PL181016B1

PL181016B1 - Sposób i urządzenie do określania położenia elementu magnetycznego

Info

Publication number: PL181016B1
Application number: PL96322617A
Authority: PL
Inventors: Andrew N. Dames
Original assignee: Flying Null Ltd
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 2001-05-31
Also published as: MX9707744A; EP0834091B1; JP3647462B2; BR9604784A; US6144300A; NO974587L; PL181046B1; CN1185210A; HK1003907A1; JPH11504447A; NO974587D0; HUP9802671A3; TW329001B; AU716803B2; GB9506909D0; HUP9802671A2; US6323770B1; US6323769B1; CN1153984C; CA2217762A1

Abstract

1. Sposób okreslania polozenia elementu magnetycznego, lub wzglednego polozenia przynajmniej dwóch elementów magne- tycznych umieszczonych na znaczniku, który to element magnetyczny ma nieliniowe wlasnosci magnetyczne i uprzywilejowana os magnety- zacji, z wykorzystaniem oddzialywania pola magnetycznego, zna- mienny tym, ze w obszarze wywolywania do odzewu znajdujacych sie tam elementów magnetycznych przyklada sie pole magnetyczne wytwarzane za pomoca zespolu elektromagnetycznego (10, 11) umieszczonego niezaleznie od elementu(ów) magnetycznego(ych), przy czym w strefie wywolywania do odzewu tworzy sie pierwszy obszar, w którym skladowa pola magnetycznego rozlozona w pierwszym kierunku jest zerowa, stanowiacy plaszczyzne zera magnetycznego (12), a w obszarach sasiadujacych z tym pierw- szym obszarem skladowa pola magnetycznego rozlozona w pierw- szym kierunku jest wystarczajaca do nasycenia przynajmniej czesci elementu(ów) magnetycznego(ych), przy czym pierwszy kierunek pokrywa sie z uprzywilejowana osia magnetyzacji kazdego elementu magnetycznego, nastepnie doprowadza sie do wzglednego ruchu pomiedzy polem magnetycznym i elementem magnetycznym, w kierunku uprzywilejowanej osi magnetyzacji elementu(ów) ma- gnetycznego(ych), przy czym kazdy z elementów magnetycznych staje sie magnetycznie nasycony i zglasza sie, a nastepnie wykrywa sie odpowiedz magnetyczna kazdego elementu magnetycznego w czasie wzglednego ruchu oraz okresla sie polozenie elementu(ów) magne- tycznego(ych) na podstawie czasu wystapienia kazdej odpowiedzi magnetycznej 32 Urzadzenie do okreslania polozenia elementu magnetycz- nego, lub wzglednego polozenia przynajmniej dwóch elementów magnetycznych usytuowanych na znaczniku, który to element ma- gnetyczny ma nieliniowe wlasnosci magnetyczne i uprzywilejowana os magnetyzacji, a urzadzenie jest wyposazone w srodki wytwarzajace pole magnetyczne, znam ienne tym, ze jest wyposazone... ... .... F ig .5 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do określania położenia elementu magnetycznego, z wykorzystaniem właściwości magnetycznych w praktycznych zastosowaniach, w szczególności sposób przestrzennego wywoływania do odzewu za pomocą pola magnetycznego przy wykorzystaniu znacznika magnetycznego stanowiącego wyróżnik identyfikacyjny. W szczególności, lecz nie wyłącznie, wynalazek dotyczy sposobu wyznaczania obecności i/lub położenia znacznika magnetycznego w strefie wywoływania do odzewu.

Termin „wyróżnik” i „znacznik” mogą być używane zamiennie, a wspomniane rozwiązania są używane w wielu różnych zastosowaniach i, w zależności od magnetycznych właściwości urządzenia, służą jedynie do wyznaczania obecności znacznika i w związku z tym przedmiotu, do którego znacznik jest przymocowany, albo do identyfikacji znacznika i w związku z tym przedmiotu, do którego znacznik jest przymocowany, ale służą również do wyznaczania dokładnej pozycji znacznika w założonym układzie współrzędnych i w związku z tym przedmiotu, do którego znacznik jest przymocowany, albo dostarczają kody dostępu, na przykład do stosowania w sytuacjach wymagających zabezpieczeń, albo do utrzymywania systemu biletów, na przykład w sieciach transportu publicznego, a ogólnie służą do wyróżniania jednego lub zbioru artykułów spośród innych artykułów.

181 016

Terminy „pole stałe” i „pole zmienne” są stosowane do oznaczania pól magnetycznych, których własności odpowiadają elektrycznemu przewodnikowi przewodzącemu prąd zmienny lub prąd stały.

Rozwiązania według wynalazku znajdują wiele zastosowań. Są to na przykład inwentaryzacja, system biletów, systemy sprzedaży automatycznej, monitorowanie postępu pracy, oznaczanie zabezpieczające, kontrola dostępu, zabezpieczenia przeciwkradzieżowe oraz systemy lokalizacji obiektów, w szczególności precyzyjne ustawianie elementów roboczych, jak na przykład sond w chirurgii.

Znane są systemy znacznikowe z danymi pasywnymi. Najbardziej rozpowszechnione są systemy odczytu drukowanych wzorów linii, nazywanych powszechnie kodem paskowym. Element znacznikowy w takich systemach cechuje się bardzo małym kosztem, gdyż składa się po prostu z papieru i tuszu. Czytniki są również względnie mało kosztowne i zazwyczaj wykorzystują przeszukujące wiązki laserowe. W wielu głównych zastosowaniach kodów paskowych jedyną ich wadą jest potrzeba liniowego ustawienia znacznika i czytnika.

W zastosowaniach, gdzie takie ustawienie jest niemożliwe, nie wykorzystuje się optycznej transmisji. Najbardziej popularne jest stosowanie indukcji magnetycznej zapewniającej sprzężenie pomiędzy znacznikiem i elektronicznym urządzeniem wywołującym do odzewu. Ich współpraca odbywa się w zmiennych polach magnetycznych w zakresie częstotliwości od 50 kHz do 1 MHz, przy czym powszechnie wykorzystywane są układy scalone (chipy) do obsługi odbioru i przesyłania oraz do zapewniania zapamiętywania danych i zarządzania nimi. W celu uniknięcia potrzeby wykorzystywania baterii, zasilanie dla układu scalonego jest uzyskiwane poprzez prostowanie sygnału zapytania odebranego z cewki antenowej. W celu zwiększenia przesyłanej mocy oraz zapewnienia rozróżniania niepożądanych sygnałów oraz interferencji sygnałów, cewka jest poddawana rezonansowi przy wykorzystaniu pojemności, o częstotliwości równej częstotliwości nośnej sygnału wywołania. Typowym produktem tego typu jest system TIRIS wytwarzany przez Texas Instruments Ltd.

Inne systemy znacznikowe z danymi wielobitowymi znajdują zastosowanie w klasycznych technologiach radiowych w.cz., albo w technologiach opartych na powierzchniowych falach akustycznych lub zjawisku magnetostrykcji.

Sposób określania położenia elementu magnetycznego, lub względnego położenia przynajmniej dwóch elementów magnetycznych umieszczonych na znaczniku, który to element magnetyczny ma nieliniowe własności magnetyczne i uprzywilejowaną oś magnetyzacji, z wykorzystaniem oddziaływania pola magnetycznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w obszarze wywoływania do odzewu znajdujących się tam elementów magnetycznych przykłada się pole magnetyczne wytwarzane za pomocą zespołu elektromagnetycznego umieszczonego niezależnie od elementu(ów) magnetycznego(ych), przy czym w strefie wywoływania do odzewu tworzy się pierwszy obszar, w którym składowa pola magnetycznego rozłożona w pierwszym kierunku jest zerowa, stanowiący płaszczyznę zera magnetycznego, a w obszarach sąsiadujących z tym pierwszym obszarem składowa pola magnetycznego rozłożona w pierwszym kierunku jest wystarczająca do nasycenia przynajmniej części elementu(ów) magnetycznego(ych), przy czym pierwszy kierunek pokrywa się z uprzywilejowaną osią magnetyzacji każdego elementu magnetycznego. Następnie doprowadza się do względnego ruchu pomiędzy polem magnetycznym i elementem magnetycznym, w kierunku uprzywilejowanej osi magnetyzacji elementu(ów) magnetycznego(ych), przy czym każdy z elementów magnetycznych staje się magnetycznie nasycony i zgłasza się, a następnie wykrywa się odpowiedź magnetyczną każdego elementu magnetycznego w czasie względnego ruchu oraz określa się położenie elementu(ów) magnetycznego(ych) na podstawie czasu wystąpienia każdej odpowiedzi magnetycznej.

Korzystnym jest, że pierwszy obszar jest przyległy do obszarów, w których pole magnetyczne jest wystarczające do nasycenia całości lub części elementu magnetycznego.

Korzystnym jest, że pierwszy obszar leży na płaszczyźnie, a nasycające pole magnetyczne wytwarza się w sąsiedztwie tej płaszczyzny.

181 016

Korzystnym jest, że pierwszy obszar przemieszcza się ruchem omiatającym tam i z powrotem w części obszaru wywoływania do odzewu znajdujących się tam elementów magnetycznych.

Korzystnym jest, że względny ruch wytwarza się poprzez powodowanie przesuwania się elementu magnetycznego w obszarze wywoływania do odzewu.

Korzystnym jest, że względny ruch wytwarza się poprzez przemieszczanie przyłożonego poła magnetycznego nad elementem magnetycznym ruchem omiatającym.

Korzystnym jest, że stosuje się wydłużony element magnetyczny, a kierunek zerowego pola magnetycznego pokrywa się z główną osią elementu magnetycznego w czasie względnego ruchu.

Korzystnym jest, że stosuje się element magnetyczny w postaci cienkiej błony lub folii, a kierunek zerowego pola magnetycznego pokrywa się z osią czułości magnetycznej błony lub folii w czasie względnego ruchu.

Korzystnym jest, że pole magnetyczne ustanawia się w obszarze wywoływania do odzewu poprzez przyłożenie dwóch pól magnetycznych o przeciwnej polaryzacji.

Korzystnym jest, że przyłożenie dwóch pól magnetycznych przeprowadza się z zastosowaniem jednej lub większej liczby cewek przewodzących prąd stały.

Korzystnym jest, że pole magnetyczne wytwarza się z zastosowaniem jednego lub większej liczby trwałych magnesów.

Korzystnym jest, że przynajmniej do jednej z cewek doprowadza się prąd stały.

Korzystnym jest, że przynajmniej do jednej z cewek doprowadza się prąd, którego wielkość zmienia się w założonym cyklu, tak że położenie zera magnetycznego oscyluje w założony sposób.

Korzystnym jest, że przynajmniej jeden z trwałych magnesów współpracuje z przynajmniej jedną z cewek do których doprowadza się prąd, którego wielkość zmienia się w założonym cyklu, tak że położenie pierwszego obszaru oscyluje w założony sposób.

Korzystnym jest, że względny ruch powoduje się przez przyłożenie zmiennego pola magnetycznego do wspomnianego pola magnetycznego.

Korzystnym jest, względny ruch pomiędzy elementem magnetycznym i polem magnetycznym powoduje się przez przyłożenie zmiennego pola magnetycznego o względnie małej amplitudzie, nałożonego na stałe pole magnetyczne.

Korzystnym jest, że zmienne pole magnetyczne o względnie małej amplitudzie ma częstotliwość mieszczącą się w zakresie 10 Hz do 100 kHz.

Korzystnym jest, że odpowiedź magnetyczną elementu magnetycznego wykrywa się przez obserwację składowych harmonicznych, które są generowane przez element magnetyczny w wyniku przyłożenia zmiennego pola magnetycznego, gdy zmienia się stan jego namagnesowania w wyniku przechodzenia przez zero magnetyczne.

Korzystnym jest, że przed wprowadzeniem elementów magnetycznych do obszaru wywoływania do odzewu przymocowuje się je do określonego przedmiotu i określa się położenie tego przedmiotu w procesie wywoływania do odzewu.

Korzystnym jest, że pole magnetyczne w sposób cykliczny przesuwa się wielokrotnie przez materiał magnetyczny elementów magnetycznych przymocowanych do określonego przedmiotu, przy czym przykłada się w tym obszarze wywołujące do odzewu pole magnetyczne o małej amplitudzie i wysokiej częstotliwości.

Korzystnym jest, że jako przedmiot stosuje się narzędzie chirurgiczne.

Korzystnym jest, że jako przedmiot stosuje się chirurgiczną sondę lub igłę.

Korzystnym jest, że stosuje się materiał magnetyczny w postaci cienkiej folii, drutu lub cienkiej błony.

Korzystnym jest, że pole magnetyczne wytwarza się za pomocą trzech zestawów źródeł wzajemnie prostopadłych pól magnetycznych.

Korzystnym jest, że pole magnetyczne wytwarza się z zastosowaniem sekwencyjnego przeszukiwania pola i wyliczenie, dla każdego przeszukiwania, położenia środka wyjściowych harmonicznych dla materiału magnetycznego.

181 016

Korzystnym jest, że przeprowadza się dziewięć kolejnych liniowych przeszukiwań, które uruchamia się zgodnie z poniższą tabelą, w której źródła pola magnetycznego są oznaczone przez a, b i c, a przeszukiwania są numerowane od 1 do 9 (kolejność przeszukiwania nie ma znaczenia):

Źródło pola prostopadłego	1	2	3	4	5	6	7	8	9
a	wł.	wł.	wł.	wył.	wył.	wł.	wył.	wył.	wł.
b	wył.	wł.	wył.	wł.	wł.	wł.	wył.	wł.	wył.
c	wył.	wył.	wł.	wył.	wł.	wył.	wł.	wł.	wł.

gdzie: wł. - włączone wył. - wyłączone

Korzystnym jest, że wzbudza się trzy zestawy prostopadłych cewek w sposób ciągły tak, że tworzy się w sposób ciągły obracający się kierunek pola, który pokrywa rozważaną przestrzeń w kontrolowanych przemieszczeniach, ruchem omiatającym, o założonej szerokości.

Korzystnym jest, że przed wprowadzeniem elementów magnetycznych do obszaru wywoływania do odzewu rozmieszcza się na określonym artykule w określony sposób unikalny dla danego artykułu lub grupy artykułów o tych samych cechach, określający korzystnie cenę i/lub rodzaj produktów składowych artykułu, przez co identyfikuje się poszczególne artykuły lub klasy artykułów za pomocą charakterystyk danych tych artykułów.

Korzystnym jest, że jako element(y) magnetyczny(e) stosuje się znacznik lub marker magnetyczny zawierający liczne strefy magnetyczne o wysokiej przenikalności.

Korzystnym jest, że stosuje się marker magnetyczny dodatkowo zawierający drugą warstwę materiału magnetycznego o średniej koercyjności, za pomocą której każdą strefę magnetyczną określa się przez magnetyczną polaryzację tej drugiej warstwy.

Korzystnym jest, że dodatkowo sumuje się ceny artykułów zakodowanych za pomocą założonego układu magnetycznych elementów naniesionych na zestaw poszczególnych artykułów, ten zestaw artykułów przemieszcza się przez strefę wywoływania do odzewu, przy czym przetwarza się sygnały odebrane w czasie przeprowadzania sposobu i generuje się pożądaną sumę wartości poszczególnych danych.

Urządzenie do określania położenia elementu magnetycznego, lub względnego położenia przynajmniej dwóch elementów magnetycznych usytuowanych na znaczniku, który to element magnetyczny ma nieliniowe własności magnetyczne i uprzywilejowaną oś magnetyzacji, a urządzenie jest wyposażone w środki wytwarzające pole magnetyczne, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jest wyposażone w zbiór trwałych magnesów, które są rozmieszczone w kołowym układzie wokół szczeliny, przy czym bieguny trwałych magnesów są tak rozmieszczone, że wszystkie bieguny skierowane do środka kołowego układu mają tę samą polaryzację, korzystnie N, a wszystkie bieguny skierowane na zewnątrz kołowego układu mają przeciwną, wzajemnie taką samą polaryzację, korzystnie S, oraz jest wyposażone w cewkę, która jest umieszczona współosiowo z kołowym układem, w pobliżu trwałych magnesów.

Korzystnym jest, że trwałe magnesy są ferrytowymi magnesami złączonymi przy użyciu polimerów.

Korzystnym jest, że jego wyjście jest przystosowane do wyświetlania ustalonego położenia magnetycznych elementów.

Rozwiązanie według wynalazku przewiduje zastosowanie nowego typu systemu znacznikowego z danymi pasywnymi, który wykorzystuje małe ilości materiału magnetycznego o bardzo wysokiej przenikalności oraz przeszukujące pole magnetyczne służące do wywoływania do odzewu. Ponieważ materiał magnetyczny może mieć postać cienkiej folii, drutu lub błony, zostaje on przyklejony bezpośrednio do podłoża, na przykład papieru lub tworzywa sztucznego, tak że powstają znaczniki samodzielne.

181 016

Alternatywnie, materiał magnetyczny zostaje wbudowany w strukturę przedmiotu, z którym związany jest dany znacznik. W takim przypadku znacznik jest uformowany bezpośrednio w tym przedmiocie, poprzez nałożenie materiału magnetycznego na powierzchnię przedmiotu, lub osadzenie materiału magnetycznego w jego wnętrzu.

Wynalazek wykorzystuje pola magnetyczne, które zawierają tak zwane „zero magnetyczne”, przy czym termin ten oznacza w niniejszym przypadku punkt, linię, płaszczyznę lub przestrzeń, przy lub w której, składowa pola magnetycznego w danym kierunku liniowym wynosi zero. Część przestrzeni, w której ten warunek jest spełniony, może być bardzo mała, co prowadzi do przykładów wykonania wynalazku, które zajmują się precyzyjnym wyznaczaniem pozycji. Zazwyczaj zero magnetyczne jest rozmieszczone na względnie małym liniowym zakresie. Oczywiście, gdy występuje zero magnetyczne, składowa pola magnetycznego w kierunku prostopadłym do danego kierunku liniowego jest znacząca. W pewnych przykładach wykonania wynalazku takie znaczące, prostopadłe pole jest pożądane.

Jednym ze sposobów wytwarzania zera magnetycznego jest wykorzystanie źródeł przeciwnego pola magnetycznego. Korzystnie są nimi cewki prądowe wykonane z drutu, lub magnesy trwałe, które są szczególnie dostosowane do systemów o małej skali, albo kombinacja jednej lub więcej cewek z jednym lub więcej trwałymi magnesami. Wykorzystuje się również zera magnetyczne, które istnieją w pewnych specyficznych kierunkach, w przypadku, gdy zastosowana jest pojedyncza cewka lub trwały magnes. W zastosowaniach o dużej skali, źródła pola magnetycznego są korzystnie cewkami prądu stałego. Wynalazek wykorzystuje również względny ruch pomiędzy znacznikiem magnetycznym i przyłożonym polem magnetycznym, dla wykonania przejścia znacznika nad zerowym obszarem pola magnetycznego. Uzyskuje się to poprzez przesuwanie znacznika względem przyłożonego pola magnetycznego, albo poprzez utrzymywanie znacznika w nieruchomym położeniu, podczas gdy pole magnetyczne nad nim jest przeszukiwane. Mówiąc ogólnie, wynalazek wykorzystuje różnicę pomiędzy magnetycznym zachowaniem znacznika w polu zerowym (przy zerze magnetycznym), oraz w silnym, generalnie nasycającym polu magnetycznym.

Znacznik magnetyczny posiada liczne, dyskretne, aktywne magnetycznie obszary w układzie liniowym, które są umieszczone na podłożu, na przykład papierze lub materiale z tworzywa sztucznego, lub mogą utrzymywać się samodzielnie. Alternatywnie, elementy magnetyczne są osadzone bezpośrednio w lub na wyrobach w czasie ich wytwarzania. Jest to odpowiednie, na przykład gdy wyroby są towarami detalicznymi, które zawierają znaczniki dla inwentaryzacji, albo gdy wyroby są biletami lub zabezpieczonymi przepustkami.

Znacznik tego rodzaju formuje się również z ciągłego paska materiału o wysokiej przenikalności, którego dyskretne obszary mają trwale lub czasowo zmienione własności. Taki proces wykonuje się na pasku o wysokiej przenikalności, którego wybrane obszary są w taki sposób przetwarzane, by zmodyfikować ich własności magnetyczne, z reguły poprzez usunięcie lub zmniejszenie ich przenikalności magnetycznej, albo na pasku z materiału o wysokiej przenikalności, któremu towarzyszy magnesowalny pasek umieszczony w pobliżu materiału o wysokiej przenikalności magnetycznej, na przykład nakładający się na niego lub sąsiadujący z nim, przy czym wybrane obszary tego paska są namagnesowane. W pewnych rozwiązaniach według wynalazku, każdy aktywny magnetycznie obszar ma te same własności magnetyczne, a w innych, bardziej złożonych, każdy aktywny magnetycznie obszar posiada różne własności magnetyczne, przez co możliwe jest składanie razem dużej liczby znaczników, z których każdy ma unikalne własności magnetyczne, przez co jego sygnatura jest w sposób unikalny identyfikowana, na przykład w czasie przetwarzania przy pomocy odpowiedniego urządzenia odczytującego.

Ponieważ w rozwiązaniu według wynalazku wykorzystuje się względny ruch pomiędzy znacznikiem i przykładanym polem magnetycznym, istnieje zależność pomiędzy dziedziną czasu sygnałów wyjściowych z urządzenia odczytującego znacznik i liniowymi wymiarami magnetycznie aktywnych obszarów znacznika i przestrzeni pomiędzy magnetycznie aktywnymi obszarami. W tym znaczeniu, obszary aktywne i wolne przestrzenie między nimi pracują analogicznie do elementów optycznego kodu paskowego w postaci czarnych pasków z umieszczonymi między nimi białymi przestrzeniami. Z tego wynika, że podobnie jak

181 016 zmienność własności magnetycznych w obszarach aktywnych jest wykorzystana do wytwarzania identyfikatora znacznika, to analogiczną rolę pełni odpowiedni układ sąsiednich, aktywnych magnetycznie obszarów.

Znane są dogodne sposoby wytwarzania znaczników w produkcji klasycznych etykiet, to znaczy magnetycznych znaczników. Znane są również i powszechnie dostępne odpowiednie materiały magnetyczne. Są to materiały o dużej przenikalności, które charakteryzują się względną przenikalnością przynajmniej 10 . Koercyjność materiału magnetycznego zależy od przeznaczenia znacznika. Materiał magnetyczny ma korzystnie postać długiego cienkiego paska lub cienkiej błony, a w tych postaciach unika się problemów związanych z wewnętrzną demagnetyzacją. Odpowiednie materiały paskowe są łatwo dostępne u komercyjnych dostawców, takich jak Vaccumschmeltze (Niemcy), Allied Signal Corp. (USA) i Untika (Japonia). Cienki materiał w postaci błony wytwarzany w dużych ilościach IST (Belgia) do zastosowań znaczników w handlu detalicznym jest również odpowiedni do użycia zgodnie z niniejszym wynalazkiem.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia różne użyteczne sposoby detekcji obecności magnetycznego znacznika i/lub identyfikacji takiego znacznika. Zapewnia również sposób badania magnetycznego wyróżnika lub znacznika w założonej strefie badania, który to znacznik zawiera materiał o wysokiej przenikalności magnetycznej, na przykład do odczytu danych zapamiętywanych magnetycznie w znaczniku lub do użycia odpowiedzi znacznika dla wykrycia jego obecności i/lub wyznaczenia jego pozycji w strefie badania.

Zerowy obszar pola magnetycznego odchyla się w tę i z powrotem w założonym obszarze w strefie badania. Częstotliwość przeszukiwania, to znaczy częstotliwość odchylania zerowego obszaru pola magnetycznego, jest względnie niewielka, na przykład 1 do 500 Hz. Korzystnie stosuje się taki przebieg połą że zerowy obszar pola magnetycznego leży w płaszczyźnie, a pole nasycające występuje w sąsiedztwie tej płaszczyzny.

Element magnetyczny ma postać wydłużoną w którym to przypadku zerowy obszar pola magnetycznego rozciąga się wzdłuż głównej osi elementu magnetycznego, albo ma postać cienkiej błony, w którym to przypadku zerowy obszar pola magnetycznego rozciąga się w układzie liniowym, z osią czułości magnetycznej materiału w postaci cienkiej błony.

Pole magnetyczne lub rozkład pola stosowanego zgodnie ze sposobem według wynalazku, są ustanawiane przy pomocy dwóch pól magnetycznych o przeciwnej polaryzacji. Uzyskuje się to w dogodny sposób poprzez zastosowanie co najmniej jednej cewki prądowej, lub poprzez zastosowanie co najmniej jednego trwałego magnesu, lub poprzez zastosowanie kombinacji co najmniej jednej cewki i co najmniej jednego magnesu.

Gdy stosuje się cewkę, przewodzi ona zasadniczo stały prąd tak, że zerowy obszar pola magnetycznego jest utrzymywany w stałym punkcie. Alternatywnie, cewka (jedna lub więcej) przewodzi prąd, którego natężenie zmienia się w założonym cyklu, w wyniku czego zerowy obszar pola magnetycznego oscyluje w założony sposób. Określono to jako ruchome zero. Podobny układ stosuje się dla uzyskania ruchomego zera, gdy używa się zarówno jednej lub więcej cewek, jak i jednego lub więcej trwałych magnesów.

Względny ruch pomiędzy polem magnetycznym i elementem magnetycznym uzyskuje się korzystnie poprzez przyłożenie zmiennego pola magnetycznego o względnie małej amplitudzie do stałoprądowego pola DC. Typowo, taka niska amplituda zmiennego pola magnetycznego ma częstotliwość w zakresie 10 Hz do 100 kHz, korzystnie od 50 Hz do 50 kHz, a najlepiej od 50 Hz do 5 kHz.

Cewki przewodzą zasadniczo stały prąd, przez co zerowy obszar pola magnetycznego jest utrzymywany w ustalonym punkcie, ale możliwa jest taka realizacja wynalazku, w której cewki przewodzą prąd, którego amplituda zmienia się w założonym okresie, tak że zerowy obszar pola magnetycznego oscyluje w założony sposób.

Detekcja odpowiedzi magnetycznej elementu magnetycznego obejmuje obserwację składowych harmonicznych przyłożonego zmiennego pola magnetycznego, które są generowane przez element magnetyczny, gdy stan jego namagnesowania jest zmieniany poprzez przeprowadzanie go przez zerowy obszar pola magnetycznego.

181 016

System pracuje z polem przeszukującym o zerowej lub bardzo niskiej częstotliwości i wysokiej częstotliwości z zakresu 50 Hz - 50 kHz. Umożliwia to dobrą penetrację sygnału przez większość materiałów, wliczając w to folie metalowe. Ponadto, międzynarodowe regulacje umożliwiają stosowanie dużych pól do transmisji przy tych niskich częstotliwościach.

Korzystne przykłady realizacji wynalazku zapewniają system znacznikowy z danymi wielobitowymi, który wykorzystuje indukcyjne badanie magnetyczne o niskiej częstotliwości, przy czym unika się konieczności stosowania złożonych, drogich znaczników.

Obecnie zostaną wyjaśnione podstawowe aspekty wynalazku z nawiązaniem do przykładów realizacji sposobu według wynalazku.

Kluczowym aspektem wynalazku jest kształt pola magnetycznego wytworzonego w strefie badania. Pole to umożliwia badanie bardzo małych obszarów przestrzeni. Zespół do generacji tego pola magnetycznego jest nazywany urządzeniem wywołującym do odzewu. W najprostszej postaci urządzenie wywołujące składa się z pary blisko rozstawionych identycznych cewek rozmieszczonych w taki sposób, że ich osie są zgodne. Cewki są razem połączone w taki sposób, że kierunki nawijania ich uzwojenia mają przeciwny zwrot, oraz przepuszczany jest przez nie stały prąd CD. Powoduje to powstanie przeciwnych pól magnetycznych na osiach cewek, takich że zerowy obszar pola magnetycznego (zero magnetyczne) powstaje wzdłuż osi cewki, po środku pomiędzy cewkami. Poziom prądu w cewkach dobiera się tak, żeby silnie nasycać małą próbkę materiału magnetycznego o dużej przenikalności umieszczoną przy środku którejkolwiek z cewek. Zmienny prąd AC o wiele niższej amplitudzie przepuszcza się w przeciwnych kierunkach przez dwie cewki, tak że powstają zmienne pola AC sumujące się w pół drogi między cewkami. Uzyskuje się to łatwo poprzez podłączenie odpowiedniego źródła prądu do połączenia dwóch cewek przy zapewnieniu uziemienia. Częstotliwość zmiennego prądu AC wynosi zazwyczaj około 2 kHz, lecz ta wartość może zmieniać się w szerokim zakresie. Zmienny prąd AC generuje pole badania, które wchodzi w interakcję ze znacznikiem magnetycznym, w wyniku czego generowana jest wykrywalna odpowiedź. Innym efektem zastosowania zmiennego pola AC jest spowodowanie, że zerowy obszar pola magnetycznego (zero magnetyczne) oscyluje w niewielkim zakresie wokół pozycji środkowej wzdłuż osi cewek, przy czym jest to raczej chybotanie lub niewielka oscylacja niż duże wahania.

Ponadto, dodatkowy zmienny prąd AC o niewielkiej częstotliwości doprowadza się do cewek, tak by generować pole przeszukujące o niewielkiej częstotliwości. Częstotliwość pola przeszukującego jest wystarczająco mała, co umożliwia występowanie wielu cykli pola badającego o względnie dużej częstotliwości w czasie, gdy zerowy obszar pola magnetycznego przechodzi ponad znacznikiem. Zazwyczaj stosunek częstotliwości pola badającego co_a do częstotliwości pola przeszukującego ωκ wynosi około 100:1, aczkolwiek może on przyjmować wartość ze względnie dużego zakresu w wyniku jakichkolwiek zakłóceń pracy.

Gdy znacznik zawierający element z materiału magnetycznego o wysokiej przenikalności przechodzi wzdłuż osi cewek przez obszar, w którym występuje oscylacja płaszczyzny zerowego obszaru pola magnetycznego, zostaje on początkowo całkowicie nasycony stałym polem magnetycznym DC. Następnie wprowadza się znacznik w pętlę histerezy, w czasie jego przesuwania się przez obszar pola zerowego. W końcu, zostaje on ponownie nasycony. Obszar, w którym materiał magnetyczny jest aktywny, to znaczy poddawany zmianom magnetycznym, jest fizycznie niewielki, a wyznacza się go na podstawie amplitudy stałego pola DC, amplitudy zmiennego pola AC, oraz własności magnetycznych materiału. Ten obszar ma z łatwością długość mniejszą niż 1 mm. Jeśli poziom prądu zmiennego jest znacznie poniżej wymaganego do nasycenia materiału magnetycznego w znaczniku, składowe harmoniczne zmiennego sygnału AC są generowane w momencie, gdy znacznik wchodzi do obszaru pola zerowego pola badającego i reaguje na zmianę pola. W czasie gdy znacznik wchodzi w wąski obszar pola magnetycznego, znacznik utrzymuje się w liniowej części swej pętli histerezy oraz współpracuje z otoczeniem poprzez odpromieniowanie jedynie podstawowej częstotliwości badania. Następnie, gdy znacznik opuszcza obszar pola zerowego, ponownie emituje składowe harmoniczne pola częstotliwości badania. Cewka odbiorcza, czuła na pola wytwarzane przy obszarze pola zerowego, która jednak nie jest bezpośrednio sprzężona z cewką

181 016 urządzenia wywołującego do odzewu, odbiera jedynie te sygnały. Zmiana tych sygnałów w czasie w miarę przesuwania się znacznika wzdłuż osi cewek daje precyzyjne wskazanie o przechodzeniu końców materiału magnetycznego przez obszar pola zerowego.

Ponieważ strefa badania może być bardzo wąska, każdy poszczególny element z materiału magnetycznego zostaje odróżniony od innych, od których dzieli go mała odległość. Odpowiednio, materiał magnetyczny dobiera się do konkretnego zastosowania, dla którego przewidziany jest znacznik. Odpowiednie materiały magnetyczne są komercyjnie dostępne.

Biorąc pod uwagę znacznik zawierający pewną ilość stref lub elementów z materiału magnetycznego umieszczonych wzdłuż osi etykiety, to w czasie gdy każda strefa lub element materiału magnetycznego przechodzi przez obszar pola zerowego, wykrywane jest położenie jego końców. Prostą sprawą jest więc regulacja odstępów i długości poszczególnych stref lub elementów dla reprezentowania poszczególnych sekwencji kodowych. Możliwe są różne schematy kodowania. Jednym z efektywnych rozwiązań jest użycie schematu kodowania analogicznego do stosowanego w optycznych kodach paskowych, gdzie dane są reprezentowane w postaci odstępów i szerokości linii w kodzie.

Dotychczas opisane rozwiązanie umożliwia badanie znacznika o pojedynczej osi, na przykład przewodu lub cienkiego paska materiału anizotropowego, którego oś magnetyczna przebiega wzdłuż jego długości, gdy fizycznie przesuwa się on przez zestaw cewek. Względny ruch pomiędzy znacznikiem i polem badającym uzyskuje się albo przy stacjonarnym polu i ruchomym znaczniku, albo odwrotnie. Jeśli jest to wymagane, stosuje się układ samoprzeszukujący, dzięki czemu możliwe jest badanie stacjonarnego znacznika, na przykład poprzez modulację prądów sterujących DC w dwóch cewkach urządzenia zapytującego, tak że obszar pola zerowego przegląda odpowiednią część osi cewek. Amplituda tych oscylacji jest co najmniej równa maksymalnemu wymiarowi znacznika, a korzystnie jest znacznie większa, dla uniknięcia potrzeby precyzyjnego ustawiania znacznika w strefie badania.

Poprzez zastosowanie dwóch dodatkowych cewek rozmieszczonych na dwóch osiach prostopadłych do pierwotnych, znaczniki w dowolnej orientacji odczytuje się za pomocą sekwencyjnie przeszukującego pola. Wymusza to znacznie większą złożoność w korelacji sygnałów z trzech płaszczyzn, lecz dzięki możliwej bardzo dużej rozdzielczości przestrzennej uzyskuje się odczyt wielu znaczników jednocześnie obecnych we wspólnej przestrzeni badania. Jest to korzystne dla zastosowań takich jak handel detaliczny, przez co na przykład automatycznie sumuje się ceny z opakowań w punktach sprzedaży. Tak więc wynalazek znajduje zastosowanie w systemowym etykietowaniu cenami artykułów w punktach sprzedaży, które obliczają sumę sprzedaży, przy lub bez przetwarzania dodatkowych, związanych z inwentaryzacją danych.

Rozmiar prostego, liniowego znacznika zależy od długości poszczególnych elementów, odstępów między nimi i liczby wymaganych bitów danych. Przy stosowaniu pasków materiału o najwyższej przenikalności dostępnych komercyjnie, takich jak folie stopowe wytopu wirowego (typu spin-melt) dostępne u dostawców takich jak Vaccumschmeltze (Niemcy), Allied Signal (USA), minimalna długość poszczególnych elementów, które mogą być stosowane, jest prawdopodobnie rzędu kilku milimetrów. Dzieje się tak, ponieważ zewnętrzna przenikalność jest zdominowana przez współczynniki kształtu, a nie przez bardzo dużą wewnętrzną przenikalność, rzędu 10 , przy czym większe długości mogą prowadzić do niewystarczającej przenikalności dla prawidłowego działania.

Z tego powodu, korzystne jest stosowanie bardzo cienkich błon z materiału magnetycznego o wysokiej wewnętrznej przenikalności. Przy założeniu, że jest on bardzo cienki, korzystnie cieńszy niż 1 pm, taki materiał tnie się na małe, dwuwymiarowe elementy (kwadraty, krążki, itp.), o obszarach 20 mm² lub mniejszych, przy zachowaniu jego przenikalności. Umożliwia to stosowanie krótszych znaczników, niż te, które są stosowane przy użyciu elementów wykonanych z komercyjnie dostępnych folii o wysokiej przenikalności. Odpowiednie materiały w postaci cienkiej błony są dostępne w firmie IST (Belgia).

Rozwinięcie tego typu programowania stosuje się również dla zapobiegania prowokowaniu alarmu przez złożony znacznik w systemie bezpieczeństwa sprzedaży detalicznej. Taki alarm mógłby być fałszywym wskazaniem kradzieży i byłby kłopotliwy tak dla sprzedawcy,

181 016 jak i dla kupującego. Jeśli różne obszary znacznika są spolaryzowane z różnymi poziomami pola statycznego, wytwarza się sygnały w różnych momentach w czasie przechodzenia przez system bezpieczeństwa sprzedaży detalicznej. Komplikuje to sygnaturę etykiety w takich systemach i zapobiega generacji alarmu. Zgodnie z wynalazkiem, system odczytu pozwala obsłużyć przesunięte w czasie sygnały spowodowane taką magnetyczną polaryzacją.

Kodowanie znacznikowe zostało dotychczas opisane w odniesieniu do fizycznie oddzielnych elementów magnetycznych. Nie jest jednak konieczne fizyczne oddzielanie elementów. Programowanie danych w znaczniku realizuje się również poprzez niszczenie własności wysokiej przenikalności ciągłego elementu magnetycznego w określonych jego obszarach. Wykonuje się to na przykład poprzez lokalne ogrzewanie w temperaturze większej od temperatury rekrystalizacji stopu amorficznego, albo poprzez odciskanie lub inne przetwarzanie obrabianego materiału. O wiele większe znaczenie ma zdolność magnetycznego izolowania obszarów ciągłego elementu materiału o wysokiej przenikalności za pomocą wzoru magnetycznego przechowywanego na sąsiednim elemencie polaryzującym wykonanym z materiału magnetycznego o średniej lub dużej koercyjności. Taki złożony znacznik jest łatwo kodowany poprzez zapis magnetycznego wzoru na elemencie polaryzującym przy użyciu odpowiedniej głowicy zapisującej. Jeśli jest to wymagane, znacznik później czyści się, poprzez demagnetyzację w polu AC, i ponownie zapisuje nowymi danymi.

Opisany schemat postępowania obejmuje również operowanie znacznikami danych przechowującymi dane w dwóch wymiarach. Dzięki temu uzyskuje się bardziej zwarte znaczniki, które mają korzystną postać. Znacznik wykonany z układu N χ N wzorów fragmentów cienkiej błony ma większy potencjał kodowania niż układy liniowe o tej samej ilości fragmentów. Dzieje się tak, ponieważ w danym obszarze uzyskuje się bardziej unikalne wzajemne układy fragmentów.

Innym przykładem realizacji sposobu według wynalazku jest zastosowanie przestrzennego magnetycznego przeszukiwania do detekcji położenia. Oprócz badania przestrzeni w celu odczytu danych znacznika, sposób przesuwania płaszczyzn pola zerowego przez przestrzeń, lub przesuwania obiektów przez te płaszczyzny, jest stosowany do dostarczania precyzyjnej informacji o położeniu małych elementów z materiału o wysokiej przenikalności magnetycznej. Rozwiązanie według wynalazku zapewnia sposób wyznaczania precyzyjnego położenia obiektu. Jest to szczególnie interesujące, gdy obiekt, którego położenie ma zostać wyznaczone, jest narzędziem chirurgicznym, na przykład sondą chirurgiczną lub igłą. Wynalazek umożliwia precyzyjne wyznaczenie położenia, na przykład chirurgicznej sondy w czasie operacji.

Ten sposób jest korzystny dla dokładnego rozmieszczenia bardzo małych znaczników we względnie ograniczonych przestrzeniach. Można oddzielnie brać pod uwagę wielu znaczników. Cechuje się on również małą czułością na dodatkowe metalowe obiekty.

Znacznik magnetyczny jest korzystnie amorficznym drutem nierdzewnym, o średnicy 90 mikronów lub mniejszej, o typowej długości rzędu 1 cm, lub większej jeśli jest to konieczne, podobnym do stosowanych w znacznikach EAS, albo może być krótką napylaną katodowo igłą o długości około 1 cm, z cienką warstwą miękkiego materiału magnetycznego.

Przy stosowaniu w okolicy głowy pacjenta, przy użyciu opisywanych znaczników może być uzyskana rozdzielczość 0,1 mm. Dokładność również zbliża się do tej wartości, jeśli występują określone warunki dotyczące kalibracji i użycia innych materiałów magnetycznych, przy czym dla optymalnej pracy stosuje się korzystnie sztywną otwartą strukturę w pobliżu głowy. Należy stosować poziomy pola magnetycznego niższe niż generowane przez powszechnie używane magnesy, na przykład w drzwiach szafek kuchennych, itp.

Ten sposób znajduje szczególne zastosowanie w chirurgii mózgu, gdzie wymagana jest lokalizacja położenia sond w trzech wymiarach i z dużą precyzją. Możliwe jest zgodnie z wynalazkiem umieszczenie małych znaczników na takich sondach lub igłach. W tym przypadku, kluczową zaletą jest to, że w danym momencie wykrywa się i przetwarza jedynie sygnał ze znacznika. Rozdzielczość wyznacza się poprzez położenie płaszczyzny pola zerowego, a nie przez stosunek sygnału do szumu w wykrywanym sygnale znacznika. Umożliwia to użycie bardzo małych znaczników.

181 016

Czujnik położenia o pojedynczej osi korzystnie realizuje się za pomocą zestawu cewek podobnego zestawu cewek podobnego do opisanego układu odczytującego. Zawiera on parę przeciwstawnych cewek przewodzących stały prąd DC do wytwarzania gradientu stałego pola DC, zespół do przykładania względnie jednorodnego poziomu zmiennego pola AC do wprowadzania i wyprowadzania znacznika w/z nasycenia w małym obszarze, gdzie stałe pole DC jest bliskie 0, zespół do przykładania względnie jednorodnego stałego pola DC o zmiennym natężeniu i polaryzacji, tak by przesuwać położenie płaszczyzny zerowego pola DC wokół badanej przestrzeni.

Znacznik anizotropowy, to znaczy taki, który posiada uprzywilejowaną oś magnetyzacji, wchodzi w pole magnetyczne wzdłuż jego długości. Taki znacznik uzyskuje się na przykład poprzez zastosowanie długiego, cienkiego elementu z materiału magnetycznego, lub poprzez odpowiednią obróbkę obszaru materiału magnetycznego o znacznie mniejszym wydłużeniu, na przykład poprzez wzdłużne wyżarzanie prostokątnego fragmentu wirowo wytapianego materiału magnetycznego. W przypadku rozważanego czujnika położenia o pojedynczej osi . istnieje 5 punktów swobody (x, y, z i dwa kąty - obrót znacznika wokół jego osi nie ma znaczenia). Trzy prostopadłe zestawy cewek przechwytują wystarczającą ilość informacji poprzez wykonywanie po kolei trzech przeszukiwań jednorodnego stałego pola DC na każdym trzech zestawów cewek. Daje to w sumie 9 przeszukiwań, które są przedstawione w poniższej tabeli, w której źródła pola magnetycznego są oznaczone jako a, b i c, a przeszukiwania są oznaczone cyframi 1-9, przy czym kolejność przeszukiwania jest bez znaczenia:

gdzie: wł. - włączone wył. - wyłączone

Jedyną informacją jaką trzeba uzyskać z każdego przeszukiwania jest położenie środka wyjścia harmonicznych ze znacznika podczas przeszukiwania. Te dziewięć wartości stałego pola DC przekształca się na układ współrzędnych χγζ-θ-φ znacznika. Na początku, system stosuje się jedynie do utrzymywania znacznika w żądanym położeniu, zanim głowica zostanie wsunięta do cewek, a następnie, gdy głowica jest umieszczona w cewkach, znacznik przesuwa się, aż zostaną uzyskane takie same sygnały. Alternatywą dla przeszukiwania sekwencyjnego, która ma tę zaletę, że wymaga krótszego czasu dla przeszukania danego obszaru, jest ciągłe obracanie gradientu pola magnetycznego, tak by przeszukiwać wszystkie istotne kierunki. Realizuje się to poprzez wzbudzenie trzech zestawów cewek za pomocą odpowiednich przebiegów falowych. Na przykład tworzy się odpowiedni obszar przeszukiwania, jeśli płaszczyzny x, y i z są wzbudzane prądami I_x, I_y i I_z określonymi wzorami:

I_x = cos a>_at (A cos ωbt - sin G>bt cos co_ct) - sin co_at cos ro_ct;

I_y = sin o_at (A cos - sin (Obt sin o_ct) - cos co_at cos w_ct;

I_z = A sin + cos Obt sin o_ct;

gdzie:

o_a - całkowita częstotliwość obrotu przyłożonego pola magnetycznego;

Ob - częstotliwość przeszukiwania zerowego;

o_c - częstotliwość badania;

A - współczynnik amplitudy Ob: o_c.

Typowe, lecz niekonieczne wartości tych parametrów to: A = 10; stosunek częstotliwości o_a: Ob = 1:10; stosunek częstotliwości Ob : o_c = 1:400.

Przedmiot wynalazku zostanie objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia podstawowe części składowe urządzenia do określania położenia elementu magnetycznego znaczników, fig. 2 - schemat obwodu ilustrujący jeden sposób genera

181 016 cji żądanego układu pola magnetycznego dla rozwiązania z fig. 1, fig. 3 - odpowiedź magnetyczną znacznika odpowiednią dla jego położenia w urządzeniu odczytującym z fig. 1, fig. 4 miejsca występowania zer magnetycznych przy magnesie trwałym, fig. 5 - przykład realizacji wynalazku, który wykorzystuje cewkę i trwały magnes do generacji żądanego wzoru pola, fig. 6 - przykład realizacji wynalazku wykorzystujący parę trwałych magnesów do generacji żądanego wzoru pola magnetycznego, fig. 7 - przykład realizacji wynalazku wykorzystujący liczne trwałe magnesy rozmieszczone w pierścieniowym układzie w cewce do generacji żądanego wzoru pola magnetycznego, fig. 8 - schemat obwodu przykładu wykonania urządzenia zapytującego znacznik, fig. 9 - rodzaje znaczników, fig. 10 - przykład realizacji wynalazku stosowany w operacjach chirurgicznych, a fig. 11 przedstawia szczegółowy przykład układu elektronicznego do przeprowadzania sposobu według wynalazku.

Na figurze 1 przedstawiony jest schemat układu, w którym znacznik 1 jest umieszczony pośrodku pomiędzy dwiema cewkami Txl i Tx2. Znacznik jest typu pokazanego na fig. 9a, to znaczy jest prostym liniowym znacznikiem zawierającym liczne elementy magnetyczne, z których każdy jest materiałem stopu magnetycznego o wysokiej przenikalności, na przykład wirowo wytapianą taśmą Vaccumschmeltze 6025 o przenikalności wewnętrznej około 10⁵. Wartości podane w niniejszym opisie dla różnych parametrów związanych z elementami z fig. 1 mają jedynie charakter przykładu i służą zilustrowaniu korzystnego przykładu realizacji. Wartości tych parametrów muszą się zmieniać w zależności od całkowitego rozmiaru systemu i jego przeznaczenia. Elementy magnetyczne, które tworzą dyskretne, aktywne magnetycznie obszary znacznika, mają rozmiary 10 mm χ 1 mm x 25 pm. Odstępy pomiędzy sąsiednimi elementami wynoszą 1 mm. Dwie cewki są rozstawione w odległości około 20 cm i każda zawiera 450 zwojów drutu miedzianego o średnicy 0,56 mm nawiniętego w układzie kwadratowym, typowo 45 cm x 45 cm. Każda cewka ma oporność ma oporność 6Ω i induktancję 100 mH. Każda z cewek Txl i Tx2 przewodzi prąd stały I złożony z mniejszym prądem zmiennym i, typowo prąd stały I jest rzędu 3 A, podczas gdy nałożony prąd zmienny i jest rzędu 50 mA. Prąd zmienny i ma względnie dużą częstotliwość, korzystnie około 2 kHz.

W przedstawionym układzie prąd stały i zmienny płynące w dwóch cewkach generują układ pola magnetycznego, w którym zero magnetyczne występuje w kierunku x w punktach leżących w płaszczyźnie równoległej do dwóch cewek i w pół drogi między nimi. Na fig. 1, współrzędne x i y tej środkowej płaszczyzny mają oznaczenia 2 i 3.

Gdy magnetyczny znacznik przechodzi przez dwie cewki pokazane na fig. 1, przesuwając się w kierunku x i zasadniczo wzdłuż osi wzdłużnej wyznaczonej pomiędzy punktami środkowymi cewek, przechodzi on przez inwersję polaryzacji pola magnetycznego w płaszczyźnie środkowej wyznaczonej przez współrzędne 2 i 3. Następuje zmiana polaryzacji pola magnetycznego, ponieważ prąd DC przepływa w jednym kierunku w pierwszej cewce, oraz w przeciwnym w drugiej, jak to oznaczono pogrubionymi strzałkami na fig. 1. W płaszczyźnie środkowej, składowa pola magnetycznego generowana przez prąd stały przepływający w pierwszej cewce dokładnie zeruje się ze składową pola magnetycznego generowaną przez prąd stały płynący w drugiej cewce.

Gdy znacznik przesuwa się przez środek pierwszej cewki, doświadcza silnego pola magnetycznego, które jest wystarczające by nasycić jego aktywne magnetycznie elementy, gdy natężenie pola zmniejsza się w czasie ruchu w stronę płaszczyzny środkowej, materiał magnetyczny doświadcza zmniejszania się pola magnetycznego w sposób określony krzywą histerezy. W sąsiedztwie zera magnetycznego, kierunek namagnesowania elementów magnetycznych znacznika jest odwracany.

Względnie duża częstotliwość prądu zmiennego i pokazanego na fig. 1 jest identyczna dla każdej z cewek Txl i Tx2.

Prąd zmienny może mieć częstotliwość wybraną z dużego zakresu, jak to już wspomniano, a typowa wartość robocza w układzie z fig. 1 wynosi około 2 kHz. Dzięki temu, że amplituda prądu zmiennego jest względnie mała, płaszczyzna środkowa wyznaczona przez układ współrzędnych 2, 3 oscyluje wokół geometrycznego punktu środkowego wzdłuż osi przechodzącej przez środki obu cewek. Innymi słowy, płaszczyzna zawierająca zero magne

181 016 tyczne oscyluje lub odchyla się w tę i z powrotem w małym obszarze przestrzeni, z częstotliwością równą częstotliwości prądu zmiennego.

Na figurze 2 pokazano prosty układ do wytwarzania przeciwnych stałych pól DC w połączeniu ze zmiennymi polami AC. Kondensator Cl jest tak dobrany, że rezonuje z konduktancją cewek Txl i Tx2 z częstotliwością wzbudzania zmiennego prądu AC. Każda z tych cewek ma rezystancję 6Ω i induktancję 100 mH. Typowa wartość dla Cl to 0,1 pF. C2 jest kondensatorem dobranym w taki sposób, by zachowywał się jak zwarcie przy częstotliwości wzbudzenia AC. Typowa pojemność tego elementu wynosi 22 pF. Źródło stałego zasilania DC typowo zapewnia 30 V przy 3 A, a źródło zmiennego zasilania AC typowo dostarcza prąd zmienny o częstotliwości 2 kHz przy wartości skutecznej 2 V.

Na figurze 3 przedstawiono w jaki sposób namagnesowanie pojedynczego elementu zmienia się w czasie w różnych położeniach w układzie poła magnetycznego utworzonym pomiędzy cewkami Txl i Tx2 z fig. 1. Dla przejrzystości rysunku, oscylacje płaszczyzny zawierającej zero magnetyczne są pokazane przy użyciu grubych strzałek 4, a skrajne położenia tej płaszczyzny są reprezentowane przez przerywane linie 5 i 6, natomiast punkt środkowy pomiędzy płaszczyznami ograniczającymi 5 i 6 jest oznaczony przerywaną linią 7. W części po prawej stronie fig. 3, pokazane jest przyłożone zmienne pole AC, zmieniające się w czasie pomiędzy dodatnimi i ujemnymi wartościami pola H+, H-. Pod wykresem przykładanego zmiennego pola AC pokazanych jest pięć wykresów pokazujących, jak uogólnione namagnesowanie elementu magnetycznego zmienia się w czasie w każdej z pięciu pozycji geometrycznych, oznaczonych od lewej jako pozycja 1, pozycja 2, itd. Płaszczyzny 5 i 6 wyznaczają granice obszarów, w którym występują odwrócenia polaryzacji pola magnetycznego. W praktyce, odstęp pomiędzy płaszczyznami 5 i 6 wynosi typowo około 1 mm. Dla konkretnego materiału magnetycznego ta wartość może być na życzenie zwiększana lub zmniejszana w zadanych granicach poprzez zmianę amplitudy zmiennego prądu AC i/lub stałego prądu DC w cewkach.

W każdym momencie, element magnetyczny posiada liniową oś namagnesowania, która jest prostopadła do płaszczyzn 5, 6 i 7.

W pozycji 1, koniec elementu magnetycznego sąsiaduje z płaszczyzną 6. W tym momencie, doświadcza on działania przez cały czas dodatniego pola magnetycznego i jego uogólnione namagnesowanie nie zmienia się w czasie. W pozycji 2, przedni koniec elementu dochodzi do środkowej płaszczyzny 7. Jednakże, większość materiału magnetycznego wciąż pozostaje poza płaszczyzną ograniczającą 6. W efekcie, płaszczyzna zerowa jest w stanie oddziaływać na jedynie część materiału magnetycznego, w wyniku czego uogólnione namagnesowanie jest zmienne w czasie i posiada powtarzający się wzór, to znaczy po linii prostej części o dodatniej wartości następuje zasadniczo sinusoidalny łuk, który zbiega do zera, a następnie wznosi się do swej pierwotnej, dodatniej wartości.

W pozycji 3, materiał magnetyczny jest umieszczony symetrycznie względem płaszczyzny środkowej 7. Wówczas, wykres uogólnionego namagnesowania w funkcji czasu składa się z przebiegu sinusoidalnego, którego częstotliwość odpowiada częstotliwości AC przyłożonego pola. W pozycji 4, większa część elementu magnetycznego doświadcza przez cały czas ujemnego pola magnetycznego, a małe jego części doświadczają zmian polaryzacji. W wyniku uzyskuje się pokazany wykres zależności namagnesowania w funkcji czasu. Fakt, że pozycja 4 jest w efekcie odwróceniem pozycji 2 znajduje odbicie w zależności pomiędzy wykresami namagnesowania dla tych dwóch pozycji. Jak widać, wykres dla pozycji 4 jest w zasadzie lustrzanym odbiciem wykresu dla pozycji 2, przy czym zakrzywione części są przesunięte w czasie.

W pozycji 5, cały znacznik jest poddany działaniu ujemnego pola magnetycznego i żadna część znacznika nie doświadcza odwracania polaryzacji. W rezultacie, uogólnione namagnesowanie nie zmienia się w czasie i ma stałą, ujemną wartość.

Gdy znacznik zawierający taki element magnetyczny jest przeprowadzany wzdłuż osi cewek przez obszar pola zerowego, będzie on początkowo całkowicie nasycony przez stałe pole magnetyczne DC. Następnie będzie występować pętla histerezy w czasie, gdy będzie on przechodził przez obszar pola zerowego. W końcu, zostanie on ponownie nasycony. Część

181 016 ruchu, w czasie którego materiał magnetyczny jest aktywny, to znaczy poddaje się zmianom magnetycznym, jest fizycznie bardzo niewielka oraz jest określona przez amplitudę stałego pola DC, amplitudę zmiennego pola AC, oraz własności materiału magnetycznego. Jeśli poziom zmiennego pola magnetycznego jest znacznie niższy niż wymagany do nasycenia materiału magnetycznego w znaczniku, składowe harmoniczne zmiennego sygnału AC będą generowane przez znacznik w momencie, gdy wchodzi on od obszaru pola zerowego (pozycje 1 i 2) i reaguje na zmianę pola. Gdy znacznik przechodzi przez wąski obszar pola zerowego (pozycja 3), jest on wzbudzany do powstania pętli histerezy, oraz będzie współpracował poprzez odpromieniowanie jedynie podstawowej częstotliwości badania. Następnie, gdy znacznik opuszcza obszar pola zerowego (pozycje 4 i 5), ponownie rozpoczyna emisję składowych harmonicznych częstotliwości pola badania.

Cewka odbiornika Rx, który jest tak zaprojektowany, że jest wrażliwy na pola wytwarzane w obszarze pola zerowego, lecz który nie jest bezpośrednio sprzężony z cewkami Tx urządzenia wywołującego do odzewu, odbiera jedynie te sygnały. Takie rozwiązanie jest uzyskane poprzez użycie oddzielnych cewek Tx i Rx tak fizycznie rozmieszczonych, by miały niewielkie wzajemne sprzężenie, albo poprzez użycie pojedynczej cewki, spełniającej obie funkcje cewek Rx i Tx, razem z odpowiednim filtrowaniem w torach cewek Rx i Tx. Zmiany tych sygnałów w czasie, gdy znacznik przechodzi wzdłuż osi cewek, dają precyzyjne wskazanie przechodzenia końców materiału magnetycznego przez obszar pola zerowego.

Wynik tej interakcji pomiędzy znacznikiem i polem magnetycznym, którego działaniu jest on poddawany, jest pokazany na fig. 3b. Na tej fig. 3b obszar 4, w którym oscyluje zero magnetyczne, jest pokazany w mniejszej skali, a numerowane kropki odpowiadają położeniu punktu środkowego znacznika w każdym z położeń 7-5. Wytwarzanie przez znacznik sygnału składowych harmonicznych, przy czym pokazano drugą składową harmoniczną zastosowanej częstotliwości, jest widoczne w położeniach, gdzie znacznik wchodzi do obszaru wyznaczonego przez płaszczyzny ograniczające 5 i 6, to znaczy strefy, gdzie występują zmiany polaryzacji pola magnetycznego. Z racji symetrii systemu, pojedynczy element magnetyczny będzie generował dwie wartości szczytowe 8a i 8b, ponieważ pozycje 2 i 4 są analogiczne.

Nawiązując do fig. 4, pokazane są linie sił, to znaczy kontury magnetyczne, istniejące w przykładowym magnesie prętowym. Płaszczyzna Χ-Υ, która przecina oś wzdłużną magnesu prętowego i która jest prostopadła do płaszczyzny papieru, tworzy magnetyczną płaszczyzną zerową. Tak więc element magnetyczny, posiadający czułą oś magnetyczną ustawioną liniowo prostopadle do płaszczyzny zerowej, doświadcza działania zerowego pola magnetycznego w czasie, gdy przesuwa się torem A-B lub C-D. W konsekwencji, prosty magnes prętowy jest użyty jako część systemu badającego do wykrywania obecności takiego znacznika magnetycznego, albo do odczytu informacji przenoszonej przez ten znacznik.

Generowanie sygnału drugiej składowej harmonicznej stanowi podstawę systemu detekcji znacznika. Jeśli zamiast pojedynczego elementu magnetycznego stosuje się układ liniowy n elementów magnetycznych, druga składowa harmoniczna uzyskiwana ze znacznika będzie zawierać n podwójnych szczytów, każdy typu pokazanego na fig. 3b. Jeśli rozmiar i własności magnetyczne elementów magnetycznych są takie same, te szczyty mają taki sam kształt i wyznaczają zarys o stałym obszarze. Odstępy pomiędzy poszczególnymi elementami magnetycznymi wpływają na względne pozycje podwójnych szczytów na wykresie amplitudy w funkcji czasu. Wynalazek nie ogranicza się jedynie do zastosowania takich prostych, powyżej opisanych znaczników. Użycie elementów magnetycznych o różnych rozmiarach i własnościach magnetycznych, z różnorodnymi odstępami wzdłuż długości znacznika magnetycznego, generują bardziej złożone układy sygnałów, które są charakterystyczne dla konkretnej struktury znacznika. Poprzez zmianę ilości, własności magnetycznych i rozmieszczenia szeregu elementów magnetycznych możliwe jest wytwarzanie bardzo dużej ilości znaczników magnetycznych, z których każdy posiada własne, unikalne właściwości, które powodują generację unikalnego sygnału przy stosowaniu wraz z systemem z fig. 1-3.

Wynalazek nie ogranicza się do obserwacji drugiej składowej harmonicznej zastosowanej częstotliwości. Ta szczególna składowa harmoniczna została wybrana dla celów ilustracyjnych, ponieważ względnie łatwo jest generować sygnał transmisyjny (wyjście cewki Tx),

181 016 który nie posiada żadnej (lub niewielką) składowej harmonicznej, przez co zapewnia się dobre rozróżnianie pomiędzy sygnałem wyjściowym cewki Tx i odpowiedzią znacznika, oraz ponieważ zawiera on względnie dużą część całkowitej energii harmonicznych odprowadzanej ze znacznika.

Nawiązując do fig. 5, schematycznie pokazane jest rozwiązanie prostego czytnika znaczników według wynalazku, gdzie czytnik wykorzystuje zespół elektromagnetyczny utworzony korzystnie przez trwały magnes 10 i cewkę 11 umieszczoną w sąsiedztwie jednej powierzchni tego magnesu. W tym przykładzie realizacji, przeznaczony do odczytu znacznik jest przesuwany wzdłuż toru C-D przez cewkę 11 zespołu elektromagnetycznego, albo wzdłuż toru A-B ponad tą cewką. Znaczniki muszą być tak skierowane, by ich oś magnetyczna była w układzie liniowym z kierunkiem ruchu znacznika. Płaszczyzna zera magnetycznego 12 jest usytuowana jak zaznaczono na fig. 5.

Nawiązując do fig. 6, przedstawiono tu zastosowanie dwóch trwałych magnesów ustawionych w taki sposób, że ich osie magnetyczne są w układzie liniowym, a analogiczne bieguny są ustawione przeciwstawnie. Takie rozwiązanie wytwarza płaszczyznę zerową 13. Wymagany kierunek ruchu znacznika jest oznaczony strzałkami 14. Oś magnetyczna znacznika musi być w układzie liniowym z kierunkiem ruchu.

Na figurze 7 pokazano prostą realizację głowicy czytnika znaczników wykorzystującej liczne trwałe magnesy do generacji magnetycznej płaszczyzny zerowej. Jak pokazano, dziesięć złączonych polimerami magnesów ferrytowych jest rozmieszczonych w pierścieniowym układzie, z analogicznymi biegunami skierowanymi do siebie. Zwykła cewka LI do nadawania/odbioru jest umieszczona w wewnętrznej części pierścienia złożonego z magnesów. Znacznik jest odczytywany w czasie, gdy przechodzi przez płaszczyznę zerową w środku pętli z magnesów.

Nawiązując do fig. 8, pokazany jest tu przykład realizacji urządzenia określającego położenie według wynalazku. Bazuje ono na użyciu pojedynczej cewki LI, która pracuje jako cewka nadajnika Tx, która generuje żądany układ pola magnetycznego, oraz jako cewka odbiornika Rx. System wykorzystuje jako wyjście drugą składową harmoniczną jako podstawę do detekcji/identyfikacji znacznika. Komponenty obwodu Cl i L2 stanowią pułapkę rezonansową o częstotliwości 2f do redukcji sygnałów o tej częstotliwości w sygnale wyjściowym cewki Tx do bardzo niewielkiego poziomu, C2 rezonuje z LI przy częstotliwości f, natomiast komponenty C3, C4, LI i L3 tworzą filtr przepuszczający pożądane sygnały ze znacznika przy częstotliwości 2f oraz odrzucający sygnały o częstotliwości f.

Sygnał wyjściowy uzyskiwany z tego układu przechodzi przez filtr dolnoprzepustowy do przetwornika analogowo cyfrowego (A/C) i zostaje podane do cyfrowego procesora sygnałowego. Te komponenty, a w szczególności procesor sygnałowy, są tak dobrane, by odpowiadać przeznaczeniu jednostki badającej. Sposób i zespoły do przetwarzania sygnału są znane i nie zostały tu opisane.

Na figurze 9 pokazano podstawową strukturę znaczników magnetycznych. Na fig. 9a przedstawiono znacznik 100, który zawiera podłoże 101 (na przykład papier lub materiał z tworzywa sztucznego) i liniowy układ aktywnych magnetycznie obszarów 102, 103, 104, 105 i 106. Każdy aktywny magnetycznie obszar jest uformowany z fragmentu materiału magnetycznego o wysokiej przenikalności (na przykład Vaccumschmeltze 6025), którego oś magnetyczna przebiega wzdłuż długości znacznika. Każdy taki fragment ma obszar około 10 mm²i jest przylepiony do podłoża 101.

Obszary 101-105 mają identyczne wymiary i własności magnetyczne, oraz są równomiernie rozstawione, przy czym przestrzenie 110, 111 i 112 są takie same. Przestrzeń pomiędzy fragmentami 105 i 106 jest jednakże większa, ponieważ w pozycji przeznaczonej dla obszaru 113 nie występuje żaden inny obszar.

Znacznik 100 zachowuje się jak sześciobitowy znacznik o kodzie 111101, przy czym zero odpowiada obszarowi 113.

Funkcjonalnie identyczny znacznik 120 jest uformowany z podłoża 121 przenoszącego elementy magnetyczne 122-126 i posiadającego przestrzeń 127. W tym przykładzie realizacji, elementy magnetyczne mają postać paska lub drutu z materiału o dużej przenikalności

181 016 (na przykład Vaccumschmeltze 6025), które typowo mają długość około 5 mm, szerokość 1 mm i grubość 1 pm.

Na figurze 9b przedstawiono alternatywną konstrukcję sześciobitowego, laminowanego znacznika 130. Ten znacznik reprezentuje kod 111101, tak jak na fig. 9a. W tym przypadku, ciągła warstwa lub podłużny odcinek materiału magnetycznego o dużej przenikalności 131 (w postaci drutu, paska, cienkiej błony lub folii), natomiast podłoże 133 zaciska między sobą magnetyczną warstwę polaryzacyjną 132. Warstwa polaryzacyjna jest namagnesowana w założonych obszarach, co wpływa na materiał o wysokiej przenikalności i wytwarza magnetycznie aktywne obszary oznaczone jako 134, 135, 136, 137 i 138. Obszar 139 nie jest aktywny i zawiera zero magnetyczne. W czasie odczytywania przez system taki, jak z fig. 8, sygnał wyjściowy generowany przez znaczniki 100, 120 i 130 jest pokazany na fig. 9d.

Bardziej złożony znacznik jest pokazany na fig. 9c. Występują tu szeregi równoległych liniowych układów magnetycznie aktywnego materiału, tworzące matrycę 4x4 miejsc, gdzie materiał aktywny magnetycznie może być obecny (kodowanie jako T) lub nieobecny (kodowanie jako '0').

Na figurze 10 zilustrowano rozwiązanie trzech zestawów cewek stosowanych zgodnie z wynalazkiem, dla zastosowań chirurgicznych. Trzy zestawy cewek są wzajemnie prostopadłe i wyznaczają wnękę, w której umieszcza się głowę pacjenta 200. Pierwszy zestaw cewek składa się z cewek 201a i 201b. Drugi zestaw składa się z cewek 202a i 202b, natomiast trzeci zestaw składa się z cewek 203a i 203b. Na rysunku, dwie sondy chirurgiczne 204 i 205 są schematycznie pokazane w pozycji wewnątrz czaszki. Każda sonda zawiera, przy swych oddalonych końcach, znacznik magnetyczny 206, 207, taki jak opisano w nawiązaniu do fig. 9. Ponieważ element magnetyczny znacznika jest wymagany jedynie do zapewniania informacji o swej obecności (zamiast przechowywania dużej ilości danych), korzystne są proste znaczniki. Wystarczający jest pojedynczy element magnetyczny z materiału o dużej przenikalności umieszczony na wierzchołku sondy. Cewki pracują w sposób powyżej szczegółowo opisany. Przy pomocy wynalazku, możliwe jest wyznaczanie położeń końców sond z dużą precyzją a w związku z tym możliwe jest wykonywanie delikatnych procedur chirurgicznych z dużą dokładnością i przy minimalnym zniszczeniu zdrowej tkanki.

Jednym z wielu możliwych układów przeznaczonych do stosowania sposobu określania położenia elementu magnetycznego, jest układ przedstawiony na fig. 11, który stanowi szczegółowy przykład środków technicznych do realizacji sposobu według wynalazku, który określa parametry i strukturę aparatury odczytowej zaopatrzonej w obwód elektroniczny do analizowanie odpowiedzi elementów magnetycznych.

Zgodnie z wynalazkiem, określa się położenie elementu magnetycznego, lub względne pozycje znacznika zawierającego wiele elementów magnetycznych, które to elementy są rozmieszczone wewnątrz określonego obszaru wywoływania. Korzystnie realizuje się to za pomocą czytniką który jest zaopatrzony w urządzenie wytwarzające pole magnetyczne. Za pomocą wytworzonego pola magnetycznego określa się obszar wywoływania. W tym przykładzie urządzenie wytwarzające pole magnetyczne jest utworzone przez parę koncentrycznych cylindrów, przy czym średnica każdego z cylindrów jest relatywnie duża w porównaniu z jego długością. Grubość zewnętrznego koncentrycznego cylindra wynosi 5 mm, a jego wymiar osiowy - 50 mm. Grubość wewnętrznego cylindra wynosi 1 mm, a jego wymiar osiowy - 40 mm. Obszar wywoływania jest przez to określony przez wnętrze wewnętrznego z cylindrów.

Każdy z koncentrycznych cylindrów podpiera lub obejmuje środki generujące pole magnetyczne. Korzystnie, jest to źródło trwałego magnetyzmu, to jest magnes ferrytowy. Pola magnetyczne generowane przez taki układ są radialne, tzn. wewnętrzna powierzchnia jednego z cylindrów niesie bieguny magnetyczne o pierwszej polaryzacji, np. północnej, podczas gdy zewnętrzna powierzchnia tego cylindra niesie bieguny magnetyczne o przeciwnej polaryzacji, np. południowej. Bieguny magnetyczne na wewnętrznej powierzchni zewnętrznego cylindra odpowiadają biegunom na zewnętrznej powierzchni wewnętrznego cylindra - przeciwległe powierzchnie niosą bieguny o takiej samej polaryzacji - tak że układ jest na przykład następujący: S - N: N - S.

181 016

Każdy z dwóch cylindrów podtrzymuje cewki, zarówno nadawcze jak i odbiorcze, przy czym cewki nadawcze są nawinięte na cylindrach w tym samym kierunku, a cewki odbiorcze są nawinięte na tych dwóch cylindrach w przeciwnych kierunkach i połączone szeregowo. Cewki nadawcze Tx są tak usytuowane, że wielkość sprzężenia między cewkami nadawczą Tx i odbiorczą Rx wynosi zero. Cewki nadawcze (jedna na każdym z dwóch cylindrów) są połączone szeregowo, przy czym zewnętrzna cewka nadawcza zawiera 110 zwojów o promieniu 109 mm, a wewnętrzna cewka nadawcza zawiera 40 zwojów o promieniu 79 mm. Uzwojenia wewnętrznej cewki nadawczej są ograniczone do dwóch obszarów - tzn. są raczej zgrupowane w dwie wiązki, zamiast równomiernego lub prawie równomiernego rozłożenia ich na powierzchni podtrzymującej. Taki układ zapewnia bardziej równomierne pole nadawcze w poprzek promienia obszaru wywoływania. Odbiorcze cewki są nawinięte równomiernie lub prawie równomiernie na powierzchniach które je podpierają.

Względny ruch pomiędzy elementami magnetycznymi i polem magnetycznym uzyskano przez przemieszczanie elementów magnetycznych przez środek koncentrycznych cylindrów, Odpowiedź elementów magnetycznych podczas względnego ruchu poddaje się detekcji za pomocą cewek odbiorczych usytuowanych na cylindrach. Korzystnie stosuje się dwie cewki odbiorcze, przy czym zewnętrzna cewka odbiorcza zawiera 68 zwojów o promieniu 109 mm, a wewnętrzna cewka odbiorcza zawiera 130 zwojów o promieniu 78 mm.

Układ elektroniczny do analizowania wykrytej przez cewki odbiorcze odpowiedzi, zawiera generator 15 fali sinusoidalnej o częstotliwości 12,5 kHz, dzielnik częstotliwości 16 dzielący przez 2, filtr dolnoprzepustowy 17 eliminujący częstotliwości znacznie wyższe niż 6,25 kHz, wzmacniacz oddzielający 18 i kondensator 19 o pojemności 150 nF połączony z jednym zaciskiem cewki nadawczej 20 o indukcyjności 4 mH, przenoszącej prąd o wartości skutecznej 0,1 A. Dało to wartość skuteczną natężenia pola magnetycznego H_z w środku „pętli” ograniczonej przez cylindry, w przybliżeniu równą 65A/m.

Po stronie cewki odbiorczej 21 układu kondensator 22 jest dołączony równolegle do cewki 21, a jego zacisk wyjściowy jest dołączony do filtra pasmowego 23 o częstotliwości środkowej 12,5 kHz. + 1 kHz. Sygnał wyjściowy filtra 23 poprzez wzmacniacz oddzielający 24 jest doprowadzony do obwodu łączącego 25 połączonego również z generatorem 15 fali sinusoidalnej. Zsumowane sygnały przechodzą następnie przez filtr dolnoprzepustowy 26 o paśmie 1 kHz, którego zacisk wyjściowy 27 reprezentuje wyjście czytnika.

Fig.2

181 016

Fig.3a POLESI ₍ ( ₍ P01£ STAtŁ ΤχΟΕΝκΜ^--*’! ł I*^- TxCEWKA-2 1 1 A 5^ 1 | μέ^, ^Η+Λ\ h=o pozycJA ^X mMUOASiE η-y 1 / l I M+a l/ 1 1 Pożycia 1 ' Ξ . * ‘ ¹¹ _M V 1^1 1 ^M i ł . ~ Mxa______ i _ _ _' Ξτ^ 1 ΐ i Μ 1 1 . il .Połgaj; ( ί 1 Μ-*' .! ¹ ! ^Μ+ι Poz.ycjaA ¹ ΐ ί 1 Μ-ν i ί । Μ+α Pozycja 5 i 1 ^! ------- ......- :ι: 1 1 1 ! 1 1

POLE AC /'^ _t ο a^s-icH · _/ 2KHz _t \ Ma<jHeĄzacja ( u pozjcjad^ 4-S ---->t

’ ²Ι ? H.^s , PpŁyya znacznika ϊίΜ β ^3t

2 ' 4 xs .

] Po-Ł^cja itnctczjuka.

181 016

Fig.4

181 016

Fig.5

181 016

Fig.6

181 016

Fig.7

181 016

Fig.8

181 016

Fig.9a uspoocr/

ŚĄ(2bE£ h/SfiDRCZy

O ^6DŚCI 5mm e-bHiM

ZrtOIXWMVE 14UO1

181 016

16-bitowy

131

132

AAWA/-¹¹¹¹⁰¹

1SI 016

ZESTAW CEWEK i

Fig. 10

2.05

181 016

Γκ

181 016

Τχ CEh/KA 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób określania położenia elementu magnetycznego, lub względnego położenia przynajmniej dwóch elementów magnetycznych umieszczonych na znaczniku, który to element magnetyczny ma nieliniowe własności magnetyczne i uprzywilejowaną oś magnetyzacji, z wykorzystaniem oddziaływania pola magnetycznego, znamienny tym, że w obszarze wywoływania do odzewu znajdujących się tam elementów magnetycznych przykłada się pole magnetyczne wytwarzane za pomocą zespołu elektromagnetycznego (10, 11) umieszczonego niezależnie od elementu(ów) magnetycznego(ych), przy czym w strefie wywoływania do odzewu tworzy się pierwszy obszar, w którym składowa pola magnetycznego rozłożona w pierwszym kierunku jest zerowa, stanowiący płaszczyznę zera magnetycznego (12), a w obszarach sąsiadujących z tym pierwszym obszarem składowa pola magnetycznego rozłożona w pierwszym kierunku jest wystarczająca do nasycenia przynajmniej części elementu(ów) magnetycznego(ych), przy czym pierwszy kierunek pokrywa się z uprzywilejowaną osią magnetyzacji każdego elementu magnetycznego, następnie doprowadza się do względnego ruchu pomiędzy polem magnetycznym i elementem magnetycznym, w kierunku uprzywilejowanej osi magnetyzacji elementu(ów) magnetycznego(ych), przy czym każdy z elementów magnetycznych staje się magnetycznie nasycony i zgłasza się, a następnie wykrywa się odpowiedź magnetyczną każdego elementu magnetycznego w czasie względnego ruchu oraz określa się położenie elementu(ów) magnetycznego(ych) na podstawie czasu wystąpienia każdej odpowiedzi magnetycznej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy obszar jest przyległy do obszarów, w których pole magnetyczne jest wystarczające do nasycenia całości lub części elementu magnetycznego.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwszy obszar leży na płaszczyźnie, a nasycające pole magnetyczne wytwarza się w sąsiedztwie tej płaszczyzny.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że pierwszy obszar przemieszcza się ruchem omiatającym tam i z powrotem w części obszaru wywoływania do odzewu znajdujących się tam elementów magnetycznych.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że względny ruch wytwarza się poprzez powodowanie przesuwania się elementu magnetycznego w obszarze wywoływania do odzewu.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że względny ruch wytwarza się poprzez przemieszczanie przyłożonego pola magnetycznego nad elementem magnetycznym ruchem omiatającym.
7. Sposób według zastrz. 4 albo 5, albo 6, znamienny tym, że stosuje się wydłużony element magnetyczny, a kierunek zerowego pola magnetycznego pokrywa się z główną osią elementu magnetycznego w czasie względnego ruchu.
8. Sposób według zastrz. 4 albo 5, albo 6, znamienny tym, że stosuje się element magnetyczny w postaci cienkiej błony lub folii, a kierunek zerowego pola magnetycznego pokrywa się z osią czułości magnetycznej błony lub folii w czasie względnego ruchu.
9. Sposób według zastrz. 4 albo 5, albo 6, znamienny tym, że pole magnetyczne ustanawia się w obszarze wywoływania do odzewu poprzez przyłożenie dwóch pól magnetycznych o przeciwnej polaryzacji.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że przyłożenie dwóch pól magnetycznych przeprowadza się z zastosowaniem jednej lub większej liczby cewek przewodzących prąd stały.
11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że pole magnetyczne wytwarza się z zastosowaniem jednego lub większej liczby trwałych magnesów.
12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że przynajmniej do jednej z cewek doprowadza się prąd stały.

181 016
13. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że przynajmniej do jednej z cewek doprowadza się prąd, którego wielkość zmienia się w założonym cyklu, tak że położenie zera magnetycznego oscyluje w założony sposób.
14. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że przynajmniej jeden z trwałych magnesów współpracuje z przynajmniej jedną z cewek do których doprowadza się prąd, którego wielkość zmienia się w założonym cyklu, tak że położenie pierwszego obszaru oscyluje w założony sposób.
15. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że względny ruch powoduje się przez przyłożenie zmiennego pola magnetycznego do wspomnianego pola magnetycznego.
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że względny ruch pomiędzy elementem magnetycznym i polem magnetycznym powoduje się przez przyłożenie zmiennego pola magnetycznego o względnie małej amplitudzie, nałożonego na stałe pole magnetyczne.
17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że zmienne pole magnetyczne o względnie małej amplitudzie ma częstotliwość mieszczącą się w zakresie 10 Hz do 100 kHz.
18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odpowiedź magnetyczną elementu magnetycznego wykrywa się przez obserwację składowych harmonicznych, które są generowane przez element magnetyczny w wyniku przyłożenia zmiennego pola magnetycznego, gdy zmienia się stan jego namagnesowania w wyniku przechodzenia przez zero magnetyczne.
19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed wprowadzeniem elementów magnetycznych do obszaru wywoływania do odzewu przymocowuje się je do określonego przedmiotu i określa się położenie tego przedmiotu w procesie wywoływania do odzewu.
20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że pole magnetyczne w sposób cykliczny przesuwa się wielokrotnie przez materiał magnetyczny elementów magnetycznych przymocowanych do określonego przedmiotu, przy czym przykłada się w tym obszarze wywołujące do odzewu pole magnetyczne o małej amplitudzie i wysokiej częstotliwości.
21. Sposób według zastrz. 19 albo 20, znamienny tym, że jako przedmiot stosuje się narzędzie chirurgiczne.
22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że jako przedmiot stosuje się chirurgiczną sondę lub igłę.
23. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że stosuje się materiał magnetyczny w postaci cienkiej folii, drutu lub cienkiej błony.
24. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że pole magnetyczne wytwarza się za pomocą trzech zestawów źródeł wzajemnie prostopadłych pól magnetycznych.
25. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że pole magnetyczne wytwarza się z zastosowaniem sekwencyjnego przeszukiwania pola i wyliczenie, dla każdego przeszukiwania, położenia środka wyjściowych harmonicznych dla materiału magnetycznego.
26. Sposób według zastrz. 25, znamienny tym, że przeprowadza się dziewięć kolejnych liniowych przeszukiwań, które uruchamia się zgodnie z poniższą tabelą, w której źródła pola magnetycznego są oznaczone przez a, b i c, a przeszukiwania się numerowane od 1 do 9 (kolejność przeszukiwania nie ma znaczenia):

Źródło pola prostopadłego 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a wł. wł. wł. wył. wył. wł. wył. wył. wł. b wył. wł. wył. wł. wł. wł. wył. wł. wył. c wył. wył. wł. wył. wł. wył. wł. wł. wł.

gdzie: wł. - włączone wył. - wyłączone
27. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że wzbudza się trzy zestawy prostopadłych cewek w sposób ciągły tak, że tworzy się w sposób ciągły obracający się kierunek pola, który pokrywa rozważaną przestrzeń w kontrolowanych przemieszczeniach, ruchem omiatającym, o założonej szerokości.

181 016
28. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed wprowadzeniem elementów magnetycznych do obszaru wywoływania do odzewu rozmieszcza się na określonym artykule w określony sposób unikalny dla danego artykułu lub grupy artykułów o tych samych cechach, określający korzystnie cenę i/lub rodzaj produktów składowych artykułu, przez co identyfikuje się poszczególne artykuły łub klasy artykułów za pomocą charakterystyk danych tych artykułów.
29. Sposób według zastrz. 28, znamienny tym, że jako element(y) magnetyczny(e) stosuje się znacznik lub marker magnetyczny zawierający liczne strefy magnetyczne o wysokiej przenikalności.
30. Sposób według zastrz. 29, znamienny tym, że stosuje się marker magnetyczny dodatkowo zawierający drugą warstwę materiału magnetycznego o średniej koercyjności, za pomocą której każdą strefę magnetyczną określa się przez magnetyczną polaryzację tej drugiej warstwy.
31. Sposób według zastrz. 28, znamienny tym, że dodatkowo sumuje się ceny artykułów zakodowanych za pomocą założonego układu magnetycznych elementów naniesionych na zestaw poszczególnych artykułów, ten zestaw artykułów przemieszcza się przez strefę wywoływania do odzewu, przy czym przetwarza się sygnały odebrane w czasie przeprowadzania sposobu i generuje się pożądaną sumę wartości poszczególnych danych.
32. Urządzenie do określania położenia elementu magnetycznego, lub względnego położenia przynajmniej dwóch elementów magnetycznych usytuowanych na znaczniku, który to element magnetyczny ma nieliniowe własności magnetyczne i uprzywilejowaną oś magnetyzacji, a urządzenie jest wyposażone w środki wytwarzające pole magnetyczne, znamienne tym, że jest wyposażone w zbiór trwałych magnesów, które są rozmieszczone w kołowym układzie wokół szczeliny, przy czym bieguny trwałych magnesów są tak rozmieszczone, że wszystkie bieguny skierowane do środka kołowego układu mają tę samą polaryzację, korzystnie N, a wszystkie bieguny skierowane na zewnątrz kołowego układu mają przeciwną, wzajemnie taką samą polaryzację, korzystnie S, oraz jest wyposażone w cewkę, która jest umieszczona współosiowo z kołowym układem, w pobliżu trwałych magnesów.
33. Urządzenie według zastrz. 32, znamienne tym, że trwałe magnesy są ferrytowymi magnesami złączonymi przy użyciu polimerów.
34. Urządzenie według zastrz. 32, znamienne tym, że jego wyjście jest przystosowane do wyświetlania ustalonego położenia magnetycznych elementów.

* * *