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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Unterscheiden zwischen einem halbweichmagnetischen
Material und einem weichmagnetischen Material. Das halbweichmagnetische
Material und/oder das weichmagnetische Material können als
Sicherheitsmerkmale in oder an einem Substrat eines Sicherheitsartikels
verwendet werden.
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Allgemeiner Stand der
Technik
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Weichmagnetische Sicherheitsmerkmale
sind in der Technik der elektronischen Warenüberwachungssystemen (EAS) allgemein
bekannt und werden oft Antidiebstahlsetiketten genannt. Die EAS-Systeme
nutzen nicht-lineare magnetische Eigenschaften der B-H-Kurve des
weichmagnetischen Materials. Kleine aktivierende Felder bringen
das weichmagnetische Material typischerweise in Sättigung.
Die Empfindlichkeit gegenüber kleinen
Feldern ist hier erforderlich, weil es schwierig ist, entfernt von
der Quelle große
magnetische Felder zu erzeugen und typische EAS-Systeme ein so groß wie mögliches
Volumen abfragen müssen,
z. B. die öffentlichen
Wegstrecken in Läden
hinein und aus ihnen heraus. Die hier verwendeten Sicherheitsmerkmale
beruhen daher üblicherweise
auf sehr weichen magnetischen Materialien, wie beispielsweise amorphem
Metglas® oder Vitrovac® oder
Dünnschichten
wie beispielsweise aus CoaFebNicModSieBf-Legierungen. hergestellt, wobei a bis f
Atomprozent sind und a zwischen 35% und 70%, b zwischen 0% und 8%,
c zwischen 0% und 40%, d zwischen 0% und 4%, e zwischen 0% und 30%,
f zwischen 0% und 30% liegen, wobei zumindest ein Element von jeder
Gruppen (b,c,d) und (e,f) vorhanden ist. So eine CoaFebNicModSieBf-Zusammensetzung
wird im folgenden als CoFeNiMoSiB-Zusammensetzung bezeichnet. CoFeNiMoSiB-Dünnschichten
werden unter dem Namen Atalante® vermarktet.
Der Begriff "dünn" bezeichnet hier
eine Dünnschicht
mit einer Dicke, die kleiner als 10 Mikrometer ist. Diese Materialien
besitzen eine sehr niedrige Koerzitivkraft und eine hohe Permeabilität.
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Im Kontext der vorliegenden Erfindung
bezeichnet der Begriff "weichmagnetisches
Material" typischerweise
ein Material mit einem niedrigen Sättigungsmagnetfeld Hs, das heißt diese Materialien erfordern
ein Magnetfeld, das zwischen 3 A/m und 100 A/m liegt (gemessen bei
1 kHz), um zu sättigen.
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Die Verwendung nicht-linearer magnetischer
Merkmale zur Authentifizierung von Objekten kann auch wegen der
Einfachheit und Sensitivität
ein attraktiver Ansatz sein. Dieser Ansatz wäre jedoch von geringem Nutzen,
wenn die Sicherheitselemente die Alarme der allgemein für EAS verwendeten
Sperren auslöst.
Der Ansatz wäre
auch von geringem Nutzen, wenn die Sicherheitselemente nicht schwer
zu erhalten und zu kopieren wären.
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Die Patentanmeldungen WO-A-98/26378
und WO-A-98/26377 offenbaren, wie die obigen Probleme zu lösen sind.
Das verwendete Sicherheitselement umfasst schmale, längliche,
magnetische Partikel, die ein Magnetfeld größer als 100 A/m und vorzugsweise
größer als
300 A/m benötigen,
um zu sättigen.
Diese Eigenschaft wird gewählt,
um sicherzustellen, dass die magnetische Härte der Partikel so ausreichend
hoch ist, dass sie nicht bei Feldstärken gesättigt werden, die üblicherweise
bei EAS-Sperren verwendet werden. Dieses hier verwendete Sicherheitsmerkmal
wird daher den Alarm der EAS-Sperren nicht auslösen.
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Zusätzlich ist es wünschenswert,
dass das zur Sättigung
erforderliche Magnetfeld deutlich kleiner als dasjenige zu halten,
bei dem verfügbare
ferromagnetische Materialien üblicherweise
sättigen
werden, und es auf einen so ausreichend niedrigen Pegel zu halten,
dass die Partikel gesättigt
und damit in kurzen Entfernungen von kompakten Lesegeräten erfasst
werden können.
Dies bedingt im Allgemeinen Magnetfelder von weniger als 3000 A/m.
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Im Kontext der vorliegende Erfindung
bezeichnet der Begriff halbweichmagnetisches Material magnetische
Materialien, die typischerweise ein zwischen 100 A/m und 3000 A/m
liegendes Sättigungsmagnetfeld
Hs aufweisen, z. B. zwischen 200 A/m und
3000 A/m und vorzugsweise zwischen 300 A/m und 3000 A/m (gemessen
bei 1 kHz).
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Auch wenn die Erzeugung höherer Harmonischer
bei niedrigen Magnetfeldstärken
für den
Fall von EAS den weichmagnetischen Materialien und für den Fall
der Authentifizierung dem halbweichmagnetischen eigen ist, haben
die Erfinder entdeckt, dass kein klarer Unterschied zwischen den
aus diesen Arten von Materialien erzeugten Harmonischen besteht.
Dies gilt insbesondere dann, wenn die Orientierung des Sicherheitselements
relativ zu dem Magnetfeld variiert wird.
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Ein weiteres Problem mit weichmagnetischen
und halbweichmagnetischen Materialien besteht darin, dass weichmagnetische
Materialien als halbweichmagnetische Materialien mit einem großen Abstand
zwischen der Erregerspule und dem Material betrachtet werden können. Das
Erregerfeld, bei dem das Sicherheitselement sättigen wird, wird zudem mit
der Orientierung des Sicherheitselements in dem Feld variieren.
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Diese Probleme können gelöst werden, indem das Authentifizierungsverfahren
zu einem Kontaktverfahren gemacht wird oder indem sichergestellt
wird, dass die räumliche
Orientierung der Erregerspule und des Materials festliegt. Für tragbare
Anwendungen ist es jedoch am günstigsten,
das Sicherheitselement mit einem kontaktfreien Ablesen zu validieren,
wobei die räumliche
Orientierung zwischen der Erregerspule und dem Material nicht festliegt.
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Ein weiteres Problem besteht darin,
dass es neben dem durch die Erregerspulen erzeugten Feld ein Magnetfeld
geben kann, dass in das Gesamtfeld eingeht.
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Die EP-Al-0295085, EP-A2-0366335
und US-A 5204526 offenbaren alle magnetisches Material in der Form
von Dünnschichten
oder in der Form dünner
Streifen oder Drähte,
die als Markierungen oder Identifizierungselemente bei Detektions-
oder Erkennungssystemen verwendet werden. Alle Dokumente schlagen
die Verwendung von magnetischem Material mit zwei oder mehreren
verschiedenen Koerzitivkräften
vor. Diese Dokumente schweigen sich jedoch alle hinsichtlich des
Unterschieds zwischen weichmagnetischen und halbweichmagnetischen
Materialien aus.
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Kurze Darstellung der Erfindung Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Probleme des
Standes der Technik zu vermeiden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein Authentifizierungssystem bereitzustellen,
das zwischen verschiedenen Arten von weichmagnetischen und halbweichmagnetischen
Materialien unterscheiden kann.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein berührungsloses
und handgehaltenes Verfahren zur Authentizitätsprüfung bereitzustellen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht auch darin, ein kompaktes, preiswertes Lesegerät bereitzustellen,
das dazu verwendet werden kann, die speziellen Markierungen in Abständen bis
zu einigen Zentimetern zu erfassen.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Unterscheiden
zwischen einem halbweichmagnetischen Material und einem weichmagnetischen
Material vorgesehen.
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Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
(a)
Senden eines elektromagnetischen Antriebssignals mit einer oder
mehreren speziellen Frequenzen zu einem Artikel, so dass jegliches
in dem Artikel vorhandene halbweichmagnetische Material oder weichmagnetische
Material sowohl für
positive als auch negative magnetische Felder gesättigt wird,
(b)
Detektieren eines von dem Artikel ausgehenden elektromagnetischen
Detektionssignals,
(c) Messen der Zeit- oder relativen Phasenverschiebungen
zwischen einem oder mehreren Referenzpunkten des Antriebssignals
und Punkten, an denen positive oder negative Spitzen des Detektionssignals
auftreten,
(d) Vergleichen der gemessenen Zeit- oder relativen
Phasenverschiebungen mit Werten, die für halbweichmagnetische oder
weichmagnetische Eigenschaften typisch sind, um eine Entscheidung
zu treffen, ob das Material weichmagnetisch oder halbweichmagnetisch
ist.
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Das Verfahren kann einen weiteren
Schritt des Messens der Höhen
der positiven und negativen Spitzen umfassen. Die Höhe der Spitzen
des Detektionssignals zeigt die Entfernung oder Orientierung des
Artikels an. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden nur Messungen,
die in einen vorbestimmten Bereich von Höhen fallen, weiter verarbeitet.
Die Zeit- oder relative Phasenverschiebung zwischen einem ersten
Referenzpunkt des Erregungssignals und einem Punkt, an dem Spitzen
auftreten, zeigen zusammen mit der Höhe der Spitzen die magnetische
Weichheit des Artikels an.
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Dadurch, dass die Entfernung oder
Orientierung des Materials angezeigt wird, kann das Erfassungsverfahren
ein berührungsloses
Verfahren oder insbesondere ein handgehaltenes Verfahren sein.
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Im Kontext der vorliegenden Erfindung
bezeichnet der Begriff "handgehaltenes
Verfahren" die Verwendung
eines kleinen und leichtgewichtigen Detektionsgeräts mit Abmessungen,
die nicht viel größer sind
als Abmessungen erhältlicher
Palmtop-Organizer oder tragbarer Telefone.
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Ein handgehaltenes Verfahren ist
ein Verfahren, das außerhalb
eines spezialisierten Labors angewandt werden kann. Das handgehaltene
Verfahren kann überall
angewandt werden, z. B. an Kassen oder Ausgabestellen, um magnetische
Sicherheitsmerkmale zu prüfen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
kommen folgende Schritte vor:
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- (a) eine erste Zeit- oder relative Phasenverschiebung
(A) zwischen einem ersten Referenzpunkt des Antriebssignals und
dem Punkt, an dem eine positive Spitze auftritt, wird gemessen,
- (b) eine zweite Zeit- oder relative Phasenverschiebung (b) zwischen
einem zweiten Referenzpunkt des Antriebssignals und dem Punkt, an
dem eine negative Spitze auftritt, wird gemessen,
- (c) die erste und zweite Zeit- oder relative Phasenverschiebung
(A und B) werden summiert.
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Der erste Referenzpunkt des Antriebssignalsstroms
kann gleich dem zweiten Referenzpunkt des Antriebssignalsstros oder
von ihm verschieden sein. Wie nachstehend erläutert wird, ergibt diese Summe
A+B einen zuverlässigen
Indikator für
die Koerzitivkraft des in dem Artikel verwendeten magnetischen Materials
und einen verlässlichen
Indikator, ob das magnetische Material weichmagnetisch oder halbweichmagnetisch
ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist das elektromagnetische Detektionssignal proportional zu der Änderungsrate
des magnetischen Flusses in dem Artikel (dB(t)/dt) .
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Bei einem anderen Beispiel ist das
elektromagnetische Detektionssignal proportional zu einem Integral
der Änderungsrate
des magnetischen Flusses in dem Artikel (B(t)).
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Bei einem komplexeren Beispiel umfasst
das Verfahren außerdem
den Schritt des Messens der Breite der Spitzen des Detektionssignals
bei einem oder mehreren Pegeln, um zwischen halbweichmagnetischen
Sicherheitsmerkmalen und ferromagnetischen Materialien, wie beispielsweise
Eisen, zu unterscheiden.
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Das als Sicherheitsmerkmal verwendete
magnetische Material kann verschiedene Formen annehmen.
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Bei einem typischen Beispiel umfasst
das halbweichmagnetische Sicherheitsmerkmal eine Anzahl von Fasern,
wie es in den oben genannten Patentanmeldungen WO-A-98/26378 und
WO-A-98/26377 beschrieben ist.
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Bei einem anderen Beispiel umfasst
das halbweichmagnetische Sicherheitsmerkmal eine halbweichmagnetische
Dünnschicht.
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In beiden Beispielen ist der Entmagnetisierungsfaktor
N der magnetischen Fasern oder der Dünnschicht sehr niedrig. Der
Entmagnetisierungsfaktor N liegt vorzugsweise zwischen 10–
5 und 10–2 ,
z. B. zwischen 10–
5 und
10–
3 und vorzugsweise zwischen 10–
5 und 10–
2. Ein solch niedriger Entmagnetisierungsfaktor N
bedeutet, dass die effektive magnetische Permeabilität μr' bei der Betriebswechselstromfrequenz
im Vergleich zur Volumenpermeabilität μr nicht
sehr stark reduziert ist und sehr hoch bleibt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst das als Sicherheitsmerkmal verwendete magnetische
Material zwei oder mehr Arten magnetischen Materials mit unterschiedlichen
magnetischen Koerzitivwerten, z. B. zwei oder mehr unterschiedliche
halbweichmagnetische Dünnschichten.
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Im Vergleich zu Sicherheitsmerkmalen,
die nur ein einzelnes halbweichmagnetischen Material mit nur einem
Koerzitivwert umfassen, weist ein derartiges Sicherheitsmerkmal
mit zwei oder mehr unterschiedlichen Koerzitivwerten die folgenden
Vorteile auf:
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- (a) es ist einfacher zu detektieren und von
anderen weichmagnetischen und halbweichmagnetischen Materialien
zu unterscheiden;
- (b) es ist als Sicherheitsmerkmal schwieriger zu kopieren;
- (c) der Detektionsalgorithmus ist schwieriger zu kopieren.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird außerdem
der Pegel des magnetischen Rauschens erfasst. Dieser Pegel des magnetischen
Rauschens wird durch Messen der Schwankung des elektromagnetischen
Detektionssignals bestimmt. Vom Rauschen wird angenommen, dass es
erzeugt wird, wenn das schwankende Erregerfeld unstetige Sprünge der
Magnetisierng aufgrund von Sprüngen
in der Position der Grenzen zwischen benachbarten Domänen bewirkt.
Dieses Phänomen
ist an sich als Barkhausen-Effekt bekannt.
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Die Stärke des magnetischen Rauschens
hängt von
der Stärke
des Feldes und hinsichtlich der Materialien von der Korngröße und Geometrie
der Struktur ab. Es kann daher dazu verwendet werden, bestimmte Materialien
und Bauformen zu identifizieren.
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Das magnetische Rauschen kann durch
Variieren der Dicke, der Zusammensetzung und der Textur sowohl der
Unterlage als auch der magnetischen Schicht des Etikettmaterials
abgestimmt werden. Die Textur der Unterlage, die unter anderem von
der Dicke und Zusammensetzung abhängt, bedingt die Textur in
der magnetischen Schicht, die Pinning-Zentren für die magnetischen Domänenwände ergeben.
Die kleine Dicke der magnetischen Schicht ergibt zudem beträchtliche
Oberflächen-Pinning-Effekte
für die
Domänenwände. Die Unterlage
und die Dünnheit
der magnetischen Schicht ergeben ein magnetisches Rauschen, dass
abgestimmt werden kann.
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Falls der Abstand zwischen den Detektorspulen
und dem Etikett schwankt, wie es zum Beispiel bei einem tragbaren
Lesegerät
der Fall wäre,
würde dies
eine Schwankung des zurückgegebenen
Signals ergeben, die mit den Effekten magnetischen Rauschens verwechselt
werden könnte.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dieser Effekt durch die
Differenzbildung aufeinanderfolgende Einzelmessungen der zurückgegebenen
Signalamplitude in der folgenden Weise wirksam minimiert werden
kann.
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Die Schwankung (V) wird daher nach
folgender Formel berechnet:
wobei n die Zahl der Messungen
der Amplitude des elektromagnetischen Detektionssignals (
20)
ist.
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Bei einer Zahl von fünf (
5)
Einzelmessungen sind dann P1 bis P5 fünf gemessene Werte der Detektionssignalamplitude;
der Schwankungsparameter kann dann berechnet werden als:
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Diese Berechnung weist den Vorteil
auf, dass lineare Amplitudenschwankungen eliminiert werden. In der
Praxis stellt es sich heraus, dass für ein tragbares Lesegerät eine Abtastrate
für das
Signal bestimmt werden kann, die niedrig genug ist, um den Effekt
magnetischen Rauschens zu sehen, die aber schnell genug ist, dass
die Schwankungen aufgrund der Bewegung des Detektors relativ zu
dem Etikett eine nahezu lineare Beziehung zwischen aufeinaderfolgenden
Messungen ergibt.
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Es kann wünschenswert sein, die Messung
auf mehr oder weniger als fünf
Einzelmessungen zu stützen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen
ausführlicher
beschrieben: 1 vergleicht
ein von einem weichmagnetischen Material kommendes dB/dt-Signal
mit einem von einem halbweichmagnetischen Material kommenden dB/dt-Signal.
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2 veranschaulicht,
welche Werte bei einem erfindungsgemäßen Detektionsverfahren auf
einer dB/dt-Kurve gemessen werden können.
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3 veranschaulicht
die Definition des Sättigungsmagnetfelds
Hs.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung In einer Detektorvorrichtung werden eine oder mehrere
Spulen, die Erregerspulen, mit einem Wechselstrom betrieben, um
die Sicherheitselemente sowohl für
positive als auch für
negative Magnetfelder zur Sättigung
zu bringen. Eine oder mehrere Spulen, die Detektionsspulen, werden
dazu verwendet, das zurückgeschickte
Signal zu erfassen, das proportional zu der Änderungsrate des magnetischen
Flusses mit der Zeit ist (dB(t)/dt). Eine Signal verarbeitende Elektronik wird
dann dazu verwendet, die Signale zu verarbeiten und zu analysieren
und ein Indikatorsignal bereitzustellen, das sichtbar oder hörbar sein
kann, wenn Materialien mit den korrekten magnetischen Eigenschaften
sich in dem Erregungsfeld befinden.
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1 zeigt
zeitliche Auftragungen 10 und 20 von typischen
dB (t)/dt-Signalen, die von zwei magnetischen Materialien mit unterschiedlichen
magnetischen Eigenschaften empfangen werden. Es zeigt sich, dass die
zwei Materialien beide unterschiedliche Formen aufweisen und dass
sie in unterschiedlichen Entfernungen entlang der Zeitachse auftreten,
die auf den Erregungsstrom in den Erregerspulen bezogen ist. In
dieser Auftragung entsprechen die Spitzen des Signals der maximalen
Steigung der B-H-Schleife. Das der Auftragung 10 entsprechende
Material ist ein weichmagnetisches Material; das der Auftragung 20 entsprechende
Material ist ein halbweichmagnetisches Material.
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2 zeigt
eine zeitliche Auftragung 20 eines typischen dB (t)/dt-Signals,
das von einem halbweichmagnetischen Material empfangen wird, und
einer Rechteckwelle 30. Diese Rechteckwelle 30 wird
aus dem sinusförmigen
Erregungsstrom der Erregerspulen abgeleitet. Diese Rechteckwelle 30 wird
dazu verwendet, Referenzpunkte zum Starten der Messung des A-Werts
und des B-Werts bereitzustellen. Der erste Referenzpunkt für den A-Wert
fällt mit
dem Punkt zusammen, an dem das Erregungssignal beginnt positiv zu
werden (Beginn der positiven Rechteckwelle). Der zweite Referenzpunkt
für den
B-Wert fällt
mit dem Punkt zusammen, an dem das Erregungssignal beginnt negativ
zu werden (Beginn der negativen Rechteckwelle).
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Sowohl der A-Wert als auch der B-Wert
sind Zeit- oder relative Phasenverschiebungen zwischen Referenzpunkten
des Erregungssignals und einem Punkt, an dem in dB (t)/dt die Spitzen
auftreten. Hinsichtlich der Signalverarbeitung hat es sich als praktisch
herausgestellt, den A-Wert und B-Wert zu summieren, um einen Hinweis
auf die magnetische Härte
des detektierten Materials zu erhalten. Auch die Höhe C der
Spitzen des dB (t)/dt-Signals wird gemessen. Nur Messungen von C
in einem bestimmten Amplitudenbereich werden weiterverarbeitet,
da Messungen von C, die außerhalb
des Bereichs liegen, anzeigen, dass der detektierte Artikel zu entfernt
oder zu nah ist. Die Höhe
von C liefert Information über
die Entfernung oder Orientierung des magnetischen Materials. Da
die Entfernung oder Orientierung des magnetischen Materials angezeigt
wird, kann das Detektionsverfahren ein handgehaltenes Verfahren
sein. Falls alternativ eine erhöhte
Messgenauigkeit erforderlich ist, kann eine Konfiguration verwendet
werden, bei der die Entfernung und Orientierung des Materials von
dem Signalerregungsund -erfassungsmittel bekannt sind. Die Messung
der magnetischen Härte kann
verlässlich
auf der Summe der oben genannten A- und B-Werte beruhen. Bei der
Anwendung dieses Verfahrens hat sich herausgestellt, dass es möglich ist,
die Effekte äußerer Felder
zu minimieren und eine zuverlässige
Unterscheidung zwischen Materialien unterschiedlicher Härte zu erzielen.
Diese Zuverlässigkeit
kann wie folgt erklärt
werden. Der A-Wert ist das Zeitintervall zwischen einem Referenzpunkt
und einer positiven Spitze und der B-Wert ist das Zeitintervall
zwischen einem Referenzpunkt und einer negativen Spitze. Auf diese
Weise werden alle äußeren Magnetfelder
kompensiert.
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Es hat sich herausgestellt, dass
die Einfügung
eines Parameters, der auf der Form der positiven und oder negativen
Pulse des dB (t)/dt-Signals beruht, in den Erkennungsalgorithms
zu einer weiteren Verbesserung für
die Fähigkeit
führen
kann, Materialien zu unterscheiden. Ein Beispiel für diesen
Parameter ist die Breite D der Spitze auf einem oder mehreren Pegeln
des dB (t)/dt-Signals. Die Messung von D ist ein guter Weg, um zu
ermitteln, ob das zurückgegebene
Signal von einem großen
Objekt aus üblichem
ferromagnetischen Material, wie beispielsweise Eisen, kommt. Magnetisch
harte Materialien, wie beispielsweise Eisen, werden durch das Detektorfeld
nicht gesättigt
werden, sondern werden ein großes
sinusföriges
Signal zurückgeben. Die
Form der von Eisen zurückgegebenen
dB (t)/dt-Signale ist viel abgerundeter als die der Signale von
weichmagnetischen Materialien, wie in den 1 und 2 gezeigt
ist. Um die Konsistenz der Breitenmessung für verschieden Höhen des
zurückgegebenen
Signals zu verbessern, ist es günstig,
eine Schaltung zu verwenden, die den Spitzenwert verfolgt und dann
die Breite an einem oder mehreren festen Bruchteilen des Spitzenwerts misst.
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Falls das Sicherheitsmerkmal aus
verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften
aufgebaut ist, und insbesondere falls diese Eigenschaft das magnetische
Feld ist, das erforderlich ist, um sie zur Sättigung zu bringen, dann wird
das zurückgegebene
Signal Änderungen
in der Form zeigen, wenn ein Material sättigt. Wegen der unterschiedlichen
magnetischen Eigenschaften wird in der Tat eine doppelt oder dreifach überlagerte
B-H-Hysteresekurve
erhalten. Die ferromagnetische Kopplung zwischen den verschiedenen
magnetischen Materialien beeinflusst diese Kurve ebenso; dies bedeutet,
dass die isoliert erfassten Koerzitivwerte der verschiedenen Materialien
durch die Kombination der Materialien verändert wird. Für den Fall
von Dünnschichten
hängt diese
ferromagnetische Kopplung stark von der Dicke der Schichten ab, so
dass eine große
Vielzahl von Sicherheitsmerkmalen erhalten werden kann.
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Die relativen Positionen der Formänderungen
der B-H-Kurve kann
auf die gleiche Weise verwendet werden, wie für die einzelnen Materialien,
um Parameter zu bestimmen, die proportional zu der Härte der
Materialien sind. Ein Beispiel eines derartigen Sicherheitsmerkmals
ist eine Kombination einer CoFeNiMoSiB-Dünnschicht mit einer Dünnschicht
aus einer amorphen CoXZryNbZ-Legierung .
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Wie allgemein bekannt ist, können die
magnetischen Eigenschaften des Materials durch den Formfaktor (das
Verhältnis
von Länge
zur Querschnittsfläche)
stark beeinträchtigt
werden. Falls zum Beispiel das Sicherheitsmerkmal die Form magnetischer
Fasern aus hochpermeablem Material hat, dann kann das Feld, bei dem
sie sättigen
werden, durch Änderung
des Verhältnisses
von Länge
zu Durchmesser kontrolliert werden. Die Änderung der Orientierng der
Fasern relativ zum magnetischen Feld wird jedoch ebenso das Feld ändern, bei
dem sie sättigen
werden, und dies muss daher bei der Interpretation der Signale von
der Lesevorrichtung berücksichtigt
werden. Falls beispielswiese die Fasern zufällig in dem Substrat verteilt
sind, muss das minimale Sättigungfeld
extrahiert werden, um die Art des vorhandenen Materials zu bestimmen.
Eine Alternative wäre es,
die Fasern so zu orientieren, dass sie zu dem abfragenden Magnetfeld
ausgerichtet sind.
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Falls das Sicherheitsmerkmal aus
einer Materialkombination besteht, die eine signifikante Anisotropie zwischen
dem Sättigungsfeld
in der harten und der weichen Richtung zeigt, und diese Materialien
mit ihrer weichen Achse in einem Bereich diskreter Winkel angeordnet
sind, dann wird das Signal von einer Relativdrehung zwischen dem
Detektor und dem Material Spitzen aufweisen, wenn das Erregerfeld
zu jeder der weichen Achsenrichtungen ausgerichtet ist. Dieser Ansatz
kann dazu verwendet werden, um ein kodiertes Signal zu erzeugen.
Der Referenzpunkt für
das kodierte Signal könnte
eine Schicht mit einer größeren Dicke
oder Permeabilität
sein, die hier ein größeres Signal
geben würde
als die anderen Schichten, oder es könnte über ein optisches Sicherheitsmerkmal
und ein zugehöriges
Sensorsystem geschehen. Eine Alternative wäre es, die Formanisotropie
von magnetischen Fasern zu nutzen, die dann in einer Reihe von diskreten
Winkeln in dem Substrat ausgerichtet sein könnten, um den gleichen Effekt
wie oben beschrieben zu ergeben.
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3 veranschaulicht
die Definition des Sättigungsmagnetfelds
HS, das dazu verwendet wird, zwischen dem
weichmagnetischen und dem halbweichmagnetischen Material zu unterscheiden.
Der Begriff "Sättigungsmagnetfeld
Hs" wird
hier als das angelegte Magnetfeld beim Einsetzen der Flussdichte
in ferromagnetischen Partikeln definiert, über dem die Änderung
der Flussdichte in den Partikeln mit dem angelegten Feld im Wesentlichen
nicht-linear wird, wie durch die BH-Kurve 40 dargestellt
ist.
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Als ein Beispiel für die bevorzugte
Ausführungsform
für das
Messen der Veränderlichkeit
des Detektionssignals können
Dünnschichten
aus ferromagnetischen Legierungen durch Gleichstrom- oder Wechselstrom-
oder HF-Sputtern hergestellt werden, um insbesondere große Effekte
magnetischen Rauschens zu erzeugen, die bei anderen Materialien
nicht anzutreffen sind. Um dies zu veranschaulichen, zeigt die unten
stehende Tabelle Beispiele der magnetischen Rauschparameter für unterschiedliche
weichmagnetische Materialien, die bei Etiketten von elektronischen
Warenüberwachngssystemen
(EAS) verwendet werden, im Vergleich zu neuen, auf Gleichstrom-Sputtern
basierenden Dünnschichtmaterialien.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung verwendet die Detektionsvorrichtung ein sinusförmiges Erregerfeld,
das an das Etikett aus einer Ferrit-Kern-Anordnung angelegt wird.
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Zusätzliche Spulen auf der Anordnung
werden dazu verwendet, um das von dem Etikett zurückgegebene
Signal zu detektieren, das proportional zu der Änderungsrate des induzierten
magnetischen Flusses ist, das heißt zu dB/dt.
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Bei dieser Anordnung wird das Feld
aus den Erregerspulen direkt in die Detektorspulen gekoppelt. Das Signal
bei der Fundamentalfrequenz, das in den Detektorspulen induziert
wird, ist somit viel höher
als das zurückgegebene
Signal. Es ist daher schwierig, dieses Signal zu isolieren.
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Es hat sich herausgestellt, dass
ein besonders einfacher und effizienter Weg zur Isolierung des zurückgegebenen
Signals darin besteht, zuerst die wechselweise Induktion zwischen
den Erreger- und Aufnahmespulen zu minimieren, eine Sättigung
des Signalverstärkers
zu vermeiden und dann eine elektronische Filterung einzusetzen.
Die Methode beruht auf dem Umstand, dass das elektronische System,
das einen Sinusoszillator und die Erregerspulenanordnung beinhaltet,
so ausgelegt werden kann, dass es vernachlässigbare Harmonische 2-ter
oder höherer
Ordnung ergibt. Im Vergleich dazu weist das von einem Etikett zurückgegebene
Signal, das durch das angelegte Feld gesättigt wird, einen großen Betrag
seiner Energie in den Harmonischen auf. Ein scharfes Hochpassfilter
kann daher dafür
ausgelegt werden, das Signal von dem Etikett von demjenigen, das
aus der direkten Kopplung aus dem Erregerfeld folgt, zu isolieren.
Alternativ wird bei einer bevorzugten Ausführungsform ein tiefes Kerbfilter
für die
Fundamentale verwendet. Das Filter ist dafür ausgelegt, eine konstante
Zeitverzögerung
für die
höheren
Harmonischen bis zur 10-ten Harmonischen oder mehr aufzuweisen.
Das dB/dt-Signal durchläuft
somit eine feste Zeitverzögerung,
ohne aber unnötig
verzerrt zu werden.
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Nach dem Filtern kann das zurückgegebene
Signal dann verstärkt
und in die elektronischen Schaltungen eingespeist werden, die die
Amplitude und die relative zeitliche Lage und Breite des dB/dt-Signals
messen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform verarbeitet eine
Mikroprozessorschaltung dann die Signale und ein Softwarealgorithmus
bestimmt, welche Art von Material vorliegt. Falls die Eigenschaften
mit dem neuen Etikettmaterial übereinstimmen,
dann wird ein Ausgangsimpuls erzeugt, um einen Hubton zu erzeugen
oder eine LED anzuschalten.
