ES2288393B1 - Metodo y sistema para la caracterizacion individualizada de elementos magneticos basado en resonancia ferromagnetica. - Google Patents
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Abstract
Método y sistema para la caracterización individualizada de elementos magnéticos basado en resonancia ferromagnética. La invención se refiere a un método y a un sistema para la caracterización de un elemento magnético (12) basado en resonancia ferromagnética, presentando dicho elemento magnético (12) resonancia ferromagnética y una frecuencia de resonancia propia. El sistema comprende: - medios de aplicación de un campo electromagnético de baja frecuencia (20) en una zona determinada, - medios de aplicación de una onda electromagnética de alta frecuencia (40) igual a la frecuencia de resonancia propia del elemento magnético en dicha misma zona, - medios de control (10) configurados para controlar la aplicación simultánea de dicho campo electromagnético de baja frecuencia y dicha onda electromagnética de alta frecuencia, de forma que en respuesta a la introducción del elemento magnético en dicha zona, el elemento magnético absorbe la onda electromagnética de alta frecuencia con una frecuencia igual a la del campo magnético de baja frecuencia por lo que dicha onda se modula. El sistema además comprende: - medios de recepción (61) de esta onda modulada única, individual y característica de cada elemento, y - medios de asignación (60, 70, 10) de dicha onda modulada única al elemento.
Description
Método y sistema para la caracterización
individualizada de elementos magnéticos basado en resonancia
ferromagnética.
La presente invención se refiere a un método y a
un sistema para caracterizar individualmente elementos magnéticos,
preferiblemente amorfos, basado en el fenómeno de resonancia
ferromagnética.
La invención se encuadra dentro del campo
técnico de los materiales magnéticos, cubriendo también aspectos de
electromagnetismo, de aplicación en campo de sensores, detectores y
codificadores.
La codificación de objetos es un campo de gran
interés desde el punto de vista de su clasificación e
identificación. Los métodos de codificación más extendidos son los
códigos de barras, los circuitos de radiofrecuencia (RFID) y los
materiales magnéticos. En cada uno de estos métodos, los códigos
llevan asociado el correspondiente lector.
Los códigos de barras se leen pasando un pequeño
punto de luz láser sobre el símbolo del código de barras impreso.
Las barras oscuras absorben la fuente de luz del escáner y la misma
se refleja en los espacios luminosos. La función del escáner es
leer el símbolo del código de barras y proporcionar una salida
eléctrica a la computadora, correspondiente a las barras y espacios
del código de barras. Sin embargo, es el decodificador el que
reconoce la simbología del código de barras, analiza el contenido
del código de barras leído y transmite dichos datos a la
computadora en un formato de datos tradicional. Ejemplos de esta
tecnología se pueden encontrar en la solicitud de patente
estadounidense US-A1-2005/236486 o
en las patentes estadounidenses
US-A-6227450 o
US-A-
5484992.
5484992.
Las etiquetas de radiofrecuencia tienen como
elemento activo un circuito LC
(inductancia-condensador) y se activan mediante una
onda electromagnética cuya frecuencia coincide con la de resonancia
del circuito. Una antena receptora detecta la presencia del
circuito activado. En el caso de las etiquetas más simples la
codificación se realiza variando la impedancia del circuito; en los
casos más complejos el circuito LC va conectado a un "chip"
que contiene
información.
información.
Las etiquetas magnéticas convencionales llevan
la información en un soporte magnético. Hasta el momento este tipo
de etiquetas se activan por un campo magnético alterno y su
detección se realiza por inducción electromagnética.
Un material magnético blando se caracteriza
porque en presencia de un campo magnético alterno se imana y se
desimana constantemente según la dirección del campo aplicado. El
ciclo de histéresis de cada material da cuenta de este
comportamiento.
Los materiales magnéticos amorfos presentan
propiedades óptimas como magnéticos blandos y en particular tienen
una propiedad conocida como resonancia ferromagnética. En
particular los hilos y microhilos magnéticos poseen un eje de fácil
imanación según su dirección longitudinal. Cuando se aplica un campo
magnético de baja frecuencia la imanación del mismo se orienta
según esta dirección longitudinal y precede con una frecuencia
propia alrededor del eje fácil.
La invención se refiere a un método y a un
sistema para la caracterización individualizada de elementos
magnéticos basado en resonancia ferromagnética según la
reivindicación 1 y la reivindicación 9, respectivamente.
Realizaciones preferidas del método y del sistema se definen en las
reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, ésta se refiere a un método para la caracterización de
un elemento magnético basado en resonancia ferromagnética,
presentando dicho elemento magnético la propiedad de resonancia
ferromagnética y una frecuencia de resonancia propia, comprendiendo
dicho método los siguientes pasos:
- aplicar en una zona determinada un campo
electromagnético de baja frecuencia,
- aplicar simultáneamente en la misma zona una
onda electromagnética de alta frecuencia igual a la frecuencia de
resonancia propia de elemento magnético,
- introducir el elemento magnético en dicha zona
determinada, de forma que éste absorbe la onda electromagnética de
alta frecuencia con una frecuencia igual a la del campo
electromagnético de baja frecuencia, por lo que dicha onda se
modula; el método además comprende:
- recibir esta onda modulada única, individual y
característica de cada elemento magnético, y
- asignar dicha onda modulada única al elemento
magnético.
Asignar dicha onda modulada única, individual y
característica de cada elemento magnético a dicho elemento magnético
puede incluir codificar (mediante alguna técnica de codificación
conocida) dicha onda modulada.
Preferiblemente cada elemento magnético está
caracterizado por un ciclo de histéresis a baja frecuencia; dicho
ciclo de histéresis y la frecuencia de resonancia propia vienen
determinados por la composición y la geometría del elemento
magnético.
Dicho elemento magnético preferiblemente es un
elemento magnético amorfo; puede ser un microhilo magnético.
La frecuencia del campo electromagnético de baja
frecuencia preferiblemente está entre 50 y 800 Hz.
La frecuencia de la onda electromagnética de
alta frecuencia preferiblemente está entre 0,5 y 20 GHz.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención, ésta se refiere a un sistema para caracterización de un
elemento magnético basado en resonancia ferromagnética, presentando
dicho elemento magnético la propiedad de resonancia ferromagnética
y una frecuencia de resonancia propia; el sistema comprende:
- medios de aplicación de un campo
electromagnético de baja frecuencia en una zona determinada,
- medios de aplicación de una onda
electromagnética de alta frecuencia igual a la frecuencia de
resonancia propia del elemento magnético en dicha misma zona
determinada,
- medios de control configurados para controlar
la aplicación simultánea de dicho campo electromagnético de baja
frecuencia y dicha onda electromagnética de alta frecuencia,
de forma que en respuesta a la introducción del
elemento magnético en dicha zona determinada, el elemento magnético
absorbe la onda electromagnética de alta frecuencia con una
frecuencia igual a la del campo magnético de baja frecuencia por lo
que dicha onda se modula;
el sistema además comprende:
- medios de recepción de esta onda modulada
única, individual y característica de cada elemento magnético,
y
- medios de asignación de dicha onda modulada
única al elemento magnético.
Dichos medios de asignación de dicha onda
modulada única, individual y característica de cada elemento
magnético a dicho elemento magnético preferiblemente incluyen
medios de codificación dicha onda modulada.
Preferiblemente cada elemento magnético está
caracterizado por un ciclo de histéresis a baja frecuencia; dicho
ciclo de histéresis y la frecuencia de resonancia propia vienen
determinados por la composición y la geometría del elemento
magnético.
Dicho elemento magnético preferiblemente es un
elemento magnético amorfo; puede ser un microhilo magnético
La frecuencia del campo electromagnético de baja
frecuencia preferiblemente está entre 50 y 800 Hz.
La frecuencia de la onda electromagnética de
alta frecuencia preferiblemente está entre 0,5 y 20 GHz.
Como se ha indicado antes, los elementos
magnéticos (hilos, microhilos o cintas magnéticos) poseen un eje de
fácil imanación según su dirección longitudinal; cuando se aplica
un campo magnético de baja frecuencia, la imanación de tal elemento
magnético se orienta según esta dirección longitudinal, y precede
con una frecuencia propia (la frecuencia de resonancia propia)
alrededor del eje fácil.
Mediante el método y sistema de la presente
invención, sobre dicho elemento magnético se aplica un campo de
baja frecuencia, y simultáneamente se hace incidir una onda
electromagnética de alta frecuencia, igual a la de precesión de la
imanación del elemento magnético. El fenómeno de resonancia
ferromagnética da lugar a elevada parte imaginaria de la
permeabilidad magnética para altas frecuencias (normalmente
comprendidas entre 0,5 y 20 GHz), por lo que el elemento magnético
es capaz de absorber la onda electromagnética con una frecuencia,
que es la frecuencia del campo magnético de baja frecuencia que se
esté aplicando; de esta forma, la onda electromagnética de alta
frecuencia queda modulada por dicha baja frecuencia.
Es decir, el método para la caracterización
individualizada de elementos magnéticos se basa en la modulación
que sufre una onda electromagnética de alta frecuencia en presencia
del elemento magnético cuando éste se encuentra en presencia de un
campo magnético de baja frecuencia.
Dicha modulación tiene el mismo período que el
campo de baja frecuencia aplicado y tiene su origen en la
resonancia ferromagnética experimentada por el elemento
magnético.
La invención también se refiere al uso de un
método de caracterización individualizada de un elemento magnético
según explicado anteriormente para identificación de dicho elemento
magnético, que comprende:
- realizar una caracterización inicial a un
primer elemento magnético obteniendo una primera señal modulada
única aplicando el método de caracterización definido
anteriormente,
- aplicar a un segundo elemento magnético el
método de caracterización definido anteriormente y obtener una
segunda onda modulada única,
- comparar dichas primera y segunda ondas
moduladas, y en caso de ser iguales, identificar dicho segundo
elemento magnético como dicho primer elemento magnético.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
La Figura 1 muestras los ciclos de histéresis
correspondientes a dos elementos magnéticos diferentes obtenidos a
una frecuencia de 80 Hz.
La Figura 2 muestra el espectro de absorción
electromagnética correspondiente a los elementos magnéticos cuyo
ciclo de histéresis se representa en la figura 1.
La Figura 3 muestra un diagrama de bloques del
dispositivo a utilizar para la caracterización del elemento
magnético amorfo.
La Figura 4 muestra la señal detectada por la
antena receptora cuando un elemento magnético de ciclo de
histéresis representado en la misma figura 4 se introduce en un
dispositivo de las características del representado en la figura
3.
Las Figuras 5a i) y ii) muestran las señales
detectadas para los elementos magnéticos cuyo ciclo de histéresis
se presenta en la Figura 1; y para esos mismos elementos cuando se
realiza una modificación en su colocación con respecto al eje de la
bobina imanadora del campo de baja frecuencia, Figuras 5a iii) y
iv). Todas estas gráficas vienen acompañadas por sus
correspondientes transformadas (Figuras 5b).
En la figura 1 se muestran los ciclos de
histéresis obtenidos para dos elementos diferentes, aplicando en
ambos casos un campo magnético alterno de 80 Hz y con un valor
máximo de 350 A/m. En este caso se trata de dos microhilos
magnéticos amorfos de composición FeCoSiBC.
En la figura 2 se muestra el espectro de
absorción electromagnética correspondiente a los microhilos
caracterizados en la figura 1. De ella se puede ver que este tipo
de muestras de composición FeCoSiBC presentan el fenómeno de
resonancia ferromagnética para frecuencias comprendidas entre 1,5 y
2,55 GHz.
La figura 3 muestra el dispositivo utilizado
para caracterizar el elemento magnético, que en este caso concreto
se trata de una tarjeta 11 en la que se ha incluido un microhilo
magnético amorfo 12. El dispositivo consta de una unidad de control
10, un generador de campo de baja frecuencia 20 conectado a una
bobina 30, un oscilador 40 de 2,5 GHz conectado a un amplificador
50 y a una antena emisora 51; también consta de una antena
receptora 61 conectada a un amplificador y filtro de recepción 60
conectado a un detector acondicionador de señal 70. La unidad de
control lleva conectada una salida de información 80 que se envía a
un PC. El dispositivo llevará la correspondiente fuente de
alimentación (no representada).
Cada tarjeta que incluye un microhilo magnético,
que está caracterizado por su ciclo de histéresis, se introduce en
el dispositivo de caracterización descrito anteriormente (y
mostrado en la figura 3).
La caracterización única para cada elemento
magnético (en este caso, microhilo magnético amorfo) se realiza del
siguiente modo:
El campo alterno de baja frecuencia imana y
desimana la muestra (microhilo amorfo) constantemente de acuerdo
con su frecuencia, llevando a la muestra a un máximo de imanación
positiva, bajándolo a cero y llevándola de nuevo a imanación máxima
pero negativa (esto es un ciclo de histéresis). Cuando la muestra
está imanada, positiva o negativamente (saturada por el campo), la
imanación comienza a preceder según la dirección del eje de la
muestra (el microhilo) con una frecuencia propia del material
amorfo que puede ser de 0,5 a 20 GHz. Sin embargo, cuando el campo
alterno pasa por cero y la muestra no está imanada ya no hay tal
precesión. La onda de alta frecuencia (de 0,5 a 20 GHz) está
incidiendo constantemente pero sólo es absorbida por la muestra
cuando ésta se encuentra saturada, es decir, con máxima imanación
tanto positiva como negativa. Todo este proceso hace que la antena
receptora 61 observe cambios en la onda que recibe de manera
periódica, por eso decimos que está modulada. La modulación viene
condicionada tanto por el tipo de muestra que se pretende detectar
(a través de su ciclo de histéresis, que a su vez viene determinada
por la composición y la geometría de la muestra), como por la
frecuencia del campo de baja frecuencia. Por ello, la señal modulada
obtenida por la antena receptora es única e individual para cada
elemento magnético.
La respuesta del microhilo 12 sometido
simultáneamente a un campo magnético alterno de baja frecuencia y a
una onda electromagnética de 2,5 GHz se detecta a través de la
antena receptora 61 y pasa, a través de los filtros
correspondientes, a la unidad de control 10.
Es decir, la señal modulada recogida en la
antena receptora (que es única para cada elemento magnético), cuya
frecuencia es la del campo de baja frecuencia, se trata de tal
manera que a cada elemento magnético se le asocian unívocamente un
número finito de dígitos, lo que permite distinguir un elemento
magnético de otro.
Por tanto, un dispositivo que incluya una antena
emisora conectada a un generador de alta frecuencia, con una bobina
conectada a generador de corriente de baja frecuencia, y una antena
receptora conectada a un detector acondicionador de señal permite
identificar al elemento magnético.
En la parte superior de la figura 4 se muestra
la señal detectada por la antena receptora 61 cuando se introduce
en el dispositivo de caracterización de la presente invención una
tarjeta con un microhilo magnético cuyo ciclo de histéresis es el
representado también en la figura 4 (parte inferior).
Las señales detectadas por la antena receptora
para los dos elementos magnéticos cuyo ciclo de histéresis se ha
representado en la figura se muestran en las figura 5a i) y ii). Si
el microhilo se gira con respecto al eje de la bobina de campo de
baja frecuencia se observa una variación en la señal, como se
muestra en la figura 5a iii) y iv).
Como se ha indicado, la unidad de control
realiza, mediante alguna técnica conocida, la correspondiente
transformada de la señal asignando a cada microhilo un código único
(figuras 5b).
De esta forma, cada microhilo magnético queda
caracterizado de forma individualizada por un código único, que
viene determinado por la composición y la geometría del mismo, y
por la dirección y frecuencia del campo electromagnético de baja
frecuencia.
Una posible aplicación del método y sistema de
la invención podría ser la siguiente:
En este caso concreto, la tarjeta es una tarjeta
de crédito o débito 11' de las utilizadas por las entidades
bancarias o financieras. De forma convencional, esta tarjeta 11'
tiene una banda magnética en la que se guardan los datos asociados a
un único usuario o cliente de una entidad bancaria.
Actualmente existe una técnica de falsificación
de tales tarjetas 11' que consiste en la copia de los datos de
dicha banda magnética en otra tarjeta (en otro soporte), que
entonces puede ser "libremente" utilizada por otro usuario no
autorizado.
Mediante la presente invención este uso
fraudulento de tarjetas puede ser evitado de la siguiente
forma:
A cada tarjeta 11', además de la correspondiente
banda magnética única se le introduce una muestra determinada de
microhilos magnéticos amorfos (al tratarse de microhilos, estos
pueden ser "embebidos" en la tarjeta sin mayor problema).
Esta tarjeta 11' con la correspondiente muestra
de microhilo magnético es introducida en un dispositivo de
caracterización como el de la presente invención, por el que es
caracterizado mediante la asignación de una codificación única
(según la señal modulada que llega a la antena receptora del
dispositivo de la invención); de esta forma, a la tarjeta 11' se le
asigna una única banda magnética y una codificación única.
El uso fraudulento de esta tarjeta se evita si
en el lector de tarjetas 11' convencional (para lectura de la banda
magnética de la tarjeta 11') se añade un dispositivo como el de la
presente invención. De esta forma, en caso de que los datos leídos
de la banda magnética por el lector no coincidan con la codificación
única asignada a esa tarjeta que determina el dispositivo de
caracterización de la invención, no se permite el uso de dicha
tarjeta.
Claims (16)
1. Método para la caracterización
individualizada de un elemento magnético (12) basado en resonancia
ferromagnética, presentando dicho elemento magnético la propiedad
de resonancia ferromagnética y una frecuencia de resonancia propia,
comprendiendo dicho método los siguientes pasos:
- aplicar en una zona determinada un campo
electromagnético de baja frecuencia,
- aplicar simultáneamente en la misma zona una
onda electromagnética de alta frecuencia igual a la frecuencia de
resonancia propia del elemento magnético,
- introducir el elemento magnético en dicha zona
determinada, de forma que éste absorbe la onda electromagnética de
alta frecuencia con una frecuencia igual a la del campo
electromagnético de baja frecuencia, por lo que dicha onda se
modula,
- recibir esta onda modulada única, individual y
característica de cada elemento magnético, y
- asignar dicha onda modulada única al elemento
magnético.
2. Método según la reivindicación 1, donde
asignar dicha onda modulada única, individual y característica de
cada elemento magnético a dicho elemento magnético incluye
codificar dicha onda modulada.
3. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento magnético
está caracterizado por un ciclo de histéresis a baja
frecuencia.
4. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho
elemento magnético es un elemento magnético amorfo.
5. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho
elemento magnético es un microhilo magnético.
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha baja
frecuencia está entre 50 y 800 Hz.
7. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha alta
frecuencia está entre 0,5 y 20 GHz.
8. Uso de un método de caracterización
individualizada de un elemento magnético según cualquiera de las
reivindicaciones 1-7 para identificación de dicho
elemento magnético, caracterizado porque comprende:
- realizar una caracterización inicial a un
primer elemento magnético obteniendo una primera señal modulada
única aplicando un método según cualquiera de las reivindicaciones
1-7,
- aplicar a un segundo elemento magnético el
método de caracterización según cualquiera de las reivindicaciones
1-7 y obtener una segunda onda modulada única,
- comparar dichas primera y segunda ondas
moduladas, y en caso de ser iguales, identificar dicho segundo
elemento magnético como dicho primer elemento magnético.
9. Sistema para la caracterización de un
elemento magnético (12) basado en resonancia ferromagnética,
presentando dicho elemento magnético (12) la propiedad de
resonancia ferromagnética y una frecuencia de resonancia propia, el
sistema comprende:
- medios de aplicación de un campo
electromagnético de baja frecuencia (20) en una zona
determinada,
- medios de aplicación de una onda
electromagnética de alta frecuencia (40) igual a la frecuencia de
resonancia propia del elemento magnético en dicha misma zona
determinada,
- medios de control (10) configurados para
controlar la aplicación simultánea de dicho campo electromagnético
de baja frecuencia y dicha onda electromagnética de alta
frecuencia,
de forma que en respuesta a la introducción del
elemento magnético en dicha zona determinada, el elemento magnético
absorbe la onda electromagnética de alta frecuencia con una
frecuencia igual a la del campo magnético de baja frecuencia por lo
que dicha onda se modula,
el sistema además comprende:
- medios de recepción (61) de esta onda modulada
única, individual y característica de cada elemento magnético,
y
- medios de asignación (60, 70, 10) de dicha
onda modulada única al elemento magnético.
10. Sistema según la reivindicación 9, donde
dichos medios de asignación de dicha onda modulada única, individual
y característica de cada elemento magnético a dicho elemento
magnético incluye medios de codificación dicha onda modulada.
11. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 9-10, en el que dicho elemento
magnético está caracterizado por un ciclo de histéresis a
baja frecuencia.
12. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 9-11, caracterizado porque
dicho elemento magnético es un elemento magnético amorfo.
13. Sistema cualquiera de las reivindicaciones
9-12, caracterizado porque dicho elemento
magnético es un microhilo magnético.
14. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 9-13, caracterizado porque
dicha baja frecuencia está entre 50 y 800 Hz.
15. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 9-14, caracterizado porque
dicha alta frecuencia está entre 0,5 y 20 GHz.
16. Uso de un sistema de caracterización
individualizada de un elemento magnético según cualquiera de las
reivindicaciones 9-15 para identificación de dicho
elemento magnético, caracterizado porque comprende:
- realizar una caracterización inicial a un
primer elemento magnético obteniendo una primera señal modulada
única mediante un sistema según cualquiera de las reivindicaciones
9-15,
- utilizar un sistema de caracterización según
cualquiera de las reivindicaciones 9-15 para
obtener una segunda onda modulada única de un segundo elemento
magnético y,
- comparar dichas primera y segunda ondas
moduladas, y en caso de ser iguales, identificar dicho segundo
elemento magnético como dicho primer elemento magnético.
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