SE502894C2 - Elekronisk varuövervakningsanordning och märkanordning - Google Patents

Description

502 894 10 15 20 25 30 35 2- ökningen av lutningen medför alstring av övertoner av högre ordningstal, som har tillräckligt stor amplitud för att kunna detekteras enkelt, är därigenom förbättrad urskiljning i förhållande till störningar som induceras i magnetfältet av vanliga föremål i övervakningskontroll- omrádet möjlig. I samma syfte har man i tidigare kända system provat drift vid relativt höga frekvenser och/eller med starka infallande fält, varvid man i det senare fallet i allmänhet utnyttjar smala övervakningskontrollom- råden för att begränsa avståndet från markör till antenn.

Dessa försök har emellertid inte lett till magne- tiska markörer, som producerar varumarkeringar, som under inverkan av en avfrågning från övervakningsfältet åstadkommer en signal, vilken är tillräckligt unik för att markören inte skall efterliknas av åtminstone vissa vanliga varor. Vissa provexemplar med nickelplätering har visat sig producera signaler under inverkan av sådana magnetfält, vilka signaler ger upphov till falska alarm i system som är anordnade att selektivt reagera på markö- rer som innehåller permalloy som sitt magnetiska material.

I ett tidigare känt system av magnettyp utföres passiveringen av en magnetisk markör genom att man i denna inkluderar en första och en andra komponent, som består av olika magnetiska material och som är separata och åtskilda, varvid den första tjänar till att alstra den detekterbara signalen och den andra till att maskera och göra den första delen overksam, när vissa markör- passiveringshändelser inträffar. Maskeringen sker vid en passiveringsstation och utförs genom att den samman- satta markören utsätts för ett magnetiskt fält av sådan styrka att den andra komponenten aktiveras.

Markören utsätts typiskt för ett magnetfält, vilket vid närvaro av markören i övervakningsområdet är anord- nat att alstra en utsignal, vilken indikerar ett larm- tillstånd, på grundval av reversering av den första markörkomponentens polaritet. När varan med markören befinner sig i ett godkänt utcheckningsområde, som 10 15 20 25 30 35 502 894 3 föregår övervakningsområdet, kan man à andra sidan passi- vera markören genom att placera denna i ett magnetfält av den typ som aktiverar den andra komponenten, vilket i sin tur ändrar den första markörkomponentens magnetiska svar.

En annan känd princip för markörpassivering bygger på iden att i en tryckt resonansfrekvensmarkörkrets bilda en smältbar länk, dvs ett parti med mindre tvärsnitt än det i den resterande tryckta markörkretsen och att bryta länken genom att utsätta markören för en ökad fältenergi, som är tillräckligt stor för att bryta län- ken. Eftersom markören hade resonansfrekvens för larmakti- vering före länkbrottet så blir den förändrad efter detta och passerar fritt igenom övervakningskontrollområ- det.

Passiveringsprinciperna för de beskrivna kända anordningarna har uppenbara nackdelar; den förra på grund av sitt behov av flera separata komponenter för aktivering respektive passivering av markören och den senare på grund av sitt behov av en smältbar länk i den tryckta markörkretsen.

Huvudändamàlet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förbättrat system, sätt och anordning för detektering av otillåten närvaro av markörer i ett övervakningskontrollområde och passivering av markörer på ställen före ingången till kontrollomràdet.

Ett mera speciellt ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en förbättrad passiveringsmetod och en förbättrad passiveringsanordning för magnetiska markörer i ett varuövervakningssystem.

Dessa och andra ändamål uppnås medelst en för ett elektroniskt övervakningssystem avsedd markör, vilken kan innefatta en enhetlig aktiv komponent, vilken är anordnad att under inverkan av infallande magnetisk energi bringa ett tillhörande varuövervakningssystem att avge en larmutsignal, varvid markören är anordnad att passiveras genom förändring av den aktiva komponen- 502 894 10 15 20 25 30 35 4 tens molekylära organisation utan behov av uppbrytning av komponenten eller förändring i dess kemiska sammansätt- ning.

Uppfinningen anvisar vidare ett sätt att passi- vera en varuövervakningsmarkör, exempelvis av den typ som har en aktiv komponent, vilken är anordnad att under inverkan av infallande magnetiska energi bringa ett tillhörande varuövervakningssystem att avge en larmutsig- nal, varvid sättet innefattar modifiering av den aktiva komponentens molekylära organisation.

Uppfinningen åstadkommer vidare ett elektroniskt varuövervakningssystem, vilket innefattar en varumarkör av den typ som innefattar en komponent, vilken är anordnad att under inverkan av infallande magnetisk energi bringa ett tillhörande varuövervakningssystem att avge en larm- utsignal, varvid markören är anordnad att passiveras genom förändring i den molekylära organisationen för dess aktiva komponent och varvid systemet innefattar sändningsorgan för upprättande av ett växlande magnet- fält i ett kontrollomràde av intresse, mottagarorgan för detektering av närvaron i detta kontrollomràde av en sådan markör om denna inte är passiverad och organ för passivering av markören genom förändring av dess molekylära organisation.

Markörens aktiva komponent väljs företrädesvis till att bestå av molekylärt oorganiserat, exempelvis amorft material, till exempel en metalltràd som erhålles direkt från snabbavkyld smält metall och som har de nedan angivna måtten. Markören används såsom en övervak- ningsanordning i det ohärdade tillståndet. Passiverings- steget innefattar att materialet organiseras molekylärt, exempelvis genom att åtminstone ett parti av komponenten görs kristallint. Det är önskvärt att passiveringssteget utförs genom att markördelens nämnda parti hålls vid en temperatur över komponentens kristalleringstemperatur och därigenom erhåller en koercitivkraft i det partiet som skiljer sig från dess tidigare koercitivkraft. 10 15 20 25 30 35 502 894 5 I en föredragen utföringsform modifierar markörpassi- veringsorganen i systemet enligt uppfinningen markörkompo- nentens molekylära organisation med hjälp av en elekt- risk strömförsörjning, vilken är anordnad att selektivt kopplas elektriskt till åtminstone ett parti av markörkom- ponenten och att åstadkomma en sådan strömnivà däri så att partiet hålls vid en temperatur över komponentens kristalliseringstemperatur och så att detta parti därige- nom erhåller en koercitivkraft vid kristalliseringen som skiljer sig från koercitivkraften för resten av komponenten. Strålningsenergi kan också utnyttjas vid detta passiveringsförfarande.

Alternativt har spänningar inducerats mekaniskt i markörens aktiva komponent, exempelvis genom glödgning av tråden i vridet tillstånd och tvångsmässig uträtning av denna efter kylning. Spänningsutlösande passivering innebär här frigöring av sådana kvarhållna mekaniska spän- ningar, exempelvis genom borttagande av tvånget på den aktiva komponenten. I detta fall kan passiveringsorganen överföra mekanisk kraft eller strålningsenergi till mar- körkomponenten.

I den speciellt föredragna magnetiska markören ingår ett magnetiskt material, vars reversering av den magnetiska polariteten sker på ett regenerativt sätt, så- som med en stor Barkhausendiskontinuitet i hysteresslin- gan. I en speciell utföringsform innefattar en sådan markör en kropp av magnetiskt material med en magnetisk hysteresslinga med en stor Barkhausendiskontinuitet, så att exponering av kroppen för ett externt magnetfält, vars fältstyrka i motsatt riktning mot riktningen för kroppens aktuella magnetiska polarisation överstiger ett förutbestämt tröskelvärde, resulterar i en regenerativ reversering av den magnetiska polarisationen. Ganska höga övertoner med enkelt detekterbar amplitud åstadkommes av markören, såsom visas och diskuteras nedan.

De föregående och andra ändamål och särdrag med uppfinningen kommer att framgå klarare av den följande 502 894 10 15 20 25 30 35 6 detaljerade beskrivningen av föredragna utföringsformer och utförande och av ritningarna, pá vilka samma hänvis- ningsnummer genomgående betecknar samma delar.

Fig l är en perspektivvy med bortbrutna partier och visar en typisk, tidigare känd magnetisk markör.

Fig 2 är en typisk hystereskurva, som illustrerar den i fig 1 visade markörens magnetiska egenskaper.

Fig 3 är en likadan vy som den i fig l, men visar en markör för passivering i överensstämmelse med före- liggande uppfinning.

Fig 4 är en hystereskurva som illustrerar den i fig 3 visade markörens magnetiska egenskaper.

Fig 5 är en perspektivvy och visar ett band av mag- netiskt material, som har behandlats på speciellt sätt för att åtminstone en Barkhausendiskontinuitet skall alst- ras i dess hysteresslinga och som representerar en annan utföringsform av passiveringsorganen i överensstämmelse med föreliggande uppfinning.

Fig 6 är en serie av fyra kurvor och visar pulssva- ret på yttre excitation från en markör, såsom den i fig 1, när denna är konstruerad av permalloy, vid fyra olika fältexcitationsnivåer.

Fig 7 är en serie av fyra kurvor av samma typ som de i fig 6, men avseende markören i fig l när denna är konstruerade av ett formbart, amorft "Metglasband" av metall.

Fig 8 är en serie av fyra kurvor av samma typ som de i fig 6 och visar i jämförande syfte svaret från en markör i överensstämmelse med uppfinningen pá samma fyra fältexcitationsnivàer.

Fig 9 är ett blockschema för den testutrustning som används för att alstra kurvorna i fig 6, 7, 8 och ll och 12.

Fig 10 är en serie av fyra spektrogram, frekvensinnehållet i den signal som erhålls från den 14 liksom spektrogrammen i fig 10, som visar tidigare kända markören, när denna utsätts för ett infal- lande fält med frekvensen 60 Hz och fältstyrkorna 48; 10 15 20 25 30 35 502 894 95; 191 och 358 A/m.

Fig ll är en serie av fyra spektrogram och visar frekvensinnehállet i den signal som erhålles från markö- rer enligt uppfinningen, när dessa utsättes för samma excitationsniváer som i fig 10.

Fig 12 är likadan som fig 10, men visar svaret från ett "Metglasband“ pá samma fyra excitationsnivàer.

Fig 13 är ett blockschema för en typisk anordning för upprättande av ett övervakningsfält och detektering av markörer enligt uppfinningen.

Fig 14 är en serie av tre kurvor och visar och jämför pulssvaret pà en yttre excitation vid en frek- vens av 20 Hz och en nivå av 95 A/m för permalloy, "Met- glas" och markörer enligt uppfinningen, vilka svar vid 60 Hz visas i fig 6, 7 och 8. ' Fig 15 är ett blockschema för en typisk elektronisk varuövervakningsanordning enligt föreliggande uppfinning.

Fig 16 är ett schema för en första utföringsform av passiveringsenheten för anordningen i fig 15, som visas tillsammans med en markör.

Fig 17 är ett schema för en andra utföringsform av passiveringsenheten för anordningen i fig 15, som åter visas tillsammans med en markör.

Fig 18 Visar en tredje utföringsform av passiverings- enheten för anordningen i fig 15, vilken enhet är avsedd att användas med markörer, som har genom spànningsinduc- erade magnetiska diskontinuiteter.

En typisk, tidigare känd markör, vilken allmänt betecknas med hänvisningsnummer 10, visas i fig 1 och består av en bärplatta ll och ett övre skikt 12, mellan vilka är anordnade och dolt ett band 13, vilket består av magnetiskt material med hög permeabilitet. Bärplattans 11 undersida kan vara täckt med ett lämpligt tryckkäns- lig lim för fästning av markören vid en vara som skall hållas under övervakning. Alternativt kan vilket som helst känt arrangemang användas för att fästa markören vid varan. I detta speciella exempel, vilket användes 502 10 15 20 25 30 35 894 8 för att erhålla de referensdata som skall diskuteras nedan, bestod bandet 13 av 4-79 molybdenpermalloy och var 2,54 mm brett, 0,025 mm tjockt och 76,2 mm långt.

Dess koercitivkraft Hc var 4 A/m och dess permeabilitet vid 100 Hz 45000 till 55000.

Det allmänna utseendet för bandets 13 hysteresslinga eller -kurva visas i fig 2. Inga försök har gjorts att rita slingan i något form av skala eller i proportioner, eftersom en sådan kurva skulle vara mycket lång längs B-axeln och mycket smal längs H-axeln. Det som är signifi- kativt för kurvan är att den mellan knäet vid 14 och den positiva mättnaden vid 15 liksom från knäet 16 ner till den negativa mättnadspunkten vid 17 har en ändlig lutning som är mindre än en oändlig lutning. För att reversera bandets 13 magnetiska polaritet är det nödvän- digt att utsätta det för ett yttre fält av åtminstone Hm för att materialet skall bringas till åtminstone sin maximala induktionspunkt 18. Den hastighet med vilken detta kan genomföras är en direkt funktion av ändringstak- ten för det infallande magnetfältet och ändringstakten är proportionell mot både frekvensen och toppamplituden för det infallande fältet.

För att illustrera denna effekt utsattes den med hänvisning till fig l beskrivna anordningen för ett 60 Hz-fält med valbar intensitet och en kurvritare använ- des för att plotta den puls som alstrades vid reverserin- gen av bandets 13 polaritet. Fig 6 A visar vågformen som svar på ett fält med fältstyrkan 95 A/m, medan fig 6B, 6C och 6D visar inverkan av en ökande fältstyrka av 191; 271 och 358 A/m.

På samma sätt utsattes ett band av formbar, amorf "Metglasmetall", som framställs av Allied Corporation of Morris Township, New Jersey, för samma exciterings nivåer, också vid 60 Hz, och de resulterande pulserna är plottade i fig 7A, 7B, 7C och 7D. "Metglasbandet" var 1,78 mm brett, 0,018 mm tjockt och 76,2 mm långt.

Det identifierades som "Metglasremsa"/2826MB2 med en 10 15 20 25 30 35 502 894 9 maximal permeabilitet av 180000, en koercitivkraft Hc av 2,8 A/m och en mättnadsmagnetisering av 9000 Gauss.

Innan vi närmare i detalj diskuterar de i fig 6 och 7 visade vågformerna och vad dessa innebär med av- seende pá ett varuövervakningssystem kan det vara an- vändbart att ha en förståelse för föreliggande uppfinning och de pulsformer som kan erhållas med hjälp därav.

I fig 3 visas en markör 20, vilken innefattar en bär- platta 21 och ett övre skikt 22, som kan vara desamma som komponenterna ll resp 12 i fig 1 och som kan fästas på en vara på samma sätt. I stället för bandet 13 är emellertid det aktiva elementet i utföringsformen i fig 3 en tråd 23 av amorf metall. Ett provexemplar som användes för att åstadkomma testdatana som ska diskute- ras nedan var ungefär 7,6 cm (3 tum) långt, hade en diameter av 0,125 mm och dess sammansättning satisfierade formeln Feel Si4 B14 Cl, där procenttalen är atomprocent.

Dessa parametrar skall bara anses utgöra ett exempel för förklarande ändamål, eftersom diametern, såsom fram- går av följande diskussion, kan ligga mellan 0,09 och 0,15 mm, under det att längden kan ligga i ett intervall mellan 2,5 och 10 cm, vid användning som en övervaknings- markör. Avmagnetiseringsfaktorn för tråden 23 överstiger företrädesvis inte 0,000l25. För närvarande föredras emellertid det ovan beskrivna provexemplarets mått för tråden 23.

Vad som har beskrivits hitintills är inget ovanligt, men den speciella tråden som används som element 23 är unik i det att den kännetecknas av en diskontinuerlig hystereskarakteristik. Inte av en liten diskontinuitet, utan av en stor Barkhausendiskontinuitet, vilken är sådan att när storleken på ett infallande fält med lämplig rikt- ning relativt trådens magnetiska polaritet överstiger ett lågt tröskelvärde, i detta fall väsentligen mindre än 80 A/m, kommer trädens magnetiska polaritet att obero- ende av ytterligare ökningar i det infallande fältet reverseras regenerativt upp till sin maximala induktions- 502 894 10 15 20 25 30 35 10 punkt. Tröskelvärdet för det ovan nämnda provexemplaret är i själva verket mindre än 48 A/m.

Karaktären hos hysteresslingan visas i fig 4. Åter- igen är i fig 4 för enkelhetens skull skalan och pro- portionerna kraftigt distorderade i jämförelse med verk- ligheten. Magnetiseringsfältet från den negativa rest- induktionspunkten 24 till tröskelpunkten 25 är mindre än 80 A/m. Så snart som magnetiseringsfältet överstiger tröskelvärdet för provexemplaret inträffar en abrupt regenerativ reversering av polariteten, vilken repre- senteras med den streckade linjen 26 i hysteresslingan, tills den maximala induktionspunkten 27 nås. Om magne- tiseringsfältet fortsätter att öka ovanför tröskelpunk- ten kommer flödestätheten att öka mot den positiva mätt- nadspunkten 28. I annat fall kommer elementets 23 magne- tisering att förflytta sig mot den positiva restinduk- tionspunkten 29 allteftersom magnetiseringsfältets storlek närmar sig noll och kommer att förbli där tills magneti- seringsfältet avviker från noll. Om magnetiseringsfältet nu ökar i negativ riktning kommer flödestätheten att följa den stabila delen av slingan till den negativa tröskelpunkten 30, från vilken den ändras regenerativt och väsentligen momentant längs den streckade linjen 31 till den negativa maximala induktionspunkten 32 och därefter till en punkt mellan mättnad vid 33 och tröskel- värdet 25 som en funktion av magnetiseringsfältet.

Det inses nu att ändring av trådens 23 magnetiska polaritet mellan antingen punkterna 25 och 27 eller 30 och 32 sker oberoende av magnetiseringsfältets änd- ringstakt. Det enda som är viktigt är att magnetiserings- fältet överstiger tröskelnivàn för det speciella tråd- elementet 23. Detta faktum bekräftas av de från tråden 23 erhållna pulsformerna vid olika fältexcitationsnivåer, vilka pulsformer visas i fig 8. Även om det finns vissa skillnader i skärpa och varaktighet för signalspikarna så är dessa skillnader små i jämförelse med fallet i fig 6 och 7, i vilka pulserna från kända markörremsor 10 15 20 25 30 35 502 894 ll visas.

Det ovan nämnda trådprovexemplaret 23 var 7,6 cm långt. Det har visat sig att variationer i längden inom det nämnda intervallet påverkar hysteresslingan på så sätt att lutningen för partierna 28-30 och 33-25 som visas med heldragna linjer kommer att ändras. När tråden görs kortare ökar den nämnda lutningen, medan när trå- den görs längre lutningen i fråga minskar. Ändringen av lutningen kommer att ändra pulsens skärpa. Om en längre tråd 23 kan godtas och om så önskas kan skillna- derna mellan pulserna i de olika delarna i fig 8 sålunda minskas. Det är emellertid i allmänhet känsligheten och selektiviteten hos det övervakningssystem i vilket markören skall användas som bestämmer vilka pulsvågfor- mer som kan godtas och som sätter en gräns för trådens minimilängd. Tråden 23 måste vara tillräckligt lång för att alstra en puls som är tillräckligt definierad för att den ska kunna detekteras av detekteringssystemet. Även om de i fig 7 visade pulserna kommer från ett provexemplar av amorf metall hade denna inte någon Barkha- usendiskontinuitet och i jämförelse med pulserna i fig 8, som också kommer från en amorf metall, som emeller- tid hade en Barkhausendiskontinuitet, uppvisar de en stor skillnad. Den i fig 7 visade stora ändringen av puls- bredden och den mycket nära efterlikningen av permalloy- provexemplaret när magnetiseringen ökas från 95 till 358 A/m är bara en indikation på att "Metglasprovexem- plaret" inte har någon Barkhausendiskontinuitet i sin hystereskarakteristik. Fig 8 avslöjar däremot närvaron av en Barkhausendiskontinuitet, vilket är nödvändigt vid de specificerade nivåerna och frekvensen för alstringen av extremt kortvariga pulser med jämförelsevis liten ändring av bredden över exciteringsintervallet.

Uppfinningen är inte begränsad till en trådmarkör.

Tvärtom omfattar den varje kropp av magnetiskt material som har en stor Barkhausendiskontinuitet i sin hysteres- slinga tillsammans med en relativt låg omställningströs- 502 894 10 15 20 25 30 35 12 kel, företrädesvis inte större än omkring 80 A/m. Samma resultat kan exempelvis erhållas om det material av vilket tråden 23 producerades användes för att åstadkomma ett i fig 5 visat band av amorf metall. Det i fig 5 med 35 betecknade bandet kan tillverkas med vilken som helst känd metod för snabb avkylning av smält metall för und- vikande av kristallisering. Om man utgår från ett band som är ca 2 mm brett och ca 0,025 mm tjockt och mellan 3 och 10 cm långt bör detta vridas upp till fyra varv- per 10 cm och glödgas medan det är vridet på detta vis, varvid glödgningen utföres vid omkring 380°C under ca 25 minuter. När bandet är kallt skall det vridas tillbaka och lamineras mellan bärplattan och det övre skiktet i ett plant tillstånd, såsom det som visas i fig l.

Det utplattade bandet kommer att ha inbyggda spänningar, som åstadkommer en spiralformad axel längs vilken mag- netiseringen är lätt att göra och som ger upphov till de nämnda diskontinuiteterna. Bandet eller remsan bör med andra ord ha spänningsinducerade magnetiska diskon- tinuiteter när det kvarhålls i utplattat tillstànd.

För att förstå betydelsen av användningen av de ovan beskrivna markörerna, som har stora Barkhausen- diskontinuiteter i hysteresslingan, i ett varuövervak- ningssystem är det till stor hjälp att undersöka frek- vensspektra för de från markörerna erhållna pulssigna- lerna. För detta ändamål har en testanordning enligt fig 9 åstadkommits. En generator eller källa 40 med inställbar frekvens är ansluten via en inställbar däm- pare 41 till en fältalstrande spole 42. På detta sätt kan ett magnetiseringsfält med en önskad frekvens och fältstyrka upprättas i ett övervakat utrymme. Genom lämplig kalibrering och mätning (visas ej) kan kända exciteringsnivåer erhållas vid markören 43. Varje stimu- lering från markören 43 som resulterar i en störning av fältet detekteras av en lämplig fältmottagande spole 44, vars utgång via en mottagare 45 är kopplad till en kurvritare och spektrumanalysator 46. Denna anordning 10 l5 20 25 30 35 502 894 13 användes för att producera de i fig 6, 7, 8 och 14 visade kurvorna liksom spektrogrammen i fig 10-12.

I fig 10-12 visas spektrogram för pulstàg som erhål- lits fràn tidigare kända markörer och en markör enligt uppfinningen, när dessa markörer exciterades med magne- tiseringsfält med fast frekvens (60 Hz) och olika fält- excitationsnivàer. Övertonskomponentens frekvens är plottad längs x-axeln medan övertonens toppamplitud är plottad längs y-axeln. X-axeln har emellertid en nollför- skjutning, varvid origo motsvarar 60 Hz, grundfrekvensen, så att den första komponenten till höger, vilken är betecknad med hänvisningsnummer 50 i fig 10A, motsvarar den andra övertonen vid 120 Hz. En serie prickar ovanför en stapel betyder att amplituden överstiger det område som täcks av grafen.

Om fig 10 undersöks visar denna hur beroende ut- signalen från tidigare kända permalloyremsmarkörer är av fältstyrkan. Samma markörelement som beskrevs med hänvisning till fig 6 användes för dess spektrogram.

När permalloyremsan utsattes för ett excitationsfält av 48 A/m alstrade permalloyremsan en puls, i vilken den 33:e övertonen var den högst detekterbara övertonen som hade tillräckligt stor amplitud för att inte maske- ras av bakgrundsbrus i ett övervakningssystem. Vid en excitering av 95 A/m är den 33:e övertonen, så som visas i fig l0B, fortfarande den högst detekterbara även om närvaron av övertoner med lägre ordningstal är större.

Den 33:e övertonens storlek är emellertid fortfarande väsentligen densamma som vid den lägre excitationen vid 48 A/m. Den 63:e övertonen är detekterbar vid 191 A/m (fig 1OC), medan vid en excitation av 358 A/m (fig l0D) den 99:e övertonen börjar framträda.

Fig 10 skall nu jämföras med motsvarande spektrogram för den i fig ll visade markören enligt uppfinningen.

Vid uppfinningen är vid varje exciteringsnivà, fràn 48 A/m och uppåt, övertoner upptill den 99:e övertonen närvarande och har tillräckligt stor amplitud för att bUZ 894 10 15 20 25 30 35 14 de skall kunna detekteras enkelt. Oberoende av om puls- envelopperna i fig 8 jämföres med de i fig 6 eller spekt- rogrammen i fig ll jämföres med de i fig 10 syns skill- naderna tydligt. Med uppfinningen uppträder ett brett band av övertoner med högre ordningstal vid en relativt låg nivå på magnetiseringsfältexcitationen, varvid excita- tionsniván är lägre än den nivå vid vilken tidigare kända permalloyremsor alstrar någon signifikant detek- terbar utsignal. En detekteringsanordning kan följaktligen åstadkommas för detektering av den nya markören utan hinder av permalloyremsor eller andra tidigare kända markörer. I fig 13 visas exempel på en anordning, i vilken en làgfrekvensgenerator 60 med en 60 Hz-signal driver en fältalstrande spole 61. När en markör 20 be- finner sig i fältet från spolen 61 mottas dess stör- ningar av en fältmottagande spole 62, vars utsignal föres genom en högpassfilterkrets 63, som har en lämplig brytfrekvens. De av filtret 63 genomsläppta signalerna matas till en frekvensvals-/detekteringskrets 64. När ett förutbestämt frekvens- , amplitud- och/eller puls- varaktighetsmönster detekteras kommer kretsen 64, i beroende av vad den skärmar, att avge en utsignal för aktivering av ett alarm 65. Genom beaktande av grafer- na i fig 10 och ll inses det att de unika markörerna enligt uppfinningen kan detekteras av anordningar, som kan göras okänsliga för permalloyremsor. Det inses också genom beaktande av fig ll att svaret för markören enligt uppfinningen är detekterbart för ett stort intervall av magnetiseringsfältstyrkor.

I fig 12 visas motsvarande frekvensspektra för "Metglasprovexemplaret" av formbar, amorf metall. Vid en excitering av 48 A/m är den högsta överton som är detekterbar med någon signifikant amplitud den 26:e.

Vid en excitering av 95 A/m uppträder den 29:e övertonen, medan den 33:e övertonen först uppträder vid 191 A/m excitering. Vid den maximala exciteringen av 358 A/m är den högst detekterbara övertonen den 65:e. Det totala 10 15 20 25 30 35 502 894 15 spektralmönstret liknar i mycket stor utsträckning det som visas i fig 10 för permalloy och kan inte förväxlas med det helt annorlunda spektrumet som visas i fig ll för uppfinningen.

Tidigare kända markörers beroende av det infallande fältets tidsmässiga förändringshastighet har lett till användningen av högre och högre frekvenser. Till följd av de uppfinningsenliga markörernas unika kvaliteter finns det emellertid en fördel att vinna vid övergång till lägre i stället för högre excitationsfrekvenser.

Detta beror av det faktum att föreliggande markörer svarar väl på mycket làgfrekvent excitation, eftersom de är relativt okänsliga för det infallande fältets förändringshastighet. Låg frekvens tillsammans med samma låga fältstyrkor som har använts dittills ger emellertid upphov till mindre i stället för större fältförändrings- hastigheter och detta medför att svaren från permalloy eller andra liknande magnetiska markörmaterial blir svårare i stället för lättare detekterbara. I detta sammanhang har det visat sig att den ovan, med hänvisning till fig 3, beskrivna trådmarkören kommer att alstra en signalpuls, vars varaktighet är mindre än 0,400 sekun- der, när den exciteras med ett 95 A/m-fält med 20 Hz.

Denna puls är rik på övertoner. (Se den i fig 14 visade jämförelsen.) Tråden enligt uppfinningen detekteras följaktligen enkelt, medan tidigare kända markörer är väsentligen osynliga för samma avfrågningsfält.

I syfte att åstadkomma ett element som är användbart som en varuövervakningsmarkör skall enligt föreliggande uppfinning elementet sammanfattningsvis ha en stor Barkha- usendiskontinuitet i sin hysteresslinga. En sådan diskon- tinuitet bör vara känslig för en låg excitationsfältsnivà, företrädesvis under 80 A/m och bör medföra en reversering av den magnetiska polarisationen från tröskelexcitations- punkten till den maximala induktionspunkten för elementet, eller åtminstone nära denna maximala induktionspunkt.

Elementet bör vara positivt magnetostriktivt. Elementets DUZ 594 10 15 20 25 30 35 16 geometri bör slutligen vara sådan att avmagnetiserings- faktorn begränsas till en mycket låg nivå, företrädes- vis inte över 0,000l25. Även om amorf metall för närva- rande föredras finns inom ramen för uppfinningen möj- lighet att använda varje material med vilket de nämnda prestandaparametrarna kan erhållas.

Nöjaktiga resultat har erhållits med trådmarkörer av amorft material med följande sammansättningar: a) Fesl Si4 B14 Cl; b) Feßl Si4 B15; C) Fe77,s Si7,5 B15 Det förmodas emellertid att det är möjligt att använda en mängd sådana material som alla har den allmäna for- meln: Fe85-x Six B15-y Cy' där procenttalen är atomprocent, x går från ca 3 till 10 och y från ca O till 2.

Det är känt att använda amorfa metaller i övervak- ningsmarkörer. I den utsträckning som information är tillgänglig har emellertid alla tillverkare av över- vakningsmarkörmaterial utsatt metallen för ett slutligt spänningutlösande glödgningssteg för förbättring av produktens mekaniska parametrar. Om elementet var av den typen som har diskuterats här, till exempel en tråd av amorf metall, som erhållits direkt från den snabba avkylningen av smält metall, och hade lämpliga dimensio- ner, skulle en sådan spänningsutlösande glödgning elimine- ra varje stor Barkhausendiskontinuitet som skulle kunna ha funnits i elementets hysteresslinga och skulle elemen- tet härvid förlora de önskade magnetiska särdragen. En sådan tråd eller det i fig 5 visade, glödgade bandet med mekaniska spänningar används i överensstämmelse med uppfinningen utan att spänningen har avlägsnats, som övervakningsmärkmaterial och passiveras därefter genom avlägsning av sådan spänning.

Vid passiveringen av en markör av amorft material enligt uppfinningen kan den enhetliga karaktären hos 10 l5 20 25 30 35 502 894 17 dess aktiva komponent, tråden 23 eller bandet 35, bibe- hàllas och dess kemiska sammansättning kvarstår oför- ändrad. Det sker emellertid en förändring i den mole- kylära organisationen i hela den aktiva komponenten eller en del därav. Hela markörens aktiva komponent eller den del därav som utsätts för en temperaturhöjning genom strömflöde blir sålunda molekylärt ordnad, dvs kristallin. Resten av komponenten förblir molekylärt oorganiserad, dvs amorf. Karaktären pà markörens magne- tiska uppträdande modifieras följaktligen i förhållande till den som existerade före passiveringen, med andra ord omvandlas den från en enda aktiv komponent till två aktiva underkomponenter, som är separerade från varandra av de kristalliserade partiet. Detta åstadkommes företrädesvis genom användning av en snabb strömpuls, vilken blixtglödgar, varvid det sker en lokal kristalli- sering av en hög koercitivkraft i band över den aktiva komponenten som en kontrast till den låga koercitivkraften som råder i de återstående amorfa områdena av den aktiva komponenten. Hela den aktiva komponenten kan, så som noterats ovan, kristalliseras, i vilket fall den i hela komponenten rådande koercitivkraften skiljer sig från den tidigare koercitivkraften.

En anordning enligt uppfinningen visas i ett block- schema i fig 15. Ett kontroll-eller övervakningsområde, till exempel ett lagers utgångsområde, anges med brutna linjer vid 66 och en varumarkör 67 av den ovan diskute- rade typen visas i kontrollomrádet 66. Anordningens sändardel innefattar en frekvensgenerator 68, vars utsig- nal via en ledning 69 matas till den inställbara däm- paren 70. Dämparutsignalen, nämligen en önskad nivå för frekvensgeneratorns 68 utsignal, matas via en ledning 71 till den fältalstrande spolen 72, vilken i överens- stämmelse därmed upprättar ett altererande magnetfält i kontrollomrádet 66.

Den i fig 15 visade anordningens mottagningsdel innefattar en fältmottagande spole 73, vars utsignal 502 894 10 15 20 25 30 35 18 matas via en ledning 74 till mottagaren 75. När motta- garen i ett förskrivet intervall detekterar övertoner i de från spolen 73 mottagna signalerna avger mottaga- ren en triggsignal via en ledning 76 till larmenheten 77.

En markör 78 visas pá en plats utanför kontrollom- rådet 66 och utsätts följaktligen inte för det i områ- det 66 upprättade fältet. En godkänd utcheckningsstation innefattar markörpassiveringsenheten 79 i den i fig 15 visade anordningen. En markör som skall passiveras införes längs banan 80 i passiveringsenheten och matas ut därifrån som en passiverad markör 81, vilken nu kan passera fritt genom kontrollområdet 76 utan att fältet där pâverkas på sådant sätt att larmenheten 77 triggas.

Den första utföringsformen av passiveringsenheten visas i fig 16 och innefattar en elektrisk kraftförsörj- ningsenhet 82, vars ena utgång är jordad och vars andra utgång via en resistor 83 och en kondensator 84 är anslu- ten till jord. Kraftförsörjningen, resistorn och konden- satorn väljs sá att den önskade strömutpulsen àstadkommes pá en ledning 85 när anordningen belastas av markören 86, vilken visas i sektion och innefattar de ovannämnda skikten 21 och 22 och antingen tråden 23 eller bandet 35. Isolerings-genomslagskontakter 87 och 88 är anordnade, varvid den förra är ansluten till ledningen 85 och den senare jordad. Kondensatorn kommer sålunda att ladda ur i markörens 86 parti P, varvid detta höjs till en temperatur över spänningsutlösningstemperaturen för det material som utgör markörens aktiva komponent.

En variant av den i fig 16 visade passiveringsen- heten visas i fig 17. I detta fall förbereder uppfin- ningen markören för lokal kristallisering. En lasers 89 utgång är riktad mot det parti av markören 86 som skall kristalliseras. Den resulterande lokala uppvärm- ningen av markörpartiet medför en ökning i partiets elektriska resistivitet. När elektrisk ström därefter ansluts till markörens aktiva komponent kommer, så länge 10 15 20 25 30 35 502 894 19 som kontakterna 87 och 88 är anordnade på ömse sidor om det förbehandlade partiet, den ströminducerade upp- värmningen att vara lokaliserad till partiet med högre resistans och sålunda kommer kristalliseringen att begrän- sas till ett smalt omràde längs komponenten. När så önskas kan full kristallisering utföras genom användning av stràlningsenergi utan därefter följande anbringande av ström.

Den i fig 18 visade utföringsformen av passiverings- organet är speciellt användbar för markörer av den typ som har inbyggda spänningar. I detta fall stängs markö- rens aktiva komponent 35 in innanför värmekrympbara laminat 90 och 91. När värme matas till laminaten från värmekanonen 92 krymper laminaten från de visade di- mensionerna, varigenom de från dessa härrörande pàkän- ningarna på komponenten 35 försvinner, varvid komponen- ten kan slakna och dess inbyggda spänningar frigöras.

Den resulterande markören har väsentligt annorlunda magnetiska svarsegenskaper, eftersom den spänningsindu- cerade magnetiska diskontinuiteten nu saknas. Det inses att frigöring av de inbyggda spänningarna kan åstadkom- mas med andra mekaniska arrangemang.

Vid tillverkning av markörer av den typ som har en spänningsinducerad magnetisk diskontinuitet utnytt- jas, så som nämnts ovan, ett glödgningssteg vid en tem- peraturnivà som ligger under materialets kristallise- ringstemperatur. Materialet bibehåller följaktligen sin amorfa karaktär till passiveringen och utförings- formerna i fig 16 och l7 avser också passivering av denna typ av markör. Även om de ovan beskrivna förfarandena för passi- vering har inbegripit en förändring i den molekylära organisationen hos markörens aktiva komponent tillsam- mans med uppdelningen av komponenten i underkomponenter av en kropp som förblir enhetlig under passiveringen, finns det också möjlighet inom ramen för uppfinningen att verkligen åstadkomma en fysisk separation av kom- 502 894 l0 15 20 25 20 ponenten i separata kroppar genom användning av den i fig 17 visade kondensatorurladdningsanordningen. För- farandet enligt uppfinningen innefattar sålunda molekylära organisationsförändringar under passiveringen, varvid ingår ytterligare effekter, såsom en därpå följande uppbrytning av den enhetliga kroppen. Det inses emellertid att en sådan uppbrytning inte erfordras för passivering, men att den kan inträffa till följd av modifieringen av den molekylära organisationen, till exempel då den mycket korta passiveringsströmpulsen har en tillräckligt hög nivå för att bryta upp den enhetliga kroppen efter det att den har orsakat förändringen i den molekylära organisationen. Uppfinningen innefattar vidare passivering av övervakningsmarkörer genom modifiering av den moleky- lära organisationen, såsom mellan ett övervakningstill- stånd och ett passiveringstillstånd, oberoende av den magnetiska karaktär som markören uppvisar under övervak- ningen, till exempel markörer som utsätts för passivering genom molekylär organisation och inte uppvisar stora Barkhausendiskontinuiteter.

Olika förändringar i uppbyggnaden och modifieringar av sättet kan göras inom ramen för uppfinningen. Det inses följaktligen att de speciellt beskrivna, föredragna utföringsformerna och utförandena är avsedda som en illustration och har ingen begränsande verkan. Omfatt- ningen av uppfinningen framgàr av de följande kraven.

Claims (21)

10 15 20 Lu UI 502 894 21 PATENTKRAV

1. Märkanordning för användning i ett varuövervak- ningssystem, varvid ett alternerande magnetfält upprättas i ett övervakningsomràde och ett larm aktiveras när en förutbestämd störning av fältet detekteras, k ä n n e - t e c k n a d av att märkanordningen har ett aktivt tillstànd och innefattar en kropp av amorft magnetiskt material med kvarhàllna spänningar och med en magnetisk hysteresslinga, som har en stor Barkhausen-diskontinui- tet, sà att exponering av kroppen för ett yttre magnet- fält, vars fältstyrka i en riktning motsatt kroppens aktuella magnetiska polarisation överstiger ett förutbe- stämt tröskelvärde, resulterar i en regenerativ reverse- ring av den magnetiska polarisationen väsentligen obe- roende av det yttre magnetfältets ändringstakt, varvid märkanordningen är dimensionerad för att producera en unik störning av det yttre magnetfältet, och organ för fästning av kroppen vid en vara som skall övervakas.

2. Märkanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att märkanordningen dessutom har ett passiverat tillstànd, varvid märkanordningen i sitt passiverade tillstànd är modifierad så att den inte producerar nämnda unika störning med hög amplitud när kroppen exponeras för samma yttre magnetfält.

3. Märkanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - av att kroppen innefattar ett stycke tråd.

4. Märkanordning enligt krav 1, k ä n n av att kroppen innefattar ett stycke band av amorf (I)

5. Märkanordning enligt krav 4, k ä n n |_¿. n a d av att när bandet tvångsmässigt hàlles ett pl tillstànd har det en spiralformad magnetiseringsaxel, längs vilken den är lättmagnetiserad och vilken härrör a glödgning av bandet när detta är vridet för utlös- '1 ning av spiralformade spänningar, som härrör från denna vridning, och därpå följande tillbakävridning. bUZ 894 20 f\.) U' (AJ UI 22

6. Märkanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att kroppen innefattar en längd av amorf me- tall, vilken till följd av sin tillverkningshistoria har nämnda kvarhàllna spänningar.

7. Märkanordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att tràden har en diameter i intervallet 0,09- 0,15 mm och en längd i intervallet l-10 cm.

8. Märkanordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att avmagnetiseringsfaktorn för tràdstycket inte överstiger 0,000l25.

9. Märkanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att kroppens metallurgiska sammansättning vä- sentligen ges av formeln Fe85_xSix B15_y Cy-, där pro- centtalen är atomprocent, x ligger i intervallet ca 3-10 och y i intervallet ca O-2.

10. Märkanordning enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att märkanordningen i sitt aktiva till- stànd har ett första molekylärt organisationstillstànd, och att märkanordningen i sitt passiverade tillstànd har ett modifierat molekylärt organisationstillstànd i àt- minstone en del av kroppen.

11. ll. Märkanordning enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att kroppen befinner sig i sitt passi- verade tillstànd och att åtminstone en del av nämnda amorfa magnetiska material har gjorts kristallint.

12. Märkanordning enligt krav 2, k ä n n e - c k n a d (U L.. av att kroppen befinner sig i sitt passi- 4 verade tillstànd och att åtminstone en del av de kvar- hållna spänningarna har frigjorts.

13. Märkancrdning enligt krav 2, k ä n n e - : e c k n a d av att kroppen är ett stycke band av amorf metall, vilket band uppbäres i ett spänningstillstànd, som inducerar en magnetisk Barkhausen diskontinuitet, och |'( i sitt passiverade tillstànd genom att den kvarhàllna 01: (h '(1 Ql D f) H. LJ KO (I) D l- kroppen är frigjord.

14. Elektronisk varuövervakningsanordning for akti- (D H Q! “S D. (D D) (I) (T F? (h larm när en otillåten vara passerar genom 10 15 20 25 30 La) Uï 502 894 23 ett kontrollomràde av intresse, k ä n n e t e c k n a d av a) sändningsorgan för etablerande av ett alter- nerande magnetfält, som arbetar vid en förutbe- stämd relativt lág frekvens och som har en fältstyrka som överstiger ett förutbestämt tröskelvärde, i kontrollomràdet av intresse, b) mottagarorgan för detektering av förutbestämda störningar, av förutbestämd storlek av det al- ternerande magnetfältet i kontrollomràdet av intresse, och för att aktivera alarmet vid de- tektering av nämnda störningar, och c) märkorgan fäst vid varan, varvid märkorganet har ett aktivt tillstànd, d) varvid märkorganet i sitt aktiva tillstànd innefattar en kropp av ett amorft magnetiskt material med kvarhàllen spänning, e) varvid märkorganet i sitt aktiva tillstànd har en magnetisk hysteresslinga, som har en stor Barkhausen diskontinuitet när den exponeras för det alternerande magnetiska fältet, vilket re- sulterar i en regenerativ reversering av magne- tisk polarisation, väsentligen oberoende av det alternerande magnetiska fältets förändringshas- tighet, i en riktning motsatt märkorganets magnetiska när den magnetiska fältets fältstyrka, polarisation, överstiger det förutbestämda tröskelvärdet, och f) varvid märkorganet är dimensionera: för att i sitt aktiva tillstànd producera de förutbe- stämda störningarna av förutbestämd storlek, som är detekterbara av mottagarorganet.

15. Varuövervakningsanordning enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d av att märkorganet dessutom har ett passiverat tillstànd, varvid märkorganet i sit: pas- siverade tillstånd är modifierat sà at: märkorganet inte producerar de nämnda störningarna, som är detekterbara av 502 894 10 20 25 24 mottagarorganet, när märkorganet exponeras för samma al- ternerande magnetiska fält, varvid en tillåten vara till- làts passera genom kontrollomràdet av intresse utan att aktivera alarmet.

16. Varuövervakningsanordning enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av att märkorganet i sitt aktiva tillstànd har ett första molekylärt organisationstill- stànd, och att märkorganet i sitt passiverade tillstànd har ett modifierat molekylärt organisationstillstànd i åtminstone en del av märkorganet.

17. Varuövervakningsanordning enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av att märkorganet befinner sig i sitt passiverade tillstànd och att åtminstone en del av det amorfa magnetiska materialet har gjorts kristallint.

18. Varuövervakningsanordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av ett passiveringsorgan som innefattar en elektrisk strömförsörjning för selektiv elektronisk koppling till nämnda del av märkorganet.

19. Varuövervakningsanordning enligt krav 18, k ä n n e t e c k n a d av att strömförsörjningen är verksamgörbar vid en strömnivà där nämnda del av märkor- ganet hålls vid en temperatur ovanför märkorganets kris- talliseringstemperatur och därigenom i nämnda del kris- tallisera en koersiv kraft som skiljer sig fràn koersiv- kraften i resten av märkorganet.

20. Varuövervakningsanordning enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av ett passiveringsorgan som innefattar organ för matning av stràlningsenergi till märkorganet.

21. Varuövervakningsanordning enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av att märkorganet befinner sig i sitt passiverade tillstànd när åtminstone en del av nämnda kvarhàllna spänningar har frigjorts.