DE69500200T2

DE69500200T2 - Elektronisches Etikett und Vorrichtung zur kontaktlosen Identifizierung von Objekten, insbesondere von metallischen Objekten

Info

Publication number: DE69500200T2
Application number: DE69500200T
Authority: DE
Inventors: Didier Serra
Original assignee: Gemplus Card International SA
Current assignee: Gemplus SA
Priority date: 1994-08-10
Filing date: 1995-07-25
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2015-07-26
Also published as: EP0696778B1; ES2100763T3; FR2723654B1; DE69500200D1; US5587578A; JPH08202838A; EP0696778A1; FR2723654A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronisches Etikett und ein System zur kontaktlosen Identifizierung von Objekten, insbesondere metallischen Objekten wie z.B. Gasflaschen.
Es ist bekannt, um solche Objekte ausfindig zu machen und zu identifizieren, ihnen elektronische Etiketten anzuheften. Ein solches Etikett ist versehen mit einer Vorrichtung zum Empfang und zum Aussenden elektromagnetischer Wellen, die mit einem elektronischen Modul gekoppelt ist, das die Verarbeitung der empfangenen Signale und das Aussenden anderer ermöglicht, die insbesondere ein Signal zur Identifizierung des Etiketts und daher des Objekts darstellen, an dem dieses angebracht ist. Im übrigen umfaßt das System ein Lesegerät mit einer Sende-/Empfangs-Einrichtung für elektromagnetische Wellen für die Übermittlung von Informationen zwischen einem Datenanschluß und dem elektronischen Etikett.
Das Lesegerät hat mehrere Funktionen und dient insbesondere dazu,
- an das Etikett die notwendige Energie für seine Funktion zu übertragen, wobei das Etikett ohne eine spezielle autonome Energiequelle ist,
- an das Etikett Daten vom Anschluß zu übertragen, wobei diese Daten eventuell in einen Speicher einschreibbar sind, mit dem das Etikett ausgestattet ist,
- Daten zu empfangen, die von dem Etikett kommen und für es bestimmt sind, insbesondere die Identifizierung betreffend.
Um die verschiedenen Übertragungen durchzuführen, umfaßt die Sende-/Empfangs-Einrichtung des Lesegerätes eine Antenne z.B. in Form einer Spule mit einem Ferritkern, die zum Senden und Empfangen dient.
Das Etikett umfaßt außerdem eine Antenne zum Empfangen der elektromagnetischen Wellen, die vom Lesegerät ausgesendet werden, wobei dieselbe Antenne gleichfalls für das Aussenden von Daten an das Lesegerät dient. Beim Empfang stellt die Antenne eine induktive Empfangsvorrichtung für die Energie vom Lesegerät dar, genau wie eine Vorrichtung zum Empfang von von diesem ausgesendeten Daten. Die Antenne ist mit einem elektronischen Schaltkreis verbunden, z.B. einem elektronischen "Chip", der die notwendigen Vorrichtungen für die Demodulation der über die Antenne empfangenen Signale, für die Dekodierung und ihre Abspeicherung aufweist, wie die Kodierung und die Modulation der rückzuübertragenden Signale.
Ein größeres Problem bei diesen Systemen ist es, daß das Etikett die für seine Funktion notwendige Energie mit einem maximalen Wirkungsgrad empfangen kann, so daß die Leistung der elektromagnetischen Abstrahlung vom Lesegerät und der Aufwand bei den Antennen reduziert werden kann, und daß eine Übertragung von Energie und von Signalen möglich ist, ohne daß man auf die Übertragung über außerordentlich kurze Distanzen eingeschränkt ist.
Um dieses Problem zu lösen, wurde bereits vorgeschlagen, eine Etikettenantenne in Form eines Ferrittopfes aus einem Stück Ferrit in zylindrischer Form einzusetzen, das auf einer seiner ebenen Flächen eine kreisförmige Nut aufweist, in welcher sich eine Spule befindet. Eine solche Antenne ist notwendigerweise am zu identifizierenden Objekt mit der senkrechten Achse auf der Oberfläche des Objekts befestigt und stellt folglich mit einer relativ großen Höhe des Ferrittopfes in axialer Richtung ein störendes Hindernis dar. Um dieses zu vermeiden, wird das Etikett bekanntermaßen in die Oberfläche des Objektes eingebaut. Zum Beispiel werden bekanntermaßen Etiketten dieses Typs in einer Vertiefung im Knauf des Hahnes der Gasflasche untergebracht. Aus diesem Grund muß die Antenne notwendigerweise kleine Abmessungen haben.
Die Antenne des Lesegerätes besteht in ähnlicher Weise aus einer Spule, deren Achse im wesentlichen in der Richtung der Achse der Antenne des Etikettes ausgerichtet sein muß, um die bestmögliche Übertragung von Energie zu sichern. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, ist eine Lösung praktisch nicht durchführbar, die darin bestünde die Außenabmessungen der Etikettenantenne zu vergrößern, um mehr Flußlinien vom Lesegerät einzufangen, da dies ein größeres Hindernis darstellte. Es hat sich so erwiesen, daß der Abstand zwischen Lesegerät und Etikett bei einem solchen System 5 mm nicht sehr übersteigen darf.
Eine andere vorgeschlagene Lösung besteht darin, die Etikettenantenne in Form einer Spule herzustellen, die einen länglichen Ferritstab, z.B. 15 mm lang mit einem Durchmesser von 3 mm, umwickelt.
Damit die Flußlinien des magnetischen Feldes durch den Ferritstab in axialer Richtung der Spule hindurchtreten, muß diese im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Objektes orientiert sein, auf welcher das Etikett angebracht ist. Ein erster Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß für die Übertragung von Energie und Daten zwischen Lesegerät obigen Typs und Etikette die Antenne des Lesegerätes in der Weise orientiert sein muß, daß ihre Achse im wesentlichen in axialer Richtung der Spule der Antenne des Etiketts ausgerichtet ist. Das führt dazu, daß es unmöglich ist, das Etikett sicher zu lesen, ohne daß die relative Orientierung dieses gegenüber dem Lesegerät überwacht wird. Darüber hinaus ist es notwendig, das Etikett an einem Ort zu plazieren, wo es mechanisch geschützt ist. Für Gasflaschen wird dies dadurch erreicht, daß das Etikett in der Nähe des Hahns angeordnet wird, im Inneren der Schutzglocke desselben und in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Achse der Flasche steht. Um eine gute Energieübertragung zwischen Lesegerät und Etikettenantenne sicherzustellen, wäre es notig, die Antenne des Lesegerätes axial mit der des Etiketts auszurichten, was im Inneren der Glocke wegen der Enge praktisch unmöglich ist, und wenn das Lesegerät außerhalb der Glocke angeordnet ist, bildet diese einen Schirm, der die Übertragung stark behindert.
Obgleich die Etiketten mit einer Antenne vom Typ des Ferritstabes gewisse Vorteile bietet, insbesondere was das Einbauvolumen betrifft, ist jedoch ihr Auslesen durch ein Lesegerät mit einer klassischen Antenne nicht sicher und einfach möglich, wenn sie an zahlreichen Objekten angebracht werden und insbesondere an Gasflaschen.
Um die obigen Probleme zu beseitigen und eine sichere Identifizierung von Objekten mit elektronischen Etiketten unter gleichzeitiger Verminderung der Einschränkungen beim Lesen der Etiketten zu ermöglichen, hat der Erfinder bereits eine Lösung entwickelt, die in EP-A-0 662 666 beschrieben ist und umfaßt:
- ein Etikett mit einer Spule mit Achse und
- ein Lesegerät mit einer oder mehreren Sende-/Empfangs- Einrichtungen, winkelmäßig um eine Medianachse herum angeordnet, wobei jede Sende-/Empfangs-Einrichtung des Lesegerätes zwei im wesentlichen parallele Streben umfaßt, auf welchen jeweils zwei Spulen aufgewickelt sind, deren jeweilige Enden sich in derselben Ebene befinden und zwei im wesentlichen parallele Pole bilden und in der genannten Ebene angeordnet sind, im wesentlichen senkrecht zu den genannten Achsen in einer Anordnung, so daß das erzeugte Feld in den beiden Streben entgegengerichtet ist, derart daß wenigstens ein Teil der Linien des genannten magnetischen Feldes sich in dem magnetischen Kreis schließen kann, wobei es durch die Spule des Etiketts in der Richtung der Achse der genannten Spule verläuft, wenn das Lesegerät in die Nähe des genannten Etiketts gebracht wird.
Das System hat den Vorteil, daß die beiden Spulen so gewikkelt sind, daß sie einen magnetischen Fluß jeweils entgegengesetzter Richtung durch die Spule des Etiketts erzeugen, wodurch die übertragene Leistung und Empfindlichkeit beim Empfang praktisch verdoppelt werden.
Dank dieses Systems ist es möglich, zuverlässig ein elektronisches Etikett mit einer Antenne vom Typ Ferritstab, die parallel gegen oder in der Nähe der Oberfläche eines Objekts angebracht ist, zu lesen, da man das Lesegerät im wesentlichen senkrecht in die Nähe zu dieser Oberfläche bringen kann und insbesondere auch dann, wenn Schutzvorrichtungen das Etikett umschließen, wie es der Fall z.B. bei Gasflaschen ist, die Schutzglocken tragen.
Der Erfinder hat außerdem in EP-A-0 662 666 ein elektronisches Etikett vorgeschlagen, das eine Schicht aus amagnetischer und elektrisch leitender metallischer Legierung umfaßt, wobei sich die genannte Antenne in direkter Nähe der genannten Schicht erstreckt und die Achse der Spule parallel zu ihr liegt.
Beim Lesen eines Etiketts mit einer Antenne in Form einer Spule, die um einen Ferritstab gewickelt ist, der parallel zur Oberfläche des Objekts liegt, passiert der Magnetfluß, der vom Lesegerät ausgeht, tatsächlich teilweise die Seite der Antenne, wodurch sich ein Streufluß ergibt, trotz der Konzentrationseigenschaften des Ferritstabes für den Fluß. Abhängig von der Natur des Materials des Objekts kann dieser Streufluß stark verändert werden, was folglich zur Störung des Flusses durch den Ferritstab führt. Wenn so z.B. das Objekt aus magnetischem Material besteht, z.B. aus Eisen, wird ein großer Teil des ausgehenden Flusses in dieses Material eindringen, was den Teil des Flusses durch das Ferrit des Etiketts beeinträchtigt. Umgekehrt, wenn das Material des Objektes nichtmagnetisch ist, reagiert es wie ein Reflektor für das magnetische Feld, die Linien des reflektierten Feldes stören das ausgehende Feld in der Nähe der Antenne, wodurch das Risiko besteht, daß Interferenzen in Form von Knoten oder Auslöschungen des Feldes hervorgerufen werden. Folglich sind die durch das Etikett empfangene Energie und das allgemeine Verhalten desselben in Abhängigkeit von dem das Objekt bildenden Materials variabel, was Variationen der Lesebedingungen und insbesondere der akzeptablen Distanz zwischen Lesegerät und Etikett bewirkt.
Das oben definierte Etikett erlaubt es, dieses Problem zu lösen, indem das Verhalten des Etiketts unabhängig gemacht wird von der Natur des Trägers, auf welchem es befestigt ist, wobei die Schicht des nichtmagnetischen Leitermatenals die Rolle eines Schirms spielt, der immer auf die gleiche Art agiert, was auch das darunterliegende Material sei.
Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, das Etikett und das obige System zu verbessern und eine noch sicherere Identifizierung von Objekten mit elektronischen Etiketten bei Verminderung der Einschränkungen des Lesens dieser Etikette zu erzielen.
Mit diesen Überlegungen bezieht sich die Erfindung auf ein elektronisches Etikett für ein System zur Identifizierung eines Objektes mit einem solchen Etikett, das ein Elektronikmodul umfaßt, welches mit einer Antenne zum Empfang und zum Senden elektromagnetischer Wellen gekoppelt ist, wobei die Antenne eine Spule mit einer Achse aufweist, die um einen Stab aus Ferrit gewickelt ist, der in Richtung der Achse verlängert ist, dadurch gekennzeichnet, daß es ein erstes Blatt aus einem Material aufweist, das für magnetische Felder einen Leiter mit kleinem Koerzitiv-Feld darstellt, wobei sich die Antenne in unmittelbarer Nachbarschaft zu diesem Blatt befindet, wobei die Achse der Spule parallel zu diesem verläuft.
Das erfindungsgemäße Etikett soll daher die Konzentrationsfähigkeit des Etiketts für den Fluß verbessern, indem ein Blatt aus einer magnetischen Legierung, vorzugsweise ein starker Magnetfeldleiter, mit schwachem Koerzitiv-Feld (z.B. vom Typ Mumetall) angeordnet wird, um die Feldlinien zum Etikett hin abzuleiten. Dieses erlaubt es, bei gleicher Distanz zwischen Lesegerät und Etikett die durch das Etikett empfangene Leistung zu vergrößern und bei gleicher empfangener Leistung das Lesegerät in einem größeren Abstand aufzubauen. Andererseits verbessert sie die Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen durch von der Umwelt ausgehende Störungen auf das Etikett (das Vorhandensein eines Hahns in einer Gasflasche zum Beispiel).
Der Erfindung liegt ebenso als Aufgabe zugrunde, ein System für die Identifizierung von Objekten anzugeben, die mit einer Schutzglocke umgeben sind und einerseits ein elektronisches Etikett mit einer Antenne zum Empfangen und Senden von elektromagnetischen Wellen sowie einer Spule mit einer Achse, die im wesentlichen parallel zur Oberfläche des zu identifizierenden Rezipienten ist und andererseits ein Lesegerät für Etiketten, das mit einem Datenanschluß versehen ist und eine Vorrichtung zum Senden/Empfangen dieser Wellen aufweist, umfassend Vorrichtungen zum Erzeugen eines magnetischen Feldes in einem magnetischen Kreis, umfaßt, wobei der magnetische Kreis zwei Streben, die mit im wesentlichen parallelen Achsen voneinander beabstandet sind, deren jeweilige Enden sich in derselben Ebene befinden, welche im wesentlichen senkrecht zu den Achsen der Streben verläuft, und die zwei Pole bilden, umfaßt, wobei der Abstand zwischen den Polen derart ist, daß wenigstens teilweise die Magnetfeldlinien sich in dem Magnetfeld schließen können, indem sie durch die Spule des Etiketts in Richtung der Achse der Spule verlaufen, wenn das Lesegerät in der Nähe des Etiketts angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-/Empfangs-Einrichtung Platten aus einem das Magnetfeld leitenden Material mit schwachem Koerzitiv-Feld umfaßt, die im wesentlichen parallel zu den Stäben, zwischen den Stäben und der Schutzglocke angeordnet sind.
So soll das System gemäß Erfindung Platten aus Material vom Mumetall-Typ aufweisen, um eine Abschirmung zwischen den Streben und der Schutzglocke zu bilden. Diese Blätter konzentrieren den Streufluß, Ursache für Störungen (Fehlanpassung der Antennen), die normalerweise auf die Glocke gelenkt werden, wobei dieser Fluß durch die Schräge der Blätter in die Streben wieder eingeführt wird.
Schließlich hat die Erfindung außerdem zur Aufgabe, ein System wie es oben definiert wurde anzugeben, für die Identifizierung von durch einen Hahn, der von einer Schutzglocke umgeben ist, geschlossenen Rezipienten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Etikett umfaßt:
- eine Schicht aus Isoliermaterial, das sich am Grund der Glocke um den Hahn herum parallel zur Oberfläche des Behälters befindet,
- ein Elektronikmodul mit einer dazugehörigen Antenne mit einer Spule, die auf einen Ferritstab gewickelt ist, wobei die Antenne auf der Schicht aus Isoliermaterial parallel zur Oberfläche der letzteren befestigt ist, und
- ein erstes Blatt aus das Magnetfeld leitendem Material mit schwachem Koerzitiv-Feld oberhalb der Antenne parallel zu der Schicht (5).
Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der folgenden Beschreibung eines Beispiels eines Systems zur Identifizierung von Gasflaschen und eines Etiketts für solche Flaschen gemäß der Erfindung.
Dabei bezieht man sich auf die beigefügten Zeichnungen, bei denen:
Fig. 1 schematisch das Lesegerät beim Lesen eines Etiketts, das an einer Gasflasche befestigt ist, darstellt,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Etikett ist,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in Fig. 2 ist,
Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau einer besonderen Anordnung von Lesegerätspulen für den Fall zeigt, daß das Lesegerät zwei Sende-/Empfangs-Einrichtungen umfaßt,
Fig. 5 ein elektrischer Schaltplan des Lesegerätes ist, wenn dieses mehrere austauschbare Sende-/Empfangs-Einrichtungen umfaßt.
In Fig. 1 ist der obere Teil einer Gasflasche 1 mit Hahn 2 und Schutzglocke 3 um den Hahn herum dargestellt.
Ein elektronisches Etikett 4 befindet sich auf dem Boden der Glocke an der Wand 11 der Flasche 1.
Wie deutlicher wird in Fig. 2 und 3, umfaßt das Etikett 4 einen Stapel von aufeinanderfolgenden Schichten aus:
- einem flachen Ring 5 aus Plastik, an der Flasche befestigt und das Verbindungsstück des Hahns 2 umgebend,
- einem Blatt 10 aus Material, das amagnetisch ist und einen geringen elektrischen Widerstand hat,
- einer Antenne 6 zum Empfangen und Senden von elektromagnetischen Wellen in Form einer Spule 7 um einen Ferritstab 8 herum, die sich entlang der Achse X erstreckt und mit einem elektronischen Modul 9 gekoppelt ist, wie einem Chip in einem integrierten Schaltkreis, das vom bekannten Typ sein kann, um die Identifizierung des Etiketts zu ermöglichen. Die Antenne erstreckt sich in axialer Richtung X des Stabes parallel zur Oberfläche des Ringes 5 und daher im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Wand 11 der Flasche und entlang einer Tangentialrichtung in bezug auf den genannten Ring,
- einem Blatt 60 aus einem stark magnetfeldleitenden Material mit schwachem Koerzitiv-Feld (oder vernachlässigbar kleinem). Typischerweise wird das verwendete Material eine Legierung vom Mumetalltyp sein. Die Einheit der Antenne 6 und des Blattes 60 ist vorzugsweise ummantelt durch oder eingebettet in ein isolierendes Material 12, z.B. Plastik, um einen Schutz der Antenne und des Blattes 60 zu bewirken.
Beim Lesen eines Etiketts mit Antenne in Form einer Spule um einen Ferritstab parallel zur Oberfläche des Objekts tritt der Magnetfluß von dem Lesegerät teilweise durch die Seite der Antenne hindurch, einen Streufluß trotz der Konzentrationseigenschaften des Ferritstabes für den Fluß bildend. In Abhängigkeit von der Natur des Materials des Objekts kann der Streufluß stark beeinflußt werden, was in der Folge zu einer Störung des Flusses durch den Ferritstab führt. Wenn z.B. daher das Objekt aus magnetischem Material besteht, beispielsweise Eisen, wird ein großer Teil des Flusses in dieses Material eindringen, was den Anteil des Flusses stört, der durch das Ferrit des Etiketts hindurchtritt. Wenn umgekehrt das Material des Objekts nichtmagnetisch ist, reagiert es wie ein Reflektor für das magnetische Feld, die gedachten Feldlinien stören das emittierte Feld in der Nähe der Antenne und es besteht das Risiko, daß durch Interferenzen Knoten oder Auslöschungen des Feldes hervorgerufen werden. Folglich hängen daher die durch das Etikett empfangene Energie und das allgemeine Verhalten desselben stark ab von dem Grundmaterial des Objekts, was Auswirkungen auf die Lesebedingungen und insbesondere den akzeptablen Abstand zwischen Lesegerät und Etikett hat.
Das Blatt 60 erstreckt sich über die Etiketteinheit und vorzugsweise über die Enden des Ferritstabes 8. Das Vorhandensein dieses Blattes 60 äußert sich in der Deformierung des Magnetflusses vom Lesegerät in einer Richtung, so daß es zu einer Verstärkung der Zahl der Feldlinien durch das Etikett und daher der empfangenen Leistung kommt. Andererseits bildet dieses Blatt 60 eine Abschirmung zwischen Etikett und Hahn. Es ist erstrebenswert, die Dicke dieses Blattes so weit wie möglich zu verringern, um das Vorstehen des Etiketts verringern. Jedoch wird die Dicke wenigstens gleich der Dicke der Haut des magnetischen Materials bei der betrachteten Frequenz sein, damit der Effekt dieser Schicht groß genug ist. Die Dicke der Haut ist definiert als Dicke des Materials, das die elektrische Leitfähigkeit bei einer gegebenen Frequenz sicherstellt.
Der Typ des verwendeten Materials für das Blatt 60 hängt von dem durch das Lesegerät erzeugten Feld ab. Für einen optimalen Wirkungsgrad darf tatsächlich das Material, das verwendet werden soll, nicht unter Einfluß des Feldes, dem es unterworfen werden kann, sättigen. Es existieren mindestens ein Dutzend von Mumetall-Typ-Legierungen, von denen einige unter dem Einfluß des terrestrischen Magnetfeldes sättigen, bis zu Legierungen, die man als unsättigbar bezeichnen kann, bei denen das Feld, dem sie zum Sättigen unterworfen werden müssen, sehr groß ist. Im Rahmen dieser Erfindung wird man vorzugsweise ein durch das Lesegerät erzeugtes Magnetfeld unsättigbares Materials wählen (es handelt sich daher um eine relative Unsättigbarkeit).
Was die Abmessungen des Blattes 60 betrifft, so hängen sie ab von:
- der Überlappungsfrequenz der Antennen, die die Dicke der Haut festlegt,
- dem Durchmesser der Ferrite, der den optimalen Abstand zwischen Antenne und Blatt 60 angibt, und
- Einschränkungen aufgrund des verfügbaren Raumes.
In der Praxis bedeutet dies, daß je geringer der Abstand zwischen Mumetall und Antenne ist und je besser der Ab schirmeffekt wird (man fängt effektiv mehr Streufluß ein) desto weiter jedoch die übertragene Leistung (durch Rückkopplung des Streuflusses in der Antenne) abgesenkt wird.
Bei einer Ausführungsform verwendete der Erfinder ein Blatt aus nicht sättigbarem Mumetall in den Dimensionen des Etiketts mit der Dicke 0,1 mm (für eine Überlappungsfrequenz von 125 kHz) und dem Abstand von 1,1 mm von der Antenne.
In der Theorie ist der optimale Abstand zwischen dem Blatt Mumetall und der Antenne dreimal der Durchmesser des Ferrits. Wenn man einen Ferrit mit 6 mm Durchmesser betrachtet, sieht man schnell, daß dies zu einer sehr großen Dicke des Etiketts (> 24 mm) führen würde. Über Probeabschrägungen hat der Erfinder gezeigt, daß ein Abstand größer als 1 mm ausreichend war.
Das Blatt 10 besteht z.B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und erstreckt sich vorzugsweise über die Enden des Ferritstabes 8 hinaus. Dieses Blatt hat die Aufgabe, einen Reflektionsschirm für Radiofrequenzwellen zu bilden, die durch den Magnetfluß übertragen werden, der durch das Lesegerät während des Lesens des Etiketts oder des Einschreibens in dieses erzeugt wird. Es ist ebenso wünschenswert, diese Dicke soweit wie möglich zu reduzieren, um den Platzbedarf des Etikettes zu beschränken. Jedoch wird die Dicke wenigstens gleich der Dicke der Haut des amagnetischen Materials bei der betrachteten Frequenz sein müssen, damit der Effekt dieser metallischen Schicht signifikant wird. Das Blatt 10 könnte realisiert werden durch die Metallisierung des Ringes oder bei anderen Anwendungen des Trägers der Antenne in einem bekannten Prozeß durch Vakuumabscheidung der genannten amagnetischen metallischen Legierung oder durch jede andere Technik der Ablagerung wie elektrolytischer Ablagerung, chemischer Ablagerung oder Kaschieren eines metallischen Blattes.
In Fig. 1 ist außerdem eine Vorrichtung 21 zum Senden- Empfangen von elektromagnetischen Wellen eines schematisch dargestellten Lesegerätes 20 dargestellt, deren Form dazu geeignet ist, in das Innere der Schutzglocke 3 hineinzuragen. Die Sende-/Empfangs-Einrichtung umfaßt Vorrichtungen zum Erzeugen eines magnetischen Feldes in einem Stück 22 aus magnetischem Material, z.B. in Form eines U mit zwei Streben, die die Zweige 23, 24 des "U" bilden, deren Enden zwei Pole 25, 26 mit axialen Richtungen Y1, Y2 im wesentlichen parallel und in derselben Ebene im wesentlichen senkrecht zu den genannten axialen Richtungen bilden.
Die zwei Pole 25, 26 sind so weit voneinander beabstandet, daß die Linien 27 des Magnetfeldes, die durch den Magnetkreis hindurchtreten, sich beim Durchtritt durch den Ferritstab 8 schließen, wenn das Lesegerät sich dem Etikett nähert. Der Ferritstab trägt so zum Schließen des magnetischen Kreises bei und hat einen Konzentrationseffekt für die Feldlinien und optimiert den Fluß durch die Spule 7 des Etiketts.
Die genannten Vorrichtungen zur Erzeugung des Magnetfeldes bestehen vorzugsweise aus zwei Spulen 28, 29 um die Zweige 23, 24 und in einem geeigneten Sinn, damit der Fluß in dem Magnetkreis umläuft, d.h., daß das durch jede der Spulen erzeugte Feld in den jeweiligen Zweigen entgegengesetzten Sinn hat.
Das Lesegerät umfaßt im übrigen zwei Platten 61 und 62 aus stark magnetfeldleitendem Material mit schwachem Koerzitiv- Feld in der Nähe der Zweige 22 und 23. In der Praxis wird das für die Platten 61 und 62 verwendete Material identisch mit dem für das Blatt 60 verwendeten Material sein, wobei die Platten und das Blatt demselben Magnetfeld unterworfen sind. Diese Platten sind im wesentlichen parallel zu den besagten Streben und jeweils zwischen einer der Streben und der Schutzglocke 3 angeordnet. Sie bilden so eine Abschirmung zwischen den Antennen und der Schutzglocke. Vorzugsweise erstrecken sich die Platten über die Enden der Streben hinaus (5. Fig. 1) und erstrecken sich über eine Breite, die größer als der Durchmesser der Streben ist (s. Fig. 4). Zum Beispiel wird man bei Streben mit 6 mm Durchmesser und 30 mm Höhe Platten von 11 mm Breite auf 35 mm Höhe verwenden. Man verbessert so die Beherrschung der Verluste an den Rändern der Streben. Was die Dicke der Platten und den Abstand Platte-Strebe betrifft, so sind sie denselben Beschränkungen unterworfen wie das Blatt des Etiketts. In der Praxis wird man einen Abstand Platte-Strebe definieren können, der größer ist, wobei die Einschränkungen aufgrund des Platzbedarfes weniger kritisch für das Lesegerät als für das Etikett sind.
Beim Lesen eines Etiketts neigen beim Plazieren des Lesegerätes in der Nähe desselben die Feldlinien dazu, in dem Ferritstab 8 kanalisiert zu werden. Jedoch verteilt sich ein Teil dieser Linien und es existiert daher ein Streufluß, der verlorengeht, welches Phänomen mit dem erfindungsgemäßen Lesegerät um so stärker auftreten kann, je mehr die Anordnung der Pole dazu neigt, ein Spreizen der Feldlinien zwischen diesen hervorzurufen.
In jeder Platte 61 und 62 wird sich ein Feld unter dem Einfluß des erzeugten Feldes durch die Pole ergeben. Das hervorgerufene Feld in jeder Platte wird die entgegengesetzte Richtung wie das hervorgerufene Feld in der Strebe haben, neben der sie sich befindet. Auf diese Art wird bei jeder Strebe der Streufluß in Richtung Schutzglocke die Neigung haben, sich in der an der Strebe angrenzenden Platte zu kanalisieren und in diese zurückzufließen.
Die Dichte des Streuflusses hängt einerseits von der relativen Position des Lesegerätes und des Etiketts ab und andererseits von der Natur der benachbarten Materialien. So wird z.B. in der Nähe einer magnetischen metallischen Masse wie bei einer Eisenflasche der Streufluß, der über diese Masse abgeleitet wird und durch die Magnetisierung dieser verbraucht wird, groß sein und somit den nutzbaren Fluß durch die Spule des Empfängers reduzieren. Dagegen wird das magnetische Feld reflektiert, wenn die metallische Masse amagnetisch ist, wie z.B. bei einer Flasche aus Aluminium.
Aus diesem Grund umfaßt das erfindungsgemäße Etikett das Blatt 60 aus stark magnetischem Material, das einerseits eine Abschirmung zwischen Etikett und Hahn bildet und andererseits es erlaubt, die Feldlinien zum Etikett hin zu kanalisieren.
Das Blatt 10 aus nichtmagnetischem metallischem Leiter bildet einen Schirm und reflektiert das Feld und homogenisiert daher die Sendebedingungen und Empfangsbedingungen, was immer die Natur des Materials des Objekts ist, an welchem das Etikett angebracht ist.
In einer vorherigen Vorrichtung mit nur dem Blatt 10 stellte der Erfinder fest, daß die resonante Überlappungsfrequenz des Schaltkreises, der die Antenne bildet, bestehend aus Spule 7 und Abstimmkapazität, beim Annähern der Antenne an eine Oberfläche eines amagnetischen Materials sich um einen wesentlich niedrigeren Faktor als etwa 10 % ändern konnte, während ohne das Blatt 10 diese Anderung größer als 10 % war.
Mit dem erfindungsgemäßen Etikett mit zusätzlichem Blatt 60 hat der Erfinder festgestellt, daß unter diesen Bedingungen die Änderung nur etwa 1 % beträgt.
Wenn das Lesegerät nur eine einzige Sende-/Empfangs-Einrichtung umfaßt, kann es sein, daß beim Lesen die relative Orientierung der Pole 25, 26 und der Antenne 6 des Etiketts so ist, daß der Fluß durch die Spule 7 des Etiketts unzureichend ist, z.B. wenn wie gestrichelt 6' in Fig. 4 dargestellt die axiale Richtung X der genannten Antenne senkrecht zu der Ebene steht, die die genannten Pole enthält. Es wäre also notwendig, diese Orientierung für das Lesen zu ändern.
Um dieses Problem zu vermeiden umfaßt das Lesegerät vorzugsweise eine zweite Sende-/Empfangs-Einrichtung 30, ebenso aufgebaut wie die 21 in Fig. 1, und winkelmäßig in bezug auf die erste um die Medianachse A der Pole verdreht, so daß die Ebene der Pole 31, 32 der zweiten Vorrichtung ohne Einschränkung als Beispiel senkrecht zu der ersten steht. Selbstverständlich kann man daher zwei Platten 63 und 64 zusätzlich aus Mumetall einsetzen, um eine Abschirmung der zweiten Sende-/Empfangs-Einrichtung 30 gegenüber der Schutzglocke 3 zu bewirken. Was auch die relative Position des Lesegerätes und der Antenne sei, kann so das Lesen durchgeführt werden mit wenigstens einer der Vorrichtungen.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die zwei Spulen Spulen für das Erzeugen entgegengesetzter Magnetflüsse sind, die durch die Spule des Etiketts fließen, wodurch die übertragene Leistung und die Empfindlichkeit beim Empfang praktisch verdoppelt werden.
Es wird so möglich, das Etikett sicher zu lesen, was immer seine Orientierung ist. Wenn beim Lesen die Antenne und das Etikett sich zufällig senkrecht zu der Richtung stehen, die durch die beiden Pole einer der Vorrichtungen definiert wird, stehen, würde dies die Übertragung des Flusses über die Spule erschweren, jedoch könnte diese Übertragung durch eine andere der Vorrichtungen realisiert werden, da diese winkelmäßig verdreht wenigstens teilweise den Fluß über die genannte Spule des Etiketts übertragen könnte.
Man sieht leicht ein, daß das Lesen noch sicherer in jeder Position gemacht werden kann, wenn mehr als zwei Sende-/Empfangs-Einrichtungen verwendet werden, verteilt über verschiedene Positionen, so daß die unterschiedlichen Orientierungen abgedeckt werden, die die Antenne des Etiketts einnehmen kann.
In Fig. 5 ist ein vereinfachtes Blockschema des Lesegerätes dargestellt, das eine solche Vielzahl von Sende-/Empfangs- Einrichtungen und Vorrichtungen zur automatischen Selektion einer der Vorrichtungen aufweist, die das zuverlässige Lesen des Etiketts ermöglicht.
In diesem Schema sind mehrere Sende-/Empfangs-Einrichtungen 21 dargestellt, bezeichnet mit 0, 1, ... n, wobei jede zwei Resonanzschaltkreise 40, 41 aufweist, die parallel geschaltet sind, und die jeweils die Spulen 28, 29 zusammen mit den Kondensatoren 42, 43 aufweisen. Die fettgedruckten Pfeile 44 stellen symbolisch die Übertragung der für die Funktion des elektronischen Etiketts notwendigen Energie dar; die Doppelpfeile 45 stellen ebenso den Austausch von Daten zwischen Lesegerät und Etikett durch Modulation von übertragenen elektromagnetischen Wellen dar.
Jede Vorrichtung 21 für das Senden-Empfangen ist mit einer Leistungsstufe und Modulationsstufe 46 und einer Demodulationsstufe 47 verbunden. Die Ausgänge der Demodulationsstufen 47 sind zusammen an die Filter 48 angeschlossen, von wo die den gelesenen Daten entsprechenden Signale an einen Datenanschluß 49 weitergeleitet werden.
Die Eingänge der Leistungsstufen und Modulationsstufen 44 sind verbunden mit einem Wählschalter 50, der selektiv ihre Versorgung übernimmt und der seinerseits mit dem Anschluß 49 verbunden ist. Jedesmal, wenn beim Lesen die Daten, die über den Anschluß übertragen wurden und von den eingefangenen Signalen von einer der Vorrichtungen 21 stammen, nicht gültig sind, insbesondere weil die Antenne des Etiketts nicht korrekt in bezug auf die genannte Vorrichtung 21 orientiert ist, schickt der Anschluß einen Impuls an den Wählschalter 50, der dann umschaltet, um eine andere Leistungsstufe und Modulationsstufe zu versorgen und daher eine andere Sende-/Empfangs-Einrichtung einzusetzen. Diese Operationen wiederholen sich, bis das Lesen des Etiketts gültig abgeschlossen werden konnte.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die oben nur als Beispiel beschriebenen Vorrichtungen. Insbesondere kann das Etikett in einer anderen Form als der vorher beschriebenen ringförmigen Form realisiert werden und anstelle des Rings 5 eine einfache Platte umfassen, z.B. aus Plastik, die eine Schicht aus Isoliermaterial gegenüber dem Blatt aus amagnetischem Leiter darstellt, deren Seite der Antenne gegenüberliegt. Diese Platte dient als Träger für die Antenne und das elektronische Modul. Diese Platte kann insbesondere unter Beibehaltung einer allgemeinen ringförmigen Form unterbrochen sein, z.B. in Form eines "C", was es vereinfachen würde, sie auf der Flasche um den Hahn herum zu plazieren. Sie kann auch jede andere für das Objekt, an dem das Etikett angebracht werden soll, geeignete Form einnehmen. Das Etikett kann an jedem Objekt angebracht werden, die genannte Platte ermöglicht es darüber hinaus, das Blatt elektrisch vom amagnetischen Material des Leiters des genannten Objektes zu isolieren, insbesondere wenn dieses metallisch ist.

Claims

1. Elektronisches Etikett für ein System zur Identifizierung eines Objekts, das mit einem solchen Etikett ausgestattet ist, das ein Elektronikmodul (9) umfaßt, welches mit einer Antenne (6) zum Empfang und zum Senden elektromagnetischer Wellen gekoppelt ist, wobei die Antenne eine Spule (7) mit einer Achse (X) aufweist, die um einen Stab (8) aus Ferrit gewickelt ist, der in Richtung der Achse verlängert ist, dadurch gekennzeichnet, daß es ein erstes Blatt (60) aus einem Material aufweist, das für magnetische Felder einen Leiter mit kleinem Koerzitiv-Feld darstellt, wobei sich die Antenne in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Blatt befindet, wobei die Achse der Spule parallel zu diesem verläuft.

2. Etikett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein zweites Blatt (10) aus einer metallischen, nichtmagnetischen Legierung, die ein elektrischer Leiter ist, aufweist, das derart angeordnet ist, daß es sich parallel zur Oberfläche des zu identifizierenden Objekts zwischen dieser und der Antenne erstreckt, wobei die Antenne sich in unmittelbarer Nähe zu diesem zweiten Blatt befindet, wobei die Achse der Spule parallel zu diesem verläuft und dieses zweite Blatt von dem ersten Blatt durch die Spule getrennt wird.

3. Etikett nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Schicht (5) aus Isoliermaterial umfaßt, die an dem zweiten Blatt (10) auf der Seite gegenüber der Antenne anliegt.

4. System zur Identifizierung von Objekten, die von einer Schutzglocke umgeben sind, das einerseits ein elektronisches Etikett (4) mit einer Antenne (6) zum Empfang und zum Senden elektromagnetischer Wellen mit einer Spule (7) mit einer Achse (X) im wesentlichen parallel zur Oberfläche des zu identifizierenden Behälters und andererseits ein Lesegerät (20) für dazugehörige Etiketten mit einem Datenanschluß (49) umfaßt und eine Sende-/Empfangs-Einrichtung (21) für diese Wellen mit Vorrichtungen (28, 29) zum Erzeugen eines Magnetfeldes in einem magnetischen Kreis (22) umfaßt, wobei der Magnetkreis zwei Streben (23, 24), die mit im wesentlichen parallelen Achsen (Y1, Y2) voneinander beabstandet sind, deren jeweilige Enden (25, 26) sich in derselben Ebene befinden, welche im wesentlichen senkrecht zu den Achsen der Streben verläuft, und die zwei Pole bilden, umfaßt, wobei der Abstand zwischen den Polen derart ist, daß wenigstens teilweise die Magnetfeldlinien (27) sich in dem Magnetkreis schließen können, indem sie durch die Spule (7) des Etiketts in Richtung der Achse (X) der Spule verlaufen, wenn das Lesegerät in der Nähe des Etiketts angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-/Empfangs-Einrichtung Platten (61, 62) aus einem das Magnetfeld leitenden Material mit schwachem Koerzitiv-Feld umfaßt, die im wesentlichen parallel zu den Stäben zwischen den Stäben und der Schutzglocke angeordnet sind.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Platten bildende Material durch das in dem Magnetkreis erzeugte magnetische Feld nicht sättigbar ist.

6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum Erzeugen des Magnetfeldes zwei Spulen (28, 29), die jeweils auf die zwei Streben gewickelt sind, in der Anordnung umfassen, so daß das erzeugte Feld entgegengesetzte Richtung in den zwei Streben hat.

7. System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lesegerät (20) mehrere Sende-/Empfangs-Einrichtungen (21, 30), die in bezug auf den Winkel um eine Mittelachse (A) versetzt sind, und Vorrichtungen (50) zur automatischen Auswahl umfaßt, um automatisch die Versorgung von einer ersten (21) der Einrichtungen aus eine zweite (30) der Einrichtungen umzuschalten, wenn die durch den Anschluß (49) von der ersten Einrichtung empfangenen Daten nicht akzeptiert werden.

8. System nach einem der Ansprüche 4 bis 7 zur Identifizierung von Behältern (1), die durch einen Hahn (2), der mit einer Schutzglocke (3) umgeben ist, verschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Etikett (4) umfaßt:

eine Schicht (5) aus Isoliermaterial, das sich am Grund der Glocke um den Hahn herum parallel zur Oberfläche des Behälters befindet,

ein Elektronikmodul (9) mit einer dazugehörigen Antenne (6) mit einer Spule (7), die auf einen Ferritstab (8) gewickelt ist, wobei die Antenne (6) auf der Schicht (5) aus Isolieraterial parallel zur Oberfläche der letzteren befestigt ist, und

sich ein erstes Blatt (60) aus das Magnetfeld leitendem Material mit schwachem Koerzitiv-Feld oberhalb der Antenne parallel zu der Schicht (5) aus Isoliermaterial erstreckt.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Etikett (4) ein zweites Blatt (10) aus metallischer, nichtmagnetischer Legierung aufweist, die ein elektrischer Leiter ist, das sich im wesentlichen parallel zu der Schicht (5) aus Isoliermaterial zwischen dieser und der Antenne erstreckt, wobei sich die Antenne (6) in unmittelbarer Nähe des zweiten Blattes erstreckt, wobei die Spule (7) eine Achse (X) parallel zu diesem hat und das zweite Blatt von dem ersten Blatt (60) durch die Spule (7) getrennt wird.