DE60001653T2

DE60001653T2 - Etikett zur elektronischen artikelidentifizierung, verfahren zur kodierung einesidentitätskodes auf solchem etikett und vorrichtung zur identifizierung desselben

Info

Publication number: DE60001653T2
Application number: DE60001653T
Authority: DE
Inventors: Carl Tyren
Original assignee: RSO Corp NV
Current assignee: RSO Corp NV
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: BR0011373A; EP1183661A1; AU5436500A; SE9902196L; WO2000075894A1; CN1354868A; EP1183661B1; SE9902196D0; JP2003512658A; SE521228C2; DE60001653D1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Etikett zur elektronischen Artikelidentifizierung, umfassend mindestens zwei magnetische Elemente, die die Identität des Etiketts oder eines Artikels repräsentieren, an dem das Etikett angebracht ist, wobei die magnetischen Elemente elektromagnetisch detektierbar sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Kodierung eines Identitätscodes in einem derartigen Etikett und eine Vorrichtung zur Identifizierung desselben.

Beschreibung des Standes der Technik

Viele Anwendungen erfordern eine zuverlässige und berührungslose Detektion des Vorhandenseins, der Identität oder Position von Objekten in einer Detektionszone. Übliche Beispiele sind zum Beispiel Preisauszeichnung von Verkaufsartikeln, Identifikation von Komponenten in Fertigungsstraßen, Identifikation von Materialtyp bei Recyclinganlagen oder elektronische Warenüberwachung in z. B. Geschäften.
Für einige Anwendungen reicht es aus, das Vorhandensein des Objekts oder Artikels zu detektieren. Ein Beispiel stellt ein einfaches elektronisches Warenüberwachungssystem dar, das zur Ausgabe eines Alarmsignals gestaltet ist, wenn eine geschützte Ware in eine Detektionszone transportiert wird. Eine derartige einfache Anwendung verwendet ein einzelnes Sensorelement in Form eines dünnen Metallstreifens oder -drahtes mit magnetischen Eigenschaften. Das Sensorelement kann mittels bogenförmig gestalteter magnetischer Generatoren/Detektoren magnetisch detektiert werden, die das Sensorelement einem magnetischen Wechselfeld aussetzen, das eine physikalische Eigenschaft des Sensorelements beeinflußt. Es wird häufig von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß das magnetische Wechselfeld ein periodisches Umschalten des magnetischen Dipolmoments des Sensorelements verursacht, was als Barkhausen-Sprünge bekannt ist. Etiketten dieser Art sind zum Beispiel in der US-A-5 496 611, EP-A-0 710 923 und EP-A-0 716 393, offenbart.
Eine andere Einzelelementetikettechnologie ist in der WO97/29463 und WO97/29464 beschrieben, worin jedes Etikett ein drahtförmig gestaltetes Element aus amorpher oder nanokristalliner Metallegierung umfaßt. Eine wichtige Besonderheit der amorphen oder nanokristallinen Metallegierung besteht darin, daß deren Permeabilität durch ein sich änderndes magnetisches Modulationsfeld gesteuert werden kann. Durch einen als Riesen- Magnetowiderstand bekannten physikalischen Effekt wird die Amplitude eines elektromagnetischen Antwortsignals vom Etikett vom magnetischen Modulationsfeld moduliert, wenn das Etikett von einem elektromagnetischen Abfragesignal angeregt wird. Die Amplitudenmodulation des Antwortsignals wird detektiert und zur Bestimmung des Vorhandenseins des Etiketts in der Detektionszone verwendet. Eine ähnliche Anwendung ist in der WO98/36393 gezeigt, wo sehr dünne amorphe oder nano-kristalline Drähte als Sensorelemente verwendet werden. Diese Drähte (auch als Mikrodrähte bekannt) weisen einen Durchmesser von weniger als 30 um, vorzugsweise 5-15 um auf.
Keine der oben beschriebenen Anwendungen zur elektronischen Warenüberwachung liefert eine ferndetektierbare Identität für jedes Etikett. Für höhere Anwendungen ist jedoch notwendig, besagte Identitätsinformation, wie z. B. eine Artikelnummer, Seriennummer, einen Materialcode etc. repräsentiert, für das jeweilige Objekt bereitzustellen, an dem jedes Etikett angebracht ist. Auf einem anderen technischen Gebiet, wird eine derartige Identitätsinformation durch Barcodes (wie zum Beispiel EAN), d. h. ein bedrucktes Muster aus schwarzen und weißen Linien, bereitgestellt, das von einem optischen Lesegerät gescannt wird. Optische Barcode-Etiketten weisen einen Vorteil auf, indem sie eine breite Codespanne bieten - ein EAN-Barcode kann zum Beispiel eine Artikelnummer mit 12 Ziffern repräsentieren, wodurch theoretisch eine Codespanne von 10¹² unterschiedlichen Barcode- Werten bereitgestellt wird. Systeme zur optischen Warenidenidentifikation weisen jedoch einen deutlichen Nachteil auf, indem deren Arbeitsabstand recht beschränkt ist; das Barcode- Etikett wird in nächster Nähe zum optischen Lesegerät passieren müssen, um ein erfolgreiches Lesen des Barcodes zu gestatten. Da der Barcode mittels eines optischen Mittel gelesen wird, muß ferner das Etikett an einem sichtbaren Oberflächenbereich des besagten Artikels angebracht sein.
Ein nichtoptisches System mit längerem Arbeitsbereich ist in der WO88/01427 beschrieben, worin das Etikett beziehungsweise die Markierung mit einer Anzahl von Sensorelementen in Form von magnetostriktiven Streifen oder Bändern versehen ist, die aus einem amorphen ferromagnetischen Material hergestellt und in vorab festgelegten Winkelbeziehungen oder in vorab festgelegten Entfernungen voneinander angeordnet sind. Die Identität eines derartigen Etiketts wird durch die vorab festgelegten Beziehungen sowie den jeweiligen Typ von individuellen Sensorelementen repräsentiert. Die Sensorelemente sind durch magnetische Energie zur mechanischen Resonanz anregbar. Die von den in Resonanz befindlichen Sensorelementen erzeugten magnetischen Signale können magnetisch oder induktiv detektiert werden. Im Vergleich mit optischen Barcode-Systemen liefert das Etikett gemäß WO88/01427 eine wesentlich eingeschränktere Codespanne.
Ein ähnliches System ist in der WO93/14478 beschrieben, worin das Etikett beziehungsweise die Markierungen mit einer Anzahl von elektrischen Schwingkreisen versehen sind, von denen jeder mit einem jeweiligen magnetischen Sensorelement induktiv gekoppelt ist. Jeder elektrische Schwingkreis wird zum elektrischen Oszillieren angeregt, und die Resonanz davon ist, über die Permeabilität des magnetischen Elements, von einem externen Magnetfeld steuerbar, worin eine simultane Detektion von mehreren identischen Etiketten möglich gemacht wird.
Zusammengefaßt sind bekannte Etiketten zur nichtoptischen Ferndetektierung von Objekten entweder von einem Einzelelementtyp, was lediglich gestattet, das Vorhandensein jedes Etiketts zu detektieren, oder von einem Mehrfachelementtyp, was gestattet, auch die Identität jedes Etiketts zu detektieren. Einzelelementetiketten sind leichter zu gestalten und zu erzeugen und weisen somit niedrigere Stückkosten auf. Andererseits erfordern Mehrfachelementetiketten einen Stützträger (insbesondere für mechanisch in Resonanz tretende Sensorelemente) und/oder kapazitive und induktive Komponenten (für die Versionen mit elektrischem Schwingkreis). Selbstverständlich bringt dies höhere Kosten pro Stück mit sich. Außerdem ist die Codespanne (Anzahl von unterschiedlichen Codewerten) der oben beschriebenen Mehrfachelementetiketten deutlich schlechter verglichen mit optischen Barcode-Etiketten. Da die Mehrfachelementetiketten hauptsächlich durch magnetische oder induktive Verbindung arbeiten, ist zusätzlich der Arbeitsabstand des Detektionssystems recht schmal (obwohl besser als für optische Barcode-Systeme).

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Etikett zur elektronischen Artikelidentifizierung bereitzustellen, das eine große Codespanne bereitstellen kann, aus einer großen Entfernung von nichtoptischen Mitteln lesbar ist und mit sehr niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Noch spezieller zielt die Erfindung auf die Bereitstellung eines Etiketts ab, das die guten Eigenschaften von optischen Barcode-Etiketten (große Codespanne) und nichtoptischen Mehrfachelementetiketten (großer Arbeitsabstand) bei einem sehr niedrigen Preis pro Etikett vereint.
Die Erfindung zielt auch auf ein Verfahren zur Codierung der Identität in einem derartigen Etikett und eine Vorrichtung zur Identifizierung des Etiketts ab.
Die Aufgaben sind durch die Bereitstellung eines Etiketts, eines Verfahrens und einer Vorrichtung gelöst worden, die den in den vorgenannten WO97/29463, WO97/29464 und WO98/36393 (d. h. Verwendung von elektromagnetischer Anregung und Detektion und eines Magnetfeldes zur Modulation des Antwortsignals vom Etikett) beschriebenen ähneln, wo jedes Etikett mit mindestens zwei dünnen magnetischen drahtförmigen Elementen aus einer amorphen oder nano-kristallinen Metallegierung zur Repräsentation der Identität des Etiketts versehen ist. Die Sensorelemente sind in unterschiedlichen vorab festgelegten Längen und in unterschiedlichen vorab festgelegten Durchmessern verfügbar. Eine Anzahl von individuellen Sensorelementen wird ausgewählt und in einer vorab festgelegten Winkelbeziehung in dem Etikett angeordnet. Die Identität des Etiketts wird von einem Code repräsentiert, der durch die Länge und den Durchmesser jedes individuellen Sensorelements und durch die Winkel zwischen Sensorelementen gebildet wird.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich anhand der folgenden ausführlichen Offenbarung, anhand der Zeichnungen sowie der beigefügten Patentansprüche ergeben.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Fig. 1 eine Artikelidentifikationsvorrichtung darstellt, in der das Etikett und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Etiketts gemäß der Erfindung ist, wo die magnetischen Elemente unterschiedliche Längen und unterschiedliche Durchmesser aufweisen und unter jeweiligen Winkeln zueinander angeordnet sind, und
Fig. 3-5 Flußdiagramme sind, die das Prinzip darstellen, gemäß dem die Vorrichtung von Fig. 1 arbeitet, um das Etikett von Fig. 2 zu identifizieren.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 stellt eine Artikelidentifikationsvorrichtung zur Detektierung eines an einem Objekt 20 angebrachten Etiketts 30 und zur Bestimmung der Identität desselben auf. Eine Sendeantenne 11 und eine Empfangsantenne 12 sind in einer Detektionszone 10 angeordnet. Die Sendenantenne 11 ist funktionsmäßig mit einer Endstufe 13 verbunden, die wiederum mit einem Controller 14 verbunden ist. Die Endstufe umfaßt zahlreiche kommerziell erhältliche Steuer- und Verstärkerschaltkreise und Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Wechselstroms mit Hochfrequenz fHF, wobei der Strom durch die Sendeantenne 11 hin- und herfließt, wenn er dorthin gespeist wird, wobei eine hochfrequentes elektromagnetisches Feld um die Sendeantenne erzeugt wird. Dieses elektromagnetische Feld wird, wie dies unten ausführlicher beschrieben wird, zum Anregen des Etiketts 30 in der Detektionszone 10 verwendet, so daß das Etikett, bei Empfang eines ersten elektromagnetischen Signals 50 von der Sendeantenne 11, ein zweites elektromagnetisches Signal 60 senden wird, das von der Empfangsantenne 12 empfangen und in ein entsprechendes elektrisches Signal 70 umgewandelt wird.
Die Empfangsantenne 12 ist funktionsmäßig mit einer Eingangsstufe 15 verbunden, die herkömmliche Mittel mit Verstärkungs- und Signalverarbeitungsfunktionen, wie zum Beispiel Bandpaßfilter- und Verstärkerschaltkreise, umfaßt. Die Eingangsstufe 15 umfaßt auch Mittel zum Demodulieren des empfangenen Signals 70 und Liefern desselben, als ein Antwortsignal 80, an den Controller 14.
Die Sendeantenne 11 sowie die Empfangsantenne 12 erfüllen somit den Zweck, in einer bekannten Weise, zwischen einem elektrischen Signal mit Hochfrequenz und einem elektromagnetischen Signal umzuwandeln. Vorzugsweise sind die Antennen spiralförmig ausgebildete Antennen mit rotierender Polarisation (zur optimalen Abdeckung in allen Richtungen) oder alternativ herkömmliche endgespeiste oder mittig gespeiste Halbwellen- Peitschenantennen, wobei aber andere bekannte Antennentypen gleichermaßen möglich sind.
Die Detektionszone 10 ist zusätzlich mit einem Mittel 16, wie zum Beispiel einer Spule zum Erzeugen eines magnetischen Modulationsfeldes Hmod versehen. Das Mittel 16 ist über eine Steuerstufe 17 mit dem Controller 14 verbunden. Die Steuerstufe 17 umfaßt ein Mittel zum Erzeugen eines Modulationsstromes, der dem Mittel 16 zugeführt, wobei das magnetische Modulationsfeld Hmod in wesentlichen Bereichen der Detektionszone 10 erzeugt wird. Das magnetische Modulationsfeld Hmod kann eine Frequenz von ungefähr 500-800 Hz aufweisen, und die elektromagnetischen Anregungs- und Antwortsignale können eine Frequenz innerhalb des GHz-Bandes, wie zum Beispiel 1,3 GHz oder 2,45 GHz, aufweisen. Frequenzen außerhalb dieser Bereiche sind jedoch auch möglich.
Wie oben beschrieben, ist das Objekt 20, das in Fig. 1 in Form einer kastenförmigen Verpackung schematisch dargestellt worden ist, mit dem Etikett 30 gemäß der Erfindung versehen, umfassend mindestens zwei magnetische Sensorelemente 31-36 (Fig. 2), die in einer Wechselbeziehung angeordnet sind und die Identität des Etiketts 30 oder des Objekts 20, an dem das Etikett angebracht ist, repräsentieren. Die Sensorelemente sind elektromagnetisch detektierbar und umfassen ein magnetisches Material, dessen Permeabilität durch ein Magnetfeld steuerbar ist und dessen Hochfrequenzimpedanz von besagter Permeabilität, gemäß einem allgemein als Riesen-Magnetowiderstand bekannten Effekt, abhängt. Dieser Effekt verursacht eine Amplitudenmodulation des von dem Etikett 30 gesendeten und von der Empfangsantenne 12 als das Signal 70 empfangenen elektromagnetischen Signals 60. Die Amplitude wird von dem magnetischen Modulationsfeld Hmod moduliert.
Ein System, das der oben beschriebenen Vorrichtung ähnelt, ist gründlich in WO97/29463, WO97/29464 und WO98/36393 beschrieben. Das Dokument JP04,157,588 offenbart ein magnetisches Etikett mit magnetischen Drähten unterschiedlicher Länge.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Etiketts 30 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Etikett 30 umfaßt einen Etikettenkörper 38, wie zum Beispiel eine dünne Bahn aus Papier oder Kunststoff, auf dem sechs Sensorelemente 31-36 z. B. durch Kleben montiert sind. Alternativ können die sechs Elemente 31-36 direkt in dem Material des Objekts 20 integriert sein, wie dies unten detaillierter beschrieben wird.
Das Material der Sensorelemente 31-36 ist im wesentlichen mit den in der oben erwähnten WO98/36393 beschriebenen identisch. Mit anderen Worten sind die Sensorelemente 31-36 in der Ausführungsform von Fig. 2 aus einer kobaltreichen amorphen Metallegierung, wie zum Beispiel (Fe0,06C0,94)72,5Si12,5B&sub1;&sub5; hergestellt. Die Sensorelemente sind als sehr dünne Metalldrähte mit jeweiligen Längen zwischen 40 und 100 mm und jeweiligen Durchmessern zwischen 10 und 100 um ausgebildet. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die einzelnen Elemente 31-36 unterschiedliche und vorab festgelegte Längen L&sub1;-L&sub6; sowie unterschiedliche und vorab festgelegte Durchmessern φ&sub1;-φ&sub6; aufweisen, was unten ausführlicher beschrieben wird.
Optional können die Drähte mit einer dünnen Beschichtung aus Glas oder einem anderen elektrischen Material versehen sein, deren Dicke vorzugsweise geringer als die Dicke (Durchmesser) des Metalldrahtkerns ist. Ein derartiger Draht wird üblicherweise als ein Mikrodraht bezeichnet und durch schnelles Ziehen einer geschmolzenen Metallegierung und eines umgebenden geschmolzenen Glasrohres hergestellt.
Alternativ kann das Material der Sensorelemente 31-36 nano-kristallin statt amorph sein. Außerdem kann die Glasbeschichtung verteilt sein und kann die Dicke (querverlaufender Durchmesser) der Elemente (Drähte) größer als diejenige für die bevorzugte Ausführungsform sein. Querverlaufende Durchmesser von zwischen 100 und 200 um, insbesondere um 125 um, wie in der WO97/29463 und WO97/29464 gezeigt, haben sich als nützlich erwiesen. Derartige Drähte werden jedoch nicht als Mikrodrähte bezeichnet und auf andere als die oben erwähnten Arten hergestellt, wie dies per se auf dem technischen Gebiet von magnetischen Sensorelementen bekannt ist. Zusammengefaßt kann das Etikett der vorliegenden Erfindung magnetische Sensorelemente von zahlreichen Arten umfassen, wie dies durch den beigefügten unabhängigen Etikettanspruch definiert ist.
Gemäß der Ausführungsform von Fig. 2 sind die sechs Sensorelemente 31-36 unter einem bestimmten Winkel α&sub1;-α&sub6; zueinander angeordnet. Wie vorangehend erwähnt, können die Sensorelemente 31-36 an einem Träger 38, wie zum Beispiel einem Klebeetikett, montiert sein oder alternativ direkt an dem damit in Beziehung stehenden Objekt, zum Beispiel durch Kleben, angebracht sein. Eine weitere Alternative besteht in dem Nähen oder Weben der Sensorelemente in oder auf z. B. einen Bekleidungsartikel oder einen anderen Verkaufsartikel. In einem derartigen Fall kann die Identität des Sensors eine Artikelnummer, -klasse oder einen Artikeltyp repräsentieren. Eine weitere Alternative besteht darin, die Sensorelemente in einem Verpackungsmaterial, wie zum Beispiel Pappe, Papier oder Kunststoffilm, oder in einem Recyclingartikel (z. B. einem Plastikbehälter, einer Glasflasche, einer Verpackung aus Pappe etc.) zu integrieren. In derartigen Fällen kann die Identität des Sensors z. B. einen Materialtyp für jeden Recyclingartikel repräsentieren.
Die Identität des Etiketts 30 (oder, genauer gesagt, seines in Beziehung stehenden Objekts) wird durch die Elementlängen, -durchmesser und die Winkelabweichungen zwischen den Sensorselementen 31-36 bereitgestellt. Diese Parameter bilden gemeinsam einen Identitätscode des Etiketts, wie dies unten ausführlicher beschrieben wird.
Allgemein betrachtet, besteht die grundlegende Erfindungsidee darin, durch Verwendung einer vorab festgelegten Anzahl von magnetischen Sensorelementen in Form von amorphen Mikrodrähten ein Artikelidentifikationsetikett zu erzeugen. Ein Identitätscode für das Etikett wird durch Verwendung der folgenden drei Mikrodrahteigenschaften als Codeparameter gebildet:
- Länge
- Durchmesser
- Winkel
Gemäß der Erfindung werden die magnetischen Sensorelemente in L unterschiedlichen Längen und D unterschiedlichen Durchmessern bereitgestellt. Außerdem werden A unterschiedliche Winkelpositionen auf dem Etikett 30 bereitgestellt. Alle einzelnen Elementlängen, Elementdurchmesser und -winkelpositionen sind vorab festgelegt und klar definiert.
Anhand der L unterschiedlichen Elementlängen und D unterschiedlichen Elementdurchmesser werden (L · D) eindeutige Elementtypen gebildet, die von Null bis (L · D - 1) bezeichnet werden. Mit anderen Worten hat jeder Elementtyp einen jeweiligen Wert erhalten, der im Bereich von Null bis (L · D - 1) liegt. Für jede Winkelposition wird ein Element von einem speziellen Elementtyp (unter besagten L · D-Typen) ausgewählt und auf dem Etikett angeordnet. Nachdem dies vorgenommen wurde, wird ein Identitätscode bereitgestellt, der als ein einer Anzahl von Wörtern an jeweiligen Positionen in einem Zahlensystem umfassend betrachtet werden kann. Die Basis dieses Zahlensystems ist weder dezimal noch binär, sondern L · D. Die unterschiedlichen Positionen in dem Code werden durch die unterschiedlichen Winkelpositionen auf dem Etikett repräsentiert. Somit repräsentiert jede Winkelposition eine jeweilige Zahlenposition in dem Code und der Typ des jeweiligen Elements repräsentiert den Wert an der jeweiligen Codeposition.
Das obige wird durch das folgende praktische Beispiel, das sich auf Fig. 2 bezieht, besser verständlich. Fig. 2 stellt ein Etikett 30 dar, das einen Identitätscode mit einer Codespanne speichern kann, die für einen herkömmlichen EAN-Barcode breit ist. Ein derartiger EAN- Barcode umfaßt 12 Worte, wobei jedes einen Wert zwischen 0 und 9 enthält. Dies liefert eine Codespanne von 10¹² unterschiedlichen Codes.
Durch Setzen: L = 10, D = 10, A = 6,
werden (L · D)A = 100&sup6; = 10¹² verschiedene Codewerte für das Etikett 30 von Fig. 2 erhalten. Somit ist der Identitätscode des Etiketts 30 mit einem EAN-Barcode kompatibel. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist jedes magnetische Sensorelement 31-36 aus irgendeinem von L · D = 100 unterschiedlichen Typen, von 0 bis 99 bezeichnet, ausgewählt. Außerdem sind die sechs Elemente 31-36 in sechs unterschiedlichen Winkelpositionen α&sub1;-α&sub6; angeordnet. Für den Identitätscode von Fig. 2 wird die folgende Sequenz von Winkelpositionen verwendet:
α&sub1; 30º
α&sub2; 30º
α&sub3; 30º
α&sub4;- 30º
α&sub5;- 40º
α&sub6;- 20º
Der EAN-Code 068320160108 wird von dem Etikett 30 von Fig. 2 repräsentiert. Die Beziehung zwischen diesem EAN-Code und dem Identitätscode des Etiketts 30 lautet wie folgt:
Ein anderer EAN-Code wird durch unterschiedliche Elementtypen (Werte zwischen 0 und 99) für die Elemente 31-36 repräsentiert. Man beachte jedoch, daß die Winkelpositionen α&sub1;-α&sub6; sich nicht ändern werden, sondern identisch mit der oben spezifizierten Winkelsequenz bleiben werden. Stattdessen kann eine andere Winkelsequenz für Winkel α&sub1;-α&sub6; gewählt werden, für den Fall, daß ein andere Art von Identitätscode, kein anderer Codewert desselben Codetyps repräsentiert werden soll.
Die Fig. 3-5 stellen die Art dar, in der die Artikelidentifikationsvorrichtung von Fig. 1 arbeitet, um den Identitätscode des in Fig. 2 gezeigten Etiketts 30 zu detektieren und zu lesen. Als erstes wird das, von der Spule 16 erzeugte, magnetische Modulationsfeld Hmod gemäß der folgenden Funktion variiert:
Hmod = [H&sub0; + Hacsin(ωmt)]cos(αH), wobei:
H&sub0; die Amplitude der zeitinvarianten (DC)Komponente des magnetischen Modulationsfeldes Hmod ist,
Hac die Amplitude der zeitvarianten (AC)Komponente des magnetischen Modulationsfeldes Hmod ist,
ωm die Winkelfrequenz des magnetischen Modulationsfeldes Hmod ist und
αH eine Orientierung des Magnetfeldvektors des magnetischen Modulationsfeldes Hmod ist,
Die von der Vorrichtung von Fig. 1 durchgeführte allgemeine Prozedur verläuft wie folgt. Dem magnetischen Modulationsfeld wird eine variierende Orientierung erteilt, d. h., dessen Feldvektor wird von 0º bis 360º (αH) gedreht. Der Zweck dieses Winkelscannens besteht darin, die jeweiligen Winkel nacheinander zu detektieren, unter denen die magnetischen Sensorelemente vorhanden sind. Man muß beachten, daß das Etikett 30 eine willkürliche und typischerweise unbekannte Orientierung in der Detektionszone 10 aufweisen kann. Somit sind die absoluten Winkelpositionen der magnetischen Sensorelemente 31-36, in Bezug auf die Orientierung αH des magnetischen Modulationsfeldes Hmod, am Anfang nicht bekannt, sondern müssen sie gemäß einem Algorithmus, der ausführlicher in Fig. 4 gezeigt ist, bestimmt werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 werden die folgenden Schritte zum Lesen des Identitätscodes des Etiketts 30 durchgeführt. Als erstes wird der Winkel αi eines ersten Mikrodrahtes (magnetisches Sensorelement), in einem Schritt 100, bestimmt. In einem nachfolgenden Schritt 200 wird die Länge Li des Elements bestimmt und in einem Schritt 300 wird dessen Durchmesser φ&sub1; bestimmt. Bei Beendigung des Schrittes 300 sind alle drei relevanten Parameter αi, Li und φ&sub1; (Winkel, Länge und Durchmesser) für Element i bestimmt worden. Diese Werte werden von dem Controller 14 in einem Schritt 400 gesichert. In einem Schritt 500 wird bestimmt, ob die Orientierung αH des magnetischen Modulationsfeldes Hmod geringer als 360º ist. Wenn die Antwort bejahend ist, wird der Winkel αH in einem Schritt 600 erhöht und wird die Steuerung zu Beginn von Schritt 100 zurückgebracht, worin der Winkel αi+1 eines zweiten Elements i + 1 in dem Schritt 100 bestimmt wird, dessen Länge Li+1 in Schritt 200 bestimmt und der Durchmesser φi+1 in Schritt 300 bestimmt wird.
Auf diese Weise werden die Schritte 100, 200, 300, 400, 500 und 600 für alle sechs Elemente 31-36 wiederholt, bis der Rotationswinkel αH des magnetischen Modulationsfeldes Hmod 360º erreicht. In einem Schritt 700 sind Parameter αi, Li und φi, wobei i = 1....6 ist, für alle magnetischen Sensorelemente 31-36 bestimmt worden. In einem letzten Schritt 800 werden die bestimmten Parameter in einen endgültigen Identitätscode des Etiketts 30 von dem Controller 14 umgewandelt. Für diesen Zweck kombiniert der Controller 14 die Länge und den Durchmesser jedes einzelnen Elements und bestimmt er den entsprechenden Elementtyp (von 0 bis 99) durch Hinzuziehung von definierten Daten in z. B. einer in einem Speicher gespeicherten Nachschlagetabelle. Da die Winkelfolge der Winkel α&sub1;-α&sub6; klar definiert ist, kann dann der Controller 14 die einzelnen Elementtypen auf die korrekte Winkelposition α&sub1;α&sub6; abbilden. Schließlich werden die bestimmten Elementtypen in die (durch die Winkelposition bestimmte) jeweilige Position, in dem Identitätscode, eingesetzt, und kann der so bestimmte letztendliche Identitätscode als Ausgabe vom Controller an ein externes Gerät, wie zum Beispiel einen Computer, eine Registrierkasse, etc., geliefert werden.
In Fig. 4 ist der Winkelbestimmungsschritt 100 detaillierter dargestellt. Im wesentlichen sind die Details der Winkelbestimmungsprozedur 100 in der schwedischen Patentanmeldung 9802221-3 mit dem Titel "A sensor, a method and a system for remote detection of objects" und dem 18. Juni 1998 als Anmeldetag beschrieben. Besagte Patentanmeldung wird hierin durch Bezugnahme inhaltlich vollständig aufgenommen. Zusammengefaßt basiert die Winkelbestimmungsprozedur 100 auf einer deutlichen Frequenzverschiebung, die in dem Antwortsignal 80 auftritt, wenn das magnetische Sensorelement kurzzeitig einer zeitinvarianten (DC) Komponente mit Nullwert ausgesetzt ist. Typischerweise geschieht dies, wenn das Magnetfeld der Erde die kurzzeitige Orientierung der zeitinvarianten Komponente von Hmod ausgleicht. In diesem Moment verschiebt sich die Frequenz des Antwortsignals 80 auf einen doppelten Wert. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird somit die zeitinvariante Komponente H&sub0; um die Inkrementierung von αH (siehe Schritt 110) gedreht. In einem Schritt 120 wird die Frequenz des Antwortsignals 80 vom Controller 14 überwacht. In einem Schritt 130 wird ermittelt, ob die obengenannte charakteristische Frequenzverschiebung auf eine doppelte Frequenz in dem Antwortsignal 80 detektiert wird. Wenn die Antwort bejahend ist, dann ist die Winkelposition αi von Element i gefunden worden und wird sie von dem momentanen Wert von αH angegeben. Andernfalls wird die Steuerung zum Beginn von Schritt 110 zurückgebracht und die zeitinvariante Komponente H&sub0; weiter gedreht.
Nunmehr unter Bezugnahme auf den unteren Teil von Fig. 4 ist dort die Längenbestimmungsprozedur 200 detaillierter dargestellt. Wie gründlicher in der schwedischen Patentanmeldung mit dem Titel "A method, a system and a sensor for remote detection of objects, and a method for determining a length of a magnetic element", die am selben Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde und die durch Bezugnahme hierin inhaltlich vollständig aufgenommen wird, gründlicher beschrieben ist, kann die Länge eines dünnen magnetischen drahtförmigen Elements aus einer amorphen oder nanokristallinen Metallegierung, wie zum Beispiel eines Metalldrahtes, durch die folgenden Schritte bestimmt werden. Die Amplitude des magnetischen Modulationsfeldes Hmod wird in einer klar definierten Weise variiert und eine entsprechende Amplitudenvariation wird für das Antwortsignal 80 vom Etikett 30 detektiert. Die Länge von einzelnen magnetischen Sensorelementen 31-36 kann dann über eine magnetische Eigenschaft des Elements, als der Entmagnetisierungsfaktor bekannt, bestimmt werden. Der Entmagnetisierungsfaktor repräsentiert die Eigenmagnetisierung des magnetischen Elements im Verhältnis zu einem äußeren Magnetfeld und hängt, unter anderem, von der Länge und dem Querschnittsgebiet des Elements ab, wie unten dargelegt.
Unter der Annahme, daß das magnetische Sensorelement ein Draht mit einer Länge c und einem Durchmesser a ist, kann der Längsentmagnetisierungsfaktor Nc des Elements ausgedrückt werden als:
wobei r = c/a ist.
Der Querentmagnetisierungsfaktor Na kann über den Ausdruck erhalten werden:
Nc + 2Na = 4π.
Wie vorangehend beschrieben, wird die Impedanz des magnetischen Elements von der Permeabilität des Elements abhängen, und wenn die Permeabilität mittels des magnetischen Modulationsfeldes variiert wird, wird die Impedanz entsprechend variieren und, letztendlich, wird die Amplitude des elektromagnetischen Antwortsignals von dem magnetischen Modulationsfeld moduliert werden.
Die Energie der Amplitudenmodulation wird nicht nur von der Amplitude des magnetischen Modulationsfeldes, sondern auch von der Hochfrequenz (HF)-Energie des elektromagnetischen Anregungssignals und von der Länge des Elements abhängen. Der Grund, weshalb die Länge einen Einfluß auf die Amplitudenmodulationsenergie haben wird, besteht darin, daß die Amplitudenmodulation durch die Permeabilität verursacht ist, die wiederum von dem Entmagnetisierungsfaktor abhängt, der, letztendlich, von der Länge des Elements abhängt, wie sich anhand der obigen Formel ergibt.
Demzufolge wird die Amplitudenmodulationsenergie des Antwortsignals durch Erhöhen der Amplitude des magnetischen Modulationsfeldes gemäß einem im wesentlichen linearen Faktor zunehmen, der von der Länge des Elements abhängt. Noch spezieller wird ein längeres magnetisches Sensorelement, wie zum Beispiel Element 32 in Fig. 2, eine stärkere Abhängigkeit von der Variation der Amplitude des magnetischen Modulationsfeldes Hmod als ein kürzeres Element 33 zeigen.
Unter Zurückverweisung auf die Längenbestimmungsprozedur 200 von Fig. 2 wird die Länge Li eines individuellen magnetischen Sensorelements 31-36 wie folgt bestimmt. Die Amplitude Hac der zeitvarianten Komponente des magnetischen Modulationsfeldes Hmod wird von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert in einem ersten Schritt 210 abgeändert, d. h. durch Erhöhen der Amplitude um einen Wert ΔHac. In Schritt 220 wird die Amplitude A des demodulierten Antwortsignals 80 für die ersten und zweiten Amplituden des magnetischen Modulationsfeldes Hmod bestimmt, d. h., die Änderung ΔA der Amplitude des Antwortsignals als Antwort auf die Änderung ΔHac der Amplitude des magnetischen Modulationsfeldes Hmod bestimmt. Danach wird eine lineare Beziehung Ki berechnet als Ki = ΔA/ΔHac in Schritt 230. Da eine vorab festgelegte Beziehung zwischen der linearen Beziehung Ki und der Länge Li des magnetischen Elements besteht, kann die Länge anhand der bestimmten Beziehung Ki = ΔA/ΔHac berechnet werden. Vorzugsweise ist der Controller 14 mit einem Speicher zur Speicherung von Querverweisdaten zur Bestimmung der Längen Li anhand der linearen Beziehungen Ki versehen.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist dort die Durchmesserbestimmungsprozedur 300 detaillierter dargestellt. Die schwedische Patentanmeldung 9900119-0, die am 18. Januar 1999 eingereicht wurde und deren Inhalt hierin durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird, offenbart ein Detektionsverfahren und ein Detektionsgerät zur Detektierung des Durchmessers eines dünnen drahtförmigen Leiters, wie zum Beispiel eines Mikrodrahtes. Die Durchmesserbestimmungsprozedur 300 arbeitet entsprechend den in der obengenannten Patentanmeldung dargelegten Prinzipien und basiert auf der Impedanzvariation innerhalb eines Leiters für elektrische Hochfrequenzsignale. Dieses allgemein bekannte Phänomen wird häufig als Skin-Effekt bezeichnet und kann entsprechend dem folgenden zusammengefaßt werden. Die Eindringtiefe von elektrischen Strömen innerhalb des Leiters hängt von der Frequenz des elektrischen Signals, dem spezifischen Widerstand des Leiters sowie dessen magnetischer Permeabilität ab. Die Eindringtiefe oder Hauttiefe δ kann gemäß der Formel berechnet werden:
δ = 1/(πfuσ)1/2, wobei
f = die Frequenz des elektrischen Stroms ist,
u = u&sub0;xur die Permeabilität des Leiters ist und
σ = der spezifische Widerstand des Leitermaterials ist.
Bei Betrachtung der obigen Formel ist offensichtlich, daß die Hauttiefe δ abnehmen wird, wenn der Nenner der Formel zunimmt. Als Reaktion wird auch der Wert der Impedanz des Leiters abnehmen. Ein minimaler Wert der Impedanz wird erreicht, wenn die Hauttiefe δ gleich dem Radius des drahtförmigen Leiters ist. Nach diesem Punkt, der unten als der "Sättigungspunkt" bezeichnet wird, wird sich die Impedanz nicht ändern, selbst wenn die Hauttiefe weiter zunimmt.
Nunmehr zurückverweisend auf Fig. 5 sowie die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung, da die magnetischen Sensorelemente 31-36 aus einem amorphen Material hergestellt sind, wird deren Permeabilität u von dem magnetischen Modulationsfeld Hmod beeinflußt. Somit wird sich durch Erhöhung, in einem Schritt 310, die Amplitude der zeitvarianten Komponente Hac des magnetischen Modulationsfeldes Hmod, die Hauttiefe 8 und, entsprechend, die Impedanz des magnetischen Sensorelements und, letztendlich, die Amplitude des Antwortsignals 80 entsprechend ändern. Gleichzeitig wird, in Schritt 320, die Amplitude des Antwortsignals 80 auf der Suche nach dem Sättigungspunkt, wo die Amplitude aufhört, sich als Antwort auf das erhöhte Hac zu ändern, überwacht. Wenn der Sättigungspunkt erreicht worden ist, wird der Durchmesser φi des magnetischen Sensorelements i durch Ablesen des momentanen Wertes von Hac, unten als Hac_sat bezeichnet, bestimmt. Zu Beginn ist, für einen Referenzdraht mit einem genau bekannten Durchmesser φref, der entsprechende Wert Hac_ref des magnetischen Modulationsfeldes am Sättigungspunkt bestimmt worden. Nun wird, in Schritt 330, der Durchmesser φi des magnetischen Sensorelements i bestimmt als φi = φref(Hac_sat/Hac_ref).
Die vorliegende Erfindung ist anhand von ein paar beispielhaften Ausführungsformen beschrieben worden. Es sind jedoch von den oben beschriebenen verschiedene Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung, wie durch die beigefügten unabhängigen Patentansprüche definiert, möglich.

Claims

1. Etikett (30) zur elektronischen Artikelidentifizierung, umfassend mindestens zwei magnetische Elemente (31-36), die die Identität des Etiketts oder eines Artikels (20) repräsentieren, an dem das Etikett angebracht ist, wobei besagte magnetische Elemente elektromagnetisch detektierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß

die magnetischen Elemente (31-36) als Drähte ausgebildet sind, die aus einer amorphen oder nano-kristallinen Metallegierung hergestellt sind;

die magnetischen Elemente (31-36) unter vorab festgelegten Winkeln (α&sub1;-α&sub6;) zueinander angeordnet sind;

mindestens eines der magnetischen Elemente (31-36) eine Länge (L&sub1;-L&sub6;) aufweist, die sich von der Länge mindestens eines weiteren magnetischen Elements des Etiketts unterscheidet;

mindestens eines der magnetischen Elemente (31-36) einen Durchmesser (Φ&sub1;-Φ&sub6;) aufweist, der vom Durchmesser mindestens eines weiteren magnetischen Elements des Etiketts verschieden ist;

wobei die Längen und Durchmesser der magnetischen Elemente und die Winkel zwischen diesen gemeinsam die Identität des Etiketts bilden.

2. Etikett nach Anspruch 1, worin die Durchmesser (Φ&sub1;-Φ&sub6;) der magnetischen Elemente (31- 36) aus einem Bereich zwischen 10 und 100 um ausgewählt sind.

3. Etikett nach Anspruch 1, worin die Längen (L&sub1;-L&sub6;) der magnetischen Elemente (31-36) aus einem Bereich zwischen 40 und 100 mm ausgewählt sind.

4. Etikett nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, worin jedes magnetische Element (31-36) mit einer Beschichtung aus dielektrischem Material, wie z. B. Glas, versehen ist.

5. Etikett nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, worin die amorphe oder nano-kristalline Metallegierung jedes magnetischen Elements (31-36) einen Riesen- Magnetowiderstandseffekt aufweist, wenn sie elektromagnetischer Energie (50) mit Hochfrequenz und magnetischer Energie (Hmod) mit Niederfrequenz ausgesetzt ist.

6. Etikett nach irgendeinem der Ansprüche 1-5, worin die amorphe oder nano-kristalline Metallegierung jedes magnetischen Elements (31-36) ein Mehrheitsverhältnis von Kobalt aufweist.

7. Etikett nach irgendeinem der Ansprüche 1-6, worin die Zusammensetzung der amorphen oder nano-kristallinen Metallegierung jedes magnetischen Elements (31-36) (FE0,06CO0,94)72,5Si12,5B&sub1;&sub5; ist.

8. Verfahren zur Kodierung eines Identitätscodes in einem Etikett (30) zur elektronischen Artikelidentifizierung mit mehreren magnetischen Elementen (31-36), wobei besagter Identifizierungscode mehrere Worte an jeweiligen Positionen in einem Zahlensystem umfaßt, wobei jedes Wort zur Speicherung eines von n unterschiedlichen Werten fähig ist, gekennzeichnet durch die Schritte:

Bereitstellen einer ersten Gruppe von Längen (L) für magnetische Elemente;

Bereitstellen einer zweiten Gruppe von Durchmessern (D) für magnetische Elemente;

Bilden einer dritten Gruppe von Elementtypen durch Zuordnen einer eindeutigen Länge aus besagter erster Gruppe von Längen (L) und eines eindeutigen Durchmessers aus besagter zweiten Gruppe von Durchmessern (D) zu jedem jeweiligen Elementtyp,

Abbilden jedes besagter n unterschiedlicher Werte auf einen jeweiligen Elementtyp,

Bereitstellen einer vierten Gruppe von Winkelpositionen (A) für magnetische Elemente;

Anordnen in jedem Etikett, für jedes Wort in besagtem Identitätscode, eines magnetischen Elements von dem Wert des Wortes entsprechenden Typ an einer Winkelposition aus besagter vierter Gruppe von Winkelpositionen.

9. Artikelidentifikationsvorrichtung, wo ein individueller Artikel (20) mit einem Etikett (30) versehen ist, das mehrere winkelig angeordnete magnetische Elemente (31-36) aufweist, wobei die Vorrichtung ein Sendemittel (11, 13) zum Senden eines ersten elektromagnetischen Signals (50) in einer Detektionszone (10); ein Empfangsmittel (12, 15) zum Empfangen eines zweiten elektromagnetischen Signals (60, 70), das von dem Etikett als Antwort auf das erste elektromagnetische Signal von dem Sendemittel erzeugt wird; ein Moduliermittel (16) zum Erzeugen eines magnetischen Feldes (Hmod) zum Modulieren des zweiten elektromagnetischen Signals während der Erzeugung desselben durch das Etikett; ein Demoduliermittel (14) zum Erzeugen eines Antwortsignals (80) durch Demodulieren des zweiten elektromagnetischen Signals (70) bei Empfang von dem Empfangsmittel; und einen Controller (14) umfaßt, der mit dem Demoduliermittel operativ verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, daß

das Moduliermittel (16) derart gestaltet ist, daß es ein magnetisches Modulierfeld (Hmod) mit einer rotierenden Orientierung erzeugt, wobei der Controller (14) derart gestaltet ist, daß er detektiert, wenn eine Frequenzverschiebung für das Antwortsignal (80) auftritt, und als Antwort eine Winkelposition (αi) eines individuellen magnetischen Elements (i) bestimmt;

das Moduliermittel (16) derart gestaltet ist, daß es ein magnetisches Modulierfeld (Hmod) mit zunehmender Amplitude (ΔHac) erzeugt, wobei der Controller (14) derart gestaltet ist, daß er eine entsprechende Amplitudenänderung (ΔA) des Antwortsignals (80) bestimmt und als Antwort eine Länge (Li) besagten individuellen magnetischen Elements (i) bestimmt;

das Moduliermittel (16) derart gestaltet ist, daß es ein magnetisches Modulierfeld (Hmod) mit zunehmender Amplitude (Hac) erzeugt, wobei der Controller (14) derart gestaltet ist, daß er kontinuierlich die Amplitude des Antwortsignals (80) überwacht, um einen Sättigungspunkt derselben zu detektieren und als Antwort einen Durchmesser besagten individuellen magnetischen Elements (i) zu bestimmen; und

das Moduliermittel (16) und der Controller (14) derart gestaltet sind, daß sie die obigen Schritte für alle magnetischen Elemente (31-36) des Etiketts (30) wiederholen, wobei der Controller (14) derart gestaltet ist, daß er die Identität des Etiketts (30) anhand der Winkelpositionen (αi), Längen (Li) und Durchmesser (φi) der magnetischen Elemente (31- 36) bestimmt.