EP0707296B1 - Anlage zur elektronischen Artikelüberwachung - Google Patents

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EP0707296B1
EP0707296B1 EP95114703A EP95114703A EP0707296B1 EP 0707296 B1 EP0707296 B1 EP 0707296B1 EP 95114703 A EP95114703 A EP 95114703A EP 95114703 A EP95114703 A EP 95114703A EP 0707296 B1 EP0707296 B1 EP 0707296B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
transmitter
alarm
frequency
signals
values
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95114703A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0707296A1 (de
Inventor
Nicholas David Swales
Ian Thompson-Bell
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meto International GmbH
Original Assignee
Meto International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meto International GmbH filed Critical Meto International GmbH
Publication of EP0707296A1 publication Critical patent/EP0707296A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0707296B1 publication Critical patent/EP0707296B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/22—Electrical actuation
    • G08B13/24—Electrical actuation by interference with electromagnetic field distribution
    • G08B13/2402—Electronic Article Surveillance [EAS], i.e. systems using tags for detecting removal of a tagged item from a secure area, e.g. tags for detecting shoplifting
    • G08B13/2405—Electronic Article Surveillance [EAS], i.e. systems using tags for detecting removal of a tagged item from a secure area, e.g. tags for detecting shoplifting characterised by the tag technology used
    • G08B13/2414—Electronic Article Surveillance [EAS], i.e. systems using tags for detecting removal of a tagged item from a secure area, e.g. tags for detecting shoplifting characterised by the tag technology used using inductive tags
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/22—Electrical actuation
    • G08B13/24—Electrical actuation by interference with electromagnetic field distribution
    • G08B13/2402—Electronic Article Surveillance [EAS], i.e. systems using tags for detecting removal of a tagged item from a secure area, e.g. tags for detecting shoplifting
    • G08B13/2465—Aspects related to the EAS system, e.g. system components other than tags
    • G08B13/2482—EAS methods, e.g. description of flow chart of the detection procedure

Definitions

  • the invention relates to a system according to the preamble of Claim 1.
  • the oscillator is in the Usually connected to an output stage, which is a transmitting antenna in pulse mode which in turn feeds a magnetic field in the monitoring zone generated.
  • a separate receiving antenna is used to receive the signals used, which creates a security tag in the surveillance zone.
  • This antenna is connected to a receiving circuit on the entire frequency range swept by the transmitter is sensitive during the Output of the receiver is connected to a detector, which at the Presence of a fuse tag in the surveillance zone an alarm triggers so that the staff of the sales facility or the like. possibly theft can prevent.
  • the detection is usually carried out in such a way that at a Change in the received power - as a result of the presence of a Fuse trailer - at a certain, constant transmission frequency, So constant time position during the wobble cycles alarm becomes.
  • a system of the generic type has become known from EP 565 481 A1.
  • the The receiver instructs you to reduce the probability of a false alarm Mixer whose first input is connected to the receiving coil.
  • the transmission frequency is applied to the second input.
  • the result is at the output of the mixer to a DC voltage signal, which is at the Presence of a fuse tag in the surveillance zone changes.
  • This voltage becomes a bandpass filter and an amplifier and finally an analog-digital converter of the detector.
  • EP 387 970 A1 discloses another, but similar system.
  • the mixer from the transmitter a reference signal with such a phase supplied that there is a maximum output signal if a fuse trailer is in the surveillance zone.
  • the output voltage becomes minimal.
  • mixers synchronous detectors
  • a disadvantage is that the Information about the phase of the received signal is unnecessarily lost, so that sometimes not from a security trailer Interference signals (their amplitude, but not phase, the signal of a resonant circuit corresponds) to trigger one for the affected customer embarrassing alarm.
  • EP 0 608 961 A1 describes a detection system for detecting and Identification of a label with at least one resonant circuit known.
  • the system consists of a sending unit, the one electromagnetic query field generated and a receiving unit that it allows to detect the resonance effects caused by the presence of the Labels are caused in the query field.
  • that evaluates Detection system essentially only the signals of a sideband respective frequency of the interrogation field in order to increase the resonance effects discover.
  • the invention is based on the problem to create a system for electronic article surveillance that stands out low sensitivity to interference signals and a high probability of detection distinguished.
  • the core idea is to make a decision about triggering a Alarms based on additional information - the phase shift between the transmitted and the received signal - to meet thus better between that generated by a backup trailer and other, from any sources of interference (such as transmitters, metallic Objects in the surveillance zone or the like of the recipient.
  • the full width at half maximum and Center frequency of the resonance curve possibly in the surveillance area located resonant circuit are evaluated.
  • the quality of the resonant circuit can be calculated. Only if they are within one certain interval, which corresponds to the commercial, in each fuse trailers used to be protected device is set, an alarm is triggered.
  • the advantage is that other resonant circuits with higher or lower quality do not cause an unwanted false alarm can.
  • the main advantages of the invention are that the probability of triggering a false alarm is significantly reduced by sources of interference. Also the sensitivity, i.e. the detection probability for fuse trailers is improved.
  • the fuse trailer proves necessary the transmission frequency over a certain range vary to really all possibly in the surveillance zone evidence of the included safety tag can.
  • This - known per se - variation of the transmission frequency enables not only those at maximum amplitude, in other words at the resonance frequency of a fuse trailer signals detected by the receiving antenna, but also signals measured at other transmission frequencies to decide whether to trigger an alarm Draw rate.
  • the detected amplitude and phase measurements are used, that arise at transmission frequencies that are close to the Resonance frequency of a fuse trailer. At all other frequencies (except possible jammers) however, the received amplitude is below of the noise level always present, so that offers no possibility here to prove safety trailers.
  • an alarm is only triggered if the amplitudes of the received signals a certain one Exceed threshold.
  • the synchronous detector is preferably a known, so-called IQ detector for use. He has an exit on which the in-phase component of the transmit and receive signal is present. At a second exit is 90 ° (or any other angle) shifted part of the received signal.
  • FIG 1 is one for generating an electromagnetic Field in the surveillance zone and circuit used for reception shown.
  • Voltage becomes the output frequency of a voltage controlled Oscillator (2)
  • a known VCO varies.
  • the Frequency of the voltage supplied to a power amplifier (3) is therefore changed by changing the voltage at input (1) varies in such a way that it gradually covers the entire area, in which the resonance frequency of a fuse tag (5) could be. That amplified with the power amplifier (3) Transmission signal is fed to a transmission antenna (4) an electromagnetic field corresponding frequency in the Monitoring zone emits.
  • a receiving antenna (6) is used Evidence of that from the transmitting antenna (4) and from that in the surveillance zone included fuse tags (5) generated electromagnetic fields; your corresponding to the received field strength Output signal is an input of a synchronous detector (7) fed.
  • the second input of the synchronous detector (7) a reference signal is applied to the power amplifier (3) is removed.
  • the detection device (8) connected. Is at an output of the synchronous detector (7) a voltage corresponding to the in-phase portion between the Output voltage of the power amplifier (3) and that of the Receiving antenna (6) corresponds to the voltage supplied; to the the other output is the part of both shifted by 90 ° Tensions.
  • the - also known as the IQ detector - Synchronous detector (7) thus delivers at the first output the product of both input voltages and at the second output the product of an input voltage and a 90 ° phase-shifted input voltage.
  • any alarm device is connected at the exit (9) of the detection device (8) at the exit (9) of the detection device (8) any alarm device is connected.
  • Figure 2 shows a block diagram of a detection device (8). It contains a digital-to-analog converter (15), the Output (10) with the input (1) of the voltage controlled oscillator (2) is connected.
  • the digital-to-analog converter (15) thus controls the frequency emitted by the transmitting antenna (4).
  • a 12-bit embodiment comes as the converter (15) used, which enables the output (10) on set one of 4096 possible voltage values and between 4096 different transmission frequencies to choose.
  • ROM read-only memory
  • the two outputs of the synchronous detector (7) are each with an input (21, 22) of the detection device (8).
  • the microprocessor (11) sets the digital-to-analog converter (15) for a period of, for example, one millisecond a constant output voltage, in which the transmission frequency stays the same.
  • the two integrate Integrators (18, 20) each on their - with the synchronous detector (7) connected - inputs (21, 22) are present Tensions.
  • the microprocessor initiates (11) the two analog-digital converters (17, 19), the output voltages of the integrators (18, 20) into a digital value convert that through the digital input-output circuit (16) written into a memory (RAM) (13) becomes.
  • the microprocessor (11) examines the data stored in the memory (13) thereupon whether a backup tag (5) is included in the surveillance zone.
  • the output (9) of the detection device (8) is connected to a bus (14) connected to the microprocessor (11) with the memories (12, 13) and the digital input-output circuit (16) connects.
  • FIG. 3 shows a typical course of the voltages at the inputs (21,22) shown how it is during a frequency sweep results if there is no security tag (5) in the monitoring zone is included.
  • the voltage I at the input (21) is plotted on the vertical axis, and the voltage Q am Entrance (22) is plotted on the horizontal axis.
  • the artifact (25) is the result of a external interference from a radio station or an adjacent one Article surveillance system can originate.
  • the amplitude of the received signal corresponds to the distance from the origin, i.e. the length of the radius vector of the point (Q, I) and is equal to the square root of the sum of the square of I and the square of Q.
  • the phase angle corresponds the angle between the radius vector and the horizontal Axis. The tangent of the angle thus corresponds to the quotient I / Q.
  • the amplitude of the (without Fuse tag (5)) received signal during the frequency sweep varies. It is proportional to the degree of Coupling between the transmitting antenna (4) and the receiving antenna (6).
  • the phase of the received signal varies Pass through typically 300 °, which is a consequence of the running time of the signal through the system, i.e. Is sender and receiver. The phase shifts are mainly caused by the filters Recipient.
  • the transit time (i.e. delay) of the signal in the system shown here is approximately 400 ns, the one Phase difference of 300 ° for signals between 7 and 9 MHz Consequence.
  • Figure 4 shows the course of the voltages I and Q, if a security tag (5) included in the surveillance zone is.
  • the artifact (25) due to interference is still available.
  • the latter arises from the fact that the resonant circuit a quick change in phases and amplitudes (the field strength that he emits again), if the transmit frequency is above its resonance frequency is varied. This characteristic change in phase and The actual core forms the amplitude of the received signal of the present invention.
  • any object - however no security tag (5) - is in the surveillance zone, it also causes a change in the coupling between Receiving and transmitting antenna; however, it does not arise characteristic loop that creates a resonant circuit. Based this information can thus be easily decided whether a security tag is included in the surveillance zone is.
  • Interference signals such as the artifact (25) also do not produce any characteristic loop (26). So they can't either generate unwanted false alarm.
  • the microprocessor (11) is in the read-only memory (12) stored programs controlled and processed those obtained in several frequency sweeps, in memory (13) stored measured values.
  • a program contained in the read-only memory (12) calculates the Average values of the voltages at the inputs (21.22) - I and Q - at all frequencies in the range of variation. The average is over the last three (or one any other number) runs formed. These averages thus contain information about the averaged Amplitude and phase during the last frequency sweeps received voltages; they represent a saved Background.
  • FIG. 5 shows the amplitudes and phases of a frequency sweep, where a security tag (5) in the surveillance zone is included after the stored averages of the previous runs were subtracted.
  • the characteristic loop (26) of the resonant circuit thereby passed into a characteristic circle (27), the touches the origin of the coordinate system and its center is out of origin.
  • the standardized measured values allow, based on the bandwidth Detected resonant circuits to decide whether a fuse trailer (5) is included in the surveillance zone.
  • conventional fuse trailers (5) have one Quality between 50 and 200.
  • the quality determines the bandwidth of the detectable signals, the number of measuring points of a circle in the I-Q diagram. Creates an object with a circle too many or too few points, the conclusion suggests that it is not a backup trailer.
  • FIG. 7 shows a flow chart according to which the microprocessor (11) can operate.
  • the transmission frequency is run (29) through the frequency range to be examined.
  • the difference (30) from the previously recorded average measured values is then calculated, with normalization (division by the average measured values) optionally being carried out.
  • normalization division by the average measured values
  • I '(f) + i * Q' (f) U 0 + U 1 exp (i ⁇ c ⁇ f).
  • I corresponds to the imaginary unit number.
  • U 0 is a complex number that corresponds to the center of the circle in the IQ diagram.
  • U 1 is the radius of the circle and exp is the known exponential function.
  • c is real and a measure of the number of measuring points that a circle encompasses. If it contains many measuring points, c is larger than if it contains only a few measuring points.
  • the microprocessor (11) thus tries to evaluate the numbers c, U0 and U1, which result in a minimal deviation between the measured values I'and Q 'and the above equation.
  • the next step (32) possibly found circles - several of them can be found in one pass, for example if several security tags with different resonance frequencies are contained in the monitoring zone - are examined separately.
  • the first query (33) checks whether the center of the circle is at the origin, that is, whether U 0 is less than a defined value. If the result is yes, the process jumps to step (41) and determines that there is no safety tag (5). However, if the result in step (33) is no, a check (34) is carried out to determine whether the circle runs through the origin (ie whether the difference between the amount of U 1 and the amount of U 0 is less than a defined value). If the result is no, there is no fuse tag and the process continues with step (41). However, if the circle runs through the origin, a calculation (35) of the distance of its center from the origin (ie the amount of U 0 ) and a check (36) is carried out to determine whether this distance exceeds a threshold value.
  • step (41) If the result is no, the process is also continued at step (41). If the threshold value is exceeded, the quality of the fuse tag (5) is calculated (37) (it corresponds to the quotient of the resonance frequency and the half-value width). It is then checked in step (38) whether the quality is greater than a certain amount (for example 50). If the result is no, the process continues with step (41), otherwise a check (39) is carried out to determine whether the quality is less than a second value (eg 200). If the result is yes, alarm (40) is triggered, otherwise the process proceeds to step (41). After it has been determined in step (41) that the circuit examined does not correspond to a safety tag (5), it is checked in step (42) whether all circles identified in step (31) have been processed (examined).
  • step (32) If this is not the case, the process jumps back to step (32) and the next circle is made available for further investigation. On the other hand, if all circles have been processed, the average measured values are updated in step (43), ie the most recent measurements are replaced by the most recent ones. A new run (29) then takes place over the frequency range.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektronische Artikelsicherungsanlagen, die die Anwesenheit eines mit einem Schwingkreis (Spule und Kondensator) ausgestatteten Sicherungsanhängers in einer Überwachungszone nachweisen und insbesondere in Verkaufseinrichtungen Verwendung finden, sind im Stande der Technik bekannt. Da die jeweilige Resonanzfrequenz der einzelnen Sicherungsanhänger einer fertigungsbedingten Toleranz von typisch ± 10 % unterliegt, ist es notwendig, die Sendefrequenz über einen bestimmten Bereich zu variieren (zu wobbeln), um sicher zu sein, alle Sicherungsanhänger nachweisen zu können. Dazu findet gewöhnlich ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) Verwendung, der den gewünschten Frequenzbereich liefert. Sein Eingang wird mit einer Sinus-, Dreieck- oder Treppenspannung beaufschlagt, und an seinem Ausgang liegt eine der Eingangsspannung proportionale Frequenz an. Alternativ können auch Digital-Analog-Wandler zur Frequenzerzeugung dienen. Der Oszillator ist im Regelfall an einer Endstufe angeschlossen, die im Pulsbetrieb eine Sendeantenne speist, welche ihrerseits ein Magnetfeld in der Überwachungszone erzeugt. Eine separate Empfangsantenne wird zum Empfang der Signale verwendet, die ein Sicherungsanhänger in der Überwachungszone erzeugt. Diese Antenne ist an einem Empfangsschaltkreis angeschlossen, der auf dem gesamten vom Sender überstrichenen Frequenzbereich sensitiv ist, während der Ausgang des Empfängers an einem Detektor angeschlossen ist, der bei der Anwesenheit eines Sicherungsanhängers in der Überwachungszone einen Alarm auslöst, so daß das Personal der Verkaufseinrichtung odgl. ggf. einen Diebstahl verhindem kann. Die Detektion wird gewöhnlich derart realisiert, daß bei einer Änderung der empfangenen Leistung - in Folge der Anwesenheit eines Sicherungsanhängers - bei einer bestimmten, gleichbleibenden Sendefrequenz, also konstanter zeitlicher Position während der Wobbelzyklen Alarm gegeben wird.
Eine Anlage gattungsgemäßer Art ist aus der EP 565 481 A1 bekannt geworden. Um einerseits die Nachweiswahrscheinlichkeit der Sicherungsanhänger durch eine Erhöhung der Empfindlichkeit verbessern zu können, andererseits die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarmes zu reduzieren, weist der Empfänger einen Mischer auf, dessen erster Eingang mit der Empfangsspule in Verbindung steht. Der zweite Eingang wird mit der Sendefrequenz beaufschlagt. Im Ergebnis liegt am Ausgang des Mischers ein Gleichspannungssignal an, das sich bei der Anwesenheit eines Sicherungsanhängers in der Überwachungszone ändert. Diese Spannung wird einem Bandpassfilter und einem Verstärker und schließlich einem Analog-Digital-Wandler des Detektors zugeführt.
Die EP 387 970 A1 offenbart eine andere, jedoch ähnliche Anlage. Hier wird dem Mischer vom Sender ein Referenzsignal mit einer derartigen Phase zugeführt, daß sich ein maximales Ausgangssignal ergibt, falls ein Sicherungsanhänger in der Überwachungszone ist. Wird hingegen ein Signal empfangen, das um 90° relativ zu dem eines Sicherungsanhängers phasenverschoben ist, wird die Ausgangsspannung minimal.
Bei den bekannten Anlagen finden somit Mischer (Synchrondetektoren) Verwendung, die der - im Signalweg nachfolgenden - Detektionsvorrichtung ausschließlich eine Information über das Produkt aus der empfangenen Amplitude und einem festen (wenn auch möglicherweise frequenzabhängigen), von der Phasenverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Signal abhängigen Faktor liefem. Als nachteilig ist dabei anzusehen, daß die Information über die Phase des empfangenen Signals unnötigerweise verlorengeht, so daß mitunter auch nicht von einem Sicherungsanhänger stammende Störsignale (deren Amplitude, jedoch nicht Phase, dem Signal eines Resonanzschwingkreises entspricht) zur Auslösung eines für den betroffenen Kunden peinlichen Alarms führen können.
Aus der EP 0 608 961 A1 ist ein Detektionssystem zur Detektierung und Identifizierung eines Etikettes mit zumindest einem Resonanzschwingkreis bekannt geworden. Das System besteht aus einer Sendeeinheit, die ein elektromagnetisches Abfragefeld erzeugt und einer Empfangseinheit, die es ermöglicht, die Resonanzeffekte zu detektieren, die durch die Anwesenheit des Etiketts im Abfragefeld verursacht werden. Insbesondere wertet das Detektionssystem im wesentlichen nur die Signale eines Seitenbandes der jeweiligen Frequenz des Abfragefeldes aus, um die Resonanzeffekte zu entdecken.
Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Anlage zur elektronischen Artikelüberwachung zu schaffen, die sich durch geringe Empfindlichkeit gegenüber Störsignalen und eine hohe Nachweiswahrscheinlichkeit auszeichnet.
Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Der Kemgedanke besteht darin, die Entscheidung über das Auslösen eines Alarms anhand einer zusätzlichen Information - der Phasenverschiebung zwischen dem ausgestrahlten und dem empfangenen Signal - zu treffen, um somit besser zwischen dem von einem Sicherungsanhänger erzeugten und anderen, von beliebigen Störungsquellen (wie Sendern, metallischen Gegenständen in der Überwachungszone odgl.) stammenden Ausgangssignalen des Empfängers unterscheiden zu können.
Anhand der gemessenen Amplituden und Phasen kann die Halbwertsbreite und Mittenfrequenz der Resonanzkurve eines eventuell im Überwachungsbereich befindlichen Schwingkreises evaluiert werden. Anhand beider Werte kann die (dem Quotienten aus Resonanzfrequenz und Halbwertsbreite entsprechende) Güte des Schwingkreises berechnet werden. Nur falls sie innerhalb eines bestimmten Intervalls liegt, das entsprechend den handelsüblichen, in der jeweils abzusichernden Einrichtung verwendeten Sicherungsanhängern festgelegt ist, wird ein Alarm ausgelöst. Der Vorzug besteht darin, daß andere Schwingkreise mit höherer oder geringerer Güte keinen unerwünschten Fehlalarm bewirken können.
Die Vorteile der Erfindung bestehen vornehmlich darin, daß die Wahrscheinlichkeit der Auslösung eines Fehlalarmes durch Störungsquellen wesentlich reduziert ist. Auch die Empfindlichkeit, also die Detektionswahrscheinlichkeit für Sicherungsanhänger ist verbessert.
Aufgrund der fertigungsbedingten Toleranzen der Resonanzkreise der Sicherungsanhänger erweist es sich als notwendig, die Sendefrequenz über einen bestimmten Bereich zu variieren, um wirklich alle eventuell in der Überwachungszone enthaltenen Sicherungsanhänger nachweisen zu können. Diese - an sich bekannte - Variation der Sendefrequenz ermöglicht, nicht nur die bei maximaler Amplitude, also bei der Resonanzfrequenz eines Sicherungsanhängers von der Empfangsantenne nachgewiesenen Signale, sondern auch bei anderen Sendefrequenzen gemessene Signale zur Entscheidung über das Auslösen eines Alarmes zu Rate zu ziehen. Zur Auswertung werden insbesondere die detektierten Amplituden- und Phasenmeßwerte herangezogen, die sich bei Sendefrequenzen ergeben, die in der Nähe der Resonanzfrequenz eines Sicherungsanhängers liegen. Bei allen anderen Frequenzen (mit Ausnahme eventueller Störsender) wird die empfangene Amplitude hingegen unterhalb des stets vorhandenen Rauschpegels bleiben, so daß sich hier keine Möglichkeit bietet, Sicherungsanhänger nachzuweisen.
Ein Alarm wird nur dann ausgelöst, falls der Verlauf der Phasen und Amplituden der empfangenen Signale in Abhängigkeit von der Sendefrequenz zumindest näherungsweise mit einer festgelegten Kurvenform übereinstimmt. Diese Kurvenform entspricht der Kurve, die von einem Sicherungsanhänger in der Überwachungszone zu erwarten ist. Die bei den einzelnen, unterschiedlichen Sendefrequenzen empfangenen Signale werden daher gespeichert und es wird fortlaufend geprüft, ob sie (als Funktion der Sendefrequenz) der festgelegten Kurve entsprechen.
Weiterhin wird auch nur dann ein Alarm ausgelöst, falls die Amplituden der empfangenen Signale einen bestimmten Schwellenwert überschreiten.
Als Synchrondetektor kommt vorzugsweise ein an sich bekannter, sogenannter IQ-Detektor zur Verwendung. Er weist einen Ausgang auf, an dem der gleichphasige Anteil von Sende- und Empfangssignal anliegt. An einem zweiten Ausgang liegt der um 90 ° (oder einen beliebigen, anderen Winkel) verschobene Anteil des empfangenen Signals an.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen in schematischer Darstellung in
Figur 1 :
eine Blockschaltung der zum Senden und Empfangen dienenden Teile der Anlage;
Figur 2:
eine Blockschaltung einer Detektionsvorrichtung;
Figuren 3-6:
Beispiele für empfangene Signale;
Figur 7:
ein Flußdiagramm für die Detektion von Sicherungsanhängern.
In Figur 1 ist eine zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes in der Überwachungszone und zum Empfang dienende Schaltung dargestellt. Mittels einer am Eingang (1) anliegenden Spannung wird die Ausgangsfrequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators (2), eines an sich bekannten VCO variiert. Die Frequenz der einem Leistungsverstärker (3) zugeführten Spannung wird somit durch eine Änderung der Spannung am Eingang (1) derart variiert, daß sie sukzessive den gesamten Bereich überstreicht, in dem die Resonanzfrequenz eines Sicherungsanhängers (5) liegen könnte. Das mit dem Leistungsverstärker (3) verstärkte Sendesignal wird einer Sendeantenne (4) zugeführt, die ein elektromagnetisches Feld entsprechender Frequenz in die Überwachungszone abstrahlt. Eine Empfangsantenne (6) dient zum Nachweis der von der Sendeantenne (4) und von dem in der Überwachungszone enthaltenen Sicherungsanhänger (5) erzeugten elektromagnetischen Felder; ihr der empfangenen Feldstärke entsprechendes Ausgangssignal wird einem Eingang eines Synchrondetektors (7) zugeführt. Der zweite Eingang des Synchrondetektors (7) wird mit einem Referenzsignal beaufschlagt, das dem Leistungsverstärker (3) entnommen wird. An den beiden Ausgängen des Synchrondetektors (7) ist die Detektionsvorrichtung (8) angeschlossen. An einem Ausgang des Synchrondetektors (7) liegt eine Spannung an, die dem gleichphasigen Anteil zwischen der Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers (3) und der von der Empfangsantenne (6) gelieferten Spannung entspricht; an dem anderen Ausgang liegt der um 90 ° verschobene Anteil beider Spannungen an. Der - auch unter der Bezeichnung IQ-Detektor bekannte - Synchrondetektor (7) liefert somit am ersten Ausgang das Produkt aus beiden Eingangsspannungen und am zweiten Ausgang das Produkt aus einer Eingangsspannung und einer um 90 ° phasenverschobenen Eingangsspannung. Am Ausgang (9) der Detektionsvorrichtung (8) ist eine beliebige Alarmeinrichtung angeschlossen.
Figur 2 stellt ein Blockschaltbild einer Detektionsvorrichtung (8) dar. Sie enthält einen Digital-Analog-Wandler (15), dessen Ausgang (10) mit dem Eingang (1) des spannungsgesteuerten Oszillators (2) verbunden ist. Der Digital-Analog-Wandler (15) steuert somit die von der Sendeantenne (4) abgestrahlte Frequenz. Als Wandler (15) kommt im Regelfall eine 12-bit-Ausführungsform zum Einsatz, die es ermöglicht, den Ausgang (10) auf einen von 4096 möglichen Spannungswerten einzustellen und zwischen 4096 unterschiedlichen Sendefrequenzen zu wählen.
In einem Festwertspeicher (ROM) (12) gespeicherte Programme steuern einen Mikroprozessor (11) derart, daß er seinerseits den Digital-Analog-Wandler (15) über eine zwischengeschaltete digitale Eingabe-Ausgabe-Schaltung (16) so beeinflußt, daß die Sendefrequenz in entsprechenden Schritten variiert wird.
Die beiden Ausgänge des Synchrondetektors (7) sind mit jeweils einem Eingang (21,22) der Detektionsvorrichtung (8) verbunden. Der Mikroprozessor (11) setzt den Digital-Analog-Wandler (15) für einen Zeitraum von beispielsweise einer Millisekunde auf eine konstante Ausgangsspannung, in der auch die Sendefrequenz gleich bleibt. Während dieses Zeitraumes integrieren die beiden Integratoren (18,20) die jeweils an ihren - mit dem Synchrondetektor (7) verbundenen - Eingängen (21,22) anliegenden Spannungen. Nach dem Ablauf dieses Zeitraumes veranlaßt der Mikroprozessor (11) die beiden Analog-Digital-Wandler (17,19), die Ausgangsspannungen der Integratoren (18,20) in einen Digitalwert umzuwandeln, der über die digitale Eingabe-Ausgabe-Schaltung (16) in einen Speicher (RAM) (13) hineingeschrieben wird. Dieser Vorgang wird sukzessive für alle Frequenzen des zu untersuchenden Frequenzbereiches wiederholt. Nach dem Ende eines Frequenzdurchlaufs untersucht der Mikroprozessor (11) die im Speicher (13) abgelegten Daten daraufhin, ob ein Sicherungsanhänger (5) in der Überwachungszone enthalten ist. Der Ausgang (9) der Detektionsvorrichtung (8) ist an einen Bus (14) angeschlossen, der den Mikroprozessor (11) mit den Speichern (12,13) und der digitalen Eingabe-Ausgabe-Schaltung (16) verbindet.
Wie bereits festgestellt wurde, liegen an den Eingängen (21,22) Informationen über die Amplitude der empfangenen Signale sowie über den Phasenunterschied zwischen dem Feld des Senders und den empfangenen Signalen an. Für jeden Frequenzdurchlauf werden daher die von den beiden Analog-Digital-Wandlern (17,19) gelieferten Werte getrennt voneinander gespeichert.
Die Ausgangsspannung des Synchrondetektors (7), die am Eingang (21) anliegt und im folgenden mit "I" bezeichnet wird, entspricht dem Produkt aus der gesendeten und der empfangenen Feldstärke, während am anderen Eingang (22) die als "Q" bezeichnete Spannung liegt, welche dem Produkt aus der empfangenen Feldstärke und einer gegenüber der gesendeten Feldstärke um 90 ° phasenverschobenen Spannung entspricht. Wird also ein mit der Sendefeldstärke gleichphasiges Signal empfangen, liegt am Eingang (21) eine Gleichspannung an, während am Eingang (22) keine Spannung liegt. Ist das empfangene Signal hingegen um 90 ° relativ zum Sendesignal verschoben, wird der Eingang (21) näherungsweise Null und am Eingang (22) liegt eine Gleichspannung an.
In Figur 3 ist ein typischer Verlauf der Spannungen an den Eingängen (21,22) dargestellt, wie er sich bei einem Frequenzdurchlauf ergibt, wenn kein Sicherungsanhänger (5) in der Überwachungszone enthalten ist. Die Spannung I am Eingang (21) ist auf der vertikalen Achse aufgetragen, und die Spannung Q am Eingang (22) ist auf der horizontalen Achse aufgetragen. Bei einer Variation der Sendefrequenz beginnt der Durchlauf bei der geringsten Frequenz am Punkt (23) und endet bei der höchsten Frequenz am Punkt (24). Das Artefakt (25) ist die Folge einer externen Störung, die von einem Radiosender oder einer benachbarten Artikelüberwachungs-Anlage stammen kann.
Die Amplitude des empfangenen Signals entspricht dem Abstand vom Ursprung, d.h. der Länge des Radiusvektors des Punktes (Q,I) und ist gleich der Quadratwurzel aus der Summe des Quadrats von I und des Quadrats von Q. Der Phasenwinkel entspricht dem Winkel zwischen dem Radiusvektor und der horizontalen Achse. Der Tangens des Winkels entspricht somit dem Quotienten I/Q.
Anhand der Figur 3 ist erkennbar, daß die Amplitude des (ohne Sicherungsanhänger (5)) empfangenen Signals während des Frequenzdurchlaufs variiert. Sie ist proportional zum Grad der Kopplung zwischen der Sendeantenne (4) und der Empfangsantenne (6). Die Phase des empfangenen Signals variiert bei diesem Durchlauf um typischerweise 300 °, was eine Folge der Laufzeit des Signals durch die Anlage, d.h. Sender und Empfänger ist. Die Phasenverschiebungen entstehen hauptsächlich durch die Filter des Empfängers. Die Laufzeit (d.h. Verzögerung) des Signals beträgt bei der hier dargestellten Anlage ca. 400 ns, die eine Phasendifferenz von 300° bei Signalen zwischen 7 und 9 MHz zur Folge hat.
Figur 4 stellt den Verlauf der Spannungen I und Q dar, falls ein Sicherungsanhänger (5) in der Überwachungszone enthalten ist. Das durch Störungen bedingte Artefakt (25) ist noch immer vorhanden. Hinzugekommen ist eine vom Sicherungsanhänger (5) erzeugte Schleife (26). Letztere entsteht dadurch, daß der Resonanzschwingkreis eine schnelle Änderung der Phasen und Amplituden (der von ihm wieder abgestrahlten Feldstärke) bewirkt, wenn die Sendefrequenz über seine Resonanzfrequenz hinweg variiert wird. Diese charakteristische Änderung der Phase und Amplitude des empfangenen Signals bildet den eigentlichen Kern der vorliegenden Erfindung. Falls ein beliebiges Objekt - jedoch kein Sicherungsanhänger (5) - in der Überwachungszone ist, bewirkt es ebenfalls eine Änderung in der Kopplung zwischen Empfangs- und Sendeantenne; es entsteht jedoch nicht die charakteristische Schleife, die ein Resonanzkreis erzeugt. Anhand dieser Information kann somit unschwer entschieden werden, ob ein Sicherungsanhänger in der Überwachungszone enthalten ist. Auch Störsignale, wie das Artefakt (25), produzieren keine charakteristische Schleife (26). Somit können auch sie keinen unerwünschten Fehlalarm erzeugen.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Verfahren, nach dem die Detektionsvorrichtung (8) anhand der gewonnenen Informationen zwischen Sicherungsanhängern und anderen Objekten bzw. Störsignalen unterscheiden kann, näher beschrieben. In dieser Ausführungsform wird der Mikroprozessor (11) durch im Festwertspeicher (12) gespeicherte Programme gesteuert und verarbeitet die in mehreren Frequenzdurchläufen gewonnenen, im Speicher (13) abgelegten Meßwerte.
Ein im Festwertspeicher (12) enthaltenes Programm berechnet die Durchschnittswerte der Spannungen an den Eingängen (21,22) - also I und Q - bei allen Frequenzen des Variationsbereiches. Der Durchschnitt wird jeweils über die letzten drei (oder eine beliebige andere Zahl) Durchläufe gebildet. Diese Durchschnittswerte enthalten somit Informationen über die gemittelte Amplitude und Phase der während der letzten Frequenzdurchläufe empfangenen Spannungen; sie stellen einen gespeicherten Hintergrund dar.
Die Amplituden und Phasen jedes nachfolgenden Durchlaufs werden mit den gespeicherten Durchschnittswerten verglichen. Im konkreten wird für jede Frequenz die Differenz aus den aktuellen und den mittleren Meßwerten berechnet und wiederum im Speicher (13) abgelegt. Die Differenzen lassen jegliche Unterschiede zwischen dem aktuellen und den vorhergehenden Durchläufen sehr gut erkennbar werden. Derartige Unterschiede können insbesondere eine Folge des Einführens eines Sicherungsanhängers (5) oder eines anderen Objektes in die Überwachungszone sein, oder durch kurzzeitige Störsignale entstehen.
Figur 5 zeigt die Amplituden und Phasen eines Frequenzdurchlaufs, bei dem ein Sicherungsanhänger (5) in der Überwachungszone enthalten ist, nachdem die gespeicherten Durchschnittswerte der vorhergehenden Durchläufe subtrahiert wurden. Die charakteristische Schleife (26) des Resonanzschwingkreises ist dabei in einen charakteristischen Kreis (27) übergegangen, der den Ursprung des Koordinatensystems berührt, und dessen Mittelpunkt außerhalb des Ursprungs liegt.
Offensichtlich ist die Differenz aus den aktuellen und den durchschnittlichen Meßwerten stets näherungsweise Null, mit Ausnahme der in der Nähe der Resonanzfrequenz eines Sicherungsanhängers liegenden Frequenzen.
Wird ein Gegenstand in die Überwachungszone eingebracht, der keinen Resonanzkreis enthält, ändert sich die Kopplung zwischen der Sende-(4) und der Empfangsantenne (6) - und somit die empfangene Spannung - über den gesamten durchlaufenen Frequenzbereich. Das Ergebnis ist, daß die in Figur 3 dargestellte Kurve vergrößert, verkleinert oder gedreht wird. Die in einem derartigen Fall entstehenden Differenzen aus den aktuellen und den durchschnittlichen Meßwerten sind in Figur 6 dargestellt. Wie bei einem Sicherungsanhänger (5) entsteht ein charakteristischer Kreis, der jedoch grundsätzlich andere Eigenschaften hat. Er hat seinen Mittelpunkt im Ursprung des Koordinatensystems und berührt den Ursprung nicht. Hingegen liegt der Mittelpunkt des Kreises eines Sicherungsanhängers (5) außerhalb des Ursprungs und berührt letzteren. Die im Festwertspeicher (12) enthaltenen Programme differenzieren anhand dieser charakteristischen Unterschiede zwischen Sicherungsanhängern (5) und anderen Objekten.
Ein Nachteil der Verwendung der Differenz aus den aktuellen und den durchschnittlichen Meßwerten besteht darin, daß die Form der entstehenden Kreise nicht exakt zirkular ist. Der Grund dafür liegt darin, daß der Grad der Kopplung zwischen der Sende- (4) und Empfangsantenne (6) mit der jeweiligen Sendefrequenz variiert. Diese Änderungen der Kopplung verzerren die Form der charakteristischen Kreise (27,28). Es bietet sich daher an, die Verzerrungen durch eine Normierung der Meßwerte zu vermeiden. Dabei wird die jeweilige Differenz aus dem zuletzt gemessenen (also aktuellen) und den durchschnittlichen Meßwerten berechnet und anschließend durch die durchschnittlichen Meßwerte dividiert. Somit wird bei Frequenzen mit starker Kopplung - bei denen hohe Meßwerte entstehen - durch große Zahlen geteilt und bei kleiner Kopplung durch geringere Zahlen dividiert. Im Ergebnis sind die Amplituden der normierten Meßwerte näherungsweise frequenzunabhängig.
Insbesondere die normierten Meßwerte erlauben, anhand der Bandbreite detektierter Schwingkreise zu entscheiden, ob ein Sicherungsanhänger (5) in der Überwachungszone enthalten ist. Bekannterweise haben konventionelle Sicherungsanhänger (5) eine Güte zwischen 50 und 200. Die Güte bestimmt die Bandbreite der nachweisbaren Signale, die der Zahl der Meßpunkte eines Kreises im I-Q-Diagramm entspricht. Erzeugt ein Objekt einen Kreis mit zu vielen oder zu wenigen Punkten, liegt der Schluß nahe, daß es sich nicht um einen Sicherungsanhänger handelt.
Schließlich zeigt Figur 7 ein Flußdiagramm, nach dem der Mikroprozessor (11) arbeiten kann. Zunächst erfolgt ein Durchlauf (29) der Sendefrequenz durch den zu untersuchenden Frequenzbereich. Anschließend erfolgt die Berechnung (30) der Differenz zu den vorher aufgenommenen, durchschnittlichen Meßwerten, wobei optional eine Normierung (Division durch die durchschnittlichen Meßwerte) durchgeführt werden kann. Im nächsten Schritt (31) wird geprüft, ob die Meßwerte im I-Q-Diagramm durch einen oder mehrere Kreise dargestellt werden können. Es wird also untersucht, ob die normierten Meßwerte (oder die Differenzen zwischen den aktuellen und den durchschnittlichen Meßwerten), die im folgenden als I'(f) und Q'(f) bezeichnet werden, als Funktion der Sendefrequenz f zumindest näherungsweise durch folgende Gleichung darstellbar sind: I'(f) + i·Q' (f) = U0 + U1 exp (i·c·f).
Dabei entspricht i der imaginären Einheitszahl. U0 ist eine komplexe Zahl, die dem Mittelpunkt des Kreises im I-Q-Diagramm entspricht. U1 ist der Radius des Kreises und exp die bekannte Exponentialfunktion. c ist reell und ein Maß für die Zahl der Meßpunkte, die ein Kreis umfaßt. Enthält er viele Meßpunkte, ist c größer, als wenn er nur wenige Meßpunkte enthält. Der Mikroprozessor (11) versucht im Schritt (31) also, die Zahlen c, U0 und U1 zu evaluieren, die eine minimale Abweichung zwischen den Meßwerten I'und Q' und obiger Gleichung zur Folge haben. Im nächsten Schritt (32) werden eventuell aufgefundene Kreise - in einem Durchlauf können mehrere von ihnen aufgefunden werden, falls beispielsweise mehrere Sicherungsanhänger mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen in der Überwachungszone enthalten sind - separat untersucht. Die erste Abfrage (33) prüft, ob der Mittelpunkt des Kreises im Ursprung liegt, ob U0 also kleiner als ein festgelegter Wert ist. Ist das Ergebnis ja, wird zum Schritt (41) gesprungen und festgestellt, daß kein Sicherungsanhänger (5) vorliegt. Ist das Ergebnis im Schritt (33) jedoch nein, erfolgt eine Prüfung (34), ob der Kreis durch den Ursprung verläuft (d.h. ob die Differenz aus dem Betrag von U1 und dem Betrag von U0 kleiner als ein festgelegter Wert ist). Ist das Ergebnis nein, liegt kein Sicherungsanhänger vor und es wird mit Schritt (41) fortgefahren. Verläuft der Kreis jedoch durch den Ursprung, erfolgt eine Berechnung (35) der Entfernung seines Mittelpunktes vom Ursprung (d.h. des Betrages von U0) und eine Prüfung (36), ob diese Entfernung einen Schwellenwert überschreitet. Ist das Ergebnis nein, wird ebenfalls bei Schritt (41) weitergemacht. Wird der Schwellenwert überschritten, erfolgt eine Berechnung (37) der Güte des Sicherungsanhängers (5) (sie entspricht dem Quotienten aus Resonanzfrequenz und Halbwertsbreite). Anschließend wird im Schritt (38) geprüft, ob die Güte größer als ein bestimmter Betrag (z.B. 50) ist. Ist das Ergebnis nein, wird bei Schritt (41) fortgefahren, anderenfalls erfolgt eine Prüfung (39), ob die Güte kleiner als ein zweiter Wert (z.B. 200) ist. Ist das Ergebnis ja, wird Alarm (40) ausgelöst, anderenfalls zu Schritt (41) übergegangen. Nachdem im Schritt (41) festgestellt ist, daß der untersuchte Kreis keinem Sicherungsanhänger (5) entspricht, wird im Schritt (42) geprüft, ob alle im Schritt (31) identifizierten Kreise abgearbeitet (untersucht) sind. Ist das nicht der Fall, wird zum Schritt (32) zurückgesprungen und der nächste Kreis zur weiteren Untersuchung bereitgestellt. Sind hingegen alle Kreise abgearbeitet, werden im Schritt (43) die durchschnittlichen Meßwerte aktualisiert, d.h. die am weitesten zeitlich zurückliegenden Meßwerte durch die jüngsten ersetzt. Anschließend erfolgt ein neuer Durchlauf (29) über den Frequenzbereich.
Offensichtlich sind viele andere Methoden denkbar, nach denen eine Detektion der charakteristischen Kreise eines Resonanzschwingkreises und die Unterscheidung von anderen Objekten, die andere Kreise produzieren, möglich ist. Sollte es sich aus Kosten- oder Geschwindigkeitsgründen als vorteilhaft erweisen, können die Berechnungen mit digitalen (wie beschrieben) oder auch analogen Schaltungen oder einer Kombination aus beiden durchgeführt werden.
Im Ergebnis erhält man eine Anlage, die wesentlich besser zwischen Sicherungsanhängern und anderen Objekten unterscheiden kann. Sie erlaubt die Detektion in relativ stark mit Störungen beaufschlagten Umgebungen, in denen konventionelle Anlagen nicht arbeiten könnten.

Claims (10)

  1. Anlage zur elektronischen Artikelüberwachung, mit einem Sender, der ein elektromagnetisches Feld variabler Sendefrequenz mittels einer Sendeantenne (4) in eine Überwachungszone abstrahlt, und einem mit einer Empfangsantenne (6) versehenen Empfänger, dessen Ausgangssignale einer Detektionsvorrichtung (8) zugeführt werden, die bei der Anwesenheit eines Sicherungsanhängers (5) in der Überwachungszone ein Alarmsignal aktiviert, wobei der Sicherungsanhänger (5) einen Resonanzschwingkreis enthält, wobei sowohl die Amplitude der empfangenen Signale als auch der Phasenunterschied zwischen dem Feld des Senders und den empfangenen Signalen ausgewertet wird und wobei die Güte des Resonanzschwingkreises anhand der empfangenen Signale berechnet wird, dadurch gekennzeichnet,
    daß nur dann ein Alarm ausgelöst wird, wenn die anhand der empfangenen Signale errechnete Güte eines detektierten Resonanzschwingkreises innerhalb eines festgelegten Bereiches liegt.
  2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Signale bei mehreren unterschiedlichen Sendefrequenzen ausgewertet werden, die insbesondere in der Nähe der Resonanzfrequenz des Sicherungsanhängers (5) liegen.
  3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur dann ein Alarm ausgelöst wird, falls der Verlauf der Phasen und Amplituden der empfangenen Signale in Abhängigkeit von der Sendefrequenz zumindest näherungsweise mit einer festgelegten Kurvenform übereinstimmt.
  4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur dann ein Alarm ausgelöst wird, falls die Amplituden der empfangenen Signale einen festgelegten Schwellenwert überschreiten.
  5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Sendefrequenz Differenzmeßwerte dadurch bestimmt werden, daß die Differenz aus den Meßwerten des jeweils letzten Durchlaufs der Sendefrequenz und aus den Durchschnittswerten einer festen Zahl vorhergehender Durchläufe berechnet wird.
  6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Sendefrequenz normierte Meßwerte dadurch bestimmt werden, daß die Differenz aus den Meßwerten des jeweils letzten Durchlaufs der Sendefrequenz und aus den Durchschnittswerten einer festen Zahl vorhergehender Durchläufe durch die jeweiligen Durchschnittswerte dividiert wird.
  7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Sendefrequenz zwei Meßwerte ausgewertet werden, wobei der erste Meßwert (I) proportional zu dem Anteil der von der Empfangsantenne (6) empfangenen Signale ist, der zum Feld des Senders gleichphasig ist, und der zweite Meßwert (Q) proportional zum Anteil der von der Empfangsantenne (6) empfangenen Signale ist, die um einen festen Phasenwinkel von 90° relativ zum Feld des Senders verschoben sind.
  8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß geprüft wird, ob die Differenzmeßwerte oder die normierten Meßwerte I' und Q' bei den Sende-frequenzen f zumindest näherungsweise durch die Gleichung I' (f) + i · Q'(f) = U0 + U1 exp (i · c · f), darstellbar sind, wobei U1 und c reelle Zahlen sind und U0 eine komplexe Zahl ist.
  9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur dann ein Alarm ausgelöst wird, falls der Betrag von U 0 etwa gleich dem Betrag von U1 ist.
  10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß nur dann ein Alarm ausgelöst wird, falls der Betrag von U 0 und/oder U 1 einen festgelegten Schwellenwert überschreitet.
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