NL8301305A - Communicatiespoel. - Google Patents

Description

t Ί* * VO 4651 «

Titel:Communicatiespoel.

De uitvinding heeft betrekking op een spoelsamenstel dat wordt toegepast in een communicatiesysteem. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een spoelsamenstel dat wordt toegepast in een communicatiesysteem waarin de ruimtelijke oriëntatie van het 5 spoelsamenstel met betrekking tot de andere componenten in het systeem niet vantevoren bepaald kunnen worden.

Er bestaan vele communicatiesystemen, waarbij tussen twee of meer componenten een communicatie tot stand gebracht kan worden met behulp van een magnetisch veld, waarin tenminste één van de componenten wordt 10 bewogen ten opzichte van de ander en wel zodanig, dat voor het instandhouden van de communicatie in tenminste één vlak een isotropische gevoeligheid aanwezig is. Een isotropische response is van belang bij bijvoorbeeld bladzij-systemen en artikel-bewakingssystemen.

Wanneer de communicatie wordt tot stand gebracht tussen een lus 15 met een afwisselend magnëisch veld, moet men ervoor zorgen, dat een voldoende magnetische koppeling aanwezig is tussen de spoel en het •magnetische veld, ongeacht de afstand en de stand van de spoel met betrekking tot de fluxlijnen van het magnetische veld. Het is bijvoorbeeld bekend,cë:hij eendakke spoel aangebracht in een magnetisch veld, 20 waarbij alle fluxlijnen evenwijdig zijn aan het vlak van de spoel, weinig of geen magnetische koppeling aanwezig is. Indien de spoel het magnetische veld opwekt, moeten de fluxlijnen loodrecht ten opzichte van het vlak van de spoel opgewekt worden en moet weinig of geen signaal worden uitgestraald evenwijdig aan het vlak van de spoel. De werking van 25 een dergelijke spoel is klaarblijkelijk anisotropisch en nul condities ontstaan in elk communicatiesysteem, waarin de betrekkelijke ruimtelijke oriëntatie van de spoel niet vantevoren kan worden voorspeld.

In de Amerikaanse octrooiaanvrage 354.156 van 5 maart 1982 van aanvrager is een systeem beschreven, waarin een deurdoorgang is voorzien 30 van een lus, waarin een magnetisch veld wordt opgewekt, welk veld wordt gekoppeld aan een spoel, dat door het personeel wordt gedragen en welke spoel dient als een identificatie. Genoemde aanvrage beschrijft een systeem voor het traceren van bijvoorbeeld dokters in een ziekenhuis.

8301305 Λ -2-

Het is duidelijk, dat een der ge Jij ke spoel in het algemeen in een verticale of nagenoeg verticale stand moet worden gedragen, indien het systeem enig effekt wil sorteren. Vanwege deze beperking is het van belang, dat het magnetische veld in hoofdzaak loodrecht 5 staat op het vlak van de spoel.

Het is derhalve een doel van de uitvinding te voorzien in een vlakke spoel, dat kan worden toegepast in een identificatie-label of dergelijke en die in hoofdzaak isotropisch reageert op een ondervragend afwisselend-magnetisch veld in tenminste één vlak, dat loodrecht staat 10 ag het vlak van de spoel.

Volgens de uitvinding is derhalve voorzien in een spoelsamen _ stel, dat wordt toegepast in een communicatiesysteem, waarin een koppeling tussen het samenstel en de andere communicatiecomponent wordt verkregen door het samenstel en het component te koppelen aan 15 een alternerend magnetisch veld, waarbij het sameistel voorzien is van een spoel in de vorm van een lus met een pannekoek-configuratie bestaande uit electrische geleidende wikkelingen rond een eerste as die loodrecht staat op het vlak van de spoel, en van middelen, bestaande uit magnetisch permeabel materiaal dat samenwerkt met 'en aangebracht is 20 nabij de geleidende wikkelingen voor het verkrijgen van een isotropische fluxoverdracht tussen de geleidende wikkelingen en het magnetische veld in een vlak, dat loodrecht staat op het vlak van de spoel.

De uitvinding zal onderstaand aan de hand van een aantal uitvoeringsvormen en onder verwijzing naar de tekening nader worden uiteengezet.

25- Hierin toont:

Fig. 1 een schematische opstelling van een vlakke pannekoekspoel aangebracht in een magnetisch veld;

Fig. 2 een perspectivisch aanzicht van een spoelsamenstel volgens deuitvinding; 30 Fig. 3 een dwarsdoorsnede volgens de lijnen III-III van Fig. 2;

Fig. 4 verschillende oriëntaties van het spoelsamenstel van Fig. 2 in een magnetisch veld, dat tijdens de vervaardiging van het samenstel wordt toegepast;

Fig. 5 een bovenaanzicht van een andere uitvoeringsvorm van het 35 spoelsamenstel.

8301305 -3- φ* C*

Fig. 6 een dwarsdoorsnede volgens de lijnen VI-VI van Fig. 5.

De in fig. 1 aangegeven spoel is vlak en rechthoekig uitgevoerd.

Men heeft voor deze configuratie gekozen, omdat een *dergelijke spoel gemakkelijk aangebracht kan worden in een label of dergelijke. Het 5 is evenwel duidelijk, dat ook andere spoelvormen en andere communica-tiecomponenten dan labels kunnen worden toegepast.

Verondersteld is, dat de spoel 10 is aangebracht in een alternerend magnetisch veld, waarvan flux Φ gericht is in de richtingraidfe pijl 11 en loodrecht staat op de langsas 12 van de spoel 10. Door de spoel 10 10 om zijn langsas 12 in de richting van de pijl 13 te draaien, verkrijgt men volgens de bekende principes, een spanning in de spoel wanneer zijn vlak loodrecht staat op de flux 11 en wordt de spanning nul wanneer de spoel weer 90° gedraaid wordt, zodat de flux 11 evenwijdig is aan het vlak van de spoel. Wanneer een dergelijke spoel 10 wordt benut voor het 15 identificeren van personeel, bestaat er een zekere mate van zekerheid, dat de spoel in een verticaal vlak is georiënteerd. Door nu de label op een geschikte wijze aan te brengen, wordt de spoel verticaal opgesteld. Evenwel kan er tenauwernood enige controle worden uitgeoefend met betrekking tot de hoekoriëntatie ten opzichte van de langsas 12 20 van de spoel 10 wanneer deze een portaal of een ondervragingspositie passeert. Voor een betrouwbaar volgen van de label is het evenwel van belang, dat een effektieve koppeling aanwezig is met de portaal positie ongeacht de oriëntatie van de spoel t.o.v. zijn as 12. Dit kan alleen verzekerd worden indien er een aanzienlijke isotropische flux aanwezig 25 is tussen de spoel 10 en het magnetische veld in een vlak, dat loodrecht staat op het vlak van de spoel 10 en derhalve loodrecht staat op de as 12.

In de fig. 2 en 3 is een complete label 20 aangegeven voorzien van een spoelsamenstel, dat de vereiste isotropische response geeft 30 in een vlak als boven aangegeven. De label 20 bestaat uit een eerste en tweede spoel 21 en 22, waarbij elke spoel bestaat uit een aantal wikkelingen van geïsoleerd draad aangebracht rond een as, dat loodrecht staat op het vlak van de betrokken spoel. De beide spoelen 21 en 22 zijn in hoofdzaak gelijkvormig en zijn op elkaar aangebracht en wel 35 zodanig, dat zij tezamen een transformator vormen.

830 1 30 5 -4-

De spoel 22 is voorzien van twee klemmen 23 en 24, waartussen een weerstand 25 is geschakeld teneinde tezamen met de spoel een lus te vormen. In de spoel 22 zal door de aanwezigheid van een magnetische flux een stroom vloeien, welke stroom als gevolg van de transformator-5 werking inch spoel 21 een spanning induceert.

De spoel 21 is voorzien van tweeJdemmen 26 en 27r die aangesloten' zijn op een elektronische schakeling (niet weergegeven) die, bijvoorbeeld aangebracht is op een gedrukt schakelpaneel 28. De klemmen 26 en 27 zijn aangesloten op de klemmen 29 en 30. Over de klemmen 26 en 27 10 is een condensator 31 aangesloten om de spoel 21 af te stemmen.

Van een langwerpige dunne strip 32 van magnetisch permeabel materiaal is één der smalle uiteinden daarvan aangebracht tussen de spoel 22 en 21, terwijl het andere smalle uiteinde 33 daarvan rust op de spoel 22 op een wijze als aangegeven is in fig. 2. De strip 32 15 dient voor het verkrijgen van een lage reluctantie fluxbaan door de spoel 22 ei jsin het bijzonder effectief voor het afbuigen van de. flux die normaliter evenwijdig is aan het vlak.van de spoel 22, maar thans door de spoel 22 gaat.

Verder is een plaat 34' van magnetisch permeabel materiaal bij 20 voorkeur even groot als de spoel 21 tegen deze spoel aangebracht en wel aan die zijde, die het verst verwijderd is vancfe spoel 22. Tegen de plaat 34 is het gedrukte schakelpaneel 28 aangebracht, welk paneel rust op een vlakke batterij 35 van een vergelijkbare afmeting. De in- en uitgangsklemmen 36 en 37 van het paneel 28 zijn verbonden met de lei-25 dingen 38 en 39 van batterij 35.

De batterij 35 bestaat uit geleidende metaalcomponenten,vaarin wervelstromen kunnen worden geïnduceerd als gevolg waarvan de effectieve flux tussen de spoel 21 en een alternerend magnetische veld, waarincfeze spoel is aangebracht, verandert. Bij afwezigheid van de 30 plaat 34 zal de spanning geïnduceerd in de spoel 21, wanneer deze loodrecht staat op de fluxlijnen groter zijn in de afwezigheid van de batterij 35 en kleiner zijn in de aanwezigheid van de batterij.

De plaat 34 geeft evenwel een laterale baan voor de flux en zorgt ervoor, dat de flux afkomstig van de wervelstromen van de batterij 35 35 door de plaat 34 wordt af gevoerd en niet de spoel binnendringt.

Het spoelsamenstel werkt op een alternerend magnetisch veld. Ge- 8301305 -5- bleken is, dat 25 Khz een geschikte frequentie is, maar ook andere frequenties zijn geschikt. Tijdens de fabricage van het spoelsamen-stel kunnen de waarden van de weerstand 25 en de condensator 31 het beste empirisch worden vastgesteid. Zoals in fig. 4 is aangegeven, 5 wordt het spoelsamenstel eerst geplaatst in de positie "1" in een in hoofdzaak gecollimeerd en uniform afwisselend magnetisch veld. De spoel 21 wordt vervolgens af gestemd met behulp van een variabele condensator, in plaats van de condensator 31, totdat een maximale spanning verschijnt op een op de klemmen 26 en 27 aangesloten meter 10 (niet weergegeven). Dit is de resonantie-conditie. De signaalsterkte bij een dergelijke instelling moet worden genoteerd. Vervolgens wordt de spoel 90° gedraaid naar de positie "2”, waarbij met een instelbare weerstand, in plaats van de weerstand 25, een signaalaflezing op een op de klemmen 23 en 24 aangesloten meter wordt af gelezen, waarbij dit 15 signaal ongeveer de helft is vanófe maximale spanning bij de voorgaande meting. Vervolgens wordt de spoel teruggezet in positie "1" en wordt de condensator opnieuw ingesteld voor de maximale aflezing van de spanningsmeter.Vervolgens wordt de spoel in de positie ”2” opnieuw door de weerstand bijgeregeld. De voorgaande metingen worden net zo lang 20 herhaald tot in elk van de spoelen 21 en 22 een zelfde maximaal niveau is verkregen. De waarden van de instelbare weerstand en de condensator worden genoteerd en kunnen thans worden vervangen door vaste waarde-componenten. Door een geschikte controle van de constructie van de spoelen 21 en 22 is het mogelijk hun parameters van eenheid 25 tot eenheid binnen voldoende nauwe grenzen te houden, zodat de meting voor de juiste weerstandswaarde en condensatorwaarde niet steeds opnieuw hoeft te worden uitgevoerd, maar dat men steeds de eenmaal vastgestelde waarde kan toepassen tenzij de spoelconstructie wordt gewijzigd.

30 Zoals eerder is aangegeven, is het spoelsamenstel beschreven met betrekking tot fig. 2 en 3 geconstrueerd en getest met als resultaat, dat de signaalsterkte, die over de condensator 31 verschijnt, zeer uniform is met geen zichtbaar dal wanneer de spoel over 360° om zijn verticale langsas 12 draait. Dat wil zeggen, dat voor een vlak loodrecht 8301305 \ -6- op het vlak van de windingen het samenstel in hoofdzaak isotropisch is.

De magnetisch permeabele elementen 32 en 34 kunnen bijvoorbeeld gemaakt zijn van permalloy of silicium staal of dergelijke en 5 een dikte hebben van 0,0025 tot 0,001 cm. Evenwel kunnen ook dikkere strips worden toegepast, maar dit houdt in, dat de afstand tussen de spoelen 21 en 22 groter wordt en derhalve een geringere koppeling tussen de beide spoelen aanwezig is. De batterij 35 kan van elke willekeurige constructie zijn. Een geschikte batterij in een vlakke 10 vorm is verkrijgbaar bij Polaroid Corporation onder de naam "POLAPULSE".

In de fig. 5 en 6 is een andere uitvoeringsvorm weergegeven van een spoelconstructie met een geringere anisotropie in een vlak loodrecht op het vlak van het spoelsamenstel, alhoewel niet zo isotropisch als de uitvoeringsvorm aangegeven in de fig. 2 en 3. Volgens de 15 uitvoeringsvorm van de figuren 5 en 6 bestaat het spoelsamenstel uit een enkele spoel 40 voorzien van aansluitklemmen 41 en 42. Op tenminste een deel 44 van de spoel 40 rust een strip van magnetisch permeabel materiaal 43, waarvan één zijde zich uitstrekt tot ongeveer het midden van de spoel en rust op het ondervlak van de spoel. Een andere strip 20 van magnetisch permeabel materiaal is aangebracht onder een ander gedeelte 46 van de spoel,waarbij dit gedeelte 46 gelegen is tegenover het gedeelte 44 en derhalve de strip 45 gelegen is tegenover de strip 43, zie in dit verband de uitvoeringsvorm van de fig. 5 en 6.

Tussen de spoel 40 en de strip 45 is een laag van isolatiemateriaal 25 47 aangebracht. Onder de strip 45 is een batterij 48 aangebracht, identiek aan de batterij 35, en wel zodanig dat het vlak van de batterij evenwijdig verloopt aan de strip 45 en de batterij tenminste groter is dan één van de strippen 43 of 45. Zoals weergegeven in de fig. 5 en 6 liggen de strippen 43 en 45 in het algemeen in dezelfde lijn met 30 een geringe overlap gezien in axiale richting van de spoel 40.

Alhoewel niet in fig. 5 weergegeven, kan de geïsoleerde laag 47 een gedrukt schakelpaneel zijn, waarop de electrische componenten zijn aangebracht, die verbonden zijn met de spoel 40 via de klemmen 41 en 42 op een wijze overeenkomstig de uitvoeringsvorm beschreven bij 35 de fig. 2 en 3.

Wanneer de spoel 40 in een magnetisch veld is geplaatst, zal de 830 1 30 5 -7- flux in richting loodrecht op het vlak van de spoel 40 op de gebruikelijke wijze door de spoel gaan en zullen de strippen nagenoeg geen effekt hebben. Evenwel zal door de aanwezigheid van de batterij 48 het in de spoel 40 opgebouwde signaal enigszins worden verzwakt om 5 redenen zoals reeds eerder zijn besproken.

Indien de spoel 40 evenwijdig aan de magnetische flux-lijnen is geplaatst, ontstaan de volgende situaties. Wanneer het spoelsamenstel georiënteerd is in de positie aangegeven in fig. 5 en waarbij de fludiiren horizontaal georiënteerd zijn zoals aangegeven in de tekening, 10 zullen de fluxlijnen via de lagere reluctantiebanen van de strippen 43 en 45 door het vlak van de spoel 40 gaan en niet door de omringende lucht.Er ontstaat derhalve een effectieve fluxkoppeling, die normaliter niet aanwezig is. Indien de spoel nu wordt rondgedraaid in het veld rond een verticale as als aangegeven in fig. 5, d.w.z. rond een as 15 loodrecht op het vlak van het papier als aangegeven in fig. 6, zullen geringe spanningsdalen ontstaan. Desalniettemin is deze uitvoeringsvorm redelijk isotropisch voor de zojuist beschreven betrekking.

Permeabele strips van verschillende permalloy-materialen als ook silicium staal kunnen met succes worden toegepast bij de constructie 20 van spoelsamenstellen met verbeterde isotropie. Theoretisch kan elk materiaal worden toegepast met een permeabiliteit die groter is dan lucht en heeft bepaalde voordelen en zijn meer efficient. Evenwel zal de keuze van het materiaal afhangen van de kosten, de afmetingen en het gewicht.

25 Zonder buiten het kader van de uitvinding te geraken, kunnen vele wijzigingen worden aangebracht.

8301305

Claims (21)

1. Spoelsamenstel voor een communicatie-systeem, waarin een koppeling tussen het samenstel en een ander communicatie-component wordt verkregen door het samenstel en de component te koppelen met een alternerend magnetisch veld, met het kenmerk, dat het samenstel voorzien 5 is van een spoel in de vorm van een lus van een pannekoek-configuratie, welke lus bestaat uit een aantal electrisch geleidende wikkelingen, die gelegen zijn rond een eerste as die loodrecht staat op het vlak van de spoel, en van middelen bestaande uit magnetisch permeabel materiaal, dat samenwerkt met en ‘ geplaatst is nabij de geleidende 10 wikkelingen en daarmee samenwerkt voor het tot stand brengen van een in hoofdzaak isotropische flux-koppeling tussen geleidende wikkelingen en het magnetisch veld in een vlak dat loodrecht staat op het vlak’van de spoel. ,

2. Spoelsamenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 15 de middelen voorzien zijn van een tweede spoel van een pannekoek- configuratie, die aangebracht is op de eerste spoel en daarmee een magnetische koppeling vormt.

3. Spoelsamenstel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de tweede spoel in serie verbonden is met een weerstand in een 20 gesloten lus zodanig, dat de magnetische. koppeling met de tweede spoel een stroom tot stand brengt in de tweede spoel en door een transformator-werking een spanning induceert in de eerste spoel.

4. Spoelsamenstel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de tweede spoel in hoofdzaak identiek is aan en opgelijnd is met 25 de eerste spoel.

5. Spoelsamenstel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een strip van magnetisch permeabel materiaal is geplaatst nabij de tweede spoel voor het verschaffen van een lagere reluctantie fluxpad door de tweede spoel.

6. Spoelsamenstel volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de strip zich uitstrekt over de breedte van de spoel onder één zijde docrde spoel en over de andere zijde.

7. Spoelsamenstel volgens conclusie 6, met kenmerk, dat een plaat van magnetisch permeable materiaal evenwijdig is aangebracht 8301305 -9- <r .- aan de eerste spoel en grenst aan de zijde op afstand van de tweede spoel.

8. Spoelsamenstel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de eerste spoel voorzien is van klemmen die aangesloten zijn op een 5 elektronische keten, en van een condensator die verbonden is over de klemmen voor het afstemmen van de eerste spoel met betrekking tot de frequentie van het magnetische veld.

9. Spoelsamenstel volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het oppervlak van de plaat van permeabel materiaal dat op afstand gelegen 10 is van de spoel in verbinding staat met een gedrukt schakelpaneel, waarop de elektronische schakeling is aangebracht en waarbij het schakelpaneel verbonden is met een vlakke batterij.

10. Spoelsamenstel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de strip van magnetisch permeable materiaal aangebracht is nabij de 15 tweede spoel voor het verschaffen van een lage reluctantie fluxpad door de tweede spoel.

11. Spoelsamenstel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een plaat van magnetisch permeable materiaal aangebracht is evenwijdig aan de eerste spoel en daaraan grenst.

12. Spoelsamenstel volgensconclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste spoel voorzien is van klemmen, die aangesloten zijn op een elektronische keten, en van een condensator, die verbonden is over de klemmen voor het afstemmen van de eerste spoel met betrekking tot de frequentie van het magnetische veld.

13. Spoelsamenstel volgens conclusie 12,met het kenmerk, dat de tweede spoel in serie verbonden is met een weerstand in een gesloten lus zodanig, dat een magnetische fluxkoppeling in de tweede spoel een stroom opwekt en als gevolg Tends transformatiewerking een spanning induceert in de eerste spoel.

14. Spoelsamenstel volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de strip zich uitstrekt over de breedte van de spoel onder één zijde,door de spoel,en over de andere zijde.

15. Spoelsamenstel volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat een plaat van magnetisch permeabel materiaal evenwijdig aangebracht 35 is aan de eerste spoel en daaraan grenst. 8301305 ‘ -10- -

16. Spoelsamenstel volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de tweede spoel in serie verbonden is met een weerstand in een gesloten lus, zodanig, dat een magnetische flux-koppeling in de tweede spoel een stroom opwekt en door een transformatie een spanning 5 induceert in de eerste spoel.

17. Spoelsamenstel volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat een plaat van magnetisch permeabel materiaal evenwijdig aangebracht is aan de eerste spoel en daaraan grenst.

18. Spoelsamenstel voor een communicatie-systeem, waarin een 10 koppeling tussen het samenstel en een ander communicatie-component wordt verkregen door een koppeling van het samenstel en de component met een alternerend magnetisch veld, met het kenmerk,'dat het samenstel voorzien is van een eerste en een tweede spoel, elk in de vorm van een lus van een pannekoek-configuratie met een aantal elektrische 15 geleidende wikkelingen die aangebracht zijn rond een respectievelijke as die loodrecht staat op het vlak van de betrokken spoel, waarbij de spoelen elektrisch gekoppeld zijn en evenwijdig ten opzichte van elkaar staan opgesteld, en waarbij tenminste eén van de spoelen voorzien is van klemmen, die verbonden zijn met een elektronische schakeling, 20 van middelen, die samenwerken met de eerste spoel om de eerste spoel effectief te koppelen aan de magnetische fluxïjnen, die loodrecht staat op een vlak van de eerste spoel, en van middelen, die samenwerken met de tweede spoel om de tweede spoel effectief te koppelen met de magnetische fluxlijnen, die evenwijdig verlopen aan het vlak van de 25 tweede spoel en waarbij in hoofdzaak isotropische fluxkoppeling wordt tot stand gebracht tussen het spoelsamenstel en het magnetische veld in een vlak, dat loodrecht staat op de vlakken van de spoelen.

19. Spoelsamenstel volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat een condensator is verbonden over de klemmen van de ene spoel voor 30 het afstemmen van" de ene spoel met betrekking tot de frequentie van het magnetische veld.

20. Spoelsamenstel volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de tweede spoel in serie verbonden is met een weerstand in een gesloten lus, zodanig, dat een magnetische fluxkoppeling wordt verkregen met 35 de eerste spoel, waarbij in de eerste spoel een stroom wordt opgewekt die door een transformatie-werking een spanning induceert in de tweede 83 0 1 30 5 r * -n- « spoel.

21. Spoelsamenstel volgens conclusie 20, met het kenmerk , dat een strip van magnetisch permeabel materiaal zich uitstrekt over de breedte van de tweede spoel onder één zijde daarvan, door de spoel, 5 en over de andere zijde voor het verschaffen van een lage reluctantie fluxpad door de tweede spoel. -----_- , -Λ 8301305