used, that arise at transmission frequencies that are close to the Resonance frequency of a fuse trailer. At all other frequencies (except possible interference transmitter), however, the received amplitude is below of the noise level always present, so that there is no possibility here of securing trailers point.
Ein Alarm wird nur dann ausgelöst, falls der Verlauf der Phasen und Amplituden der empfangenen Signale in Abhän gigkeit von der Sendefrequenz zumindest näherungsweise mit einer festgelegten Kurvenform übereinstimmt. Diese Kurvenform entspricht der Kurve, die von einem Siche rungsanhänger in der Überwachungszone zu erwarten ist. Die bei den einzelnen, unterschiedlichen Sendefrequenzen empfangenen Signale werden daher gespeichert und es wird fortlaufend geprüft, ob sie (als Funktion der Sendefre quenz) der festgelegten Kurve entsprechen.An alarm is only triggered if the course of the Phases and amplitudes of the received signals depending frequency at least approximately matches a specified curve shape. These Curve shape corresponds to the curve of a siche trailer in the surveillance zone is expected. The at the individual, different transmission frequencies received signals are therefore stored and it will continuously checked whether they (as a function of the send fre quenz) of the defined curve.
Weiterhin wird auch nur dann ein Alarm ausgelöst, falls die Amplituden der empfangenen Signale einen bestimmten Schwellenwert überschreiten.Furthermore, an alarm is only triggered if the amplitudes of the received signals a certain one Exceed threshold.
Anhand der gemessenen Amplituden und Phasen kann die Halbwertsbreite und Mittenfrequenz der Resonanzkurve ei nes eventuell im Überwachungsbereich befindlichen Schwingkreises evaluiert werden. Anhand beider Werte kann die (dem Quotienten aus Resonanzfrequenz und Halbwerts breite entsprechende) Güte des Schwingkreises berechnet werden. Nur falls sie innerhalb eines bestimmten Inter valls liegt, das entsprechend den handelsüblichen, in der jeweils abzusichernden Einrichtung verwendeten Siche rungsanhängern festgelegt ist, wird ein Alarm ausgelöst. Der Vorzug besteht darin, daß andere Schwingkreise mit höherer oder geringerer Güte keinen unerwünschten Fehl alarm bewirken können.Based on the measured amplitudes and phases, the Half width and half frequency of the resonance curve ei nes possibly in the surveillance area Resonant circuit are evaluated. Based on both values die (the quotient of resonance frequency and half value wide corresponding) quality of the resonant circuit is calculated will. Only if they are within a certain inter valls lies, which corresponds to the usual, in the Siche used in each case to be secured an alarm is triggered. The advantage is that other resonant circuits with higher or lower quality no undesirable error can cause alarm.
Als Synchrondetektor kommt vorzugsweise ein an sich be kannter, sogenannter IQ-Detektor zur Verwendung. Er weist einen Ausgang auf, an dem der gleichphasige Anteil von Sende- und Empfangssignal anliegt. An einem zweiten Aus gang liegt der um 90° (oder einen beliebigen, anderen Winkel) verschobene Anteil des empfangenen Signals an.As a synchronous detector is preferably a per se known so-called IQ detector for use. He points an output on which the in-phase component of Send and receive signal is present. On a second out the gear is 90 ° (or any other Angle) shifted portion of the received signal.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung an hand der Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen in sche matischer Darstellung inThe following are embodiments of the invention hand of the drawings explained in more detail. They show in nice mathematical representation in
Fig. 1 eine Blockschaltung der zum Senden und Empfangen dienenden Teile der Anlage; Figure 1 is a block circuit of the parts of the system used for sending and receiving.
Fig. 2 eine Blockschaltung einer Detektions vorrichtung; Fig. 2 is a block circuit of a detection device;
Fig. 3-6 Beispiele für empfangene Signale; Fig. 3-6 examples of received signals;
Fig. 7 ein Flußdiagramm für die Detektion von Sicherungsanhängern. Fig. 7 is a flow chart for the detection of fuse tags.
In Fig. 1 ist eine zum Erzeugen eines elektromagneti schen Feldes in der Überwachungszone und zum Empfang die nende Schaltung dargestellt. Mittels einer am Eingang (1) anliegenden Spannung wird die Ausgangsfrequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators (2), eines an sich be kannten VCO variiert. Die Frequenz der einem Leistungs verstärker (3) zugeführten Spannung wird somit durch eine Änderung der Spannung am Eingang (1) derart variiert, daß sie sukzessive den gesamten Bereich überstreicht, in dem die Resonanzfrequenz eines Sicherungsanhängers (5) liegen könnte. Das mit dem Leistungsverstärker (3) verstärkte Sendesignal wird einer Sendeantenne (4) zugeführt, die ein elektromagnetisches Feld entsprechender Frequenz in die Überwachungszone abstrahlt. Eine Empfangsantenne (6) dient zum Nachweis der von der Sendeantenne (4) und von dem in der Überwachungszone enthaltenen Sicherungsanhän ger (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 Synchron detektors (7) ist die Detektionsvorrichtung (8) ange schlossen. An einem Ausgang des Synchrondetektors (7) liegt eine Spannung an, die dem gleichphasigen Anteil zwischen der Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers (3) und der von der Empfangsantenne (6) gelieferten Span nung entspricht; an dem anderen Ausgang liegt der um 90° verschobene Anteil beider Spannungen an. Der - auch unter der Bezeichnung IQ-Detektor bekannte - Synchrondetektor (7) liefert somit am ersten Ausgang das Produkt aus bei den Eingangsspannungen und am zweiten Ausgang das Produkt aus einer Eingangsspannung und einer um 90° phasenver schobenen Eingangsspannung. Am Ausgang (9) der Detekti onsvorrichtung (8) ist eine beliebige Alarmeinrichtung angeschlossen.In Fig. 1 is a for generating an electromagnetic field's in the monitoring zone and for receiving the Nende circuit is shown. By means of a voltage applied to the input ( 1 ), the output frequency of a voltage-controlled oscillator ( 2 ), a VCO known per se, is varied. The frequency of the power amplifier ( 3 ) voltage is thus varied by a change in the voltage at the input ( 1 ) such that it successively sweeps the entire range in which the resonance frequency of a fuse trailer ( 5 ) could be. The transmission signal amplified by the power amplifier ( 3 ) is fed to a transmission antenna ( 4 ) which emits an electromagnetic field of a corresponding frequency into the monitoring zone. A receiving antenna ( 6 ) serves to detect the electromagnetic fields generated by the transmitting antenna ( 4 ) and by the safety device contained in the surveillance zone ( 5 ); its output signal corresponding to the received field strength is fed to an input of a synchronous detector ( 7 ). The second input of the synchronous detector ( 7 ) is acted upon by a reference signal which is taken from the power amplifier ( 3 ). At the two outputs of the synchronous detector ( 7 ), the detection device ( 8 ) is connected. At an output of the synchronous detector ( 7 ), a voltage is present which corresponds to the in-phase component between the output voltage of the power amplifier ( 3 ) and the voltage supplied by the receiving antenna ( 6 ); the proportion of both voltages shifted by 90 ° is present at the other output. The - also known under the name IQ detector - synchronous detector ( 7 ) thus delivers the product from the input voltages at the first output and the product of an input voltage and a 90 ° phase-shifted input voltage at the second output. Any alarm device is connected to the output ( 9 ) of the detection device ( 8 ).
Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild einer Detektionsvor richtung (8) dar. Sie enthält einen Digital-Analog-Wand ler (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. Als Wandler (15) kommt im Regelfall eine 12-bit-Ausführungsform zum Ein satz, die es ermöglicht, den Ausgang (10) auf einen von 4096 möglichen Spannungswerten einzustellen und zwischen 4096 unterschiedlichen Sendefrequenzen zu wählen. Fig. 2 shows a block diagram of a detection device ( 8 ). It contains a digital-to-analog converter ( 15 ), the output ( 10 ) of which is connected to the input ( 1 ) of the voltage-controlled oscillator ( 2 ). The digital-to-analog converter ( 15 ) thus controls the frequency emitted by the transmitting antenna ( 4 ). As a converter ( 15 ), a 12-bit embodiment is generally used, which makes it possible to set the output ( 10 ) to one of 4096 possible voltage values and to choose between 4096 different transmission frequencies.
In einem Festwertspeicher (ROM) (12) gespeicherte Pro gramme steuern einen Mikroprozessor (11) derart, daß er seinerseits den Digital-Analog-Wandler (15) über eine zwischengeschaltete digitale Eingabe-Ausgabe-Schaltung (16) so beeinflußt, daß die Sendefrequenz in entsprechen den Schritten variiert wird.In a read-only memory (ROM) ( 12 ) Pro programs control a microprocessor ( 11 ) such that it in turn affects the digital-to-analog converter ( 15 ) via an intermediate digital input-output circuit ( 16 ) so that the transmission frequency is varied in corresponding steps.
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.The two outputs of the synchronous detector ( 7 ) are each connected to an input ( 21, 22 ) of the detection device ( 8 ). The microprocessor ( 11 ) sets the digital-to-analog converter ( 15 ) to a constant output voltage for a period of, for example, one millisecond, in which the transmission frequency also remains the same. During this period, the two integrators ( 18 , 20 ) integrate the respective voltages at their - connected to the synchronous detector ( 7 ) - inputs ( 21 , 22 ). After this period, the microprocessor ( 11 ) initiates the two Analog-digital converter ( 17 , 19 ) to convert the output voltages of the integrators ( 18 , 20 ) into a digital value which is written into a memory (RAM) ( 13 ) via the digital input-output circuit ( 16 ). This process is successively repeated for all frequencies of the frequency range to be examined. After the end of a frequency run, the microprocessor ( 11 ) examines the data stored in the memory ( 13 ) to determine whether a backup trailer ( 5 ) is contained in the monitoring zone. The output ( 9 ) of the detection device ( 8 ) is connected to a bus ( 14 ) which connects the microprocessor ( 11 ) with the memories ( 12 , 13 ) and the digital input-output circuit ( 16 ).
Wie bereits festgestellt wurde, liegen an den Eingängen (21, 22) Informationen über die Amplitude der empfangenen Signale sowie über den Phasenunterschied zwischen dem Feld des Senders und den empfangenen Signalen an. Für je den Frequenzdurchlauf werden daher die von den beiden Analog-Digital-Wandlern (17, 19) gelieferten Werte ge trennt voneinander gespeichert.As has already been established, the inputs ( 21 , 22 ) have information about the amplitude of the received signals and about the phase difference between the field of the transmitter and the received signals. For each frequency sweep, the values supplied by the two analog-digital converters ( 17 , 19 ) are therefore stored separately from one another.
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.The output voltage of the synchronous detector ( 7 ), which is present at the input ( 21 ) and is hereinafter referred to as "I", corresponds to the product of the transmitted and the received field strength, while at the other input ( 22 ) the voltage designated as "Q" lies, which corresponds to the product of the received field strength and a voltage that is 90 ° out of phase with the transmitted field strength. If a signal that is in phase with the transmitting field is received, a direct voltage is present at input ( 21 ), while there is no voltage at input ( 22 ). However, if the received signal is shifted by 90 ° relative to the transmitted signal, the input ( 21 ) becomes approximately zero and a DC voltage is present at the input ( 22 ).
In Fig. 3 ist ein typischer Verlauf der Spannungen an den Eingängen (21, 22) dargestellt, wie er sich bei einem Frequenzdurchlauf ergibt, wenn kein Sicherungsanhänger (5) in der Überwachungszone enthalten ist. Die Spannung I am Eingang (21) ist auf der vertikalen Achse aufgetragen, und die Spannung Q am Eingang (22) ist auf der horizonta len Achse aufgetragen. Bei einer Variation der Sendefre quenz beginnt der Durchlauf bei der geringsten Frequenz am Punkt (23) und endet bei der höchsten Frequenz am Punkt (24). Das Artefakt (25) ist die Folge einer exter nen Störung, die von einem Radiosender oder einer benach barten Artikelüberwachungs-Anlage stammen kann. FIG. 3 shows a typical course of the voltages at the inputs ( 21 , 22 ) as it results from a frequency sweep if no fuse tag ( 5 ) is contained in the monitoring zone. The voltage I at the input ( 21 ) is plotted on the vertical axis and the voltage Q at the input ( 22 ) is plotted on the horizontal axis. If the transmission frequency is varied, the run begins at the lowest frequency at point ( 23 ) and ends at the highest frequency at point ( 24 ). The artifact ( 25 ) is the result of an external interference that can originate from a radio station or a neighboring article surveillance system.
Die Amplitude des empfangenen Signals entspricht dem Ab stand vom Ursprung, d. h. der Länge des Radiusvektors des Punktes (Q, I) und ist gleich der Quadratwurzel aus der Summe des Quadrats von I und des Quadrats von Q. Der Pha senwinkel entspricht dem Winkel zwischen dem Radiusvektor und der horizontalen Achse. Der Tangens des Winkels ent spricht somit dem Quotienten I/Q.The amplitude of the received signal corresponds to the Ab stood from the origin, d. H. the length of the radius vector of the Point (Q, I) and is equal to the square root of the Sum of the square of I and the square of Q. The Pha senwinkel corresponds to the angle between the radius vector and the horizontal axis. The tangent of the angle ent thus speaks the quotient I / Q.
Anhand der Fig. 3 ist erkennbar, daß die Amplitude des (ohne Sicherungsanhänger (5)) empfangenen Signals während des Frequenzdurchlaufs variiert. Sie ist proportional zum Grad der Kopplung zwischen der Sendeantenne (4) und der Empfangsantenne (6). Die Phase des empfangenen Signals variiert bei diesem Durchlauf um typischerweise 300°, was eine Folge der Laufzeit des Signals durch die Anlage, d. h. Sender und Empfänger ist. Die Phasenverschiebungen entstehen hauptsächlich durch die Filter des Empfängers. Die Laufzeit (d. h. Verzögerung) des Signals beträgt bei der hier dargestellten Anlage ca. 400 ns, die eine Pha sendifferenz von 300° bei Signalen zwischen 7 und 9 MHz zur Folge hat.With reference to FIG. 3 can be seen that the amplitude of the received signal varies during the frequency sweep ((5) without a backup trailer). It is proportional to the degree of coupling between the transmitting antenna ( 4 ) and the receiving antenna ( 6 ). The phase of the received signal varies typically 300 ° during this cycle, which is a consequence of the signal's transit time through the system, ie transmitter and receiver. The phase shifts are mainly caused by the filter of the receiver. The transit time (ie delay) of the signal in the system shown here is approximately 400 ns, which results in a phase difference of 300 ° for signals between 7 and 9 MHz.
Fig. 4 stellt den Verlauf der Spannungen I und Q dar, falls ein Sicherungsanhänger (5) in der Überwachungszone enthalten ist. Das durch Störungen bedingte Artefakt (25) ist noch immer vorhanden. Hinzugekommen ist eine vom Si cherungsanhänger (5) erzeugte Schleife (26). Letztere entsteht dadurch, daß der Resonanzschwingkreis eine schnelle Änderung der Phasen und Amplituden (der von ihm wieder abgestrahlten Feldstärke) bewirkt, wenn die Sende frequenz über seine Resonanzfrequenz hinweg variiert wird. Diese charakteristische Änderung der Phase und Am plitude des empfangenen Signals bildet den eigentlichen Kern der vorliegenden Erfindung. Falls ein beliebiges Ob jekt - jedoch kein Sicherungsanhänger (5) - in der Über wachungszone ist, bewirkt es ebenfalls eine Änderung in der Kopplung zwischen Empfangs- und Sendeantenne; es ent steht jedoch nicht die charakteristische Schleife, die ein Resonanzkreis erzeugt. Anhand dieser Information kann somit unschwer entschieden werden, ob ein Sicherungsan hänger in der Überwachungszone enthalten ist. Auch Stör signale, wie das Artefakt (25), produzieren keine charak teristische Schleife (26). Somit können auch sie keinen unerwünschten Fehlalarm erzeugen. Fig. 4 shows the course of the voltages I and Q if a fuse tag ( 5 ) is included in the monitoring zone. The artifact ( 25 ) due to interference is still present. Added to this is a loop ( 26 ) generated by the safety trailer ( 5 ). The latter arises from the fact that the resonant circuit causes a rapid change in the phases and amplitudes (the field strength emitted by it again) when the transmission frequency is varied across its resonance frequency. This characteristic change in the phase and amplitude of the received signal forms the actual essence of the present invention. If any object - but not a security tag ( 5 ) - is in the monitoring zone, it also causes a change in the coupling between the receiving and transmitting antennas; however, the characteristic loop that creates a resonance circuit does not arise. This information makes it easy to decide whether a security tag is included in the monitoring zone. Interference signals such as the artifact ( 25 ) also do not produce a characteristic loop ( 26 ). This means that they, too, cannot generate an unwanted false alarm.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Verfahren, nach dem die Detektionsvorrichtung (8) anhand der gewonnenen Informa tionen zwischen Sicherungsanhängern und anderen Objekten bzw. Störsignalen unterscheiden kann, näher beschrieben. In dieser Ausführungsform wird der Mikroprozessor (11) durch im Festwertspeicher (12) gespeicherte Programme ge steuert und verarbeitet die in mehreren Frequenzdurch läufen gewonnenen, im Speicher (13) abgelegten Meßwerte. A preferred method according to which the detection device ( 8 ) can differentiate between fuse tags and other objects or interference signals on the basis of the information obtained is described in more detail below. In this embodiment, the microprocessor ( 11 ) is controlled by programs stored in the read-only memory ( 12 ) and processes the measurement values obtained in several frequency runs and stored in the memory ( 13 ).
Ein im Festwertspeicher (12) enthaltenes Programm berech net die Durchschnittswerte der Spannungen an den Eingän gen (21, 22) - also I und Q - bei allen Frequenzen des Va riationsbereiches. Der Durchschnitt wird jeweils über die letzten drei (oder eine beliebige andere Zahl) Durchläufe gebildet. Diese Durchschnittswerte enthalten somit Infor mationen über die gemittelte Amplitude und Phase der wäh rend der letzten Frequenzdurchläufe empfangenen Span nungen; sie stellen einen gespeicherten Hintergrund dar.A program contained in the read-only memory ( 12 ) calculates the average values of the voltages at the inputs ( 21 , 22 ) - that is, I and Q - at all frequencies of the variation range. The average is averaged over the last three (or any other number) runs. These average values thus contain information about the averaged amplitude and phase of the voltages received during the last frequency sweeps; they represent a saved background.
Die Amplituden und Phasen jedes nachfolgenden Durchlaufs werden mit den gespeicherten Durchschnittswerten vergli chen. Im konkreten wird für jede Frequenz die Differenz aus den aktuellen und den mittleren Meßwerten berechnet und wiederum im Speicher (13) abgelegt. Die Differenzen lassen jegliche Unterschiede zwischen dem aktuellen und der vorhergehenden Durchläufen sehr gut erkennbar werden. Derartige Unterschiede können insbesondere eine Folge des Einführens eines Sicherungsanhängers (5) oder eines ande ren Objektes in die Überwachungszone sein, oder durch kurzzeitige Störsignale entstehen.The amplitudes and phases of each subsequent run are compared to the stored averages. In concrete terms, the difference from the current and the mean measured values is calculated for each frequency and in turn stored in the memory ( 13 ). The differences make it very easy to see any differences between the current and the previous runs. Such differences can in particular be a consequence of the introduction of a security trailer ( 5 ) or another object into the monitoring zone, or can arise from short-term interference signals.
Fig. 5 zeigt die Amplituden und Phasen eines Frequenz durchlaufs, bei dem ein Sicherungsanhänger (5) in der Überwachungszone enthalten ist, nachdem die gespeicherten Durchschnittswerte der vorhergehenden Durchläufe subtra hiert wurden. Die charakteristische Schleife (26) des Re sonanzschwingkreises ist dabei in einen charakteristi schen Kreis (27) übergegangen, der den Ursprung des Koordinatensystems berührt, und dessen Mittelpunkt außer halb des Ursprungs liegt. Fig. 5 shows the amplitudes and phases of a frequency run, in which a fuse tag ( 5 ) is included in the monitoring zone after the stored average values of the previous runs have been subtracted. The characteristic loop ( 26 ) of the resonance resonant circuit has thereby merged into a characteristic circle ( 27 ) which touches the origin of the coordinate system and whose center lies outside the origin.
Offensichtlich ist die Differenz aus den aktuellen und den durchschnittlichen Meßwerten stets näherungsweise Null, mit Ausnahme der in der Nähe der Resonanzfrequenz eines Sicherungsanhängers liegenden Frequenzen. Obviously the difference is from the current and always approximate the average measured values Zero, except for near the resonance frequency frequencies of a fuse trailer.
Wird ein Gegenstand in die Überwachungszone eingebracht, der keinen Resonanzkreis enthält, ändert sich die Kopp lung zwischen der Sende- (4) und der Empfangsantenne (6) - und somit die empfangene Spannung - über den gesamten durchlaufenen Frequenzbereich. Das Ergebnis ist, daß die in Fig. 3 dargestellte Kurve vergrößert, verkleinert oder gedreht wird. Die in einem derartigen Fall entste henden Differenzen aus den aktuellen und den durch schnittlichen Meßwerten sind in Fig. 6 dargestellt. Wie bei einem Sicherungsanhänger (5) entsteht ein charakteri stischer Kreis, der jedoch grundsätzlich andere Eigen schaften hat. Er hat seinen Mittelpunkt im Ursprung des Koordinatensystems und berührt den Ursprung nicht. Hinge gen liegt der Mittelpunkt des Kreises eines Sicherungsan hängers (5) außerhalb des Ursprungs und berührt letzte ren. Die im Festwertspeicher (12) enthaltenen Programme differenzieren anhand dieser charakteristischen Unter schiede zwischen Sicherungsanhängern (5) und anderen Ob jekten.If an object is brought into the monitoring zone that does not contain a resonance circuit, the coupling between the transmitting ( 4 ) and the receiving antenna ( 6 ) changes - and thus the received voltage - over the entire frequency range passed. The result is that the curve shown in Fig. 3 is enlarged, reduced or rotated. The differences arising in such a case from the current and the average measured values are shown in FIG. 6. As with a safety trailer ( 5 ), a characteristic circle is created, which, however, has fundamentally different properties. It has its center in the origin of the coordinate system and does not touch the origin. However, the center of the circle of a fuse tag ( 5 ) lies outside the origin and touches the latter. The programs contained in the read-only memory ( 12 ) differentiate between fuse tags ( 5 ) and other objects on the basis of these characteristic differences.
Ein Nachteil der Verwendung der Differenz aus den aktuel len und den durchschnittlichen Meßwerten besteht darin, daß die Form der entstehenden Kreise nicht exakt zirkular ist. Der Grund dafür liegt darin, daß der Grad der Kopp lung zwischen der Sende- (4) und Empfangsantenne (6) mit der jeweiligen Sendefrequenz variiert. Diese Änderungen der Kopplung verzerren die Form der charakteristischen Kreise (27, 28). Es bietet sich daher an, die Verzerrungen durch eine Normierung der Meßwerte zu vermeiden. Dabei wird die jeweilige Differenz aus dem zuletzt gemessenen (also aktuellen) und den durchschnittlichen Meßwerten be rechnet und anschließend durch die durchschnittlichen Meßwerte dividiert. Somit wird bei Frequenzen mit starker Kopplung - bei denen hohe Meßwerte entstehen - durch große Zahlen geteilt und bei kleiner Kopplung durch ge ringere Zahlen dividiert. Im Ergebnis sind die Amplituden der normierten Meßwerte näherungsweise frequenzunab hängig.A disadvantage of using the difference between the current len and the average measured values is that the shape of the resulting circles is not exactly circular. The reason for this is that the degree of coupling between the transmitting ( 4 ) and receiving antenna ( 6 ) varies with the respective transmission frequency. These changes in the coupling distort the shape of the characteristic circles ( 27 , 28 ). It is therefore advisable to avoid the distortions by normalizing the measured values. The respective difference between the last measured (i.e. current) and the average measured values is calculated and then divided by the average measured values. Thus, at frequencies with strong coupling - at which high measured values arise - is divided by large numbers and divided by smaller numbers at small coupling. As a result, the amplitudes of the standardized measured values are approximately independent of frequency.
Insbesondere die normierten Meßwerte erlauben, anhand der Bandbreite detektierter Schwingkreise zu entscheiden, ob ein Sicherungsanhänger (5) in der Überwachungszone ent halten ist. Bekannterweise haben konventionelle Siche rungsanhänger (5) eine Güte zwischen 50 und 200. Die Güte bestimmt die Bandbreite der nachweisbaren Signale, die der Zahl der Meßpunkte eines Kreises im I-Q-Diagramm ent spricht. Erzeugt ein Objekt einen Kreis mit zu vielen oder zu wenigen Punkten, liegt der Schluß nahe, daß es sich nicht um einen Sicherungsanhänger handelt.In particular, the standardized measured values make it possible to decide on the basis of the bandwidth of the resonant circuits detected whether a safety tag ( 5 ) is contained in the monitoring zone. As is known, conventional fuse trailers ( 5 ) have a quality between 50 and 200. The quality determines the bandwidth of the detectable signals, which corresponds to the number of measuring points of a circle in the IQ diagram. If an object creates a circle with too many or too few points, the conclusion suggests that it is not a security tag.
Schließlich zeigt Fig. 7 ein Flußdiagramm, nach dem der Mikroprozessor (11) arbeiten kann. Zunächst erfolgt ein Durchlauf (29) der Sendefrequenz durch den zu untersu chenden Frequenzbereich. Anschließend erfolgt die Berech nung (30) der Differenz zu den vorher aufgenommenen, durchschnittlichen Meßwerten, wobei optional eine Normie rung (Division durch die durchschnittlichen Meßwerte) durchgeführt werden kann. Im nächsten Schritt (31) wird geprüft, ob die Meßwerte im I-Q-Diagramm durch einen oder mehrere Kreise dargestellt werden können. Es wird also untersucht, ob die normierten Meßwerte (oder die Diffe renzen zwischen den aktuellen und den durchschnittlichen Meßwerten), die im folgenden als I′(f) und Q′(f) bezeich net werden, als Funktion der Sendefrequenz f zumindest näherungsweise durch folgende Gleichung darstellbar sind:Finally, FIG. 7 shows a flow diagram according to which the microprocessor ( 11 ) can operate. First, the transmission frequency is run ( 29 ) through the frequency range to be examined. Then the calculation ( 30 ) of the difference to the previously recorded, average measured values takes place, wherein a standardization (division by the average measured values) can optionally be carried out. In the next step (31) it is checked whether the measured values in the IQ diagram can be represented by one or more circles. It is therefore examined whether the standardized measured values (or the differences between the current and the average measured values), which are referred to below as I '(f) and Q' (f), as a function of the transmission frequency f at least approximately the following equation can be represented:
I′(f) + i·Q′(f) = U₀ + U₁ exp (i·c·f).I ′ (f) + i · Q ′ (f) = U₀ + U₁ exp (i · c · f).
Dabei entspricht i der imaginären Einheitszahl. U₀ ist eine komplexe Zahl, die dem Mittelpunkt des Kreises im I-Q-Diagramm entspricht. U₁ ist der Radius des Kreises und exp die bekannte Exponentialfunktion. c ist reell und ein Maß für die Zahl der Meßpunkte, die ein Kreis umfaßt. Enthält er viele Meßpunkte, ist c größer, als wenn er nur wenige Meßpunkte enthält. Der Mikroprozessor (11) ver sucht im Schritt (31) also, die Zahlen c, U0 und U1 zu evaluieren, die eine minimale Abweichung zwischen den Meßwerten I′ und Q′ und obiger Gleichung zur Folge haben. Im nächsten Schritt (32) werden eventuell aufgefundene Kreise - in einem Durchlauf können mehrere von ihnen auf gefunden werden, falls beispielsweise mehrere Sicherungs anhänger mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen in der Überwachungszone enthalten sind - separat untersucht. Die erste Abfrage (33) prüft, ob der Mittelpunkt des Kreises im Ursprung liegt, ob U₀ also kleiner als ein festgeleg ter Wert ist. Ist das Ergebnis ja, wird zum Schritt (41) gesprungen und festgestellt, daß kein Sicherungsanhänger (5) vorliegt. Ist das Ergebnis im Schritt (33) jedoch nein, erfolgt eine Prüfung (34), ob der Kreis durch den Ursprung verläuft (d. h. ob die Differenz aus dem Betrag von U₁ und dem Betrag von U₀ kleiner als ein festgelegter Wert ist). Ist das Ergebnis nein, liegt kein Sicherungs anhänger vor und es wird mit Schritt (41) fortgefahren. Verläuft der Kreis jedoch durch den Ursprung, erfolgt eine Berechnung (35) der Entfernung seines Mittelpunktes vom Ursprung (d. h. des Betrages von U₀) und eine Prüfung (36), ob diese Entfernung einen Schwellenwert überschrei tet. Ist das Ergebnis nein, wird ebenfalls bei Schritt (41) weitergemacht. Wird der Schwellenwert überschritten, erfolgt eine Berechnung (37) der Güte des Sicherungsan hängers (5) (sie entspricht dem Quotienten aus Resonanz frequenz und Halbwertsbreite). Anschließend wird im Schritt (38) geprüft, ob die Güte größer als ein bestimm ter Betrag (z. B. 50) ist. Ist das Ergebnis nein, wird bei Schritt (41) fortgefahren, anderenfalls erfolgt eine Prü fung (39), ob die ,Güte kleiner als ein zweiter Wert (z. B. 200) ist. Ist das Ergebnis ja, wird Alarm (40) ausgelöst, anderenfalls zu Schritt (41) übergegangen. Nachdem im Schritt (41) festgestellt ist, daß der untersuchte Kreis keinem Sicherungsanhänger (5) entspricht, wird im Schritt (42) geprüft, ob alle im Schritt (31) identifizierten Kreise abgearbeitet (untersucht) sind. Ist das nicht der Fall, wird zum Schritt (32) zurückgesprungen und der nächste Kreis zur weiteren Untersuchung bereitgestellt. Sind hingegen alle Kreise abgearbeitet, werden im Schritt (43) die durchschnittlichen Meßwerte aktualisiert, d. h. die am weitesten zeitlich zurückliegenden Meßwerte durch die jüngsten ersetzt. Anschließend erfolgt ein neuer Durchlauf (29) über den Frequenzbereich.I corresponds to the imaginary unit number. U₀ is a complex number that corresponds to the center of the circle in the IQ diagram. U₁ is the radius of the circle and exp is the known exponential function. c is real and a measure of the number of measuring points that a circle encompasses. If it contains many measuring points, c is larger than if it contains only a few measuring points. The microprocessor ( 11 ) ver tries in step (31) to evaluate the numbers c, U0 and U1, which result in a minimal deviation between the measured values I 'and Q' and the above equation. In the next step (32), possibly found circles - several of them can be found in one run, for example if several security tags with different resonance frequencies are contained in the monitoring zone - are examined separately. The first query ( 33 ) checks whether the center of the circle is at the origin, that is, whether U₀ is less than a specified value. If the result is yes, the process jumps to step (41) and determines that there is no safety tag ( 5 ). However, if the result in step (33) is no, a check ( 34 ) is carried out to determine whether the circle runs through the origin (ie whether the difference between the amount of U₁ and the amount of U₀ is less than a defined value). If the result is no, there is no fuse tag and the process continues with step (41). However, if the circle runs through the origin, a calculation ( 35 ) of the distance of its center from the origin (ie the amount of U₀) and a check ( 36 ) is carried out to determine whether this distance exceeds a threshold value. If the result is no, the process is also continued at step (41). If the threshold is exceeded, the quality of the fuse tag ( 5 ) is calculated ( 37 ) (it corresponds to the quotient of the resonance frequency and half-width). It is then checked in step (38) whether the quality is greater than a certain amount (e.g. 50). If the result is no, the process continues with step (41), otherwise a check ( 39 ) is carried out to determine whether the quality is less than a second value (e.g. 200). If the result is yes, alarm ( 40 ) is triggered, otherwise the process proceeds to step (41). After it has been determined in step (41) that the circuit examined does not correspond to a safety tag ( 5 ), it is checked in step (42) whether all circles identified in step (31) have been processed (examined). If this is not the case, the process jumps back to step (32) and the next circle is made available for further investigation. On the other hand, if all circles have been processed, the average measured values are updated in step (43), ie the most recent measurements are replaced by the most recent ones. A new run ( 29 ) then takes place over the frequency range.
Offensichtlich sind viele andere Methoden denkbar, nach denen eine Detektion der charakteristischen Kreise eines Resonanzschwingkreises und die Unterscheidung von anderen Objekten, die andere Kreise produzieren, möglich ist. Sollte es sich aus Kosten- oder Geschwindigkeitsgründen als vorteilhaft erweisen, können die Berechnungen mit di gitalen (wie beschrieben) oder auch analogen Schaltungen oder einer Kombination aus beiden durchgeführt werden.Obviously, many other methods are conceivable, according to which detection of the characteristic circles of a Resonant circuit and the differentiation from others Objects that produce other circles is possible. Should it be for cost or speed reasons prove to be advantageous, the calculations with di gitalen (as described) or analog circuits or a combination of both.
Im Ergebnis erhält man eine Anlage, die wesentlich besser zwischen Sicherungsanhängern und anderen Objekten unter scheiden kann. Sie erlaubt die Detektion in relativ stark mit Störungen beaufschlagten Umgebungen, in denen kon ventionelle Anlagen nicht arbeiten könnten.As a result, you get a system that is much better between fuse tags and other objects below can divorce. It allows the detection to be relatively strong noisy environments where con conventional systems could not work.
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