DE69702652T2

DE69702652T2 - Warenüberwachungssystem

Info

Publication number: DE69702652T2
Application number: DE69702652T
Authority: DE
Inventors: Carl Tyr N
Original assignee: RSO Corp NV
Current assignee: RSO Corp NV
Priority date: 1996-02-12
Filing date: 1997-02-11
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: CA2245736C; DE69702652D1; US6137411A; WO1997029464A1; JP2000510618A; ES2151717T3; SE506449C2; CA2245736A1; SE9601033D0; SE9601033L; EP0880763B1; EP0880763A1; EP0999531A1

Description

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Warenüberwachungssystem zur Erfassung der Anwesenheit von Waren in einer Erfassungszone mit wenigstens einer Sendeeinrichtung und wenigstens einer Empfangseinrichtung zum Senden bzw. Empfangen elektromagnetischer Radiofrequenzsignale oder Funksignale innerhalb der Erfassungszone oder in deren Nähe, wobei jeder Artikel einen Sensor aufweist, der als Transponder zum Senden eines elektromagnetischen Radiofrequenz-Antwortsignals an die Empfangseinrichtung arbeitet, wenn von der benannten Sendeeinrichtung ein Signal empfangen wird. Das Dokument US-A- 5 406 262 offenbart ein Beispiel eines solchen Systems.[0001]

Beschreibung des Standes der Technik

Viele Jahre lang ist schon ein wesentliches Bedürfnis an einfachen und dennoch zuverlässigen Überwachungssystemen zur Verfolgung von Objekten oder Waren innerhalb eines gegebenen Bereichs in verschiedenen Geschäfts- und industriellen Anwendungen bemerkt worden. Ein alltägliches Beispiel sind die elektronischen Ladendiebstahls-Sicherungssysteme, die in vielen verschiedenen Abarten erhältlich sind.[0002]
Einer üblichen Art von Warenüberwachungssystem zufolge ist jeder Artikel mit einem kleinen Etikett oder Zeichen versehen, das einen dünnen Metallstreifen mit magnetischen Eigenschaften umfasst. Zu beiden Seiten des Ladenausgangs sind bogenförmige Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes angeordnet, um dazwischen ein Magnetfeld zu erzeugen. Wenn ein Artikel, der gemäss dem oben Gesagten mit einem Diebstahlsicherungsetikett versehen worden ist, zwischen die Bögen gebracht wird, wird der Metallstreifen durch das Magnetfeld beeinflusst, und eine erfassbare physikalische Änderung tritt im Metallstreifen ein. Gewöhnlich wird die Tatsache benutzt, dass ein magnetisches Wechselfeld das magnetische Dipolmoment im Metallstreifen periodisch umkehrt. Alternativ kann der Metallstreifen zu mechanischer Resonanz gezwungen werden, sofern das Material und die Abmessungen des Streifens entsprechend ausgewählt worden sind. Diese physikalischen Veränderungen werden von den Bögen induktiv erkannt, womit ein versuchter Diebstahl aufgezeichnet werden kann. Da das Erfassen durch induktive Mittel erfolgt, haben Diebstahlsicherungssysteme dieser Art einen Erfassungsbereich von nur wenigen Metern, was bedeutet, dass die Diebstahlsicherungsbögen nahe beieinander angeordnet werden müssen, was seinerseits den Ausgang eng und kunden"unfreundlich" macht.[0003]
Zusätzlich sind verschiedene Diebstahlsicherungssysteme eines fortgeschrittenen Typs vorbekannt. Zum Beispiel offenbart US 5 030 940 ein elektronisches Warenüberwachungssystem. Elektronische Etiketten werden verwendet, um die gewünschten Waren zu markieren und gegen Diebstahl zu schützen. Solche elektronischen Etiketten sind vom Typ eines Radiofrequenz-Transponders und umfassen zum Beispiel eine Antenne, eine Stromquelle wie zum Beispiel eine Batterie und einen nichtlinearen Kreis, zum Beispiel eine Art von Halbleiterdiode. Durch seine Antenne kann der Transponder ein erstes hochfrequentes elektromagnetisches Signal empfangen, das von einem Sender im Überwachungsbereich gesendet worden ist, sowie ein zweites Signal einer wesentlich niedrigeren Frequenz, durch das im Überwachungsbereich ein elektrostatisches Feld erzeugt wird. Durch Änderungen des elektrostatischen Feldes werden bestimmte Eigenschaften des nichtlinearen Kreises beeinflusst, deren wichtigste die elektrische Reaktanz ist. Diese Reaktanzänderungen werden von der Stromquelle verstärkt. Die Antenne ist an den nichtlinearen Kreis angeschlossen, so dass ein Antwortsignal gesendet werden kann, das dem oben Gesagten zufolge aus den zwei empfangenen Signalen zusammengesetzt ist. Wenn dem oben Gesagten zufolge ein abgewandeltes Antwortsignal durch einen Empfänger im Überwachungsbereich erkannt wird, kann das System die Anwesenheit eines Artikels innerhalb des Überwachungsbereichs feststellen und als eine Folge davon ein geeignetes Alarmsignal liefern. Ein Nachteil eines solchen Systems ist der verhältnismässig hohe Preis pro Einheit, der dem komplizierten Aufbau des Sensors zuzuschreiben ist, was das System für eine Massenüberwachung von Waren in einem Laden zum Beispiel weniger geeignet macht. Ausserdem kann das elektrostatische Feld recht einfach abgeschirmt werden (um eine Erfassung zu vermeiden), indem der Artikel und der Sensor zum Beispiel in ein Metallgehäuse gebracht werden, zum Beispiel eine auf ihrer Innenseite mit einer Metallfolie überzogenen Tasche. Des weiteren wird ein grosser Anteil des elektrostatischen Feldes abgeschirmt, wenn der Artikel und der Sensor zwischen menschliche Körperteile gesteckt werden, zum Beispiel in die Achselhöhle.[0004]
[005] Für elementare Diebstahlsicherungsanwendungen wie die oben beschriebenen wird normalerweise nur gewünscht, die Anwesenheit eines Transponders oder Sensors in einem Überwachungsbereich festzustellen, nicht aber dessen Identität oder genaue Position im Bereich. Eine solche Feststellung ist aber in einem ähnlichen Gebiet der Technik, zum Beispiel der Preisauszeichnung von Waren, von Interesse. Ein Verfahren und eine Vorrichtung mit dieser Bestimmung werden in WO 93/14478 offenbart. Ein Etikett, das als ein Sensor oder Transponder wirkt, ist mit einer Antenne und mit zumindest einem elektrischen Resonanzkreis versehen, der sowohl induktive als auch kapazitive Elemente umfasst, d. h. einem sogenannten LC-Kreis. Der Resonanzkreis wird durch von einer Erregervorrichtung gesendete und durch die Antenne des Sensors empfangene elektromagnetische Energie zu Eigenschwingungen angeregt. Indem das Etikett mit einem amorphen magnetischen Element versehen und die Permeabilität dieses Elements durch ein äusseres heterogenes Vormagnetisierungsfeld gesteuert wird, kann auch die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises gesteuert werden, da die Permeabilitätsänderung am Element die induktiven Eigenschaften des Resonanzkreises beeinflusst. Wegen der oben beschriebenen Faktoren hängt die Frequenz des vom Resonanzkreis gesendeten Antwortsignals von der Grösse und Richtung des Vormagnetisierungsfeldes an der derzeitigen Position des in Frage stehenden Sensors ab. Es folgt, dass eine Mehrzahl von im Überwachungsbereich anwesenden identischen Sensoren gleichzeitig erkannt werden kann, weil deren Antwortsignale in der Frequenzdomäne durch ihre verschiedenen Vormagnetisierungsniveaus voneinander getrennt sind. Wechselweise ist eine "Rückrechnung" der Position jedes Sensors in drei Dimensionen über den erfassten Frequenzwert möglich, sofern das heterogene Vormagnetisierungsfeld bekannt ist. Indem eine Mehrzahl von Etiketten und/oder amorphen magnetischen Elementen an vorbestimmten gegenseitigen Positionen angeordnet wird, kann ein bestimmter Kodierraum erhalten werden, worin das Antwortsignal zum Beispiel eine dem Artikel zugeordete Warennummer darstellen kann.
Es hat sich für die oben beschriebenen, bekannten Warenüberwachungssysteme als schwierig erwiesen, die Anforderungen bezüglich eines grossen Erfassungsbereichs mit den Anforderungen bezüglich eines hohen Grades an Zuverlässigkeit der Erfassung zu verbinden, d. h. ein minimales Risiko von Fehlalarm und Nichterfassungen zu erreichen. Bei Systemen mit einem verhältnismässig grossen Erfassungsbereich wie zum Beispiel dem oben unter Bezugnahme auf US-A-S 030 940 beschriebenen besteht ein erhebliches Risiko, dass ausserhalb des beabsichtigten Erfassungsbereichs befindliche Waren von den Abfragesignalen des Systems erreicht werden, so dass solche Waren auf diese Signale antworten- und eine falsche Alarmsituation entstehen lassen. Der Nachteil einer solchen Situation in Läden usw. ist leicht vorstellbar; ein ehrlicher Kunde im Laden, der in der Nähe des beabsichtigen Erfassungsbereichs - dem Ladenausgang - eine geschützte Ware trägt, kann ganz unbeabsichtigt zum Gegenstand eines ausgelösten Diebstahlsicherungsalarms werden. Andererseits sind solche Fehlalarme in Systemen der oben beschriebenen Art weniger wahrscheinlich, wo die Erfassung induktiv zwischen Metallbögen erfolgt, aber stattdessen besteht der Nachteil, die verhältnis mässig grossen und sperrigen Erfassungsbögen nahe beeinander und auf einer Bodenebene anzuordnen, was zu einem engen und unfreundlichen Ladenausgang fährt.[0006]

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Warenüberwachungssystem mit einem Erfassungsbereich zu schaffen, der gross genug ist, um einen Erfassungsbereich mit einer Breite von mehreren Metern zu überwachen, aber auch mit einem gut definierten Erfassungsbereich und einem minimalen Fehlalarmrisiko.[0007]
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, den Erfassungsbereich in Sektoren zu unterteilen und eine genauere Bestimmung des betreffenden Sektors innerhalb des Erfassungsbereiches zu ermöglichen, in dem sich ein überwachter Gegenstand befindet.[0008]
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, überwachte Waren erfassen zu können, die in den Erfassungsbereich eingeführt, aus diesem hinausgebracht oder zwischen verschiedenen Sektoren eines gegebenen Erfassungsbereiches verschoben werden.[0009]
Diese Ziele werden durch ein Warenüberwachungssystem mit Merkmalen gemäss dem kennzeichnenden Teil der beigefügten unabhängigen Patentansprüche erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in nachfolgenden Unteransprüchen definiert. Kurze Beschreibung der Zeichnungen[0010]
Die Erfindung wird im folgenden eingehender beschrieben, wobei auf die beigefügte Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen[0011]
Fig. 1 schematisch ein Blockdiagramm für ein Warenüberwachungssystem gemäss vorliegender Erfindung veranschaulicht,
Fig. 2 und 3 Diagramme sind, die einen physikalischen Effekt veranschaulichen, der gemäss einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird,
Fig. 4 und 5 schematisch die Fortpflanzung eines erfindungsgemässen magnetischen Modulationsfeldes gemäss der Erfindung veranschaulichen,
Fig. 6 ein Blockdiagramm ist, das ein elektrisches Schaltbild veranschaulicht, das in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird,
Fig. 7 ein Blockdiagramm ist, das schematisch den Betrieb gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
Fig. 8 eine schematische Draufsicht einer Spulenanordnung gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 9 eine schematische Seitenansicht einer Spulenanordnung gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 10 eine schematische Draufsicht der Spulenanordnung gemäss Fig. 9 ist, und
Fig. 11 eine schematische Draufsicht einer Abwandlung der Spulenanordnung gemäss Fig. 9 und 10 ist.

Eingehende Offenbarung der Erfindung

[0012] Fig. 1 offenbart ein schematisches Blockdiagramm, das ein Warenüberwachungssystem gemäss vorliegender Erfindung veranschaulicht. Zur Erläuterung wird das Warenüberwachungssystem in der ganzen, hierunter folgenden Beschreibung als ein in einem Laden zu verwendendes Diebstahlsicherungssystem beschrieben werden. Es sollte jedoch für jeden, der die folgende eingehende Beschreibung liest, offensichtlich sein, dass das erfindungsgemässe Warenüberwachungssystem auch für andere Zwecke als reine Diebstahlsicherungsanwendungen verwendet werden kann.
[0013] Die Bezugszahl 10 stellt den Teil jedes Ladens dar, der sich nahe dem Ladenausgang befindet. Bevor ein exemplarischer Kunde auf seinem Wege aus dem Laden die Ausgangsfläche 10 betritt, hat er schon irgend eine Art von Kassenanordnung passiert, wo er für alle auf seinem Rundgang im Laden ausgewählten Waren bezahlen sollte. Um nachzuprüfen, dass jeder Kunde tatsächlich pflichtgemäss für seine Gegenstände bezahlt hat, sind zumindest einige, wenn nicht sogar alle im Ladenangebot vorrätigen Waren mit einem entsprechenden Sensor 20 des Transpondertyps versehen, der eingehender weiter unten offenbart werden wird. Wenn für einen Gegenstand bezahlt worden ist, wird der Sensor an der Kasse entfernt oder durch herkömmliche Mittel desaktiviert. Jeder nicht entfernte oder nicht desaktivierte Sensor 20 wird auf eine unten beschriebene Art und Weise durch das erfindungsgemässe Warenüberwachungssystem erkannt. Deutlichkeitshalber ist weder der Artikel, an dem der Sensor 20 angebracht ist, noch die Person, die gesetzeswidrig versucht, den Artikel aus dem Laden herauszutragen, ohne dafür zu bezahlen, in Fig. 1 angedeutet.
[0014] Eine Sendeantenne 11 und eine Empfangsantenne 12 sind in der Ausgangsfläche 10 angeordnet. Die Sendeantenne 11 ist betriebsbereit an eine Ausgangsstufe 13 angeschlossen, die ihrerseits an eine Steuereinrichtung 14 angeschlossen ist. Die Ausgangsstufe 13 umfasst verschiedene herkömmliche Ansteuer- und Verstärkerkreise sowie Einrichtungen zur Erzeugung eines hochfrequenten elektrischen Stromes iHF, der die Sendeantenne 11 in wechselnden Richtungen durchfliesst, wenn er in diese eingespeist wird, wodurch in wohlbekannter Art und Weise hochfrequente elektromagnetische Signale mit einer Frequenz fHF um die Sendeantenne herum erzeugt werden, die durch Wellenfortpflanzung in verschiedenen Richtungen von der Antenne weggeführt werden. Wie eingehender weiter unten beschrieben, werden diese elektromagnetischen Signale benutzt, um einen Transponder oder Sensor 20 zu erregen, der sich in der Ausgangsfläche 10 befindet, wobei der benannte Transponder oder Sensor ein elektromagnetisches Antwortsignal sendet, wenn er elektromagnetische Energie von der Sendeantenne 11 empfängt, und das benannte elektromagnetische Antwortsignal von der Empfangsantenne 12 empfangen wird. Vorzugsweise wird die Frequenz fHF innerhalb des Radiofrequenzintervalls zwischen beispielsweise 100 MHz und 2 GHz gewählt.
[0015] Die Empfangsantenne 12 ist betriebsbereit an eine Eingangsstufe 15 angeschlossen, die herkömmliche Verstärker- und Signalverarbeitungseinrichtungen wie Durchlassfilter und Verstärkerkreise umfasst. Des weiteren ist die Eingangsstufe 15 an die Steuereinrichtung 14 angeschlossen und dafür eingerichtet, ein Signal an die benannte Steuereinrichtung 14 weiterzugeben, das wie unten beschrieben empfangen und verarbeitet worden ist.
[0016] Die Sendeantenne 11 und die Empfangsantenne 12 sind also für die herkömmliche Umwandlung zwischen einem elektrischen Hochfrequenzsignal und einem elektromagnetischen Signal eingerichtet. Die Antennen sind zum Beispiel als herkömmliche end- oder zentralgespeiste Lambda-Halbe-Peitschenantennen gestaltet, aber andere Typen herkömmlicher Antennen sind gleichermassen möglich. Fortgeschrittenere Antennentypen können ebenfalls benutzt werden, die zum Beispiel in der Lage sind, elektromagnetische Felder mit sich drehender oder ebener Polarität zu erzeugen und es dadurch ermöglichen, Probleme praktischer Natur wie Reflexion, Absorption oder Richtungsabhängigkeit der Sensoren in der Ausgangsfläche zu beherrschen. Des weiteren können mehr als eine Sendeantenne 11 und mehr als eine Empfangsantenne 12 verwendet werden.
[0017] Zusätzlich ist die Steuereinrichtung 14 betriebsbereit an zumindest eine (in Fig. 1 nicht offenbarte) Alarmvorrichtung angeschlossen, mit der ein herkömmliches Alarmsignal optisch und/oder akustisch erzeugt werden kann, sooft das Vorhandensein eines Sensors 20 wie unten beschrieben erkannt worden ist. Die Steuereinrichtung kann völlig aus Hardware aufgebaut sein, aber da die unten beschriebenen Signalanalysen mit Software ausgeführt werden können, nämlich in Gestalt eines oder mehrerer in der Steuereinrichtung ablaufender Computerprogramme, wird vorzugsweise eine Art von Computer verwendet. Im folgenden wird daher angenommen, dass die Steuereinrichtung ein herkömmlicher Personalcomputer ist, der mit den erforderlichen Schnittstellen für die Kommunikation mit anderen Einheiten im Warenüberwachungssystem versehen worden ist.
[0018] Des weiteren ist eine Einrichtung 16, die ein Magnetfeld erzeugt, in der Ausgangsfläche 10 angeordnet, wobei diese Einrichtung bevorzugt als eine Spulenanordnung gerade unter dem Niveau der Decke oder zwischen der Decke und dem Dach ausgebildet ist. Diese Anordnung hat den ästhetischen Vorteil, die gesamte Spulenanordnung 16 für die Ladenkunden weniger auffällig oder sogar unsichtbar zu machen und daher einen höheren Freiheitsgrad zu bieten, wenn der Ladenausgang ästhetisch anziehend gestaltet wird. Die Spulenanordnung im erfindungsgemässen Warenüberwachungssystem ist daher waagerecht angeordnet, im Gegensatz zu den oben beschriebenen herkömmlichen Systemen, bei denen die Erfassungsbögen senkrecht angeordnet sind.
[0019] Gemäss einer grundlegenden Ausführungsform der Erfindung besteht die Einrichtung 16, die ein Magnetfeld erzeugt, aus einem elektrischen Leiter wie zum Beispiel einem Kupferdraht, der in einer Windung oder in einer Mehrzahl von Windungen um einen Spulenrahmen gewickelt ist. Vorzugsweise ist die Spulenanordnung im wesentlichen als ein Rechteck gestaltet, das gross genug ist, um den gesamten Teil der Ausgangsfläche 10, der auf hindurchgehende Kunden hin überwacht werden soll, einem unten beschriebenen magnetischen Modulationsfeld auszusetzen. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung kann die Spulenanordnung aus einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Spulen bestehen, wahlweise mit einem bestimmten Grad von gegenseitiger Überschneidung wie unten beschrieben. Die Abmessungen der Spulenanordnung liegen bezüglich ihrer Länge und Breite in der Grössenordnung von wenigen Metern, wodurch minimale Feldstärkeveränderungen zwischen verschiedenen Positionen innerhalb des Erfassungsbereichs erzielt werden, was aus gesundheitlichen Gründen vorteilhaft ist und zu minimalen Unterschieden in der an verschiedenen Positionen im Erfassungsbereich empfangenen Signalstärke führt. Der Raum 18, der sich im wesentlichen unmittelbar unterhalb der Spulenanordnung 16 befindet, bildet den Erfassungsbereich des Systems, d. h. den Bereich, durch den ein Kunde gehen wird, wenn er den Laden verlässt. Dank der Erfindung ist ein grosser, jedoch immer noch wohldefinierter Erfassungsbereich möglich, wie unten beschrieben (mehrere Meter breit, verbunden mit einer Übergangsfläche zwischen den Zuständen "innerhalb" und "ausserhalb" von nur wenigen Decimetern). Die Ladenausgangsfläche 10 muss natürlich so ausgelegt werden, dass ein minimales Risiko besteht, dass ein Kunde absichtlich oder unabsichtlich einen anderen Weg aus dem Laden nimmt als unter der Spulenanordnung 16 und durch den Erfassungsbereich 18 hindurch.
[0020] Die Spulenanordnung 16 ist vermittels einer Ansteuerstufe 17 an die Steuereinrichtung 14 angeschlossen. Die Ansteuerstufe 17 umfasst Einrichtungen zur Erzeugung eines niederfrequenten Modulationsstromes imod, der zur Erzeugung eines die Spule umgebenden niederfrequenten magnetischen Modulationsfeldes Hmod durch die Spule geschickt wird, wobei die Fortpflanzung dieses Feldes den gesamten Erfassungsbereich überdeckt, jedoch auch einige Flächen ausserhalb dieses Bereiches, was mehr oder weniger unvermeidlich ist. Dem Modulationsstrom wird gemäss der generischen Form imod(t) = f(t) eine bekannte Amplitudenveteilung als Funktion der Zeit erteilt. In seiner einfachsten Form entspricht der Modulationsstrom einer reinen Sinuswellenform gemäss
imod(t) = A sin (2πfmodt),
wobei A wie üblich die Amplitude des Stromes darstellt, während fmod seine Frequenz ist, aber andere, kompliziertere mathematische Funktionen sind ebenfalls möglich.
[0021] Wenn ein elektrischer Strom i durch einen geraden elektrischen Leiter geschickt wird, wird ein Magnetfeld erzeugt, dessen Feldstärke H gemäss
H = i/2πr
linear von diesem Strom abhängt, wobei r den Abstand vom Leiter darstellt, so dass das magnetische Modulationsfeld Hmod, das wie oben beschrieben erzeugt wird, entsprechend dem Modulationsstrom imod variieren wird. Für Hmod kann die Frequenz zum Beispiel im Intervall von 100 bis 1000 Hz gewählt werden.
[0022] In dem erfindungsgemässen Warenüberwachungssystem hat jeder Sensor 20 solche Eigenschaften, dass das elektromagnetische Radiofrequenz-Antwortsignal vom Sensor durch das von der Spulenanordnung 16 erzeugte magnetische Modulationsfeld gesteuert oder moduliert werden kann. Wie in der Praxis solche steuerbare Eigenschaften erreicht werden können, ist gründlich in der schwedischen Patentanmeldung 9600528-5 beschrieben worden, die von der gegenwärtigen Anmelderin schon zuvor unter dem Titel "Sensor für die Distanzerfassung von Objekten" angemeldet, aber noch nicht veröffentlicht worden ist, und im folgenden wird zur Illustration, jedoch nicht eingrenzend angenommen, dass der Sensor von dem in der benannten Patentanmeldung offenbarten Typ ist. Andere Sensortypen können verwendet werden, solange sie die unten beschriebenen funktionellen Anforderungen erfüllen.
[0023] Gemäss der obigen Patentanmeldung ist jeder Sensor mit einem vorzugsweise drahtförmigen Element aus einem amorphen Material mit magnetischen Eigenschaften versehen. Geeignetes Material für dieses drahtförmige Element ist zum Beispiel eine der amorphen Legierungen C0,68,1Fe4,4Si12,5B&sub1;&sub5; oder Co70,5Fe4,5Si&sub1;&sub5;B&sub1;&sub0;, die beide einen höheren Kobaltanteil aufweisen. Das Element ist in einer dielektrischen Umgebung angeordnet, zum Beispiel innerhalb einer mit Flüssigkeit gefüllten Glasröhre, und es wirkt als eine Empfangsantenne für auftreffende elektromagnetische Signale sowie als eine Sendeantenne für die Aussendung elektromagnetischer Antwortsignale. Die Materialeigenschaften der drahtförmigen Elemente sind derart, das ihre Permeabilität ur in einer Art und Weise von der magnetisierenden Feldstärke entlang der Hauptrichtung des Elements abhängt, die nunmehr näher beschrieben werden wird.
[0024] Fig. 2 veranschaulicht graphisch, wie die Permeabilität ur eines Materials entsprechend dem oben Gesagten von der magnetisierenden Feldstärke H des magnetischen Modulationsfeldes abhängt. Im unteren Teil des Diagramms sind die sinuswellenförmigen Änderungen dieses Feldes angedeutet. Diese Änderungen bewirken, dass der augenblickliche Wert von ur wegen der Änderungen des modulierenden Feldes sozusagen entlang des Diagramms zwischen Punkten A und B hin- und herverschoben wird. Da das Diagramm jedoch bezüglich der y-Achse symmetrisch ist (was heisst, dass ur eine Funktion von H ist), verändert sich ur doppelt so rasch wie H. Durch Hinzufügen einer konstanten Versatzkomponente Hoffset zum Modulationsfeld Hmod gemäss Fig. 3 wird ur veranlasst, mit derselben Frequenz wie das Modulationsfeld zwischen den Werten A' und B' zu variieren. Die Versatzkomponente Hoffset kann erzeugt werden, indem eine Gleichstromkomponente zum Modulationsstrom imod hinzugefügt wird. Wechselweise kann Hoffset durch das Magnetfeld der Erde dargestellt werden, das immer gegenwärtig ist.
[0025] Die oben beschriebene, steuerbare Permeabilität wird dafür benutzt, um ein amplitudenmoduliertes Antwortsignal von jedem Sensor 20 zu erzeugen. Die elektrische Impedanz des Elements hängt von der Permeabilität ur des Materials des Elements über den sogenannten gigantischen Magneto-Impedanzeffekt im drahtförmigen Element ab, und da die Permeabilität entsprechend dem oben Gesagten zusammen mit dem magnetischen Modulationsfeld variiert, variiert auch die Amplitude des Antwortsignals vom Sensor mit der gleichen Frequenz.
[0026] Zu jedem Zeitpunkt hat das Modulationsfeld eine bestimmte senkrechte Richtung innerhalb des Erfassungsbereiches 18 (nämlich gerade unter der Spulenanordnung 16), aber eine entgegengesetzte Richtung fast unmittelbar ausserhalb der Spulenanordnung, und diese Tatsache wird nach einer Ausführungsform der Erfindung ausgenutzt, um feststellen zu können, ob ein Sensor 20, wenn er erkannt wird, sich innerhalb des Erfassungsbereichs 18 befindet (und dadurch die Erzeugung eines Alarms begründet) oder aber ausserhalb des Bereichs (wo kein Alarm erzeugt werden sollte, um das Risiko zu vermeiden, einen Fehlalarm zu haben). Durch Untersuchen des Diagramms in Fig. 3 sieht man, wie unten beschrieben, warum dies möglich ist.
[0027] Es wird angenommen, dass die Versatzkomponente Hoffset und das Modulationsfeld Hmod innerhalb des Erfassungsbereichs 18 eine identische, im wesentlichen nach unten gerichtete senkrechte Orientierung haben. Das resultierende magnetische Modulationsfeld wird durch das Diagramm im unteren Abschnitt der Zeichnung ganz rechts dargestellt, es variiert als Sinusfunktion um den Wert Hoffset. Wenn die Feldstärke des Magnetfelds von ihrem Durchschnitts- auf ihren Höchstwert steigt, was in Fig. 3 durch einen Pfeil angedeutet ist, sinkt die Permeabilität ur von ihrem Durchschnittswert auf einen Minimalwert B', was ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet ist, und beginnt dann wieder anzusteigen und den Veränderungen im Magnetfeld entsprechend einer Sinuswelle zu folgen, wie oben beschrieben. Andererseits haben Hoffset und Hmod ausserhalb des Erfassungsbereichs 18 einander entgegengesetzte Richtungen, was so gesehen werden kann, dass der Wert von Hoffset nunmehr negativ ist (-Hoffset im äussersten linken Abschnitt der Fig. 3). Es erhellt, dass ur anfänglich ansteigt, d. h. die sinuswellenartigen Veränderungen in der Permeabilität beginnen in einer anderen Phase als für das Diagramm ganz rechts, wenn die Sinuskurve ganz links - entsprechend der Beschreibung für das Diagramm ganz rechts - in Richtung auf ihren Maximalwert ansteigt. Die Sinuswellenveränderungen in der Permeabilität (und folglich auch die Veränderungen in der Amplitude des Antwortsignals vom Sensor) befinden sich folglich gegeneinander um 180º phasenverschoben, je nachdem ob sich der Sensor innerhalb oder ausserhalb des Bereichs 18 befindet.
[0028] Nachdem das empfangene Sensorsignal in der Eingangsstufe 15, wie unten beschrieben, demoduliert wurde, kann die relative Phase φ zwischen dem Modulationsstrom imod und einem demodulierten Antwortsignal idemod als ein Erfassungskriterion verwendet werden:
φ = 0º Sensor befindet sich innerhalb des Erfassungsbereichs 18
φ = 180º Sensor befindet sich ausserhalb des Erfassungsbereichs 18.
[0029] Fig. 4 veranschaulicht schematisch die Richtung des Feldvektors des magnetischen Modulationsfeldes zu einem bestimmten Zeitpunkt. Es erhellt, dass in einer bestimmten Position innerhalb des Erfassungsbereichs (gerade unter der Spulenanordnung 16, im Querschnitt veranschaulicht) der Feldvektor im wesentlichen entlang einer senkrechten Richtung nach unten gerichtet ist, während bei jeder gegebenen Position ausserhalb des Erfassungsbereichs 18 der Feldvektor statt dessen im wesentlichen nach oben gerichtet ist.
[0030] Fig. 5 veranschaulicht die z-Komponente, d. h., die senkrechte Komponente der Feldvektoren in Fig. 4. Ein grosser Hauptlobe (Hauptkeule), wo die z-Komponente nach unten gerichtet ist, bedeckt im wesentlichen den gesamten Erfassungsbereich 18, während Seitenlobes, die die nach oben gerichtete z-Komponente umfassen, ausserhalb des Erfassungsbereichs vorhanden sind.
[0031] Ein möglicher Weg zur Verwirklichung der Funktionen des oben beschriebenen Warenüberwachungssystems wird nun unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm der Fig. 6 beschrieben. Eine eingehendere Analyse des besonderen Erfassungsverfahrens wird dann unter Bezugnahme auf Fig. 7 folgen.
[0032] Ein spannungsgesteuerter Oszillator (voltage-controlled oscillator, VCO) 30 wird zur Erzeugung eines hochfrequenten Signals in wohlbekannter Art und Weise durch eine Gleichspannung Vconst gesteuert. Aus praktischen Gründen wird die Frequenz des Hochfrequenzsignals durch einen Teilerkreis 31 auf die Hälfte der ursprünglichen Frequenz herabdividiert, dann wird das Signal durch ein Filter 32 um die Trägerfrequenz fHF herum bandpass-gefiltert, um dann zur Sendeantenne 11 weitergeleitet zu werden. Ein von einem Sensor 20 gesendetes Radiofrequenz-Antwortsignal wird in der Empfangsantenne 12 empfangen, durch einen Bandpass 33 gefiltert und zum Eingang eines Mischerkreises 34 geliefert. Der Mischerkreis 34 empfängt an einem zweiten Eingang das Ausgangssignal vom Teilerkreis 33 und führt Amplitudendemodulation des von der Empfangsantenne 12 empfangenen Hochfrequenzsignals aus. Das so demodulierte Signal wird mittels eines Filterkreises 35 gefiltert, bevor es an einen Verstärker 36 und einen Tiefpass 37 geliefert wird.
[0033] Gleichzeitig steuert die Steuereinrichtung 14 die Spulenanordnung 16 durch die Ansteuerstufe 17, um ein niederfrequentes magnetisches Modulationsfeld zu erzeugen, wie oben beschrieben. Hier umfasst die Ansteuerstufe 17 einen Sinuswellengenerator 17a sowie einen Leistungsverstärker 17b, und der durch den Generator 17a gelieferte Modulationsstrom imod wird auch an einen ersten Eingang eines Synchrondemodulationskreises 38 gelegt, der an einem zweiten Eingang des Kreises das Empfangssignal idemod empfängt, das nach dem oben Gesagten in seiner Amplitude demoduliert sowie verstärkt und gefiltert wurde. Der Syn chrondemodulationskreis 38 ist, wie unten beschrieben, so ausgelegt, dass er die beiden Eingangssignale mischt und das resultierte Signal tiefpass-flitert, wobei eine Gleichstromkomponente erhalten wird, deren Vorzeichen (positiv oder negativ) dazu verwendet werden kann festzustellen, ob sich ein bestimmter Sensor innerhalb des Erfassungsbereichs 18 oder ausserhalb des Bereichs befindet, wie unten beschrieben.
[0034] Das Erfassungsverfahren wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 7 näher beschrieben, worin die oben beschriebenen Komponenten die gleichen Bezugszahlen wie in früheren Abschnitten tragen. Die folgenden Signale liegen in dem System gemäss Fig. 7 vor:
S&sub1; = A&sub1; cos (ω&sub1;t) ist das übertragene Hochfrequenzsignal (die Trägerwelle),
S&sub2; = A&sub2; cos (ω&sub2;t) · cos (ω&sub1;t + φ&sub1;) ist das amplitudenmodulierte Antwortsignal vom Sensor,
S&sub3; = A&sub1;' cos(ω&sub1;t + φ&sub2;) + A&sub2;' cos (ω&sub2;t) · cos (ω&sub1;t + φ&sub1;) ist das empfangene Signal, das sowohl aus dem gesendeten Hochfrequenz-Trägersignal stammende Komponenten wie auch das modulierte Antwortsignal enthält, und
S&sub4; = A&sub3; cos (ω&sub2;t) ist das niederfrequente Signal zur Erzeugung des magnetischen Modulationsfeldes.
[0035] Gemäss dem oben Gesagten werden die Signale S&sub1; und S&sub3; in der Eingangsstufe 15 gemischt, wodurch das Signal S entsprechend
S = S&sub1; · S&sub3; = A&sub1;A&sub1;' cos (ω&sub1;t) cos (ω&sub1;t + φ&sub2;) + A&sub1;A&sub2;' · cos (ω&sub1;t) cos (ω&sub2;t) cos (ω&sub1;t + φ&sub1;) = = ¹/&sub2;A&sub1;A&sub1;' [cos (2ω&sub1;t + φ&sub2;) + cos (φ&sub2;)] + ¹/&sub2;A&sub1;A&sub2;' cos (ω&sub2;t) [cos (2ω&sub1;t + φ&sub1;) + cos (φ&sub1;)]
erhalten wird.
[0036] Nach Filtern von ω&sub1; sowie dessen Oberwellen wird der folgende Ausdruck erhalten:
S' = ¹/&sub2;A&sub1;A&sub1;' cos (φ&sub2;) + ¹/&sub2;A&sub1;A&sub2;' cos (ω&sub2;t) cos (φ&sub1;).
[0037] In der obigen Gleichung hängen cos (φ&sub1;) und cos (φ&sub2;) von der Sensorposition bezüglich der Antennen ab. Offensichtlich ist der zweite Ausdruck eine Funktion von ω&sub2;, d. h. von der (Kreis-)Frequenz des Modulationsstromes. Die Synchrondemodulation erfolgt nun durch Mischen von S&sub1;' und S&sub4;:
S" = S&sub1;' · S&sub4; = ¹/&sub2;A&sub1;A&sub1;'A&sub3; cos (φ&sub2;) cos (ω&sub2;t) + ¹/&sub2;A&sub1;A&sub2;'A&sub3; cos (φ&sub1;) cos (ω&sub2;t) cos (ω&sub2;)t = ¹/&sub2;A&sub1;A&sub1;'A&sub3; cos (φ&sub2;) cos (ω&sub2;t) + ¹/&sub4;A&sub1;A&sub2;'A&sub3; cos (φ&sub1;) cos (2ω&sub2;t) + ¹/&sub4;A&sub1;A&sub2;'A&sub3; cos (φ&sub1;),
was nach dem Filtern
S(3) = ¹/&sub4;A&sub1;A&sub2;A&sub3; cos (φ&sub1;)
ergibt.
[0038] Der Wert dieser Gleichstromkomponente wird durch die Steuereinrichtung 14, die aus diesem Wert verschiedene Schlussfolgerungen ziehen kann, fortlaufend analysiert. Wenn zum Beispiel gar keine Sensoren 20 in der Ausgangsfläche 10 vorhanden sind, dann A&sub2;' = 0, wobei dann ebenfalls S(3) = 0. Solange S(3) = 0, besteht folglich kein Grund für Alarm. Immer, wenn andererseits S(3) einen vorbestimmten Schwellenwert ≠ 0 erreicht, ist die Gegenwart zumindest eines Sensors angezeigt. Dank der oben beschriebenen Richtungsabhängigkeit des Modulationsfeldes wird Faktor A&sub3; positiv oder negativ, je nachdem, ob der Sensor sich innerhalb oder ausserhalb des Erfassungsbereichs befindet, wodurch das Vorzeichen von S(3) zu einer geeigneten Alarmbedingung wird. Die diesem System innewohnende Erfassungssicherheit kann erhöht werden, indem verlangt wird, dass der Wert von S(3) während einer genügend langen Zeit und/oder um einen genügend hohen Betrag von Null abweicht. Die Sicherheit kann durch die unten beschriebenen erweiterten Ausführungsformen des Systems weiter verbessert werden.
[0039] Als eine Alternative zu der oben beschriebenen synchronen Demodulation kann ein weiterer geeigneter Typ der Signalverarbeitung verwendet werden, um die Gegenwart des Sensors im Erfassungsbereich festzustellen. Herkömmliche Frequenzanalysen wie FFT oder DFT erscheinen besonders geeignet.
[0040] Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung kann der Erfassungsbereich 18 in verschiedene Sektoren unterteilt werden, um die Einzelerfassung einer Mehrzahl von Sensoren zu erleichtern, die alle gleichzeitig in verschiedenen Abschnitten des Erfassungsbereichs vorhanden sind. Ein solches Verfahren ist sehr wünschenswert, wenn der fragliche Laden mit einem breiten Ausgang von zum Beispiel fünf bis zehn Metern ausgestattet ist. Mehrere Kunden können einen solchen Ausgang gleichzeitig passieren, und wenn irgend einer dieser Kunden einen Artikel mit sich führt, der mit einem Sensor ausgestattet ist, erfasst ein System entsprechend der oben beschriebenen grundsätzlichen Ausführungsform die Gegenwart des Sensors und gibt einen Alarm. Dann entsteht für die übrigen Kunden im Erfassungsbereich eine höchst unangenehme Lage, denn es ist nicht unmittelbar offensichtlich, welcher der Kunden den Diebstahlversuch unternommen hat.
[0041] Solche unerwünschte Situationen können vermieden werden, wenn der Erfassungsbereich gemäss Fig. 8 in verschiedene Sektoren unterteilt wird, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind. Fig. 8 veranschaulicht schematisch einen breiten Erfassungsbereich 18, der einem von oben gesehenen Ladenausgang entspricht. Die Gehrichtung der Kunden ist nach "Norden", d. h. von unten nach oben in der Zeichnung. Hier ist die Einrichtung 16 für die Erzeugung eines Magnetfeldes durch eine Spulenanordnung dargestellt, die aus einer Mehrzahl von Spulen 16a, 16b, 6c besteht, wobei die benannten Spulen nebeneinander angeordnet sind und dadurch den gesamten Erfassungsbereich 18 überdecken. Ähnlich wie im oben beschriebenen Falle ist jede Spule betriebsbereit an die Steuereinrichtung 14 angeschlossen, die den Betrieb der Spulenanordnung steuert, so dass die erste Spule 16a ein magnetisches Modulationsfeld mit einer ersten Frequenz f&sub1; erzeugt, die nächste Spule 16b wird bei einer zweiten Frequenz f&sub2; betrieben, usw. Sobald ein empfangenes Antwortsignal demoduliert worden ist, kann die Steuereinrichtung den Sektor feststellen, in dem sich der fragliche Sensor befindet, und zwar durch den Frequenzgehalt des demodulierten Signals. Während ein in einem bestimmten Sektor vorhandener Sensor auch durch die magnetischen Modulationsfelder beeinflusst wird, die von den umliegenden Sektoren stammen, ist das empfangene und demodulierte Antwortsignal bei der "richtigen" Frequenz (zum Beispiel f&sub1;, wenn der Sensor sich im ersten Sektor befindet) stärker, weil die Feldstärke von der Entfernung abhängt. Der festgestellte Sektor kann dann wie gewünscht gekennzeichnet werden, zum Beispiel durch Aktivierung einer an der Decke über dem fraglichen Sektor befindlichen Lampe. Weiterhin ist es möglich, die verhältnismässig ungewöhnliche Situation zu erfassen, in der zwei Kunden einen entsprechend geschützten Artikel gleichzeitig durch einen bestimmten Sektor bringen, da jeder Sensor seine Gegenwart durch eine entsprechende Frequenzkomponente im empfangenen und demodulierten Signal zu erkennen gibt.
[0042] Statt jede Spulenanordnung ständig mit ihrer eigenen Frequenz zu steuern, wie oben beschrieben, ist als Alternative ein alternierendes Ansteuerprogramm möglich. In diesem Falle steuert die Steuereinrichtung 14 die verschiedenen Spulenanordnungen so, dass die erste Spulenanordnung während eines ersten Zeitintervalls Δt&sub1; aktiv ist, d. h. ein magnetisches Modulationsfeld erzeugt, während die übrigen Spulenanordnungen nicht aktiv sind. Während eines darauffolgenden Zeitintervalls Δt&sub2; ist die nächste Spulenanordnung aktiv, usw. Der Ablauf wird ständig wiederholt, und die Zeitintervalle können im wesentlichen beliebig kurz gewählt werden, allerdings mit der Einschränkung, dass eine genügende Anzahl von Modulationszyklen während jeder Zeitperiode ablaufen kann. Bei einer Modulationsfrequenz von 500 Hz haben sich Zeitintervalle von etwa 10 bis 100 ms als geeignet erwiesen. Die Steuereinrichtung kann dann den richtigen Sektor für ein von einem Sensor 20 irgendwo im Erfas sungsbereich 18 empfangenes Antwortsignal feststellen, indem er die Zeitperiode (Δt&sub1;, Δt&sub2;, ...) aufzeichnet, während der das Signal empfangen wurde.
[0043] Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind verschiedene Sektoren mit einem bestimmten Grad von gegenseitiger Überschneidung angeordnet, wie zum Beispiel in Fig. 9 gezeigt. Eine solche Anordnung hat den beträchtlichen Vorteil, wie unten beschrieben, einen wesentlich schmaleren Erfassungsbereich (bezüglich der Bewegungsrichtung der den Laden verlassenden Kunden) zu ermöglichen, wodurch das Risiko von Fehlalarmen vermindert wird. Des weiteren liefert die Anordnung die von der Steuereinrichtung 14 empfangene und dort zur Verfügung stehende Information mit einer weiteren Dimension. Diese neue Dimension ist der Positionsverlauf des betrachteten Sensors, d. h. die Steuereinrichtung ist nunmehr in der Lage, die Richtung der Bewegung eines Sensors zwischen verschiedenen Sektoren eines Erfassungsbereichs zu erfassen.
[0044] In Fig. 9 ist ein Erfassungsbereich 18a, 18b, der einem Abschnitt eines Ladenausgangs entspricht, schematisch in einer Seitenansicht veranschaulicht. Zwei Spulen 16a, 16b, die ein Teil der Spulenanordnung 16 sind, sind in einer bestimmten Höhe über einer Grundebene 21 wie zum Beispiel dem Fussboden des Ladens angeordnet. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, ist eine Spule 16a geringfügig oberhalb der anderen Spule 16b angeordnet, und zwar mit einer teilweisen Überschneidung d bezüglich der ersten Spule. Man beachte, dass die Situation in Fig. 9 nur schematischer Natur ist, daher sollte die Grössenbeziehung zwischen d und den Spulen 16a und 16b nicht als relevant angesehen werden. Die beiden Spulen sind so angeordnet, dass ein den Laden verlassender Kunde zuerst durch den Erfassungssektor 18a geht, der zur ersten Spule 16a gehört, dann durch die Überschneidungszone 25, schliesslich durch den Erfassungssektor 18b, der zur zweiten Spule 16b gehört, d. h. in einer Richtung von rechts nach links in Fig. 9. Folglich sind die Spulen 16a, 16b hier (bezüglich der Fortbewegungsrichtung des Kunden) im Erfassungsbereich hintereinander angeordnet, im Gegensatz zu der Situation in Fig. 8, wo die verschiedenen Spulen bevorzugt nebeneinander angeordnet sind. Diese verschiedenen Alternativen können jedoch im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden, so dass der Erfassungsbereich in seiner Längsrichtung wie auch in seiner Querrichtung in Sektoren unterteilt sein kann, wie schematisch in Fig. 10 veranschaulicht.
[0045] Durch wechselweise Ansteuerung einer der Spulen, während die andere nicht aktiv ist, kann der Sektor, in dem sich der Sensor 20 augenblicklich befindet, wie oben beschrieben bestimmt werden. Dank der Überschneidung der Spulen ist in Übereinstimmung mit dem unten gegebenen Erklärungsbeipiel eine beträchtlich erhöhte Erfassungsgenauigkeit gegeben.
[0046] Angenommen, ein Artikel, der mit einem Sensor 20 ausgestattet ist, wird durch eine weniger gewissenhafte Person aus dem Laden hinausbewegt. Zuerst wird der Sensor 20 zur Position rechts in Fig. 9 gelangen, die sich innerhalb des Erfassungssektors 18a befindet. Während der kurzen Zeitdauer, während der die Spule 16a aktiv ist, erfasst die Steuereinrichtung die Gegenwart des Sensors innerhalb des Sektors 18a, was durch das Zeichen "+" dargestellt ist. Dann ist Spule 16b aktiv, wobei die Steuereinrichtung feststellen kann, dass der Sensor sich ausserhalb des Sektors 18b befindet, was durch das Zeichen "-" dargestellt ist. Da sich der Ablauf ständig wiederholt, kann die Situation als eine Folge von durch die Steuereinrichtung 14 erkannten Zustandspaaren beschrieben werden:
"+- +- +- +- +- +- +- ..."
[0047] Wenn der Sensor den Überschneidungsbereich 25 erreicht, wird die Gegenwart des Sensors innerhalb des Sektors 18a während der ersten Hälfte des Erfassungszyklus immer noch erkannt, also Zustand "+". Jedoch befindet sich der Sensor nunmehr auch innerhalb des Sektors 18b, was auch während der zweiten Hälfte des Erfassungszyklus den Zustand "+" ergibt. Daher wird die nachstehende Folge erhalten:
"++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ..."
[0048] Wenn der Sensor schliesslich den gesamten Überschneidungsbereich 25 durchlaufen hat und sich nunmehr ganz links in Fig. 9 befindet, wird die nachstehende Folge erhalten:
"-+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ ..."
[0049] Somit ist es durch die oben beschriebene Spulenanordnung und Ansteuermethode möglich, die Bewegung eines Sensors 20 im Erfassungsbereich 18 zu erfassen. Insbesondere wird ein Grad der Erfassungssicherheit von beträchtlicher Höhe erreichbar, da die Alarmbedingungen so gewählt werden können, dass zumindest einige oder sogar alle der oben genannten Zustandsfolgen erkannt worden sein müssen, bevor ein Alarmsignal erzeugt wird. Wechselweise ist ein beträchtlich eingeschränkter Erfassungsbereich möglich, indem nur die Zustandsfolge "++ ++ ++ ++ ..." verlangt wird, bevor ein Alarmsignal erzeugt wird. In Praxis ist der Erfassungsbereich 18 in einem solchen Falle allein auf den Überschneidungsbereich 25 beschränkt worden, der sehr eng gemacht werden kann, zum Beispiel wenige Decimeter. Noch ein weiterer Vorteil aus dem Vorhandensein einer überschneidenden Anordnung besteht in der Beseitigung des potenziellen Problems, dass sich durch den Faktor cos (φ&sub1;) in dem oben beschriebenen Ausdruck für das Signal S(3) ergibt. Wie vorher beschrieben, hängt φ&sub1; von der Position des Sensors bezüglich der Antennen 11 und 12 ab. Da cos (φ&sub1;) sowohl positive wie negative Werte annehmen kann, kann die oben beschriebene grundsätzliche Ausführungsform in einigen Situationen Schwierigkeiten haben zu bestimmen, ob sich der Sensor inner halb oder ausserhalb des Bereichs befindet. Das Problem wird aber durch das differentielle Betriebsverfahren gemäss der unmittelbar hierüber beschriebenen Anordnung ausgeräumt, d. h. Unterschiede zwischen (oder Veränderungen in) den verschiedenen Signalkomponenten werden als Alarmbedingung verwendet.
[0050] Statt die Spulen wechselweise während kurzer Zeitintervalle anzusteuern, ist es gleichermassen möglich, die Spulen gleichzeitig bei verschiedenen Frequenzen anzusteuern (vgl. die vorher beschriebenen Verfahren), wobei die Einflüsse der verschiedenen Spulen auf das Antwortsignal folglich nicht in der Zeitdomäne, sondern in der Frequenzdomäne aufgetrennt werden.
[0051] Nach einer anderen Ausführungsform sind die Spulen, ähnlich wie in der obigen Beschreibung, als einander überschneidende Paare angeordnet. Nunmehr werden aber beide Spulen eines jeden Paares durch Modulationsströme angesteuert, die die gleiche Frequenz haben, und die Beziehung zwischen den Amplituden der entsprechenden Modulationsströme variiert stattdessen mit der Zeit, wobei der magnetische Modulationsfeldbeitrag der entsprechenden Spule an einer gegebenen Position im Erfassungsbereich ebenfalls mit der Zeit variiert. Zum Beispiel beträgt die Stromamplitude in der ersten Spule zu einem bestimmten Zeitpunkt 0,2 I, während die Stromamplitude in der zweiten Spule 0,8 I beträgt. Zu einem anderen Zeitpunkt lauten die Bedingungen 0,4 I bzw. 0,6 I, usw. Folglich ist die Summe der Stromamplituden konstant, während die Verteilung zwischen den beiden Spulen mit der Zeit variiert. Gemäss oben Gesagtem hat das Magnetfeld unter der entsprechenden Spule im wesentlichen eine senkrechte Richtung, während das Feld in einer benachbarten Fläche gerade ausserhalb der Spule eine andere, im wesentlichen waagerechte Richtung hat. Solange ein Sensor sich also unter beiden Spulen befindet (d. h. innerhalb des Überschneidungsbereichs), haben beide Magnetfeldbeiträge senkrechte Richtungen. Selbst wenn die Grösse jedes Beitrags mit der Zeit variiert, ist die Summe der beiden nach dem oben Gesagten immer konstant, was bedeutet, dass ein nach dem oben Gesagten demoduliertes Antwortsignal einen konstanten Wert hat. Wenn aber der Sensor aus dem Überschneidungsbereich herausbewegt wird, so dass er sich nunmehr unter einer der Spulen, aber ausserhalb der anderen Spule befindet, haben die beiden Magnetfeldbeiträge nicht mehr die gleiche Richtung. Daher wird der Feldvektor jetzt vor- und zurückrotieren, und der Sensor spürt keinen resultierenden konstanten Magnetfeldvektor mehr. Ein demoduliertes Antwortsignal von sich verändernder Amplitude wird hierbei erhalten. Dies kann als eine zweite, "überlagerte" Amplitudenmodulation des Antwortsignals vom Sensor beschrieben werden, wobei diese Amplitudenmodulation nicht auftaucht, solange der Sensor sich im Überschneidungsbereich befindet, aber erscheint, sobald der Sensor den Überschneidungsbereich verlässt. Diese Tatsache wird benutzt, um die Sensorposition bezüglich des Überschneidungsbereiches zu bestimmen. Ein Feldbild, wie es oben beschrieben wurde, kann zum Beispiel dadurch erhalten werden, dass eine der Spulen im Paar mit einer bestimmten Phasenverschiebung bezüglich der anderen angesteuert wird.
[0052] Einige praktische Probleme, die dem gegenwärtigen Erfinder während der Entwicklungsarbeiten begegnet sind, sollen nunmehr als ein Abschluss der Beschreibung der Erfindung und ihrer verschiedenen Ausführungsformen zusammen mit vorgeschlagenen Problemlösungen kurz diskutiert werden.
[0053] Ein Problem bei einem in Sektoren aufgeteilten Erfassungsbereich, wo verschiedene Spulen mit verschiedenen Frequenzen angesteuert werden, besteht darin, dass das Magnetfeld einer Spule zu einem gewissen Ausmass in der benachbarten Spulen induziert wird, wodurch eine weniger scharfe Definition der Sektoren hervorgerufen wird. Des weiteren müssen anwendbare Regeln für die erlaubten Höchstwerte der Feldstärke an öffentlichen Orten beachtet werden. Wenn eine Mehrzahl von Frequenzen verwendet wird, müssen die Feldstärken bei jeder Frequenz zusammengezählt werden, und die so erhaltene Gesamtfeldstärke darf einen gegebenen Höchstwert nicht überschreiten, wodurch natürlich die bei jeder Frequenz verfügbare Feldstärke, d. h. die Feldstärke von jeder Spule, begrenzt wird. Es ist daher aus verschiedenen Gründen zweckmässig, die Anzahl von Frequenzen im System auf ein Minimum zu beschränken. Eine Möglichkeit, die Anzahl der erforderlichen Frequenzen um 50% zu vermindern, besteht darin, eine Spule in einem Spulenpaar mit einer bestimmten Frequenz anzusteuern, während die benachbarte Spule des Paares mit derselben Frequenz angesteuert wird, aber mit einer Phasenverschiebung von 90º. Da die Ansteuersignale dann orthogonal sind, ist das oben erwähnte Problem beseitigt. Des weiteren haben weniger Frequenzen den Vorteil einer einfacheren Ansteuerelektronik. Wenn Spulenpaare so mit einer bestimmten Phasendifferenz zueinander angesteuert werden, kann eine entsprechende Phasendifferenz in dem empfangenen Antwortsignal aufgezeichnet werden, wenn ein Sensor zwischen die beiden Spulen gelangt, was dazu benutzt werden kann zu bestimmen, ob sich der Sensor in dem einen oder anderen Sektor befindet.
[0054] In besonderen Situationen kann ein weiteres Problem von Zweideutigkeit auftauchen, indem das empfangene und demodulierte Signal eine Signalkomponente enthält, die keinem bestimmten Sektor zugeordnet werden kann, sondern sozusagen zu mehr als einem Sektor passt. Eine solche Situation tritt auf, wenn der Sensor so ausgerichtet ist, dass er in einer bestimmten Position ausserhalb eines gegebenen Sektors einem Modulationsfeldvektor ausgesetzt ist, der genau das gleiche Antwortsignal hervorruft, als wenn sich der Sensor innerhalb eines benachbarten Sektors befunden hätte. Die Situation ist eingehender in Fig. 10 veranschaulicht, die eine Draufsicht einer Spulenanordnung offenbart, die drei einander benachbart angeordnete Erfassungssektoren umfasst. Jeder Sektor umfasst ein Spulenpaar: 16a-b, 16a'-b' bzw. 16a"-b". Die beiden Spulen jedes Spulenpaars sind mit einer gewissen gegenseitigen Überschneidung angeordnet, wie oben beschrieben, wobei Überschneidungsbereiche 25, 25', 25" ähnlich wie oben gebildet werden. Wie veranschaulicht, reicht jeder Überschneidungsbereich geringfügig bis ausserhalb des entsprechenden Spulenpaars, und die oben erwähnten Zweideutigkeitsprobleme können in diesen Erweiterungsbereichen auftreten. Wie oben beschrieben, ist das magnetische Modulationsfeld im mittleren Abschnitt des entsprechenden Überschneidungsbereichts senkrecht ausgerichtet. In den Erweiterungsbereichen hingegen hat das Feld eine im wesentlichen waagerechte Richtung.
[0055] Wenn man sich jetzt den Versuch vorstellt, bei dem ein Sensor 20 im zentralen Abschnitt, z. B. des Überschneidungsbereiches 25' senkrecht gehalten wird, so wird man dasselbe Antwortsignal erhalten, als wenn der Sensor in einem beliebigen der beiden Erweiterungsbereiche des Überschneidungsbereichs 25' waagerecht gehalten worden wäre. Somit treten Zweideutigkeitsprobleme innerhalb der gestrichelten Flächen in Fig. 10 auf. Diese Probleme können dadurch vermieden werden, dass benachbarte Sektoren/Spulenpaare mit einer gewissen Verdrehung zueinander in der Waagerechten ausgerichtet werden, wie in Fig. 11 beschrieben, wodurch vermieden wird, dass ein Abschnitt, der sich von einem bestimmten Überschneidungsbereich 25' her erstreckt, bis in die zentralen Bereiche der benachbarten Überschneidungsbereiche 25 bzw. 25" hineinragt.
[0056] Die oben gegebenen Beschreibungen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindungen sind lediglich als Ausführungsbeispiele zu betrachten. Andere Ausführungsformen können von den oben beschriebenen im Rahmen der Erfindung abweichen, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert wird.
[0057] Es sei insbesondere verstanden, dass, selbst wenn die Spulenanordnung 16; 16a, 16b, 16c; 16a-b, 16a'-b', 16a"-b" oben so beschrieben wurde, dass sie in den überwachten Orten in Höhe der Decke oder des Daches angeordnet sind, es gleichermassen möglich ist, die Spulenanordnung stattdessen auf einem Grundniveau anzuordnen, wobei der Erfassungsbereich durch einen willkürlichen Raum im wesentlichen gerade über der Spulenanordnung gebildet wird, und nicht wie vorher unter der Spulenanordnung. Es ist ferner möglich, die obigen Alternativen zu kombinieren, d. h. die Spulen sowohl oberhalb wie unterhalb des Erfassungsbereichs anzuordnen. Eine solche Anordnung hätte den Vorteil, ein magnetisches Modulations feld (magnetische Modulationsfelder) von im wesentlichen gleicher Feldstärke über den gesamten Erfassungsbereich hinweg darzubieten.

Claims

1. Gegenstandsüberwachungssystem zum Erfassen der Anwesenheit eines Gegenstands in einer Erfassungszone (18), mit wenigstens einer Sendeeinrichtung (11, 13) und wenigstens einer Empfangseinrichtung (12, 15) zum Senden bzw. Empfangen elektromagnetischer Funksignale in einer Erfassungszone oder in deren Nähe, wobei jeder Gegenstand einen Sensor (20) aufweist, der als ein Transponder zum Senden eines elektromagnetischen Funk-Antwortsignals an die Empfangseinrichtung, wenn von der Sendeeinrichtung ein Signal empfangen wird, arbeitet,

gekennzeichnet durch

eine Spulenanordnung (16) mit einer Ansteuereinrichtung (17) zum Erzeugen eines niederfrequenten magnetischen Modulationsfeldes in der Erfassungszone (18), und

eine Steuereinrichtung (14), die mit der Sendeeinrichtung (11, 13), der Empfangseinrichtung (12, 15) und der Spulenanordnung (16, 17) betrieblich verbunden ist,

wobei jeder Sensor (20) dazu ausgelegt ist, daß er ein Antwortsignal überträgt, dessen Amplitude durch das magnetische Modulationsfeld moduliert ist,

wobei die Empfangseinrichtung (12, 15) dazu vorgesehen ist, das amplitudenmodulierte Antwortsignal zu empfangen und zu demodulieren, und

wobei die Steuereinrichtung (14) dazu vorgesehen ist, Modulationssignale (imod) an die Spulenanordnung (16, 17) zu liefern, demodulierte Signale (idemod) von der Empfangseinrichtung (12, 15) zu empfangen und die demodulierten Signale (idemod) zu verwenden, wenn die Position des Sensors (20) relativ zu der Erfassungszone (18) ermittelt wird.

2. Gegenstandsüberwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) dazu vorgesehen ist, Information über die Phase zwischen den Modulations- und den demodulierten Signalen (imod, idemod) zu verwenden, wenn die Position des Sensors (20) relativ zu der Erfassungszone (18) ermittelt wird.

3. Gegenstandsüberwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) mit einer Alarmeinrichtung betrieblich gekoppelt ist, um die ermittelte Sensorposition oder eine Konsequenz dieser Position optisch und/oder akustisch anzuzeigen.

4. Gegenstandsüberwachungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung (16) horizontal, parallel zu einer Groundplane (21) angeordnet ist.

5. Gegenstandsüberwachungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung (16) durch eine im wesentlichen rechteckige Spule gebildet wird, die einen Spulenrahmen und einen elektrischen Leiter, der in einer oder mehreren Windungen um den Rahmen gewickelt ist und auf einem bestimmten Niveau über einer Groundplane angeordnet ist, wobei die Erfassungszone (18) durch ein im wesentlichen parallel-epipedisches Volumen zwischen der Spule und der darunter liegenden Groundplane (21) definiert wird.

6. Gegenstandsüberwachungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) dazu vorgesehen ist, zu ermitteln, ob die demodulierten Signale (ldemod) zu einem bestimmten Zeitpunkt mit den Modulationssignalen (imod) in Phase sind, wodurch angezeigt wird, daß der Sensor (20) innerhalb der Erfassungszone (18) liegt, und wenn dies der Fall ist, durch die Alarmeinrichtung ein Alarmsignal zu erzeugen.

7. Gegenstandsüberwachungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung (16) mehrere benachbart angeordnete Spulen (16a, 16b, 16c) aufweist, durch die ein entsprechender Erfassungssektor (18a, 18b, 18c) zwischen jeweils einer Spule (16a, 16b, 16c) und einer darunter liegenden Groundplane (21) gebildet wird.

8. Gegenstandsüberwachungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) und die Ansteuereinrichtung (17) dazu vorgesehen sind, Modulationssignale unterschiedlicher Frequenzen an die jeweiligen Spulen (16a, 16b, 16c) zu liefern, um Modulationsfelder mit unterschiedlichen Frequenzen in jedem der entsprechenden Erfassungssektoren (18a, 18b, 18c) zu erzeugen.

9. Gegenstandsüberwachungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) und die Ansteuereinrichtung (17) dazu vorgesehen, Modulationssignale in Folge während eines entsprechenden Zeitintervalls an jeweils eine Spule (16a, 16b, 16c) zu liefern.

10. Gegenstandsüberwachungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) dazu vorgesehen ist, aus den demodulierten Signalen (idemod) eine Signalkomponente für jede Spule abzutrennen und aus den Signalkomponenten den Sektor zu bestimmen, in dem der Sensor (20) angeordnet ist.

11. Gegenstandsüberwachungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Spulen (16a, 16b, 16c; 16a-b, 16a'- b', 16a"-b") einander überlappend (d) angeordnet sind, wodurch sie zusammen einen überlappenden Sektor (25) bilden, der durch ein Volumen zwischen dem Überlappungsbereich (d) und einer darunter liegenden Groundplane definiert ist, wobei die Steuereinrichtung (14) dazu vorgesehen ist, die Signalkomponenten von den wenigstens zwei Spulen kontinuierlich zu vergleichen, um die Position des Sensors (20) relativ zu dem Überlappungssektor zu ermitteln und/oder um eine Übergangsrichtung für den Sensor zu erfassen.

12. Gegenstandsüberwachungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) dazu vorgesehen ist, Modulationssignale an die Paare der überlappenden Spulen (16a, 16b, 16c; 16a-b, 16a'-b', 16a"-b") zu liefern, wobei der resultierende Magnetfeldvektor der magnetischen Modulationsfelder, der von den jeweiligen Spulen in jedem Spulenpaar erzeugt wird, bei jeder Position innerhalb des überlappenden Sektors (25) eine konstante Richtung, außerhalb des Sektors jedoch eine veränderliche Richtung aufweist.

13. Gegenstandsüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Spulen (16a, 16b, 16c; 16a-b, 16a'- b', 16a"-b") in der horizontalen Ebene mit einer gewissen Drehung zueinander angeordnet sind.

14. Gegenstandsüberwachungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungszone (18) wenigstens teilweise durch einen Ladenausgang gebildet wird.

15. Gegenstandsüberwachungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (20) ein Element aus einem amorphen Magnetmaterial aufweist, wobei die Permeabilität des Elementes abhängig von der Magnetisierfeldstärke des magnetischen Modulationsfeldes entlang der Hauptrichtung des Elementes ist.