SE501335C2 - Anordning för identifiering av föremål - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 501 335 2 I US 4 023 167 (Wahlström 1977) används pulsad HF-effekt vid varierande frekvens för att avläsa en tryckt platta med reso- natorer. Genom pulsningen är sändaren avstängd under mottag- ningsintervallen men pulsningen orsakar också transienter som stör. Ett äldre patent med tryckta kretsar är US 3 671 721 (Hunn 1972) som dock är mindre detaljerat med avseende på signalbehandling. Inget av dessa två diskuterar svårigheten att kombinera användbar räckvidd för ett bredbandigt system med låg utstrålning och inte heller anges några metoder för att öka packningstätheten så att praktiskt intressanta infor- mationsmängder ryms (>109). I US 4 209 783 (Ohyama m fl 1980) används signalanpassade filter för att kunna packa passiva resonatorer tätare men däremot avser patentet kristallresona- torer och ingen frekvensmodulation används. Det senare an- vänds däremot i US 4 356 477 (Vandebult 1982) för att öka detekteringssäkerheten men eftersom en olinjär dektering (amplitud- eller fasdetektering) används och eftersom ingen filtrering ingår mellan detektorerna torde en dålig känslig- het fås. En motkopplad spole används i US 4 251 808 (Lichtblau 1981) men i första hand för att isolera sändar- och mottagarspolarna från varandra och för att undertrycka yttre störningar.

Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att uppnå en särskilt god känslighet och därmed detektionssäkerhet. Detta uppnås enligt uppfinningen vid en anordning för identifiering av föremål av det slag som är angivet i ingressen till krav 1, därigenom att den företer de särdrag som är angivna i den kännetecknande delen av krav 1.

Etiketten innehåller ett antal resonatorer och påverkas av ett magnetfält vars frekvens sveps kontinuerligt under sam- tidig modulation av frekvens och/eller amplitud. Modulationen sprider effekten över grovt sett samma frekvensband som mot- svarar bandbredden hos en resonator. Under de tidsintervall då bärvågens frekvens är nära resonans för en av resonatorer- na kan ett svar fångas upp av en mottagare via en mottagar- 10 15 20 25 30 35 3 501 355 spole. Genom att resonatorn är smalbandig påverkas modulatio- nens olika sidoband olika och mottagarens signalbehandling framhäver ett svar från en resonator jämfört med inre och yttre störningar. Svepet gör att varje resonator orsakar en puls och hela etiketten orsakar ett pulståg under sveptiden.

Svep och modulation styrs så att pulstàget blir "normerat" och olika etiketter skiljs genom att pulstågets mönster blir olika. Metoden med ett kontinuerligt svep gör att systemet blir tolerant mot uniforma förskjutningar av resonatorernas resonansfrekvenser, t ex på grund av varierande materialegen- skaper. Eftersom systemet är bredbandigt (>l oktav) är ut- formningen av sändarspolen viktig för att uppnå tillräcklig räckvidd trots att strömmen i sändarspolen begränsas av myn- dighetskrav på tillåten utstrålning. Olika arrangemang av motverkande slingor används för att ge starkt magnetfält i förhållande till strålningsfältet.

Uppfinningen skall nu beskrivas i utföringsexempelform i an- slutning till de bifogade figurerna. Fig. l visar ett prin- cipiellt schema över den allmänna principen för signalbehand- lingen. Fig. 2 visar ett mer detaljerat kopplingsschema. Fig. 3 visar ett blockschema med en detekteringsmetod över två sidband. Fig. 4 visar visardiagram för signaler då den utsän- da signalen har två sidband: då den mottagna signalen blandas med den utsända uppstår frekvensen Zxfm men tonen balanseras vanligen bort. En resonator med bandbredden Zxfm och fo = fæs gynnas av detekteringsmetoden. Fig. 5 visar ett spolsystem med stor, enkel mottagarspole. Fig. 6 visar en principiell koppling för ett långsträckt spolarrangemang med dubbelt mot- kopplad sändarram och enkel mottagarram. Etiketten förutsätts passera längs ramen och i jämnhöjd med denna.

Principen för signalbehandlingen kan illustreras av fig. 1 som visar en sändare i HF-området (t ex en 5-30 MHz), vars frekvens sveper samtidigt som den moduleras sinusformigt med frekvensmodulation. Modulationens bredd (frekvenssving) är av samma storleksordning som en resonators bandbredd som kan 10 15 20 25 30 35 501 335 4 vara 1%. Sändarspolen omger sig med ett magnetfält på nära håll men genom sina två motriktade halvor enligt fig. 1 blir strålningsfältet förhållandevis svagt. Etiketten exciteras av magnetfältet, och svephastigheten är så låg att en resonator hinner svänga igång medan sändarfrekvensen fortfarande är nära resonatorn. Om resonatorns frekvens är fr och dess Q- värde är Q kan detta uttryckas så att det skall ta minst Q/4 st perioder att ändra bärfrekvensen fr/Q. Modulationsfrekven- sen kan exempelvis väljas så att några perioder av den hinner förflyta under samma tid. En mottagarspole fångar upp ett svar från en ev resonator i närheten och detta blandas med litet av den utsända signalen. Det är naturligtvis även möj- ligt att blanda den med en modifierad upplaga av den utsända signalen. Olika läcksignaler mellan sändare och mottagare kommer att göra att man även utan resonator får ut en hel del ur blandaren. Bl a finns en långsamt varierande "likström" och en signal som varierar i takt med modulationsfrekvensen.

Om det emellertid finns en resonator i närheten kommer även högre övertoner att kunna detekteras och både den andra och tredje tonen är typiska för en resonator om en ren sinusmodu- lation används. Den eller de toner som skall användas filtre- ras ut och förstärks, och för att undvika överstyrning bör modulationens grundton elimineras med ett spärrfilter. Efter en koherent detektor (ringmodulator) kan signalen nära den önskade övertonen filtreras ut och förstärkas. Vissa läcksig- naler finns fortfarande kvar i form av en relativt långsamt varierande signal över svepet. På grund av svephastigheten och resonatorernas Q-värde vet man rätt väl hur långa puls- svaren bör bli, och ett lagom brett bandpassfilter kommer därför att framhäva resonatorernas svar ordentligt. För att öka detekteringssäkerheten är det möjligt att bearbeta mer än en överton parallellt och det är också möjligt med en icke sinusformad modulation.

Fig. 2 visar ett mer praktiskt anpassat blockschema där bl a svepet sker proportionellt (ett visst antal % per tidsenhet) så att alla resonatorerna ger lika långa svar även om svepet 10 15 20 25 30 35 s 501 335 är flera oktaver. En återkoppling ser också till att svepet blir noggrant definierat för att underlätta utvärderingen.

Såväl modulationsbredd som förstärkning styrs under svepet och man kan på så sätt normera pulståget efter en testeti- kett, som mäts då och då. Däremot är modulationsfrekvensen konstant i fig. 2 för att underlätta filtreringen av signa- lerna. En analys av svaren från etiketten visar att svarets varaktighet blir ca 2-3 gånger kortare när man tittar på övertonerna jämfört med varaktigheten hos hela svaret. Man kan följaktligen packa resonatorernas frekvenser motsvarande tätare vilket är av betydelse då resonatorer med förhållande- vis lågt Q används. Ett Q-värde i området 50-100 är rimligt för en tryckt resonator på HF-området. Ett flertal metoder att filtrera och modulera är tänkbara för att optimera band- bredderna. Signalbehandlingen för att omvandla det analoga pulståget till ett binärt är utelämnad i fig. 2 men bl a innehåller den en känslighetsanpassning för att kunna mäta pà olika avstånd. En begränsning av antalet använda kombinatio- ner är också lämplig för att bygga in en feldektering.

Fig. 3 visar ett annat modulationsförfarande där en kombina- tion av frekvens- och amplitudmodulation används för att be- gränsa den utsända effekten till tre frekvenser på en gång (bärfrekvens plus/minus modulationsfrekvensen) för att mini- mera den använda bandbredden och även minska störningen från tilliggande resonatorer under avläsningen. Modulationsfrek- vensen varierar här i proportion till bärfrekvensen för att optimera signalen i förhållande till resonatorernas band- bredd. Enligt fig. 4 kan funktionen i detta fall illustreras med ett visardiagram, där andra tonen framhävs för smalbandi- ga resonatorer.

Med termen “frekvensmodulation" som hittills använts avses även fasmodulation som ju signalmässigt är detsamma- Såväl den praktiska utformningen som parametervalet kan dock variera. 10 15 20 25 30 501 335 e Räckvidden är beroende av ett antal parametrar varav flera är oberoende av signalbehandlingen men i den angivna metoden används en liten bandbredd (exempelvis jämfört med pulsade system) som gör att såväl yttre som inre störningar under- trycks. För funktionen är det vidare viktigt att resonatorer- na är ensamma om att ha högt Q-värde (eller vara smalbandiga på HF-sidan) så att både sändarspole och mottagarspole måste göras bredbandiga och möjligast fria från parasitresonanser såväl inom sändarens frekvensband som för de övertoner till sändarfrekvensen som kan förekomma. I system med ett litet antal resonatorfrekvenser (typ stöldlarm) används ofta en avstämd mottagarspole för att öka känsligheten men det är i allmänhet inte möjligt här. Fig. 5-6 visar två tänkbara spol- arrangemang med sammanbyggd sändar- och mottagarspole.

Sändarspolen har två eller flera motriktade delar för att medge förhållandevis stor ström trots att utstrålningen hålls nere. Magnetfältet nära spolen ger då en acceptabel excite- ring av etiketten. Sändarspolens storlek är ej kritisk, men mottagarspolen bör vara ungefär lika stor som den önskade räckvidden. Förutom räckvidden är etikettens orientering av betydelse. I många tillämpningar kommer etiketterna "åkande" på samma sätt men det kan också vara nödvändigt att eliminera detta beroende. Genom att använda två vinkelräta fält med 90° fasvridning kan större oberoende fås utan att behöva mäta konsekutivt i de två riktningarna. Eftersom spolarnas geo- metri blir beroende av användningen kommer den att variera för olika tillämpningar. Ett krav av stor praktisk betydelse är att utforma spolarna så att de blir bredbandiga för att undvika att störningar alstras. I systemets princip ligger att etiketternas resonatorer med god marginal skall ha högst Q-värde.

Claims (12)

501 335 Patentkrav

1. Anordning för identifiering av föremål. där i varje före- mål ingår ett flertal passiva resonanskretsar med var sin resonansfrekvens, en sändare. anordnad att via en sändar- antenn utsända ett högfrekvent magnetfält. samt anordnad att kontinuerligt svepas över ett frekvensband. innehållande de nämnda resonansfrekvenserna. samt att till frekvens och/eller amplitud moduleras med en modulationsfrekvens. en mottagare försedd med en mottagarantenn och detektororgan anordnade att emottaga en från resonanskretsarna utgående signal samt att därur detektera en genom sändarens modulering i en resonans- krets alstrad övertonssignal till modulationsfrekvensen, k ä n n e t e c k n a d av att i mottagaren ingår en linjär blandare, anordnad att tillföras dels en signal från mot- tagarantennen, dels en från sändaren via en fasvridare hämtad och mot dess utsända signal svarande blandningssignal. var- igenom undertryckes sådana signaler som ej härrör från resonanskretsarna.

2. Anordning enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att modulationen är en sinusformig frekvensmodulation.

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att modulationen är en triangelformig frekvensmodulation.

4. Anordning enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att en kombination av frekvens- och amplitudmodulation används så att endast två eller fyra sidband till bärvågen finns.

5. Anordning enligt något av krav 1-4. k ä n n e t e c k - n a d av att mer än en kanal filtreras ut efter första blandaren och att dessa kanaler detekteras en andra gång med varsin överton till modulationsfrekvensen eller varsin kom- bination av övertoner till modulationsfrekvensen, varvid kanalerna detekteras senare separat och ökar säkerheten mot störningar och andra ofullkomligheter. 501 335

6. Anordning enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att frekvenssvepet styrs exponentiellt (fast antal 2 per tids- enhet) och modulationens bandbredd styrs på motsvarande sätt.

7. Anordning enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att förstärkningen styrs under frekvenssvepet så att alla resona- torer nominellt ger samma amplitud. varvid en testresonator kan ingå för periodisk och automatisk kalibrering.

8. Anordning enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att minst en av etikettens resonatorer har en fix nominell frek- vens och används för kalibrering så att en uniform ändring av resonatorernas frekvenser kan kompenseras bort. varvid högsta och lägsta frekvens är lämpliga att använda.

9. Anordning enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att en av kalibreringsresonatorerna är betydligt större än de övriga och används för att starta förloppet.

10. Anordning enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att antalet resonatorer är samma på alla etiketter för att minska risken för felavläsningar och för att justera förstärkningen så att alla resonatorerna kommer med.

11. ll. Anordning enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att sändarantennen är motkopplad och strömmen begränsad så att krav på tillåten utstrålning innehålles.

12. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att två sändarantenner är vridna 90° i förhållande till var- andra och även matas 90° ur fas varigenom fälten blir mer riktningsoberoende och tolerant mot olika riktningar på etiketten.