RU2145722C1

RU2145722C1 - Пространственный магнитный опрос

Info

Publication number: RU2145722C1
Application number: RU97118368A
Authority: RU
Inventors: Николас Деймс Эндрю
Original assignee: Флайинг Налл Лимитед
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 2000-02-20
Also published as: HK1003907A1; US6323769B1; NZ304922A; PL181020B1; PL181046B1; AU5280696A; CZ293167B6; DE69629693T2; HUP9802671A2; GB9506909D0; KR19980703675A; JPH11504447A; ATE248379T1; BR9604784A; PL181016B1; US6323770B1; CA2217762C; NO974587D0; TW329001B; KR100262363B1

Abstract

Изобретение относится к технике использования магнитных свойств материалов. Сущность изобретения: раскрыты магнитные маркеры или метки вместе с разнообразием технических приемов, посредством которых можно опрашивать эти маркеры. В одном аспекте магнитные метки или маркер характеризуются расположением множества дискретных активных в магнитном отношении участков в линейной последовательности. В другом аспекте изобретение обеспечивает способ опроса магнитного маркера или метки в заранее определенной зоне опроса, где маркер содержит магнитный материал с высокой магнитной проницаемостью, например, для считывания данных, запомненных магнитным образом в маркере, или для использования отклика маркера для обнаружения его наличия и/или для определения его положения в зоне опроса. Процесс опроса включает последовательное воздействие на маркер магнитным полем, достаточным по напряженности поля для насыщения магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, и магнитным нулем. Применения таких методов описываются в отношении идентификации изделий, к которым прикреплены метки, точного определения положения, например, хирургических зондов и суммирования покупок, где каждый предмет несет на себе метку, закодированную данными, соответствующими его характеру и его стоимости. 6 с. и 23 з.п.ф-лы, 10 ил., 1 табл.

Description

Настоящее изобретение касается способа использования магнитных свойств материалов на практике, и в нем используется новая техника пространственного магнитного опроса совместно с магнитной меткой или идентификационным маркером. Более точно, изобретение касается способов определения наличия и/или местоположения магнитной метки или маркера в зоне опроса, способов идентификации магнитного маркера, например, идентификации данного маркера, чтобы отличить этот маркер от других, а также систем для внедрения этих способов на практике, магнитных маркеров для использования в этих способах и системах, и запоминания данных в таких маркерах и последующей дистанционной выборки данных из таких маркеров.

Следует понимать, что термин "маркер" или "метка" взаимозаменяемы, такие устройства можно использовать в различных случаях и в зависимости от магнитных качеств могут служить для а) просто наличия метки, маркера (т.е. того из предметов, к которому прикреплена метка, маркер) или b) идентификации метки (или того из предметов, к которому прикреплен маркер), или они могут служить для определения точной части метки относительно заранее определенных координат или того из предметов, к которому прикреплен маркер, или они могут служить для обеспечения кодов доступа (например, для элементов защиты или для выдачи билетов, например, на транспорте), или они могут служить для отличия одного предмета или группы предметов от всех остальных предметов.

Кроме того, термины "поле переменного тока", "поле постоянного тока" используются для обозначения магнитных полей, характеристики которых являются характеристиками электрического проводника, по которому проходит переменный ток или постоянный ток.

Согласно изобретению метки, способы и системы имеют широкое применение. Оно включает управление учетом, снабжение билетами, автоматизированные системы покупки, контроль выполняемых работ, обеспечение метками защиты, управление доступом, защита от подделки и определение местоположения объектов, в частности, точное определение местоположения обрабатываемой детали (например, зондов в хирургии).

Предшествующий уровень техники
В настоящее время имеется ряд пассивных систем меток данных. Большинство широко используемых систем базируется на считываемых оптически печатных моделях строк, известных под названием штриховых кодов. Элемент метки таких систем очень дешев, обычно включает стоимость только чернил и бумаги. Считывающие устройства также имеют сравнительно низкую стоимость, в них обычно используют сканирующие лазерные лучи. Во многих случаях реальный недостаток штриховых кодов состоит только в необходимости соблюдения линии взгляда между устройством считывания и меткой.

Для случаев, когда невозможно осуществлять направление линии взгляда, разработаны системы, не использующие оптическую передачу. Наиболее широко используется магнитная индукция для связи между признаком и электронной схемой передатчика опроса. Они обычно работают с использованием переменных магнитных полей в диапазоне частот от 50 кГц до 1 мГц и обычно используют электронные интегральные схемы ("чипы") для изменения функций приема и передачи и для запоминания данных и управления. Чтобы избежать необходимости использования аккумуляторной батареи, электроэнергию для интегральной схемы получают посредством выпрямления сигнала опроса, принимаемого антенной катушкой. В целях увеличения передаваемой электроэнергии и обеспечения различия неожиданных сигналов и помех катушку обычно настраивают на резонанс конденсатором на частоте несущей сигнала опроса. Обычное изделие этого типа представляет собой систему TIRIS, изготавливаемую фирмой "Техас Инструментс Лтд.".

В других многоразрядных системах используют обычную высокочастотную радиотехнику или технику, основанную на поверхностных акустических волнах или явлении магнитострикции.

Описание изобретения
Настоящее изобретение включает использование нового типа пассивной системы информационной метки, в которой используют маленькие количества магнитного материала очень высокой магнитной проницаемости и сканируемое магнитное поле для опроса. Поскольку магнитный материал может иметь форму тонкой фольги, проволоки или пленки, его можно подсоединять непосредственно к подложке, например, к бумаге или пластмассовому материалу для образования самоудерживающихся меток.

В качестве альтернативы магнитный материал можно вводить в конструкцию изделия, с которым должна связываться метка. Таким образом, метку можно образовывать на месте совместно с изделием посредством нанесения магнитного материала на поверхность изделия или посредством внедрения магнитного материала в тело изделия.

В изобретении используются магнитные поля, которые содержат "магнитный нуль" - этот термин используется здесь для того, чтобы определять точку, линию, плоскость или объем в пространстве, на которых или в которых составляющая магнитного поля в данном линейном направлении представляет нуль. Объем в пространстве, в котором удовлетворяется это условие, может быть очень маленьким и это обусловливает определенные варианты осуществления изобретения, в которых определяется точка местоположения. Обычно магнитный нуль сохраняется в относительно небольшом линейном диапазоне. Следует понимать, что там, где имеется магнитный нуль, возможно, что составляющая магнитного поля в направлении, ортогональном данному линейному направлению, оказывается существенной. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения оказывается желательным такое существенное ортогональное поле.

Способом создания магнитного поля является использование источников, направляющих навстречу друг другу магнитные поля. Ими могут быть катушки из проволоки или постоянные магниты (они хорошо подходят к небольшим системам), или комбинации катушки (катушек) и постоянного магнита (магнитов). Можно также использовать магнитные нули, которые существуют в специальных направлениях, когда используется одна катушка или один постоянный магнит.

В других случаях источники магнитных полей предпочтительно представляют собой катушки, по которым течет постоянный ток.

В изобретении используется также относительное перемещение между магнитной меткой и прикладываемым полем, чтобы осуществить прохождение магнитного поля через метку. Этого можно добиться посредством перемещения метки относительно сообщаемого магнитного поля или посредством удержания метки неподвижно, тогда как магнитное поле сканирует поверх нее. Обычно в изобретении используется различие между магнитным поведением метки в (i) нулевом поле (на магнитном нуле) и (ii) в высоком, обычно насыщающем магнитном поле.

Соответствующие настоящему изобретению признаки
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения обеспечена магнитная метка или маркер, который отличается тем, что служит носителем множества магнитоактивных участков в линейной матрице. Дискретные активные магнитные участки могут наноситься на подложки, например на бумагу или пластмассовый материал, либо они могут быть самоподдерживающимися. В качестве альтернативы магнитные элементы можно вводить непосредственно в изделие или располагать на нем во время изготовления самих предметов. Например, это является целесообразным, когда изделиями являются товары, например, товары розничной продажи, на которых находятся метки для учета, или когда изделиями являются билеты или секретные пропуска.

Как указано выше, метку можно образовывать из непрерывной полоски материала с высокой магнитной проницаемостью, дискретные участки которой имеют свои постоянно или временно видоизменяемые магнитные свойства. Такой процесс можно начинать с полоски, имеющей высокую магнитную проницаемость, участки которой затем обрабатываются таким образом, чтобы изменять их магнитные свойства посредством устранения или снижения их магнитной проницаемости, или с полоски магнитного материала высокой магнитной проницаемости, сопровождаемой способной намагничиваться полоской, расположенной близко к магнитному материалу с высокой магнитной проницаемостью, например, покрывающей его или расположенной рядом, участки которой намагничивают. В сравнительно простых вариантах осуществления каждый активный в магнитном отношении участок имеет одинаковые магнитные характеристики. В более сложных вариантах каждый активный в магнитном отношении участок может обладать различными магнитными характеристиками, обеспечивая, таким образом, возможность сборки большого количества меток с уникальными магнитными свойствами, а отсюда с уникальной идентичностью и сигнатурой (при обработке специальным считывающим устройством).

Вследствие того, что в изобретении используется относительное перемещение между меткой и прикладываемым магнитным полем, следует понимать, что должно быть соответствие между временной областью выходных сигналов устройства считывания метки и линейными размерами активных в магнитном отношении областей метки и зазоров между активными в магнитном отношении областями. В этом смысле активные области и зазоры между ними функционируют аналогично элементам оптического штрихового кода (черного штриха или белого зазора между соседними штрихами). Из этого следует, что так же, как непостоянство магнитных характеристик в активных областях, можно для вырабатывания части "идентичности" метки также использовать линейное пространство между соседними активными в магнитном отношении областями. В соответствии с этим изобретением можно таким образом создавать многочисленное количество меток, каждая из которых имеет свою собственную уникальную "идентичность".

Хотя метки описаны в виде линейной матрицы активных в магнитном отношении областей, на самом деле метки могут иметь две или более линейных матриц. Они могут быть расположены взаимно параллельно или взаимно ортогонально или любым требуемым геометрическим образом. Для простоты считывания таких признаков предполагаются матрицы, которые являются параллельными и/или ортогональными.

Соответственные методы изготовления согласно изобретению меток хорошо известны (т.е. магнитных меток). Подходящие магнитные материалы также хорошо известны и широко распространены. Ими являются материалы с высокой магнитной проницаемостью, которые предпочтительно имеют примесную относительную магнитную проницаемость, составляющую по меньшей мере 10³. Коэрцитивность магнитного материала зависит от предполагаемого использования метки. Магнитный материал предпочтительно имеет форму длинной тонкой полоски или тонкой пленки. Такие форматы устраняют основное внутреннее размагничивание. Подходящими материалами являются материалы поставщиков, например, "Вакуумшмелтце" (Германия), "Элайд Сигнал Корп. " (США) и "Инайтика" (Япония). Материал в виде тонкой пленки в настоящее время изготавливается в большом объеме фирмой IST (Бельгия) для розничного применения в защитных метках, также подходящих для использования в этом изобретении.

Способы обнаружения-идентификации
Так же, как описано выше в отношении меток, настоящее изобретение обеспечивает разнообразные способы обнаружения наличия магнитной метки и/или идентификации такой метки.

В соответствии со вторым аспектом изобретения обеспечивается способ опроса магнитного маркера или метки в заранее определенной зоне опроса, где признак содержит магнитный материал с высокой магнитной проницаемостью, например, для считывания данных, запомненных магнитным способом в метке, или для использования маркера с целью обнаружения его наличия и/или для определения его местоположения в зоне опроса, который характеризуется тем, что процесс опроса включает этап оказания воздействия на метку последовательно 1) магнитным полем, достаточным по напряженности поля для насыщения магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, и 2) определяемым здесь магнитным нулем.

Магнитный нуль предпочтительно заставляют проходить взад и вперед по заранее определенному участку в зоне опроса. Частота сканирования, т.е. частота прохождения магнитного нуля предпочтительно относительно низкая, например, равная 1-500 Гц. Удобно структуру поля располагать таким образом, что а) магнитный нуль лежит в плоскости и 2) насыщающее поле появляется рядом с упомянутым полем.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения обеспечивается способ определения наличия и/или местоположения магнитного элемента в заранее определенной зоне опроса, где магнитный элемент имеет заранее определенные магнитные характеристики. Этот способ характеризуется этапами 1) установления в зоне опроса конфигурации магнитного поля, которое содержит относительно маленький участок нулевого магнитного поля (магнитного нуля), смежного с участками, где имеется магнитное поле, достаточное для насыщения магнитного элемента, или части его (насыщающее поле), причем упомянутый небольшой участок совпадает с участком, через который проходит магнитный элемент или может проходить, или ожидается его прохождение, 2) создания относительного перемещения между упомянутым магнитным полем и упомянутым магнитным элементом, так что обеспечивается пересечение упомянутым магнитным нулем по меньшей мере части магнитного элемента предварительно определенным способом и 3) обнаружения получаемого в результате магнитного отзыва магнитного элемента во время относительного перемещения.

В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения обеспечивается способ идентифицирования магнитного элемента, который обладает заранее определенными магнитными характеристиками. Этот способ характеризуется этапами 1) оказания воздействия на магнитный элемент первым магнитным полем, которое является достаточным для индуцирования магнитного насыщения по меньшей мере части магнитного элемента, 2) следующего воздействия на магнитный элемент нулевым магнитным полем (т.е. магнитным нулем), где нулевое поле занимает относительно маленький объем и оказывается смежным с первым магнитным полем, 3) создания относительного перемещения между прикладываемым магнитным полем и магнитным элементом таким образом, что вызывается пересечение магнитным полем по меньшей мере части магнитного элемента заранее определенным способом и 4) обнаружения получающегося магнитного сигнала от магнитного элемента во время относительного перемещения.

В определенном выше способе идентификации преимущественно вызывается пересечение магнитным элементом зоны опроса, в которой вырабатываются требуемые условия.

В пятом аспекте изобретение обеспечивает способ идентификации магнитного элемента, где магнитный элемент имеет заранее определенные магнитные характеристики. Этот способ характеризуется этапами 1) подачи магнитного элемента в зону опроса, внутри которой устанавливается конфигурация магнитного поля, которая содержит сравнительно маленькую область нулевого магнитного поля (магнитного нуля), смежного с областями, где имеется магнитное поле, достаточное для насыщения магнитного элемента или его части (поля насыщения), 2) перемещения магнитного элемента через насыщающее поле до тех пор, пока не достигнет магнитного нуля, 3) относительного перемещения между магнитным полем и магнитным элементом таким образом, что вызывается пересечение магнитным нулем по меньшей мере части магнитного элемента заранее определенным способом и 4) обнаружения получающегося в результате магнитного отзыва магнитного элемента во время относительного перемещения элемента.

Относительное перемещение между магнитным элементом и магнитным полем можно преимущественно создавать посредством развертывания прикладываемого магнитного поля по магнитному элементу. В качестве альтернативы относительное перемещение можно получать посредством приложения переменного магнитного поля в общей статической конфигурации магнитного поля.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения обеспечивается способ суммирования данных, например цен, от комплекта отдельных изделий, на каждом из которых находится магнитный маркер, восприимчивый к опросу в соответствии со способом согласно второму аспекту изобретения, причем на маркерах расположены данные, представляющие специфическую характеристику, например стоимость изделия, к которому они прикреплены, и осуществляют перемещение комплекта изделий через зону опроса, причем магнитное поле формируют тремя комплектами источников взаимно ортогональных магнитных полей, и затем вычисляют для каждого сканирования местоположение центра гармоники выходного сигнала, исходя из магнитного материала, в частности, три ортогональных комплекта катушек непрерывно возбуждают, при этом создают непрерывно вращающееся направление поля, которое охватывает интересующий объем управляемых качаний заранее определенной ширины, и обрабатывают сигналы, принимаемые во время упомянутого способа, для выполнения требуемого суммирования отдельных значений данных.

При выполнении указанных способов предпочтительными вариантами конфигурации магнитного элемента являются либо удлиненные, магнитный нуль в этом случае расположен таким образом, что проходит по главной оси магнитного элемента, либо они имеют форму тонкой пленки, и в этом случае магнитный нуль расположен таким образом, что проходит на одной линии с осью магнитной чувствительности тонкопленочного материала.

Используемое в описанных выше способах магнитное поле или конфигурацию поля можно создавать посредством двух магнитных полей противоположной полярности. Это достигается посредством использования одной или более катушек, по которым проходит постоянный ток, или посредством одного или более постоянных магнитов, или посредством сочетания катушки/катушек и магнита/магнитов. Если используется катушка, то ее можно расположить так, чтобы по ней проходил по существу постоянный ток для поддержания магнитного нуля в фиксированной точке. В качестве альтернативы по катушке/катушкам проходит ток, величина которого изменяется с заранее определенным циклом, так что происходит колебание местоположения магнитного нуля заранее определенным способом. Мы называем это "летающим нулем". Аналогичное устройство можно использовать для получения "летающего нуля", когда используются и катушка или катушки и постоянный магнит.

В соответствии со следующим аспектом настоящего изобретения обеспечен способ определения наличия и/или местоположения магнитного элемента, который характеризуется этапами 1) приложения магнитного поля к участку, где обнаруживается или ожидается, что будет обнаружен магнитный элемент, причем магнитное поле содержит две противодействующие составляющие поля, вырабатываемые источниками магнитных полей, которые дают нулевое поле (магнитный нуль) в местоположении между источниками магнитного поля (и это местоположение известно или может быть рассчитано), 2) обеспечения относительного перемещения между магнитным полем и магнитным элементом и 3) обнаружения получающегося в результате магнитного отклика магнитного элемента во время относительного перемещения.

Относительное перемещение между магнитным полем и магнитным элементом можно получить посредством приложения переменного магнитного поля относительно низкой амплитуды, накладываемого на поле постоянного тока. Обычно такое переменное магнитное поле малой амплитуды имеет частоту в диапазоне от 10 Гц до 100 кГц, предпочтительно от 50 Гц до 50 кГц и более, удобно от 500 Гц до 5 кГц.

В одном варианте осуществления по катушке проходит по существу постоянный ток, чтобы поддерживать магнитный нуль в фиксированной точке. В другом варианте осуществления по катушке течет ток, амплитуда которого изменяется с заранее определенным периодом, так что вызывается колебание местоположения магнитного нуля заранее определенным способом.

В соответствующих настоящему изобретению способах обнаружение магнитного отзыва магнитного элемента преимущественно содержит наблюдение гармоник прикладываемого поля переменного тока, которые генерируются магнитным элементом, когда состояние намагничивания изменяется при прохождении через магнитный нуль.

Как указывалось выше, система работает с нулевым или очень низкочастотным полем сканирования и на высокой частоте в диапазоне от 50 Гц до 50 кГц. Это обеспечивает хорошее проникание сигнала через большинство материалов, включая тонкие металлические слои фольги. Кроме того, международные правила допускают передачу на этих низких частотах сильного поля.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения обеспечивают систему многоразрядных информационных признаков, в которой используется низкочастотный индуктивный магнитный опрос и устраняется необходимость использования сложных дорогостоящих меток.

В соответствии еще с одним аспектом изобретения обеспечивается способ кодирования и/или маркирования отдельных изделий в заранее определенной группе изделий с помощью информационной характеристики изделий, например цены изделия и/или характера товаров, составляющих изделия. Этот способ характеризуется нанесением на каждое изделие магнитных маркеров или метки, имеющих заранее заданное расположение магнитных зон, уникальных для данного изделия или для данного изделия и других изделий, имеющих такую же характеристику, например цену изделия или характер товара, составляющего изделие. Причем магнитные маркер или метка восприимчивы к опросу при приложении магнитного поля для вырабатывания ответного сигнала, свидетельствующего о магнитных свойствах маркера или метки и, следовательно, свидетельствующего о характере изделия, имеющего магнитные маркер или метку.

Основные аспекты изобретения
Прежде, чем описывать дополнительные варианты осуществления, поясним некоторые основные аспекты изобретения.

Ключевым аспектом изобретения является форма магнитного поля, создаваемого в зоне опроса, и как станет ясно ниже, это поле позволяет производить опрос очень маленьких пространственных областей. Средство для вырабатывания этого магнитного поля далее будет называться блоком опроса. В одном варианте реализации блок опроса состоит из пары близко расположенных идентичных катушек так, что их оси совпадают. Катушки соединены вместе таким образом, что направления их обмоток оказываются противоположными и через них проходит постоянный ток. Это вызывает образование противоположных магнитных полей, так что вдоль оси катушек на середине между катушками создается нулевое поле, т. е. магнитный нуль. Уровень тока в катушках такой, что может сильно насыщать маленький образец магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, расположенный в центре любой из двух катушек. Создается также переменный ток гораздо меньшей амплитуды, протекающий в противоположных направлениях по двум катушкам, так что в середине между катушками создаваемые поля переменного тока суммируются. Это легко реализуется посредством подключения соответствующего источника тока к месту соединения двух катушек с обратной цепью через заземление. Частота переменного тока может составлять около 2 кГц, но эта величина не критичная, в общем случае частота находится в широком диапазоне. Переменный ток генерирует поле опроса, которое взаимодействует с магнитным признаком, вырабатывая обнаруживаемый отклик. Другое действие переменного тока состоит в том, чтобы вызывать колебание нулевого поля (магнитного нуля) относительно среднего местоположения вдоль оси катушек на маленькую величину (т.е. качание или колебание, а не прохождение какого-то значительного расстояния).

Кроме того, низкочастотный переменный ток можно также подавать на катушки таким образом, чтобы он вырабатывал низкочастотное сканирующее поле (которое может быть нулевым). Частота сканирующего поля, когда оно имеется, должна быть достаточно низкой, чтобы обеспечить появление большого количества периодов сравнительно высокочастотного поля опроса во время прохождения области магнитного нуля по признаку. Обычно соотношение частот поля опроса (ω_c) и поля сканирования (ω_B) составляет 100:1, хотя следует понимать, что это соотношение можно изменять в существенных пределах без изменения существа изобретения.

Когда элемент из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью пропускают вдоль оси катушек через участок, в котором происходит колебание магнитной нулевой плоскости, он вначале полностью насыщается магнитным полем постоянного тока. Затем он коротко пройдет по петле магнитного гистерезиса во время прохождения через область нулевого поля. И происходит полное насыщение. Область, в которой магнитный материал является "активным", т.е. подвергается магнитным зарядам, оказывается физически маленькой и определяется амплитудой поля постоянного тока, амплитудой поля переменного тока и характеристиками магнитного материала. Протяженность этой области легко можно сделать меньше 1 мм. Если уровень переменного поля значительно ниже требуемого для насыщения магнитного материала в метке, то метку будут вырабатывать гармоники сигнала переменного тока при вхождении в область нулевого поля блока опроса и реагировании на изменяющееся поле. Когда метка или маркер накроет узкий участок нулевого поля, он переведется на линейную часть петли магнитного гистерезиса по индукции и будет взаимодействовать только посредством переизлучения основной частоты опроса. Затем, когда метка или маркер выйдет из области нулевого поля, он снова начнет излучать гармоники частоты поля опроса. Катушка приемника, расположенная таким образом, чтобы реагировать на поля, создаваемые в области нулевого поля, но которая не соединена непосредственно с катушками блока опроса, принимает только эти сигналы. Изменение этих сигналов во времени, когда маркер проходит вдоль оси катушек, дает четкую индикацию прохождения концов магнитного материала через область нулевого поля.

Следует понимать, что вследствие того, что зона опроса может быть очень узкой, каждый отдельный элемент магнитного материала можно отличать от соседних элементов, от которых он отделяется маленьким расстоянием. Естественно, магнитный материал выбирают таким, чтобы он соответствовал конкретному применению, для которого предназначен маркер или метка. Как описано выше, подходящие магнитные материалы имеются в продаже.

Если теперь рассмотреть маркер, содержащий ряд зон или кусков магнитного материала вдоль оси маркировки, то следует отметить, что когда каждые зона или кусок магнитного материала проходят через область нулевого поля, можно определять их наличие и местоположение их концов. После этого оказывается простым делом использовать длину отдельных зон или кусков магнитного материала или промежутки между ними для представления конкретной кодовой последовательности. Возможно большое количество схем кодирования. Одна эффективная система состоит в использовании схемы, аналогичной схеме кодирования, применяемой для оптических штриховых кодов, где информацию представляют посредством промежутка и ширины линий в коде.

Описываемая до сих пор система позволяет осуществлять сканирование одноосного маркера или метки (например, проволоки или тонкой полоски анизотропного материала, имеющей ось, расположенную вдоль ее длины) при физическом перемещении через узел катушки. Следует понимать, что относительное перемещение между меткой и полем опроса можно осуществлять либо при стационарном поле и движущейся метке, либо наоборот. Если потребуется, то устройство можно делать самосканирующим и, таким образом, опрашивать стационарную метку, например, посредством модуляции токов электропривода постоянного тока двумя катушками опроса, чтобы область нулевого поля сканировала по участку опроса оси катушек. Необходимо, чтобы протяженность этого колебания была по меньшей мере равной максимальному размеру метки и была предпочтительно значительно больше, чтобы избежать необходимости точного расположения метки в зоне опроса.

Посредством использования дополнительных катушек, расположенных на второй оси, ортогональной исходной оси, можно путем последовательного сканирования поля считывать метки, имеющие произвольную ориентацию. Это приводит к гораздо большей сложности корреляции сигналов от трех плоскостей, но вследствие наличия очень высокой пространственной разрешающей способности обеспечивается возможность одновременного считывания большого количества меток, присутствующих в общем объеме опроса. Это дает огромное преимущество в случае таких применений, как навешивание бирок на изделия ежедневной розничной торговли, и позволяет осуществлять автоматизированное суммирование оценки прибыли на месте продажи. Таким образом, изобретение можно применять для маркирования цен изделий и для систем торговых точек, которые подводят итог продажи (с сопровождающей обработкой данных с соответствующей описью или без нее).

Размер элементарной линейной метки зависит от длины отдельных элементов, их разнесения друг от друга и количества необходимых информационных двоичных разрядов. При использовании полосок из материала с самой высокой магнитной проницаемостью, который имеется в продаже, например, фольга из сплава "spin-melt", имеющаяся у таких поставщиков, как фирма "Вакуумшмелтце" (Германия) и фирма "Эллайд Сигнал" (США), минимальная длина отдельных элементов, которую можно использовать, составляет порядка нескольких миллиметров.

Это вследствие того, что примесная магнитная проницаемость будет преобладать из-за факторов формы, а не из-за очень высокой собственной магнитной проницаемости (обычно равной 10⁵), и более короткие длины могут иметь недостаточную магнитную проницаемость для удовлетворительной работы.

Поэтому привлекательными для использования являются очень тонкие пленки из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью. При условии, что эта пленка очень тонкая (в идеальном случае менее 1 мкм), такой материал можно разрезать на двухмерные маленькие кусочки (квадраты, диски и т.д.) с площадью 20 мм² или меньше, сохраняющие высокую магнитную проницаемость. Это позволяет делать более короткие метки, чем в случае элементов, изготавливаемых из имеющейся в продаже фольги с высокой магнитной проницаемостью. Подходящим материалом для тонкой пленки является материал фирмы IST (Бельгия).

Расширение этого типа программирования можно также использовать для исключения составной метки, создающей сигнал тревоги в системе охраны розничной торговли (такой сигнал тревоги оказывается ложной индикацией кражи и, таким образом, приводит в замешательство и розничного торговца и покупателя). Если различные участки метки смещаются различными уровнями статического поля, они создают сигналы в различные моменты времени при прохождении через системы охраны розничной торговли. Это усложняет подпись на маркировке в таких системах и предотвращает появление сигнала тревоги. В настоящем изобретении система считывания может управлять сдвигаемыми во времени сигналами, вызываемыми таким магнитным смещением.

До сих пор кодирование метки описывалось на основании физически разделенных магнитных элементов. Однако физическое разделение элементов не является обязательным. Программирование данных на метке можно выполнять посредством нарушения свойств высокой магнитной проницаемости непрерывного магнитного элемента на выбранных участках. Это можно делать, например, посредством местного нагрева до температуры, выше температуры рекристаллизации аморфного сплава, или посредством штемпелевания, или другой обработки материала. Еще более важным является возможность изолирования участков непрерывного элемента из материала с высокой магнитной проницаемостью посредством магнитного шаблона, запомненного на соседнем элементе смещения, выполненном из магнитного материала с высокой коэрцетивностью. Затем такой сложный маркер или метку можно просто закодировать посредством записи магнитного шаблона на элемент смещения, используя соответственную магнитную записывающую головку. Если необходимо, то метку можно стереть (посредством размагничивания полем переменного тока) и перепрограммировать новыми данными.

Описанную схему можно также распространить на работу с метками, запоминающими данные в двух измерениях. Это позволяет изготавливать гораздо более компактные метки или маркеры, и поскольку они также имеют более удобную форму, маркер, выполненный в виде матрицы из NxN тонкопленочных площадок, имеет гораздо больший потенциал кодирования, чем линейная матрица из такого же количества площадок. Это возможно потому, что имеется много больше взаимосвязей площадок, чем можно установить на данном участке.

Другие варианты осуществления изобретения
Использование пространственного магнитного сканирования для восприятия местоположения
Дополнительно к пространству опроса для считывания информационных признаков эту новую технику перемещения плоскостей нулевого поля через пространство (или перемещения предметов посредством плоскостей) можно использовать для обеспечения информации точного местоположения маленьких изделий из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью.

Таким образом, в соответствии с другим аспектом обеспечивается способ определения точного местоположения предмета, характеризующийся тем, что содержит а) прикрепление к предмету маленького кусочка магнитного материала, который имеет высокую магнитную проницаемость, b) приложение к области, в которой расположен предмет, магнитного поля, содержащего две противоположные составляющие поля, вырабатываемые источниками магнитного поля, которые дают нулевое поле в местоположении между источниками магнитного поля, с) приложение к участку высокочастотного поля опроса малой амплитуды, d) медленное сканирование нулевым полем взад и вперед по заранее определенному диапазону перемещения, е) наблюдение магнитного взаимодействия между магнитным полем и маленьким кусочком магнитного материала. Преимущественно маленький кусочек магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью имеет форму тонкой фольги, проволоки или тонкой пленки.

Этот аспект изобретения имеет особый интерес, когда предметом, местоположение которого следует определять, является хирургический инструмент, например хирургический зонд или игла. Изобретение позволяет осуществлять точное определение местоположения хирургического зонда во время операции.

Эта техника идеальна для точного определения местоположения очень маленьких меток в относительно ограниченных объемах, она может различать большое количество меток. Она также отображает низкую чувствительность посторонних металлических предметов.

Магнитный маркер или метка может представлять собой аморфную проволоку (не подвергающуюся коррозии, диаметром 90 микрон или меньше), длиной 1 см (или длиннее, если необходимо), аналогичную проволоке, используемой в EAS, или короткий отрезок (например, 1 см), покрытый напылением тонким слоем магнитомягкого материала.

При использовании описанных меток во время операции головы пациента можно добиться разрешающей способности, равной 0,1 мм. Для получения такого значения необходимо также иметь высокую точность потенциала, если соблюдаются некоторые предосторожности в отношении калибровки и использования других магнитных материалов. Для оптимальной работы вблизи головы желательна жесткая, но открытая структура. Используемые уровни магнитных полей оказываются ниже полей, вырабатываемых обычными магнитами (например, защелками кухонных дверей и т. д.).

Эта техника имеет конкретное применение при проведении операций на головном мозге, где предъявляется требование в отношении определения местоположения зондов в трех измерениях и с высокой точностью. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением можно использовать маленькие магнитные метки на таких зондах или иглах. В этом случае сигнал от метки необходимо только обнаружить и разрешить по времени. Разрешающая способность определяется местоположением плоскости нулевого поля, а не отношением сигнал-шум обнаруживаемого сигнала метки. Это позволяет использовать очень маленькую метку.

Можно выполнить один датчик положения оси с группой катушек аналогично описанной выше системе считывания признака. Это устройство содержит пару противоположно направленных катушек, по которым проходит постоянный ток для вырабатывания напряженности поля постоянного тока, средство приложения сравнительно однородного поля переменного тока низкого уровня для приведения метки к насыщению и выведения ее из насыщения на маленьком участке, где поле постоянного тока близко в нулю, и средство приложения сравнительно однородного поля постоянного тока переменной напряженности и полярности для перемещения местоположения нулевого поля постоянного тока в подлежащем опросу объеме.

Анизотропная метка, т.е. метка, имеющая преобладающую ось намагничивания, разлагает магнитное поле по своей длине. Такую метку можно получить посредством использования длинного тонкого элемента из магнитного материала или посредством соответствующей обработки участка магнитного материала, имеющего гораздо меньшее отношение ширины к длине, например, посредством отжига в продольном направлении обычно прямоугольной площадки расплавного магнитного материала. В рассматриваемом одноосном датчике положения имеются пять степеней свободы (x, у, z) и два угла, вращение метки вокруг своей оси не оказывает влияния. Три ортогональных полных набора катушек могут представить достаточное количество информации посредством осуществления трех сканирований однородного поля постоянного тока на каждом из наборов катушек по очереди. Первое сканирование производится при отсутствии поля от других наборов, второе - с однородным полем постоянного тока от одного из других наборов, а третье - с полем постоянного тока от другого набора. Это дает в сумме девять сканирований. Их можно представить так, как показано в табл. 1, в которой источники магнитных полей обозначены позициями a, b и c, а сканирования пронумерованы от 1 до 9 (порядок сканирования не имеет значения).

От каждого сканирования требуется только информация о местоположении центра выхода гармоники от метки в пределах этого сканирования. Затем эти девять значений полей постоянного тока можно преобразовать в координаты xyz-τ-φ метки. Вначале систему можно использовать просто посредством удержания метки в требуемом местоположении до расположения головы пациента между катушками, а затем метку можно перемещать для получения сигналов.

Альтернативой последовательному опросу, преимуществом которого является требование меньшего времени для сканирования интересуемого участка, является непрерывное вращение магнитного поля таким образом, чтобы сканировать все интересуемые направления. Это можно выполнять посредством возбуждения трех наборов катушек соответственными непрерывными формами волн. Например, подходящее сканирующее поле будет создаваться, если катушки в плоскостях x, y и z возбуждаются токами I_x, I_y, I_z, определяемыми уравнениями

I_z = A sinω_bt+cosω_bt•sinω_ct,
где ω_a - общая частота вращения прикладываемого магнитного поля,
ω_b - частота сканирования нуля,
ω_c - частота опроса,
А - соотношение амплитуд ω_b:ω_c. Обычно значения этих параметров составляют
А = 10,
соотношения частот ω_a:ω_b = 1:10,
соотношение частот ω_b:ω_c = 1:400.

Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 иллюстрирует основные элементы системы считывания маркера или метки, согласно изобретению;
фиг. 2 - электрическую схему, осуществляющую способ генерирования требуемой конфигурации магнитного поля, согласно изобретению;
фиг. 3 - магнитный отклик метки относительно ее местоположения в системе считывания, согласно изобретению;
фиг. 4 - место появления магнитных нулей в случае постоянного магнита, согласно изобретению;
фиг. 5 - вариант осуществления изобретения, в котором используется катушка и постоянный магнит для вырабатывания требуемой конфигурации поля, согласно изобретению;
фиг. 6 - вариант осуществления изобретения, в котором используется пара постоянных магнитов для вырабатывания требуемой конфигурации поля, согласно изобретению;
фиг.7 - вариант осуществления изобретения, в котором используется множество постоянных магнитов, расположенных в виде кольцевой последовательности с катушкой для вырабатывания требуемой конфигурации поля, согласно изобретению;
фиг.8 - принципиальную электрическую схему одного варианта осуществления датчика опроса метки, согласно изобретению;
фиг.9 - схему выбора метки, согласно изобретению;
фиг. 10 - вариант осуществления изобретения, применяемый для хирургических операций, согласно изобретению.

На фиг.1 показано схематически устройство, в котором маркер 1 расположен посредине между двумя катушками Тх1 и Тх2. Маркер представляет собой элемент (фиг. 9а), то есть является простым линейным маркером, имеющим множество магнитных элементов, каждый из которых представляет собой магнитный сплав с высокой магнитной проницаемостью, например, узкую полоску расплава марки Вакуумшмелтце 6025, имеющую собственную магнитную проницаемость, примерно равную 10⁵. Значения параметров, представленные в описании, приведены в качестве примера и иллюстрируют один рабочий вариант осуществления. Значения этих параметров непременно изменяются в соответствии с общим размером системы и ее предполагаемым назначением. Магнитные элементы, которые составляют дискретные активные в магнитном отношении области маркера, имеют размеры 10 мм х 1 мм х 25 микрон, промежуток между соседними элементами составляет 1 мм. Две катушки разнесены друг от друга примерно на 20 см и каждая содержит 450 витков медной проволоки диаметром 0,56 мм, намотанных в форме квадрата, обычно имеющих стороны 45 см х 45 см. Каждая катушка имеет сопротивление 6 Ом и индуктивность 100 миллигенри. По каждой катушке Тх1 и Тх2 проходит постоянный ток I, на который наложен переменный ток i меньшей величины. Величина постоянного тока I составляет примерно 3А, тогда как величина наложенного переменного тока i равна примерно 50 мА. Переменный ток i имеет сравнительно высокую частоту, равную 2 кГц.

Переменный и постоянный токи в двух катушках вырабатывают конфигурацию магнитного поля, в которой имеется магнитный нуль в направлении стрелки x в точках, лежащих в плоскости, параллельной двум катушкам и в средней части между ними. Координаты x и y этой средней плоскости представлены линиями 2 и 3, соответственно.

Если магнитный маркер пропускать через две катушки в направлении x и обычно по продольной оси, определяемой между центральными точками двух катушек, он проходит через магнитное поле обратной полярности по средней плоскости, определяемой координатами 2 и 3. Изменение полярности магнитного поля происходит потому, что постоянный ток течет в одном направлении в первой из катушек и в противоположном направлении в другой из катушек, как показано жирной стрелкой на фиг.1. На средней плоскости составляющая магнитного поля, вырабатываемая постоянным током в первой катушке, компенсирует составляющую магнитного поля, вырабатываемую постоянным током в другом направлении.

Когда маркер проходит через центр первой катушки, на него действует сильное магнитное поле, которое является достаточным для насыщения его активных элементов. Когда напряженность поля уменьшается при перемещении по направлению к средней плоскости, на магнитный материал оказывает влияние убывающее магнитное поле, определяемое петлей гистерезиса. Около магнитного нуля направление намагничивания магнитных элементов признака изменяется на обратное.

Относительно высокая частота переменного тока i идентична в каждой из катушек Тх1 и Тх2.

Как описано выше, переменный ток может иметь частоту в широком диапазоне, обычное рабочее значение составляет порядка 2 кГц. Действие этого переменного тока сравнительно низкой амплитуды состоит в том, чтобы вызвать колебание средней плоскости, определяемой координатами 2, 3, относительно геометрической средней точки вдоль продольной оси, определяемой между средними точками двух катушек. Другими словами, плоскость, содержащая магнитный нуль, колеблется или качается взад и вперед по маленькой пространственной области с частотой переменного тока.

На фиг. 2 показана схема для обеспечения противоположно направленных полей постоянного тока, объединенных с полями переменного тока. Величину емкости конденсатора C1 выбирают для создания резонанса с индуктивностью катушек Тх1 и Тх2 на частоте возбуждения переменного тока. Каждая из этих катушек имеет сопротивление 6 Ом и индуктивность 100 миллигенри. Типичное значение для конденсатора составляет 0,1 мкФ. Конденсатор C2 выбирают таким образом, чтобы он вел себя как цепь короткого замыкания на частоте возбуждения переменного тока. Обычное значение для этого конденсатора составляет 22 мкФ. Источник электропитания постоянного тока обычно обеспечивает
напряжение 30 вольт при силе тока 3 ампера, а источник переменного тока обычно обеспечивает переменный ток с частотой 2 кГц при напряжении 2 вольта среднеквадратичного значения.

На фиг. 3 показано, каким образом намагничивание одного магнитного элемента изменяется с течением времени в различных местоположениях в пределах конфигурации магнитного поля, определяемой катушками Тх1 и Тх2. Для простоты колебание плоскости, содержащей магнитный нуль, представлено стрелкой 4, причем экстремальные местоположения плоскости представлены пунктирными линиями 5 и 6, соответственно, а средняя точка между ограничивающими плоскостями 5 и 6 представлена пунктирной линией 7. В правой части прикладываемое поле переменного тока показано изменяющимся со временем между положительным (H+) и отрицательным (H-) значениями поля. Под графиком прикладываемого поля переменного тока имеются пять графиков, изображающих, каким образом изменяется результирующая намагниченность магнитного элемента со временем в каждом из пяти геометрических положений, показанных с левой стороны значениями "Положение 1", "Положение 2" и так далее. Плоскости 5 и 6 определяют пределы участков, в которых происходит изменение на обратные полярности магнитного поля. На практике разделение между плоскостями 5 и 6 обычно составляет примерно 1 мм. Для данного магнитного материала это расстояние можно по желанию увеличивать или уменьшать в определенных пределах посредством изменения амплитуды переменного тока и/или величины постоянного тока в катушках.

В любое время магнитный элемент имеет линейную магнитную ось, которая ортогональна плоскостям 5,6 и 7.

В положении 1 конец магнитного элемента находится рядом с плоскостью 6. В этом состоянии на него все время действует положительное магнитное поле и его результирующая намагниченность не зависит от времени. В положении 2 передний конец элемента достигает средней плоскости 7. Однако, большая часть магнитного материала все еще остается за пределами ограничивающей плоскости 6. В результате этого нулевая плоскость оказывается способной взаимодействовать только с частью магнитного материала, давая изменяемую во времени результирующую намагниченность, имеющую показанную картину повторения, т.е. участок положительного значения в виде прямой линии, за которым следует обычно синусоидальная дуга, которая опускается по направлению к нулю, а затем возрастает до своего первоначального положительного значения.

В положении 3 магнитный материал располагается симметрично относительно средней плоскости 7. Здесь график зависимости результирующей намагниченности от времени состоит из синусоидальной волны, частота которой соответствует частоте прикладываемого поля переменного тока. В положении 4 на большую часть магнитного элемента все время оказывает воздействие отрицательное поле, хотя на маленькую часть элемента действуют изменения полярности на противоположные. Это дает показанный на рисунке график зависимости результирующей намагниченности от времени. То, что положение 4 фактически представляет обратный процесс положению 2, отражается на соотношении между графиками намагниченности для этих двух положений. Как можно видеть, график для положения 4 действительно представляет зеркальное изображение графика для положения 2, но со сдвинутыми по времени изогнутыми участками.

И наконец, в положении 5 весь маркер подвергается воздействию отрицательного поля, и никакая часть маркера не подвергается воздействию поля обратной полярности. После этого результирующая намагниченность не изменяется во времени, оставаясь постоянным отрицательным значением, как показано на рисунке.

Когда маркер, содержащий такой магнитный элемент, пропускается вдоль оси катушки через участок нулевого поля, он вначале полностью насыщается магнитным полем постоянного тока. Затем он кратковременно пройдет по своей петле магнитного гистерезиса по индукции при прохождении через участок нулевого поля. И наконец он снова становится насыщенным. Участок прохождения, на котором магнитный материал является "активным", т.е. подвергается магнитным изменениям, маленький и определяется амплитудой поля постоянного тока, амплитудой поля переменного тока и характеристиками магнитного материала. Этот участок легко можно сделать менее 1 мм по протяженности. Если уровень переменного поля оказывается гораздо ниже требуемого для насыщения магнитного материала маркера, то маркер будет вырабатывать гармоники сигнала переменного тока, когда он входит в участок нулевого поля (Положения 1-2) и реагирует на изменяющееся поле. Когда маркер находится на узком участке нулевого поля (Положение 3), маркер перейдет на линейную часть своей петли магнитного гистерезиса по индукции и взаимодействует посредством повторного излучения только основной частоты опроса. Затем, когда маркер выйдет из участка нулевого поля (Положения 4-5), он снова испускает гармоники частоты поля опроса.

Катушка приемного устройства (R_x), расположенная таким образом, чтобы реагировать на поля, создаваемые на участке нулевого поля, но которая не имеет непосредственного соединения с катушками опросчика (Т_x), принимает только эти сигналы. Такое устройство можно сформировать путем использования отдельных катушек Т_x и R_x, расположенных таким образом, чтобы взаимная связь была низкой, или посредством использования одной катушки (имеющей функции обеих катушек Т_x и R_x), вместе с соответственной фильтрацией в трактах катушек Т_x и R_x. Изменение этих сигналов во времени, когда признак проходит вдоль оси катушки, дает четкую индикацию прохождения концов магнитного материала через участок нулевого поля.

Результат взаимодействия маркера с магнитным полем, действию которого он подвергается, показан на фиг.3в. Здесь участок 4, по которому колеблется магнитный нуль, показан в меньшем масштабе, а пронумерованные точки представляют положения средней точки маркера в каждом из положений 1-5. Вырабатывание сигнала гармоники маркером (показанного второй гармоникой прикладываемой частоты) появляется в положениях, где маркер входит в участок, определяемый ограничивающими плоскостями 5 и 6, т.е. зоной, где происходит изменение полярности магнитного поля на обратную. Вследствие симметрии системы один магнитный элемент вырабатывает двойной выброс 8а и 8в, поскольку положения 2 и 4 статически неопределимы.

На фиг. 4 показаны силовые линии (т.е. магнитные контуры) для простого стержневого магнита. Плоскость X-Y, которая пересекает продольную ось стержневого магнита и которая является ортогональной плоскости бумаги, составляет магнитную нулевую плоскость. Таким образом, магнитный элемент, обладающий чувствительной магнитной осью, расположенной ортогонально относительно нулевой плоскости, находится в магнитном нуле, когда он проходит либо по тракту A-B, либо по тракту C-D. Следовательно, простой стержневой магнит можно использовать в качестве части системы опроса для обнаружения наличия такого магнитного маркера или для считывания информации, находящейся на маркере.

Вырабатывание сигнала второй гармоники может составлять основу системы обнаружения маркера. Если вместо только одного магнитного элемента маркер включает линейную последовательность из n магнитных элементов, выходной сигнал второй гармоники маркера содержит n двойных выбросов, каждый из которых аналогичен показанному на фиг. 3в. Если размер и магнитные характеристики всех магнитных элементов одинаковые, то выбросы имеют одинаковый профиль, и каждый выброс определяет огибающую постоянной площади. Промежуток между отдельными магнитными элементами оказывает влияние на взаимные местоположения двойных выбросов на графике зависимости амплитуды от времени. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается использованием таких только что описанных простых маркеров. Использование магнитных элементов различных размеров и магнитных характеристик и с неравномерными промежутками по длине магнитного маркера вырабатывает более сложные конфигурации сигналов, которые, тем не менее, представляют характеристику данной конструкции маркера. Посредством изменения количества, магнитных характеристик и расположений магнитных элементов можно изготавливать очень большое количество магнитных маркеров, каждый из которых со своими собственными уникальными характеристиками, которые соответственно вырабатывают уникальный сигнал.

Следует также понимать, что изобретение не ограничивается наблюдением второй гармоники прилагаемого поля переменной частоты, эта конкретная гармоника выбрана для иллюстрации, поскольку сравнительно легко генерировать сигнал передачи (выходной сигнал Т_x), в котором отсутствует (или имеется очень маленькая) вторая гармоника, позволяя таким образом осуществлять хорошее различие между сигналом Т_x и откликом маркера, и поскольку она также содержит сравнительно высокую пропорцию суммарной выходной энергии гармоник от маркера.

На фиг. 5 показано схематически устройство считывания признаков, содержащее постоянный магнит 10 и катушку 11, расположенную рядом с одной лицевой стороной магнита. В этом варианте маркер, который подлежит считыванию, можно пропускать по пути C-D через катушку 11 или по пути A-B над катушкой. Маркеры должны быть ориентированы таким образом, чтобы их магнитная ось располагалась на линии перемещения маркера. Плоскость магнитного нуля показана позицией 12.

На фиг.6 показано использование двух постоянных магнитов, расположенных таким образом, что их магнитные оси расположены на одной прямой и одинаковые полюса расположены напротив друг друга. Такое устройство вырабатывает нулевую плоскость 13, а требуемое направление перемещения маркера (метки) показано стрелками 14. И здесь магнитную ось маркера следует совмещать с направлением перемещения.

На фиг. 7 показана простая реализация головки считывания признака, используя множество постоянных магнитов для вырабатывания плоскости магнитного нуля. Десять ферритовых магнитов с полимерным соединением расположены в виде кольцевой последовательности, одинаковые полюса обращены внутрь. Общая катушка передачи-приема L1 расположена внутри кольца магнитов. Маркер (метка) считывается, когда он проходит через нулевую плоскость в центре кольца магнитов.

На фиг. 8 показан один вариант реализации блока опроса. Блок опроса содержит одну катушку L1, выполняющую как функцию катушки передатчика (Т_x), которая вырабатывает требуемую конфигурацию магнитного поля, так и функцию катушки приемника (R_x). В блоке, в качестве основы для обнаружения-идентификации маркера (метки) используется вторая гармоника выходного сигнала. Элементы схемы C1 и L2 образуют резонансную ловушку на частоте 2f для снижения сигналов на этой частоте на выходе Т_x до очень низкого уровня, конденсатор C2 резонирует с катушкой L1 на частоте f, а конденсаторы C3, C4 и катушки L1 и L3 образуют фильтр для пропускания желательных сигналов от метки на частоте 2f, подавляя сигналы на передаваемой частоте f.

Выходной сигнал, получаемый из блока, проходит через фильтр нижних частот на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и далее на процессор цифрового сигнала. Эти элементы и, в частности, процессор сигнала соответствуют предполагаемому применению блока опроса. Характер обработки сигнала и средство, с помощью которого она выполняется, являются обычными.

На фиг. 9 показана основная конструкция соответствующих изобретению магнитных маркеров (меток). На фиг.9а показан маркер 100, который содержит поддерживающую среду 101 (например, бумагу или пластмассовый материал) и линейную последовательность активных в магнитном отношении участков 102, 103, 104, 105 и 106. Каждый активный магнитный участок образован из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью (например, материал "Вакуумшмелтце 6025"), магнитная ось которого расположена вдоль длины маркера (метки). Каждая площадка имеет размер примерно 10 мм² и с помощью клеящего вещества прикреплена к подложке 101.

Площадки 101-105 имеют идентичные размеры и магнитные свойства и равномерно разнесены друг от друга с одинаковыми зазорами 110, 111 и 112. Однако, зазор между площадками 105 и 106 больше, как будто опущена одна площадка в положении, показанном пунктирными линиями 113.

Маркер 100 ведет себя как шестиразрядный признак, закодированный числом 111101 (где ноль представляет площадка 113).

Функционально эквивалентный маркер 120 образован из подложки 121, на которой расположены магнитные элементы 122-126 и имеют "промежуток" 127. В этом варианте магнитные элементы имеют форму полосок или проволочек магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью (например, материал "Вакуумшмелтце 6025"), обычно имеющих длину порядка 5 мм, ширину 1 мм и толщину примерно 15 микрон.

На фиг. 9b показана альтернативная конструкция шестиразрядного пластинчатого маркера 130. Этот маркер закодирован числом 111101, как и на фиг.9a. Здесь непрерывный слой или отрезок магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью 131 (в форме проволоки, полоски, тонкой пленки или фольги) и подложка 133 имеют проложенный между ними слой магнитного смещения 132. Слой смещения намагничивается на заранее определенных площадках, которые оказывают влияние на вышележащий материал с высокой магнитной проницаемостью для вырабатывания активных в магнитном отношении участков, показанных позициями 134, 135, 136, 137 и 138. Участок 139 не активный и, таким образом, составляет магнитный нуль. При считывании блоком опроса выходной сигнал, вырабатываемый признаками 100, 120 и 130, будет таким, как показано на фиг.9d.

На фиг.9c показан более сложный маркер (метка). Здесь имеется серия параллельных линейных рядов активного в магнитном отношении материала, создающая матрицу 4х4, где активный в магнитном отношении материал может присутствовать (кодирование в виде "1") или отсутствует (кодирование в виде "0").

На фиг. 10 показан общий вид устройства из трех комплектов катушек для хирургических применений. Все три комплекта катушек взаимно ортогональны и определяют полость, в которой можно расположить голову 200 пациента. Первый комплект катушек содержит катушки 201a и 201b, второй комплект содержит катушки 202а и 202b и третий комплект содержит катушки 203a и 203b. Два хирургических зонда 204 и 205 схематически показаны внутри черепа пациента. Каждый зонд имеет на своем отдаленном конце магнитный маркер 206, 207 типа описанных выше со ссылкой на фиг. 9. Вследствие того, что требуется магнитный элемент маркера только для обеспечения информации о его наличии, а не для содержания обширных данных, предпочитают сравнительно простые маркеры. Достаточным оказывается один магнитный элемент из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью на кончике зонда. Катушки приводятся в действие описанным выше способом. С помощью настоящего изобретения можно определять местоположения концов зондов с высокой точностью и, таким образом, выполнять искусные хирургические процедуры с высокой точностью и минимальным повреждением здоровой ткани.

Claims

1. Способ определения положения магнитного элемента или относительных положений двух или более магнитных элементов на метке, причем магнитный(ые) элемент(ы) имеет(ют) нелинейные магнитные свойства и предпочтительную ось намагничивания, отличающийся тем, что прикладывают магнитное поле к зоне опроса, в которой расположен(ы) магнитный(е) элемент(ы) или ожидают его(их) расположение, причем магнитное поле генерируют с помощью средства генерирования магнитного поля, расположенного независимо от магнитного(ых) элемента(ов), при этом магнитное поле существует в пределах первой области зоны опроса, в которой составляющая магнитного поля в первом направлении равна нулю, причем в областях, примыкающих к первой области, составляющая магнитного поля в первом направлении является достаточной для насыщения магнитного(ых) элемента(ов) или части магнитного(ых) элемента(ов) и, кроме того, указанное первое направление совпадает или может совпадать с предпочтительной осью намагничивания магнитного элемента или каждого магнитного элемента, обеспечивают относительное перемещение между магнитным полем и магнитным элементом в направлении предпочтительной оси намагничивания магнитного(ых) элемента(ов) таким образом, что, по меньшей мере, часть магнитного элемента или каждого магнитного элемента по очереди становится магнитно насыщенной и затем входит в указанную первую область, определяют магнитный отклик магнитного элемента или каждого магнитного элемента во время относительного перемещения и определяют положение магнитного элемента или относительные положения магнитных элементов на основании времени возникновения магнитного отклика или каждого магнитного отклика.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первая область расположена смежно с областями, где имеется магнитное поле, достаточное для насыщения магнитного элемента или его части.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что первая область находится в плоскости и насыщающее магнитное поле генерируют рядом с этой плоскостью.

4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что осуществляют качание назад и вперед первой области в пределах части зоны опроса.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что относительное перемещение осуществляют посредством пересечения магнитным элементом зоны опроса.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что относительное перемещение создают путем качания прикладываемого магнитного поля над магнитным элементом.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что магнитный элемент выполняют удлиненным, а направление нулевого поля магнитного поля проходит вдоль главной оси магнитного элемента во время относительного перемещения.

8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что магнитный элемент выполняют в виде тонкой пленки или фольги, а направление нулевого поля магнитного поля создают на одной прямой с осью магнитной чувствительности пленки или фольги во время относительного перемещения.

9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что магнитное поле создают приложением к упомянутой области двух магнитных полей противоположной полярности.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что приложение двух магнитных полей осуществляют путем использования одной или более катушек, по которым течет постоянный ток.

11. Способ по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что магнитное поле создают посредством использования одного или более постоянных магнитов.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что по катушке или катушкам пропускают ток по существу постоянной величины.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что по катушке или катушкам пропускают ток, величину которого изменяют с заранее определенным циклом так, что вызывают колебание положения первой области определенным образом.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что постоянный магнит или магниты снабжают катушкой или катушками, по которым пропускают ток, величину которого изменяют в соответствии с заранее заданным циклом так, что вызывают колебания положения первой области определенным образом.

15. Способ по любому из пп.1 - 14, отличающийся тем, что относительное перемещение осуществляют приложением переменного магнитного поля к магнитному элементу.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что относительное перемещение между магнитным полем и магнитным элементом осуществляют приложением переменного магнитного поля сравнительно низкой амплитуды, наложенным на поле постоянного тока.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что величину частоты переменного магнитного поля сравнительно низкой амплитуды выбирают в диапазоне от 10 Гц до 100 кГц.

18. Способ по любому из пп.1 - 17, отличающийся тем, что при детектировании магнитного отклика магнитного элемента наблюдают гармоники, которые вырабатываются магнитным элементом из прикладываемого поля переменного тока, когда изменяется его состояние намагничивания при прохождении через магнитный нуль.

19. Способ определения местоположения объекта, отличающийся тем, что прикрепляют к объекту магнитный элемент в виде маленькой полоски магнитного материала, имеющего нелинейные магнитные свойства и предпочтительную ось намагничивания, прикладывают магнитное поле к зоне опроса, в которой расположен(ы) магнитный(ые) элемент(ы) или ожидают его (их) расположение, причем магнитное поле генерируют с помощью средства генерирования магнитного поля, расположенного независимо от магнитного(ых) элемента(ов), при этом магнитное поле существует в пределах первой области зоны опроса, в которой составляющая магнитного поля в первом направлении равна нулю, причем в областях, примыкающих к первой области, составляющая магнитного поля в первом направлении является достаточной для насыщения магнитного(ых) элемента(ов) или части магнитного(ых) элемента(ов), и, кроме того, указанное первое направление совпадает или может совпадать с предпочтительной осью намагничивания магнитного элемента или каждого магнитного элемента, обеспечивают относительное перемещение между магнитным полем и магнитным элементом в направлении предпочтительной оси намагничивания магнитного элемента так, что, по меньшей мере, часть магнитного элемента становится магнитно насыщенной и затем входит в указанную первую область, определяют отклик магнитного элемента и вычисляют местоположение объекта на основании магнитного отклика и на основании известных магнитных параметров приложенного поля и маленькой полоски магнитного материала.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что осуществляют многократное пересечение магнитным полем магнитного материала путем приложения высокочастотного магнитного поля опроса низкой амплитуды к упомянутой области.

21. Способ по п.19 или 20, отличающийся тем, что магнитное поле формируют тремя комплектами источников взаимно ортогональных магнитных полей и затем вычисляют для каждого сканирования местоположение центра гармоники выходного сигнала, исходя из магнитного материала.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что три ортогональных комплекта катушек непрерывно возбуждают, при этом создают непрерывно вращающееся направление поля, которое охватывает интересующий объем управляемых качания заранее определенной ширины.

23. Способ кодирования и/или маркирования отдельных изделий в определенной группе изделий с помощью данных, характеризующих изделия, например стоимость изделия и/или вид товаров, составляющих изделие, отличающийся тем, что наносят на каждое изделие магнитную метку или маркер, имеющие заранее определенное расположение магнитных зон, уникальных для данного изделия или для данного изделия и других изделий, имеющих аналогичную характеристику, например стоимость изделия и/или вид товаров, составляющих изделие, причем магнитная метка или маркер восприимчивы к опросу, согласно способу по п.1, для выработки отклика, указывающего магнитные свойства маркера или метки и, следовательно, указывающего вид изделия, на котором находится маркер или метка.

24. Способ суммирования данных, например цен, от комплекта отдельных изделий, на каждом из которых находится магнитный маркер, восприимчивый к опросу в соответствии со способом по п.1, причем на маркерах расположены данные, представляющие специфическую характеристику, например стоимость изделия, к которому они прикреплены, отличающийся тем, что осуществляют перемещение комплекта изделий через зону опроса, причем выполняют операции способа по пп.21 и 22 и обрабатывают сигналы, принимаемые во время упомянутого способа, для выполнения требуемого суммирования отдельных значений данных.

25. Устройство для считывания магнитной метки, отличающееся тем, что содержит множество постоянных магнитов, расположенных по кольцевой матрице вокруг зазора, через который проходит подлежащая считыванию метка, причем полюса постоянных магнитов расположены так, что каждый из магнитов имеет свой полюс одной полярности, например северный, расположенный на внутренней стороне кольцевой матрицы, а полюс противоположной полярности, например южный, расположен на внешней стороне кольцевой матрицы, и катушку, расположенную соосно с кольцевой матрицей рядом с постоянными магнитами.

26. Устройство по п.25, отличающееся тем, что постоянные магниты представляют собой ферритовые магниты, связанные полимерным веществом.

27. Магнитная метка или маркер, отличающаяся тем, что содержит подложку, на которой расположено множество дискретных магнитно активных областей, расположенных в одной или более линейных матрицах, причем магнитно активные области образованы из тонкой пленки или материала спин-расплава, в которой тонкая пленка или материал спин-расплава имеют предпочтительную ось намагничивания, которая расположена на одной прямой в линейной матрице или в каждой линейной матрице.

28. Метка по п.27, отличающаяся тем, что магнитно активные области, или промежутки между магнитно активными областями, либо и те и другие являются неодинаковыми.

29. Метка по п.27 или 28, отличающаяся тем, что дискретные магнитно активные области образованы из непрерывного участка способного намагничиваться материала, дискретные области которого намагничиваются и создают промежуток или промежутки между магнитно активными областями.