JP2001512597A

JP2001512597A - 物体の遠隔検出のためのセンサ及び方法

Info

Publication number: JP2001512597A
Application number: JP53566198A
Authority: JP
Inventors: ティレン，カール
Original assignee: エルエスオーコーポレイションナームロゼフェンノートシャップ
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2001-08-21
Also published as: EP1019880B1; EP1019880A1; US6232879B1; ES2167868T3; DE69802304D1; WO1998036393A1; DE69802304T2; SE521232C2; SE9700541L; SE9700541D0

Abstract

(57)【要約】好適には物品監視システムにおいて使用される物体（２０）の遠隔検出用センサはワイヤ状部材（２２）を備え、これは、電磁的に励起及び検出されるように構成される。ワイヤ状部材（２２）は、３０μｍより小さい直径を有する。この部材は、電磁応答信号を送信するように構成され、この振幅は、外部から加えられ時間的に変化する磁気フィールドに応答して変調される。監視ゾーン（１０）において物体（２０）の存在を検出する方法によれば、物体は、磁気特性を有し、３０μｍより小さい直径を有する、アモルファス又はナノ結晶性金属合金の、少なくとも１つのワイヤ状部材（２２）が備えられる。電磁信号は、監視ゾーンに生成され、ワイヤ状部材を励起する。更に、時間的に変化する磁気変調フィールドは監視ゾーンにおいて生成される。ワイヤ状部材によって生成された電磁信号は、受信されて磁気変調フィールドによって生じる振幅に関して分析され、監視ゾーンにおけるこの部材（ひいてはこの物体）の存在が判定される。

Description

【発明の詳細な説明】物体の遠隔検出のためのセンサ及び方法技術分野本発明は、物体の遠隔検出のためのセンサに関し、好適には、電磁的に励起され検出されるように構成されるワイヤ状部材を備える物品監視システムに使用されるセンサに関する。更に、本発明は監視ゾーンにおける物品の存在を検出する方法に関する。従来技術の説明所定領域内の物体又は物品を非接触で監視する簡単でかつ信頼性のあるシステムに対する要望がビジネス及び産業内で高まりつつある。一般の例としては、例えば、モニタされる物体それぞれに対して物品監視センサが備えられ、このセンサの存在を検出し、物体が例えば許可なく店舗の店内から離れつつあるときに適切なアラーム信号を生成するようにシステムが構成されるような店舗に対する電子物品監視システムがある。このような電子物品監視システムの一般のタイプに対しては、各物品には小さなラベルが備えられ、そのラベルは磁気特性を有する薄い金属製のストリップ又はワイヤを備える。店舗のどちら側ににおいても、弧形の磁界生成装置がそれら自身の間に磁界を生成するために配置されている。このような物品監視ラベルが備えられている物品がこの弧形の装置間で動かされる場合、金属部材は磁界による影響を受け、検出可能な物理変化がその部材に対して発生する。バルクハウゼンジャンプ(Barkhausenjumps)として知られる金属部材の磁気双極子モーメントが交番磁界により周期的に切り換わるという事実がしばしば利用されている。代わりに、金属部材を、適切に設計されるならば機械的発振器で作ってもよい。これらの物理変化は弧において誘導的に検出され、物品の存在が弧の間で判定できる。この種類のセンサは、例えば米国特許公報US-A-5 496 611、欧州特許公報EP-A -0 710 923あるいは欧州特許公報EP-A-0 716 393に開示されている。これらのセンサ全ては、少なくとも６０〜１１５μｍの直径と５〜１０ｃｍの間の長さとを有する磁気的にやわらかい金属ワイヤを備える。検出中は、センサは低周波数の交番磁界にさらされており、この磁界は、磁気金属ワイヤに上述のバルクハウゼンジャンプを発生する。これらバルクハウゼンジャンプ、すなわち磁気方向の周期的な切換わりは、誘導的に検出される。 US-A-5 406 262は上述の電子物品監視システムに関しており、このシステムは監視ゾーンに磁気バイアスフィールドを生成するためのコイルが更に備えられている。上述のこのタイプのセンサは、実際は、アクティブすなわち検出可能であるためにある程度の磁気バイアスを必要とする。フィールド強度という観点から、所定範囲内で磁気バイアスフィールドが広がるようにコイルを駆動することによって、監視ゾーンの異なる部分に存在するセンサは、センサがアクティブな範囲内に存在し、従ってセンサが検出から逃げるのを防ぐバイアスフィールド強度にさらされる機会が増える。 US-A-5 003 291は電子物品監視システムにおける細い強磁性ファイバの使用に関する。このファイバは、直径が３〜８０μｍであってもよく、本質的に誘導的な方法で、前述と同じように、ｋＨｚ範囲内で周波数を有する交番磁界によって励起及び検出されるように構成される。上述のこのタイプのセンサは、検出は誘導的に実行されるので、センサに非常に近いところで検出がなされなければならないという欠点を有する。十分に大きなバルクハウゼンジャンプを得るためには、磁気金属ワイヤは更に十分に太くなければならず、実際、公知のシステムに対しては少なくとも１００ μｍのオーダーの直径をしばしば伴う。各物品に対してセンサで監視することを容易にするために、かつ、物体又は人間に対するダメージを避けるために、このような太いワイヤはキャリア、ラベル等に取り付けなければならない。従来の物品監視システムについての別の問題は、センサではなく他の磁気的な物体が励起及び検出されるかもしれないという事実による誤ったアラームについての危険性である。発明の概要本発明の目的は、例えば物品監視システム用のセンサを提供することにあり、公知のセンサよりも長い距離で検出できる。別の目的は、上述したような誤ったアラームの危険性を著しく低減させることにある。更に、本発明は、非常に簡単な設計のセンサを提供することを目的としており、このセンサは、極端に低いコストで製造することができ、かつ、潜在的な泥棒の他に通常の客及び店員に対しても隠された、あるいはアクセス不可能であるような場所であっても、モニタされる物体に簡単に取り付けることもできる。上述の目的は、物体の遠隔検出用センサ、好適には物品監視システムで使用されるセンサによって達成され、それは、電磁的に励起及び検出されるように構成されるワイヤ状部材を備える。ワイヤ状部材は３０μｍよりも小さい直径を有し、その部材は、外部から加えられ時間により変化する磁気フィールドに応答して振幅変調電磁応答信号を送信するように構成される。この目的は、監視ゾーンにおける物体の存在を検出する方法によって更に達成され、この方法は、磁気特性を有し、かつ直径が３０μｍより小さい、アモルファス又はナノ結晶性の金属合金のワイヤ状部材を物体に備えるステップと、ワイヤ状部材を励起するために電磁信号が監視ゾーンに生成されるステップと、時間的に変化する磁気変調フィールドが監視ゾーンに生成されるステップと、ワイヤ状部材によって生成される電磁信号が受信されるステップと、監視ゾーンにおいて部材（ひいては物体についても）の存在を判定するために、磁気変調フィールドにより生じる振幅の変調に関して受信された信号が分析されるステップと、を備える。図面の簡単な説明次に、本発明の好適な実施例を、以下のような添付図面を参照して説明することにする。図１は、本発明が適用される、物品監視システムの概略的なブロック図である。図２及び３は、本発明によるセンサを備えることができる衣料品において考えられる方法の例である。好適な実施例の詳細な説明図１は、本発明によるセンサが使われる物品監視システムを例示している。送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２が監視ゾーン１０に配置される。送信アンテナ１１は出力段１３に適切に接続され、次いでコントローラ１４が接続される。出力段は、商業的に入手可能な様々な駆動及び増幅回路と、高周波数の電流を生成する手段とを備えており、この電流は、送信アンテナ１１を通じてそれに供給されたとき前後に交互に流れ、周波数ｆ_HFの高周波数電磁フィールドが、送信アンテナの周りに生成される。以下に詳細に説明されるように、電磁フィールドは監視ゾーン１０（図２及び３を参照）に存在するセンサ２２を励起するために使われ、送信アンテナ１１からの電磁エネルギーを受信した時、センサは電磁応答信号を送信し、その信号は受信アンテナによって受信される。受信アンテナ１２は入力段１５に適切に接続されるが、この入力段は、バンドパスフィルタ及び増幅回路といったような、増幅及び信号処理機能を有する従来の手段を備える。更に、入力段１５は、コントローラ１４に接続されて、受信信号をコントローラ１４に提供するように構成されるが、この信号は、以下に従って処理されている。受信アンテナ１２同様送信アンテナ１１は、公知の方法で、高周波数の電気信号と電磁信号との間で変換することを目的として有する。好適には、アンテナは、（全方向に対して最適にカバーするために）回転分極(rotating polarization )を有するらせん状に形成されたアンテナであり、あるいは代わりに、従来のエンドフェッド又はセンターフェッド(end-fed or center-fed)の半波長ホイップアンテナでもよいが、他の公知のアンテナのタイプでも等しく可能である。監視ゾーン１０は、好適にはコイル構成の形式で磁気フィールドを生成するための手段１６が付加的に備えられる。監視ゾーン１０が窃盗防止されたショップの出口であるような状況では、コイル装置は好適には、美観的理由から天井の真下あるいは天井と屋根との間に構成される。磁気フィールド生成手段１６は、好適には銅線のような電気導体を備え、それは、１あるいは１ターンよりは多く、自由にあるいはコイルフレームの周囲にどちらでも巻かれる。好適には、コイル装置は長方形の形状を有しており、それは、ショップの出口の領域全体あるいはその選択された部分であってもよいような、意図される監視ゾーン全体を以下に説明する磁気変調フィールドでカバーするのには十分な大きさである。コイル装置１６は、駆動段１７を介してコントローラ１４に接続される。駆動段１７は、コイルを通じて供給される変調電流ｉ_modを生成する手段を備え、ここでは、磁気変調フィールドＨ_modはコイルの周りに生成され、実質的に監視ゾーン１０全体を通じて伝播する。変調電流にはｉ_mod（ｔ）＝ｆ（ｔ）に従う振幅対時間の公知のバリエーションが与えられる。その最も簡単な形式では、変調電流は、周波数ｆ_modの純粋な正弦波に従うが、しかしまた他には、もっと複雑な数学的な関数も可能である。このゆえに、変化する変調電流は対応して変化する磁気フィールドを生成する。図１に箱形パッケージの形で概略的に例示されている物体２０では、本発明によるセンサ２２が備えられる。図２及び３は、センサ２２がモニタされる物体（ここでは衣料品２０）にどのように適用されるかについて、いくつかの例を示している。センサ２２は、磁気特性を有するアモルファスあるいはナノ結晶性(nan ocrystalline)の金属合金の非常に細いワイヤ状部材によって構成される。ワイヤ状部材２２は「マイクロワイヤ(microwire)」タイプであり、３０μｍより小さい直径を有する。好適には、アモルファスあるいはナノ結晶性の金属合金は、高い比率のコバルトと、更にはある程度の比率の鉄及びその他の金属とを含む。このような物質の一般的なる1993年の「RAPIDLY SOLIDIFIED ALLOYS‐Engineering Magnetic A.Hernandoによる1995年の「J．Phys．D:Appl．Phys．29（1996）939-949」、「 A soft magnetic wire for sensor applications」及びA.Hernandoによる文献「IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS」，Vol.30，No.２，Marc 1994年、「Magnetic Bistability of Amorphous Wires and Sensor Appl ications」はこの主題に関する。また、 ICS」，Vol.31，No.２，Marc 1995年、「The magnetization reversal process in amorphous wires」にも当てはまる。これらの文献は、ここでは参照することで完全に組み入れられる。しかし、上述の文献に記載された全ての適用は、前のセクションで説明したようなバルクハウゼンジャンプの検出によって向けられる。本発明の新規な態様は、検出目的のために、アモルファスあるいはナノ結晶性の金属合金の種々の物理特性、すなわち、物質の透磁率が部材の長手方向に外部から加えられた磁気フィールドの大きさに依存するという特性を利用するということの代わりである。更に、高周波数の電磁フィールドにさらされているとき、巨大磁気インピーダンス (Giant Magnetoimpedance)と呼ばれる効果がワイヤ状 ance Effect in Soft Magnetic Wires for Sensor Applications」という文献に記載されており、これは、the Instituto Mangetismo Aplicado，P.O．Box 155 ，28230 Las Rozas，Spainから入手可能である。ワイヤ状部材２２には磁気ひずみは大体なく、従って磁気エネルギーを機械エネルギーへは変換せず、望まない機械共振現象の危険性は結果として避けられることになる。ワイヤ状部材２２は更に、電気導電性があり、その長手方向への伸びについては、以下で説明されるように、最適なアンテナ機能のために調節されるものである。この部材のアモルファス又はナノ結晶性の金属合金は、その透磁率をコイル装置１６により生成される磁気フィールドによって制御できるという特徴を有する。この制御可能な透磁率は、本発明によれば、センサ２２から送信される電磁応答信号の振幅を制御するために使われる。物体２０に配置されたセンサ２２が、送信アンテナ１１からの周波数ｆ_HFを有する電磁励起フィールドにさらされるとき、センサ部材２２はアンテナとして動作する。ワイヤ状部材の長さが、高周波励起信号の周波数ｆ_HF（すなわち実際は対応する波長）に対して調節されるものと仮定すると、電流がワイヤ状部材に誘導される。誘導電流は部材２２を前後に流れ、その結果、この部材の周りに電磁フィールドが発生し、この電磁フィールドは監視ゾーン１０を伝播して最終的には応答信号として受信アンテナ１２に達し、そして応答信号は受信されて、監視ゾーン１０に存在するセンサ部材（及び、センサ部材が付いた物体２０）２２のしるしとしてコントローラ１４に供給される。よって、ワイヤ状部材２２は、電磁励起信号の受信機及び電磁応答信号の送信機としての２つの機能を有していることになる。しかし、これらの信号は同じ周波数ではないので、それらは識別できないことはなく、この下で対策がとられないことはない。既に述べたように、ワイヤ状部材の物質の透磁率を磁気変調フィールドによって制御することができる。より明確には、応答信号の大きさは、巨大磁気インピーダンス効果、又はアモルファスあるいはナノ結晶性の部材の物質における浸透厚効果(Skin-Depth effect)によって制御できる。ワイヤ状部材２２のインピーダンスＺは、部材の物質の透磁率μ、周波数ｆ及び抵抗率ρの平方根の関数ｚ〜（π・μ・ｆ・ρ）^1/2である。このインピーダンスは透磁率に依存するので、導体を流れる電流の振幅もまた透磁率の関数として変化する。結果として、センサ部材に誘導される電流の振幅は、監視ゾーンの磁気変調フィールドの変動に応答して変化することになり、この変調フィールドは、上述のように部材の透磁率を制御することは容易に理解できる。更に、部材２２から送信される電磁応答信号は、変調フィールドの周波数によって変調されている振幅変調された信号であり、変調フィールドのキャリア周波数は、電磁励起信号の周波数である。受信アンテナ１２で受信される応答信号の振幅変調が存在することによって、結果として監視ゾーン１０にセンサ部材２２が存在することを示すのである。その結果、監視ゾーンにおける異物（例えばペンやドライバー）から発するあらゆる応答信号は、このような異物は上述したような特有の物質特性を欠くということからどのような振幅変調も示さないので、誤ったアラームの危険性は著しく低減されることになる。本発明の基本的な実施例によれば、このセンサは、磁気特性を有するアモルファス又はナノ結晶性の金属合金の非常に細いワイヤ状部材２２（マイクロワイヤとして知られるワイヤ）だけで構成される。好適には、円形断面と実質的に真っ直ぐな長手方向の伸びとをその部材は有する。更に、部材の直径は３０μｍよりは小さく、好適には約５〜１５μｍ程度の小ささである。前述のように、ワイヤ状部材２２の長さは、電磁励起信号の周波数に調節されるべきである。しかし、１センチメートルと数デシメートルの間の長さ、あるいはそれより長い長さでも適切であるということが証明されている。どちらかといえば太いと言える従来のワイヤ（例えば１２５μｍの直径）に関する信号特性に対して十分に匹敵する信号特性をいくつかのタイプのマイクロワイヤが有することが試験で示されている。マイクロワイヤの直径は従来のアモルファスワイヤの直径よりも少なくとも１０倍小さいので、断面領域及び体積を１００倍に低減することになる。結果として、本発明によるセンサ部材は、公知のセンサ部材に必要な質量のたった約１パーセントだけが必要ということになる。部材２２は極端に細いので（比較として、通常の人間の頭髪は１００〜３００ μｍの太さである）、モニタされるべき物体２０の上又は内側の、事実上無数である様々な位置に部材２２を配置することができる。より明確には、人間の目からは見ることができない又は隠されているような位置にセンサ部材２２を設置することができる。表面のレベルに取り付けられるセンサ部材でさえ、特にその正確な位置が知らされていなければ、人間の目では認識することは極端に難しい。当然、物体に対して、その物体内又は上の、種々の適切な位置に位置するいくつかのセンサ部材を提供することもできる。モニタされる物体２０が図２及び３に示されるシャツ２０のような衣料品である場合、図２に示されるように、シャツ２０の製造時に例えば襟の部分２４、袖口、ブランドのラベル等にセンサ部材２２を縫い込むことができる。より安定させるために、つるまき状又はらせん状にセンサ部材を形成することができる。代わりに、図３の拡大部分においてシャツ２０の生地２６の一部分として例示されるように、実際の生地にセンサ部材を縫い込んでもあるいは編み込んでもよい。モニタされる物体が、例えばボール紙、プラスチックフィルム又は紙のラッピングで包装される場合、ワイヤ状部材２２を、その製造時に既に包装材料でまとめることができる。代わりの実施例によれば、ワイヤ状部材２２は、上述に従うアモルファス又はナノ結晶性の金属合金のコアとして形成してもよく、これは、ガラスのスリーブあるいは別の誘電材料でコーディングさ kovによる、「Journal of Magnetism and Magnetic Materials 8123（1996）」、「Magnetic properties of glass coated amorphous and nanocrystalline mi crowires」に記載されている。ガラスコーティングはいくつかの利点を有する。・製造の観点から言うと、アモルファスワイヤ物質の生成は、それがガラスによって囲まれる場合、より簡単になる。ガラスコーティングは、ガラスコーティングの助けなしで実際に可能であるよりもいっそう細いアモルファスワイヤを生成することができる副次的な影響を有する。・センサ部材は、ガラスコーティングとアモルファス金属コアとの相互作用という形でガラスコーティングによって機械的にバイアスされる。ある磁気的及び物理的特性は、センサ部材のらせん状の異方性のようなセンサ機能という見地からポジティブな方法で影響される。・金属コアの誘電体環境（すなわちガラスコーティング）は、電磁波の伝播速度は真空の場合よりも誘電材料の場合の方が遅いので、事実上いっそう長いアンテナを提供することになる。・ガラスコーティングはセンサ部材を電気的に絶縁するが、それによって、モニタされる物体において他の導電物質との望まれないガルバニック接触の危険性が取り除かれる。更に、ガラスコーティングは、センサ部材を周囲から熱的に絶縁する。本発明の付加的な実施例によれば、センサ部材は、非磁気材料の第２のワイヤ状支持部材によって強化できる。この支持部材は、センサ部材２２を強化するために、センサ部材２２と共に巻かれるか又は包まれる。生地部分に有利に編み込むことができる織るタイプのワイヤが形成されるが、そこから例えば衣料品が製造される。このために、衣料品に対して、既に製造時に本発明による盗難防止を備えておくことができる。本発明について、いくつかの実施例によって上述のように説明した。しかし、本発明はここでは示されていないような他の実施例に対してもまた適用することができることは理解できる。従って、本発明は、添付された独立請求項によって定義されるような、本発明の請求の範囲によってのみ限定される。

Claims

【特許請求の範囲】１．好適には物品監視システムにおいて使用されるための、物体（２０）の遠隔検査用センサであって、電磁的に励起及び検出されるように構成されるワイヤ状部材（２２）を備える遠隔検査用センサにおいて、前記ワイヤ状部材（２２）は、３０μｍより小さい直径を有し、前記部材は、電磁応答信号を送信するように構成され、その振幅は、外部から加えられ時間的に変化する磁気フィールドに応答して変調されることを特徴とする遠隔検査用センサ。２．前記ワイヤ状部材（２２）は、アモルファスの金属合金を備えることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。３．前記ワイヤ状部材（２２）は、ナノ結晶性の金属合金を備えることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。４．前記金属合金はコバルト・リッチであることを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサ。５．前記金属合金の透磁率は前記変化する磁気フィールドによって制御可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ。６．前記ワイヤ状部材（２２）は、ガラスのコーティング又は他の誘電物質によって覆われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ。７．前記ワイヤ状部材（２２）は、実質的に円形な断面を有し、前記部材の長手方向に真っ直ぐに伸びていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサ。８．前記ワイヤ状部材（２２）は、長手方向につるまき状又はらせん状に伸びることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサ。９．磁性材料の前記ワイヤ状部材（２２）と共に撚り合せられる非磁性材料のワイヤ支持部材によって特徴付けられる請求項１〜８のいずれか一項に記載のセンサ。１０．監視ゾーン（１０）において物体（２０）の存在を検出する方法であって、磁気特性を有し、３０μｍより小さい直径を有する、アモルファス又はナノ結晶性の金属合金の、少なくとも１つのワイヤ状部材（２２）を前記物体（２０）に提供するステップと、前記監視ゾーン（１０）に電磁信号を生成して前記ワイヤ状部材を励起するステップと、前記監視ゾーンに時間的に変化する磁気変調フィールドを生成するステップと、前記ワイヤ状部材によって生成される電磁信号を受信するステップと、前記磁気変調フィールドによって生じる振幅の変調に関して受信した前記電磁信号を分析し、前記監視ゾーンにおいて、前記部材、ひいては前記物体の存在を判定するステップとによって特徴付けられる方法。１１．前記物体は衣料品（２０）である請求項１０に記載の方法であって、前記ワイヤ状部材（２２）は、前記衣料品（２０）に位置するラベルに備えられることを特徴とする方法。１２．前記物体は衣料品（２０）である請求項１０又は１１に記載の方法であって、前記ワイヤ状部材（２２）は、前記衣料品（２０）における襟（２４）に縫い込まれることを特徴とする方法。１３．前記物体は衣料品（２０）である請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法であって、前記ワイヤ状部材（２２）は、布地に編み込まれ、そこから前記衣料品（２０）が製造されることを特徴とする方法。１４．前記物体（２０）は、ボール紙、紙又は類似の材料で包装され、前記ワイヤ状部材（２２）は、その製造時に包装材料でまとめられることを特徴とする請求項１０に記載の方法。１５．前記物体（２０）は、プラスチックフィルム又は類似の材料で包装される請求項１０に記載の方法であって、前記ワイヤ状部材（２２）は、その製造時にプラスチックフィルムでまとめられることを特徴とする方法。