NL9300991A - Diefstaldetectiesysteem. - Google Patents

Description

Ir. T.W.H. Fockens Diefstaldetectiesysteem.

De uitvinding betreft een winkeldiefstaldetectiesysteem.

Bekend zijn de systemen gebaseerd op de detectie van een resonante LC-kring, zoals genoemd in USA octrooi nr. 5051727 (Europese octrooiaanvrage nr. 90200630.3). Hierin is sprake van een luchtspoel, die op de resonantiefrequentie wordt afgestemd door middel van een parallelle condensator. Labels, gemaakt voor deze techniek, zijn relatief goedkoop in grote aantallen te produceren. Ook is het mogelijk deze labels in de vorm van plaketiketten te maken voor een zeer lage prijs, bedoeld voor éénmalig gebruik, desgewenst deactiveer-baar.

Een nadeel van deze techniek is, dat geleidende voorwerpen in de directe omgeving van de spoel deze spoel kunnen verstemmen en dempen. Daardoor is deze techniek minder geschikt voor het beveiligen van voorwerpen, die metaal bevatten.

Een andere techniek maakt gebruik van strips van verzadigbaar magnetisch materiaal. De Europese octrooiaanvrage nr. 92200765.3 (Granovsky) geeft een voorbeeld van een detectiesysteem, gebaseerd op deze techniek. Dergelijke magneetstrips functioneren nog als ze op metaalhoudende voorwerpen worden geplakt. Echter het nadeel van deze techniek is, dat de detectie-afstand zeer beperkt is, zodat geen brede doorgangen kunnen worden beveiligd.

Een techniek waarmee het mogelijk is metaalhoudende voorwerpen te detecteren bij grotere doorgangsbreedtes is het gebruik maken van mechanische resonantie van een plaatje magnetisch materiaal, dat met behulp van het magnetostrictie-effect tot trillen wordt gebracht in een magnetisch wisselveld. Het Amerikaanse octrooi nr. 4,510,489 geeft een voorbeeld van een dergelijk detectiesysteem.

Het fundamentele probleem bij deze techniek is, dat het betreffende plaatje mechanisch moet trillen, daarvoor in een kamertje moet worden opgehangen, zodat geen mechanische demping optreedt.

Door echter het kamertje van buiten af met de hand te vervormen, kan het resonantie-effect worden onderdrukt en daarmee de label effectief worden uitgeschakeld. Ook met behulp van een permanente magneet kan een dergelijke label onwerkzaam worden gemaakt.

In het diefstaldetectiesysteem beschreven in het Europese octrooi nr. 0084400 van aanvraagster wordt, met behulp van een frequentie-deler een antwoordsignaal gegenereerd uit een ondervragingsignaal. Door middel van frequentiemodulatie van het ondervragingssignaal en synchrone demodulatie van het hierdoor tevens in frequentie gemoduleerde antwoordsignaal, is een betrouwbare en eenduidige detectie mogelijk gebleken. Daar de werkfrequenties laag gekozen zijn (138 kHz, resp. 17,25 kHz) en de spoelen op ferrietstaven zijn gewikkeld, heeft de aanwezigheid van metaal in de te beveiligen voorwerpen geen invloed op het functioneren van de label.

Echter omdat de frequentie van het ondervragingssignaal en van het antwoordsignaal sterk verschillen (minimaal een factor 2, in het bovengenoemd octrooi beschreven systeem een factor 8) zijn twee afzonderlijke ferrietstaafantennes noodzakelijk.

Dit aantal van twee antennes, tezamen met de noodzaak van gebruik van meerdere componenten, o.m. afstemcondensatoren, diverse componenten in het voedingscircuit, maakt dat een dergelijke label betrekkelijk duur is om te produceren.

Het is het doel van onderhavige uitvinding om een diefstaldetectie- systeem te verschaffen dat de niet-beïnvloedbaarheid door metaal combineert met een grote detectieafstand en een lage kostprijs van de label.

De uitvinding is gebaseerd op het principe, dat de label een met grote gevoeligheid detecteerbaar antwoordsignaal zonder risico van valse alarmeringen afleidt uit het ondervragingssignaal, en dat vervolgens dit signaal in frequentie transformeert naar een frequen-tieband dichtbij en aan weerszijden van de ondervragingsfrequentie.

In het navolgende zal de uitvinding nader worden beschreven aan de hand van figuren.

Figuur 1 geeft het blokschema weer van een eerste uitvoeringsvorm van de label volgens de uitvinding.

Figuur 2 geeft een aantal signaalvormen, die optreden in een label volgens figuur 1.

Figuur 3 geeft de spectra weer van het antwoordsignaal (figuur 3a) en het in frequentiegetransformeerde antwoordsignaal (figuur 3b).

Figuur 4 geeft het blokschema van de ondervraag- en detectie-een-heid.

Figuur 5 toont het blokschema van de detectorschakeling voor het detecteren van het antwoordsignaal en behorende bij de uitvinding.

Figuur 6 geeft het blokschema van de kwadratuurdetector uit de detectorschakeling.

Figuur 7 geeft het blokschema van een tweede uitvoeringsvorm van de label volgens de uitvinding weer.

Figuur 8 toont het modulatieproces van een bitpatroon in het geheugen naar een antwoordsignaal.

Figuur 9 geeft aan hoe de bitpatronen met de hexadecimale waarde 0 worden vertaald in een antwoordsignaal.

Figuur 10 toont hoe de bitpatronen met de hexadecimale waarde F worden vertaald in een antwoordsignaal.

Figuur 11 laat deze vertaling zien voor een opeenvolging van de bitpatronen 0 en F.

Figuur 1 geeft het blokschema van een label volgens de uitvinding weer. Resonantiekring 1, bestaande uit spoel L en condensator C, is in afstemming op de ondervragingsfrequentie f . Deze frequentie bedraagt bijvoorbeeld 120 kHz. Gelijkrichtercircuit 2 vormt uit de wisselspanning over de kring een gelijkspanning om het gehele label-circuit van voedingsspanning te voorzien. Het ondervragingssignaal wordt eveneens toegevoerd aan een keten van frequentiedelers 3, 4, en 5. In het eerste frequentiedelercircuit 3 wordt de ondervragings-frequentie f gedeeld door een factor N. In het praktische voorbeeld is N = 64. Vervolgens wordt het zo ontstane signaal (7) door deler 4 gedeeld door M (bijv. M = 2). Het uitgangssignaal daarvan, 8, wordt tenslotte weer gedeeld door faktor P in deler 5, met als uitgangssignaal 9. In het praktische voorbeeld is P = 8.

In figuur 2 zijn de signalen getekend voor het geval N = 64, M = 2 en P = 8. Signaal 9 bedient een schakelaar 6. Uitgangssignaal 10 van deze schakelaar is een combinatie van de signalen 7 en 8, zodat een in frequentie geschakeld signaal (FSK, Frequency Shift Keying) ontstaat. Dit signaal 10, dat gezien kan worden als een FSK gemoduleerde subdraaggolf, vormt het bovenbedoelde antwoordsignaal en wordt toegevoerd aan schakelaar S.

Schakelaar S schakelt een weerstand R parallel aan de kring 1, waardoor de kringverliezen sterk toenemen en de Q-factor daalt. Als gevolg daarvan neemt de absorptie van energie uit het primaire magnetische wisselveld van het ondervragingssignaal af, daalt de wisselstroom door spoel L en neemt daarmee de uitgezonden veldsterkte van het secondaire veld van de labelspoel af. Schakelaar S moduleert aldus het door spoel L gevormde secondaire magnetische veld. Indien S in een bepaald ritme wordt gestuurd, wordt de frequentie van dat ritme, f , door de schakelaar en het erdoor vloeiende ondervra-r gingssignaal (subdraaggolf) getransformeerd naar twee nieuwe frequentiecomponenten, gelijk aan de som van f en f en aan het verschil van f en f .

o r

Uit de radiocommunicatietechniek is immers bekend dat amplitude-mo-dulatie met behulp van een schakelelement kan worden beschreven als een frequentietransformatieproces.

In figuur 3 zijn de spectra getekend van het antwoordsignaal 10 (figuur 3a) en van het in frequentie getransformeerde antwoordsignaal met frequenties f , en f t » fQt en fot, over de kring 1 (figuur 3b).

Figuur 3b laat ook zien dat deze hoogfrequente antwoordsignaalcom-ponenten binnen de resonantiecurve RC van kring 1 vallen. Daardoor zijn deze signaalcomponenten met de grootst mogelijke sterkte in het secondaire magnetische veld van antennespoel L vertegenwoordigd.

De wijze waarop dit labelsignaal kan worden ontvangen en teruggetransformeerd naar een basisband antwoordsignaal, zowel voor een absorptiestelsel als voor een transmissiestelsel, is reeds uitvoerig beschreven in NL octrooiaanvrage nr. 9202158 van aanvraagster.

Figuur 4 geeft het blokschema van de ondervraag- en detectie-een-heid, die bestaat uit een zenderschakeling, Tx, één of meer antennes 11, een demodulatorcircuit 12, een detectorcircuit 13, en een alar-meringscircuit 14. De zender genereert het hoogfrequente ondervra-gingssignaal met frequentie f , bijvoorbeeld 120 kHz. Antenne 11 bestaat uit een spoel, meestal een luchtspoel, bestaande uit één of meer windingen, doch een spoel gewikkeld op een ferrietstaaf behoort eveneens tot de mogelijkheden.

Ingeval het absorptieprincipe benut wordt, is één antenne aangeslo- ten op zowel de zender als op de demodulator. De demodulator is in dat geval een omhullend detectorcircuit, dat uit het zendsignaal en het terugontvangen labelsignaal het basisband antwoordsignaal terugwint.

Ingeval het transmissieprinclpe benut wordt, wordt de zender en de demodulatorschakeling aangesloten, elk op een antenne 11. De demodulator is dan een produktdetectorschakeling, die het labelsignaal vermen igvu ld i.gt met een referenties ignaal, dat separaat uit de zenderschakeling naar de demodulator wordt gekoppeld. Het produkt bevat wederom het basisband antwoordsignaal.

Het ontvangen antwoordsignaal wordt verder verwerkt in de antwoord-signaaldetector 13. Het blokschema van deze detectorschakeling is weergegeven in figuur 5. De frequentie-omschakeling wordt eerst gedemoduleerd en het zo teruggewonnen signaal 9 (in het voorbeeld 120000/(64*2*8) = 117,1875 Hz) wordt in kwadratuur gedemoduleerd in kwadratuurdetector 24. Daartoe wordt via verbinding 28 een referen-tiesignaal met gelijke frequentie als signaal 9 toegevoerd vanuit het zendercircuit. De feitelijke FSK demodulatie vindt plaats door middel van de filters 16 (afgestemd op signaal 7) en 17 (afgestemd op signaal 8), tezamen met de omhullende detectoren 19 en 20. Comparator 23 bepaalt op welke van de twee frequenties de meeste signaal-energie aanwezig is, waarmee de FSK modulatie teruggewonnen wordt.

Filter 18 is afgestemd op een frequentie tussen f en fD in. In

/ O

het praktijkvoorbeeld op 1406 Hz. Tezamen met omhullende detector 21 wordt hiermee het ruisniveau gemeten, zoals dat door de antwoordsig-naaldetector ontvangen wordt.

Het automatische versterkingsregelingscircuit 22 regelt de versterking van versterker 15 aan de hand van het sterkste signaal uit de detectoren 19, 20, of 21.

In comparator 25 wordt het signaal niveau uit de kwadratuurdetector 24 vergeleken met het ruisniveau. De uitkomst daarvan stuurt integrator 26. Zodra diens uitgangspanning boven een drempelwaarde stijgt, geeft al armeringscircuit 27 een alarm af.

De kwadratuurdetector 24 is verder gedetailleerd weergegeven in figuur 6. Het na de FSK demodulatie teruggewonnen signaal 9 wordt toegevoerd aan twee produktdetectoren 29 en 30, die elk een referen-tiesignaal krijgen, welke onderling 90° in fase verschoven zijn. De laagdoorlaatfilters 31 en 32 met een lage afsnij frequentie van bijvoorbeeld 1.0 Hz, bepalen de uiteindelijke effectieve ruisbandbreedte van de antwoordsignaaldetector 13 en daarmee de detectiegevoelig-heid. RMS-combiner 33 combineert de uitgangssignalen van beide kanalen zodanig, dat het uitgangssignaal van de kwadratuurdetector 24 evenredig is met de amplitude van het ingangssignaal, onafhankelijk of bijna onafhankelijk, van de faserelatie tussen het ingangssignaal en het referentiesignaal.

Deelcircuit 34 deelt het ondervragingssignaal van de zender door factor R, waarbij geldt R = N * Μ * P zodat twee referentiesignalen ontstaan, die onderling 90° in fase verschoven zijn.

De antwoordsignaaldetector 13 kan ook worden uitgevoerd als een algorithme in een DSP eenheid (Digitale Signaal Processor). Dat algorithme kan op dezelfde wijze zijn opgebouwd als de hierboven beschreven schakeling.

Er is een andere uitvoeringsvorm van de label mogelijk dan die hierboven beschreven en in figuur 1 is aangegeven. Om hetzelfde ant-woordsignaal op te wekken, is het ook mogelijk uit te gaan van een identificatielabel, zoals beschreven in NL octrooiaanvrage nr. 9201116 van aanvraagster.

Figuur 7 geeft daarvan het blokschema. De antennekring 1, voedings-circuit 2, dempweerstand R en schakelaar S zijn identiek aan die in de eerstgenoemde label van figuur 1. De frequentiedelers zijn vervangen door een adresteller 35, een programmeerbaar geheugenblok 36, en een bifase modulator 37.

Figuur 8 geeft aan hoe een in het geheugen opgeslagen bitreeks 38 door modulator 37 wordt omgezet in een differentiële bifase gemoduleerd antwoordsignaal 39. Daarbij geeft een ' 1 bit' aanleiding tot een volledige periode van een 1875 Hz blokspanning. Een '0 bit' tot een halve periode van een 937,5 Hz blokspanning. Twee 0 bits achtereenvolgend geven dan aanleiding tot een volledige periode. Een reeks van vier 0 bits, ook aangeduid met het hexadecimale cijfer 0, geeft dan ,twee perioden van een 937,5 Hz blokspanning, en een reeks van vier 1 bits, ook aangeduid met het hexadecimale cijfer F, geeft dan vier perioden van een 1875 kHz blokspanning.

De figuren 9 en 10 geven dit weer. Door nu het geheugen te laden met onderstaand hexadecimale cijferpatroon, wordt hetzelfde antwoordsignaal opgewekt, als in de label van figuur 1:

OOFFOOFFOOFFOOFFOOFFOOFFOOFFOOFF

Figuur 11 laat dit voor een deel van het bovenstaand patroon zien.

Het is dus mogelijk om door middel van programmering van een speciale code in een identificatielabel, zoals beschreven in NL octrooiaanvrage nr. 9201116 en het daarin benutte full custom geïntegreerde circuit, deze identificatielabel te gebruiken als diefstal detectie-label. Daardoor is het mogelijk om voor beide toepassingen hetzelfde geïntegreerde circuit te gebruiken, hetgeen om economische redenen aantrekkelijk is.

Claims (7)

1. Een diefstaldetectiesysteem, bestaande uit een ondervraag- en een detectie-eenheid en een elektronisch label, dat een antwoordsig-naal genereert, met het kenmerk, dat het antwoordsignaal bestaat uit een in frequentie geschakelde subdraaggolf en welk signaal door middel van een modulatieproces wordt omgezet in twee hoogfrequente signaalcomponenten, liggende binnen de resonantiecurve van antennekring 1 en wel zodanig, dat deze signaalcomponenten aanwezig zijn in het secondaire magnetische veld van antennespoel L.

2. Een diefstaldetectiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het antwoordsignaal in de elektronische label wordt opgewekt door middel van een samenstelling van tenminste drie frequentie-delerschakelingen en een elektronische schakelaar, die wordt bediend door het uitgangssignaal van één van die frequentiedeler-schakelingen.

3. Een diefstaldetectiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het antwoordsignaal wordt opgewekt met behulp van een geheu-genschakeling waarin een zodanig datapatroon is geprogrammeerd, dat het in conclusie 1 bedoelde antwoordsignaal wordt gevormd.

4. Een diefstaldetectiesysteem volgens één of meerdere der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de antwoordsignaaldetectie-schakeling bestaat uit een schakeling ter demodulatie van een FSK-signaal, gevolgd door een kwadratuurdetector met synchrone referentiesignaal ter detectie van het frequentieomschakelsignaal 9.

5. Een diefstaldetectiesysteem volgens één of meerdere der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de antwoordsignaaldetec-tieschakeling van de ondervraag- en detectie-eenheid een extra, smalbandig signaalkanaal (18, 21) aanwezig is, waarvan de frequentie is gelegen tussen f, en f_, en welk kanaal wordt gebruikt om het ruis- en stoorsignaalniveau te bepalen, aan de hand waarvan een detectiedrempel wordt bepaald.

6. Een diefstaldetectiesysteem volgens één of meerdere der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de antwoordsignaaldetec-tieschakeling 13 van de ondervraag- en detectie-eenheid wordt gevormd door een digitale signaalprocessor, geprogrammeerd met een zodanige algorithme dat eerst de frequentieomschakeling van de subdraaggolf gedemoduleerd wordt en daarna synchrone kwadra-tuurdetectie van dat omschakelsignaal plaatsvindt.

7. Een diefstaldetectiesysteem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat in het detectiealgorithme tevens een derde signaalkanaal functioneert waarmee aan de hand van het ruis- en stoorsignaalniveau een detectiedrempel wordt bepaald.