TWI394104B - 用於機械共振物件監視系統之標誌 - Google Patents

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Description

用於機械共振物件監視系統之標誌
本發明係關於鐵磁性非晶系合金扁帶且係關於一種在一電子物件監視系統中使用之標誌，該標誌由一個或複數個基於一非晶系磁致伸縮材料之矩形條帶組成，該材料以一隨一應用之靜態磁場而變化之共振頻率在一交變磁場中機械地振動，藉以有效地利用該標誌之磁力效應。本發明亦針對一種利用該標誌之電子物件監視系統。
磁性材料之磁致伸縮係一種在該磁性材料上施加一外部磁場時發生尺寸變化的現象。當尺寸變化為使得在材料經磁化時伸長時，將該材料稱為「正磁致伸縮的」。當一材料係「負磁致伸縮的」時，該材料在其磁化時收縮。因此在任一情形中，磁性材料在其處於一交變磁場中時振動。當連同交變磁場施加一靜態磁場時，磁性材料之機械振動之頻率藉由磁致彈性耦合隨該施加之靜態磁場而變化。通常將此稱為△E效應，其描述於(例如)S.Chikazumi之「Physics of Magnetism」(John Wiley及Sons,New York,1964，第435頁)中。此處，E(H)代表楊氏模數，其係一施加磁場H之函數，且材料之振動或共振頻率f r 藉由下式與E(H)相關聯：f r ＝(1/2l )[E(H)/ρ]1 / 2 ， (1)其中l 係材料長度且ρ係材料之質量密度。
將上述磁致彈性或磁致力效應利用於電子物件監視系統中，該等系統首先教示於美國專利第4,510,489號及第4,510,490號中(在下文中為'489及'490專利)。該等監視系統係有利系統，其有利之處在於其提供一高偵測敏感度、高操作可靠性及低操作成本之組合。
該等系統中之標誌係一具有鐵磁性材料的已知長度的條帶，或複數個條帶，其封裝有一提供稱為偏磁場之靜態場之磁性上更硬的鐵磁體(具有更高矯頑磁性之材料)以建立峰值磁致力耦合。該鐵磁性標誌材料較佳為非晶系合金扁帶，因為該等合金中之磁致力耦合的效率非常高。機械共振頻率f r 大體上由如上述方程式(1)表示之合金扁帶之長度及偏磁場強度決定。
當在一電子識別系統中遭遇一調諧至共振頻率之訊問信號時，該標誌材料以一藉由該系統中之一接收器偵測之大信號場回應作出回應。
考慮將若干非晶系鐵磁性材料用於以上在原始美國專利第4,510,490號描述之基於磁力共振的電子物件監視系統中且此等非晶系鐵磁性材料包括非晶系Fe－Ni－Mo－B、Fe－Co－B－Si、Fe－B－Si－C及Fe－B－Si合金。在該等合金中，廣泛地使用一種市售非晶系Fe－Ni－Mo－B基之METGLAS2826MB合金直至藉由基於磁性諧波產生/偵測之其他系統的磁力共振標誌的偶然觸發。發生這種情況係由於此時所使用之磁力共振標誌有時展現的非線性BH特徵，從而導致產生激發場頻率之更高諧波。為避免該問題，有時將一系統稱為「污染問題」，已發明一系列新標誌材料，其實例揭示於美國專利第5,495,231號、第5,539,380號、第5,628,840號、第5,650,023號、第6,093,261號及第6,187,112號中。雖然該等新標誌材料平均而言表現優於原始'489及'490專利之監視系統中利用之材料，但在(例如)美國專利第6,299,702號(下文為'702專利)中揭示之標誌材料中已發現稍許更佳之磁力效能。此等新標誌材料需要複雜熱處理過程以獲得如(例如)'702專利中所揭示之理想磁力特性。顯然，需要一種新的磁力標誌材料，其不需要該複雜的後扁帶製造過程，且本發明提供該種具有高磁力效能而不導致上述「污染問題」之標誌材料。如美國專利第6,359,563號中所揭示，將根據'702專利之標誌條帶廣泛地用於一具有兩個條帶之標誌。歸因於該等兩個條帶在條帶寬度方向上具有相同曲率半徑的事實，由於其中之每一者是根據'702專利以完全相同方法處理，因此，該等兩個條帶在條帶表面上之不同點上相互接觸，從而使該等條帶上之磁力振動減幅，且因此降低該標誌之效用。該缺點需要加以改良。此外，存在對於一種利用該標誌之有效電子物件監視系統的需要。
根據本發明之一實施例，將軟磁材料利用於一基於磁力共振之一電子物件監視系統的標誌。
具有增強之總磁力共振特性之標誌材料是由非晶系合金扁帶製造。將具有磁力共振能力之扁帶形磁性標誌材料澆注於一旋轉基板上，如美國專利第4,142,571號中所教示。當所澆注扁帶寬度寬於一標誌材料之預定寬度時，將該扁帶分割為該預定寬度。將經如此製備之扁帶切割為具有一預定長度之易展延、矩形非晶系金屬條帶以使用該等條帶中之一或複數個條帶製造一磁力共振標誌，其中至少一半硬磁性條帶提供一偏靜態磁場。該磁力共振標誌不觸發其他基於更高磁性諧波產生/偵測之原理的系統。
一電子物件監視系統利用本發明之一標誌。該系統具有一物件訊問區，其中本發明之磁力標誌經受一處於一標誌條帶之共振頻率之訊問磁場，由一具有一對置於該物件訊問區中之天線線圈的接收器偵測回應該訊問磁場激發之信號。隨後藉由一識別該標誌之信號偵測電路處理所接收之磁力共振信號。
根據本發明之一實施例，一種磁力共振電子物件監視系統包含：至少一由一具有沿一扁帶長度方向之曲率且在具有一靜態偏磁場之交變激發場下展現磁力共振的非晶系鐵磁性合金扁帶切割而得之易展延磁致伸縮標誌條帶，該至少一標誌條帶沿一垂直於一扁帶軸之方向具有一磁各向異性方向。
經選擇後，該至少一易展延磁致伸縮標誌條帶之一曲率半徑小於100 cm。
根據本發明之一實施例，該非晶系鐵磁性合金扁帶具有一在0.7 tesla至1.1 tesla之範圍內的飽和感應。
根據本發明之一實施例，該非晶系鐵磁性合金扁帶具有一在8 ppm至18 ppm之範圍內的飽和磁致伸縮。
根據本發明之一實施例，該非晶系鐵磁性合金扁帶具有基於Fea －Nib －Moc －Bd 之組份，其中30a43、35b48、0c5、14d20且a＋b＋c＋d＝100，可由Co、Cr、Mn及/或Nb視情況替代Mo之高達3原子%且可由Si及/或C視情況替代B之高達1原子%。
根據本發明之一實施例，該非晶系鐵磁性合金扁帶係具有下列成份中之一者之組份的合金：Fe4 0 . 6 Ni4 0 . 1 Mo3 . 7 B1 5 . 1 Si0 . 5 、Fe4 1 . 5 Ni3 8 . 9 Mo4 . 1 B1 5 . 5 、Fe4 1 . 7 Ni3 9 . 4 Mo3 . 1 B1 5 . 8 、Fe4 0 . 2 Ni3 9 . 0 Mo3 . 6 B1 6 . 6 Si0 . 6 、Fe3 9 . 8 Ni3 9 . 2 Mo3 . 1 B1 7 . 6 C0 . 3 、Fe3 6 . 9 Ni4 1 . 3 Mo4 . 1 B1 7 . 8 、Fe3 5 . 6 Ni4 2 . 6 Mo4 . 0 B1 7 . 9 、Fe4 0 Ni3 8 Mo4 B1 8 ，或Fe3 . 0 Ni3 8 . 8 Mo3 .9 B1 9 . 3 。
根據本發明之一實施例，該至少一標誌條帶具有一離散長度且展現一與長度相關之頻率之磁力共振。
經選擇後，該至少一標誌條帶具有一在大約15至大約65 mm之範圍內的長度。
經選擇後，該至少一標誌條帶具有一在大約3 mm至大約15 mm之範圍內的標誌條帶寬度。
根據本發明之一實施例，該至少一標誌條帶具有一超過3之長寬比。
根據本發明之一實施例，該至少一標誌條帶具有一在大約4 Hz/(A/m)至大約14 Hz/(A/m)之範圍內的共振頻率對偏磁場之斜率。
根據本發明之一實施例，該標誌包含複數個具有沿該等標誌條帶之長度方向之不同曲率半徑的標誌條帶。
經選擇後，該複數個標誌條帶係堆疊或並列置放。
根據本發明之一實施例，該標誌包含兩個標誌條帶且具有一在大約3.5 Hz/(A/m)至大約10 Hz/(A/m)之範圍內的共振頻率對偏磁場之斜率。
根據本發明之一實施例，該標誌包含三個標誌條帶且具有一在大約4 Hz/(A/m)至大約9 Hz/(A/m)之範圍內的共振頻率對偏磁場之斜率。
根據本發明之一實施例，該標誌包含四個或五個標誌條帶且具有一在大約2 Hz/(A/m)至大約4 Hz/(A/m)之範圍內的共振頻率對偏磁場之斜率。
經選擇後，沿該至少一標誌條帶方向置放至少一偏磁體條帶。
根據本發明之一實施例，該至少一標誌條帶係罩蔽於一與該偏磁體條帶分離之空腔中。
根據本發明之一實施例，電子物件監視系統具有偵測一標誌之共振的能力，且包含一調諧至預定監視磁場頻率之監視系統，其中該監視系統偵測一標誌，該標誌適用於以一預先選擇之頻率機械地共振且具有至少一由一具有沿扁帶長度方向之曲率且在具有一靜態偏磁場之交變激發場下展現磁力共振的非晶系鐵磁性合金扁帶切割而得之易展延磁致伸縮標誌條帶，該至少一標誌條帶沿一垂直於一扁帶軸之方向具有一磁各向異性方向。
經選擇後，該至少一易展延磁致伸縮標誌條帶之一曲率半徑係在大約20 cm與大約100 cm之間。
一種具有增強之總磁力共振特性之標誌材料是由非晶系鐵磁性合金扁帶製造。將具有磁力共振能力之扁帶形磁性標誌材料澆注於一旋轉基板上，如美國專利第4,142,571中所教示。當所澆注扁帶寬度寬於用於一標誌材料之預定寬度時，將該扁帶分割為預定寬度。將經如此處理之扁帶切割為具有預定長度之易展延、矩形非晶系金屬條帶以使用提供一偏磁靜態磁場之至少一半硬磁性條帶的條帶中之複數個條帶製造一磁力共振標誌。該磁力共振標誌不觸發其他基於磁性更高諧波產生/偵測之原理的系統。
在本發明之一實施例中，用以形成一用於標誌條帶之扁帶的非晶系鐵磁性合金具有基於Fea －Nib －Moc －Bd 之組份，其中30a43、35b48、0c5、14d20且a＋b＋c＋d＝100，可由Co、Cr、Mn及/或Nb視情況替代Mo之高達3原子%且可由Si及/或C視情況替代B之高達1原子%。
在本發明之特定實施例中，用以形成一用於標誌條帶之扁帶的非晶系鐵磁性合金具有下列成份中之一者的組份：Fe4 0 . 6 Ni4 0 . 1 Mo3 . 7 B1 5 . 1 Si0 . 5 、Fe4 1 . 5 Ni3 8 . 9 Mo4 . 1 B1 5 . 5 、Fe4 1 . 7 Ni3 9 . 4 Mo3 . 1 B1 5 . 8 、Fe4 0 . 2 Ni3 9 . 0 Mo3 . 6 B1 6 . 6 Si0 . 6 、Fe3 9 . 8 Ni3 9 . 2 Mo3 . 1 B1 7 . 6 C0 . 3 、Fe3 6 . 9 Ni4 1 . 3 Mo4 . 1 B1 7 . 8 、Fe3 5 . 6 Ni4 2 . 6 Mo4 . 0 B1 7 . 9 、Fe4 0 Ni3 8 Mo4 B1 8 ，或Fe3 8 . 0 Ni3 8 . 8 Mo3 . 9 B1 9 . 3 。
因此，根據美國專利第4,142,571號中描述之發明，澆注具有類似於市售非晶系METGLAS2826MB扁帶之化學成分之化學成分的非晶系磁致伸縮合金。該非晶系合金具有大約0.88 Tesla之飽和感應及大約12 ppm之飽和磁致伸縮。該澆注扁帶具有大約100 mm及大約25 mm之寬度，且其厚度大約為28 μm。隨後將該扁帶分割為具有不同寬度之更窄扁帶。隨後將該經分割之扁帶切割為具有一自大約15 mm至大約65 mm之範圍內之長度的易展延、矩形條帶。每一條帶具有一反映扁帶轉盤澆注機表面曲率之輕微曲率。在分割期間，原始曲率得以修正。如實例1中所描述，判定一分割及切割條帶之曲率。圖1A說明本發明之一實施例之具有偏磁體12之標誌條帶10之實體外觀，而圖1B說明根據美國專利第6,299,702號中所揭示之複雜熱處理方法產生之習知條帶20的實體外觀。如圖1A所指出，本發明之一實施例之一共振標誌偏壓條組態中所揭示的磁通量線11比一如圖1B中所說明之習知條帶的磁通量線21更為閉合。此致使本發明之一實施例之一標誌條帶10與一偏磁體條帶12之間優於藉由一習知條帶20及一偏磁體22達成之耦合的耦合，此使本發明之一實施例之共振標誌條帶兩端有較少之磁通量洩漏。根據磁力共振效能，使用實例2之特性方法檢驗本發明之實施例之每一共振標誌條帶及習知條帶。
圖2將用於本發明之一實施例之一單條帶標誌330之偏磁場之函數的共振頻率與一習知條帶331的共振頻率相比較，其兩者均具有大約6 mm之寬度及大約38 mm之長度。圖2指示作為偏磁場之一函數之共振頻率變化在兩種情況中大約係相同的。圖2中所描繪之共振特徵在設計一具有去活化能力之共振標誌方面係重要的，因為去活化係藉由改變偏磁場強度而改變共振頻率來完成。在去活化期間，共振頻率f r 相對於偏磁場Hb 之斜率，意即df r /dHb，決定去活化之效用，且因此係一有效共振標誌條帶之重要因素。
圖3中說明兩種情況之間之共振回應之比較，其中V0 係在激發場關閉時之回應信號振幅，且V1 為該激發場之終止後1 msec時之信號振幅。顯然，青睞一較高V1 /V0 比用於一共振標誌之更佳效能。因此將該等信號振幅之兩者用於工業中作為用於一磁力共振標誌之優值的一部分。圖3指示對於本發明之一實施例之一共振標誌條帶，信號振幅V0 441及V1 442分別在Hb 0 ＝500 A/m及Hb 1 ＝400 A/m之偏磁場下變得最大，且對於一習知共振標誌條帶，V0 443及V1 444分別在Hb 0 ＝460 A/m及Hb 1 ＝400 A/m之偏磁場下變得最大。此外，圖3指示：對於本發明之一實施例之一共振標誌條帶，此等最大點處之V1 /V0 比高於對於一習知共振標誌條帶的V1 /V0 比，此說明本發明之一實施例之一標誌條帶中的信號保持力優於一習知標誌條帶中的信號保持力。
表1匯總對於作為代表性習知標誌條帶與來自本發明之一實施例之標誌條帶之實例之間的磁力共振元件的標誌條帶的效能關鍵的參數的比較。應注意：本發明之實施例之標誌條帶的效能接近於(或優於)習知標誌條帶之效能。可將表I中本發明之實施例之標誌條帶中的所有所有標誌條帶接受用於本發明之實施例的標誌中，如圖1A所定義，該等條帶中之每一者之高度h在大約0.18 mm與大約0.64 mm之間，其對應於表I中給出之大約28 cm與大約100 cm之間之條帶之長度方向的曲率半徑。
在表I中，將具有圖1A中所定義之條帶曲率h之本發明之實施例的標誌條帶之分別在偏磁場強度Hb 0 及Hb 1 下量測的V0 及V1 最大信號電壓，及在Hb 1 下量測的共振頻率斜率df r /dHb 與隨機選擇之十個習知標誌條帶的對應特徵相比較。該等條帶之長度l 皆為大約38 mm且其寬度為大約6 mm。由h 及l 計算每一標誌條帶之曲率半徑。每一條帶之共振頻率為大約58 kHz。
表I包含目前廣泛使用之一大約6 mm標誌條帶寬度之資料。本發明之一態樣在於提供具有不同於大約6 mm之寬度的標誌條帶。由表I中所使用之相同扁帶分割具有不同寬度之標誌條帶，且判定其磁力共振特徵。結果匯總於表II中。共振信號電壓V0 m a x 及V1 m a x 如所預期之隨漸減之寬度而降低。特徵欄位值Hb 0 及Hb 1 隨漸減寬度之減小係由於去磁效應。因此，必須相應地選擇一偏磁場磁體。具有一更小寬度之標誌適用於一更小物件監視區域，而具有一更大寬度之標誌適用於一更大物件監視區域，因為如表II所指示，來自更大標誌條帶的共振信號更大。由於共振頻率主要取決於條帶長度(如方程式(1)所指示)，因此條帶寬度變化不影響所使用之物件監視系統的共振頻率。
表II展示本發明之一實施例之具有如圖1A中所定義之條帶高度h 且具有不同條帶寬度的標誌條帶之磁力共振特徵。對於V0 m a x 、Hb 0 、V1 m a x 、Hb 1 及df r /dHb 之定義與表I中的定義係相同的。條帶長度l係約38 mm。由h 及l 計算每一標誌條帶之曲率半徑。每一條帶之共振頻率為大約58 kHz。
本發明之另一態樣在於提供多種在不同條件下操作之可用標誌。為此目的，藉由改變非晶系磁性合金扁帶之化學成分(標誌條帶由其產生)而變化磁力共振特徵。在表III中列出經檢驗之合金的化學成分，其中給出該等合金之飽和感應及磁致伸縮的值。在下述表IV中給出此等合金之磁力共振特性之結果。
表III展示用於本發明之一實施例之磁力共振標誌之磁致伸縮非晶系合金及其組份、飽和感應Bs 、飽和磁致伸縮λs 的實例。由實例3之DC BH迴路量測判定Bs 之值且藉由使用一經驗公式λs ＝kBs 2 計算λs 之值，其中k＝15.5ppm/tesla2 ，(根據S.Ito等人之Applied Physics Letters ，第37卷，第665頁(1980))。
表IV展示本發明之一實施例之具有表III中列出之不同化學成分的標誌條帶的磁力共振特徵，其具有如圖1A中所定義之條帶高度h 。V0 m a x 、Hb 0 、V1 m a x 及df r /dHb 之定義與表I中係相同的。該等條帶之長度l 皆為大約38 mm。由h 及l 計算每一標誌條帶之曲率半徑。每一條帶之共振頻率為大約58 kHz。
所有經檢驗之化學物質生成之磁力共振信號(諸如V0 及V1 )接近於或大於表I中列出之習知標誌條帶的相應值。因此，視一電子物件監視系統之需要而定，可自上述清單中選擇一種最適當之化學成分。
此外，將根據實例1分割為大約6 mm寬之扁帶切割為具有不同長度之條帶，且檢驗其磁力共振特性。除了上述表I、表II及表IV中所包含之特性外，使用下式執行一判定磁力共振條帶之效用的補充測試：V(t)＝Vo exp(－t/T ) (2)其中，t為在終止AC場激發後量測之時間且T 為一用於共振信號衰變之特徵時間常數。表I、表II及表IV中之V1 m a x 的值由t＝1 msec之資料判定。表V中給出結果，其中匯總了表徵不同條帶長度之共振特性的其他參數。應注意：f r 完全遵循方程式(1)之關係式，其給出一關係式f r ＝2.1906 x 106 //Hz，其中/係以毫米(mm)表示之標誌條帶的長度。亦應注意：T 隨漸增之條帶長度而增加。當需要更長信號保持時，更大值之T 受到青睞。因此，表V中列出之本發明的標誌條帶為多種電子物件監視系統利用不同共振頻率提供了機會。
如表V中所示，藉由使用表III中之合金G量測本發明之一實施例之具有不同長度l 之標誌條帶的磁力共振特徵。每一條帶之寬度及厚度分別為大約6 mm及大約28 μm。V0 m a x 、Hb 0 、V1 m a x 、Hb 1 及df r /dHb 之定義與表I中係相同的。於方程式(2)中定義時間常數。圖1A中定義標誌高度h ，且使用h 及l 計算每一條帶之曲率半徑。
除了需要表III中所列出之諸如飽和磁感應及磁致伸縮之基本磁特性用以在本發明之一實施例的標誌條帶中產生磁力共振外，磁各向異性之方向(其為一標誌條帶中簡單磁化之方向)必須大體上與該條帶之長度方向垂直。如圖4中所指示，情況的確如此，其描繪在60 Hz時使用一實例3的量測方法在一來自上述表V之大約38 mm長的條帶上選取之BH迴路。圖4之BH迴路指示H＝0(意即B(H＝0))時，剩磁感應接近於零且藉由接近於H＝0之B/H定義之磁導率係線性的。圖4中所示之BH迴路之形狀係一磁性條帶之典型BH行為，其中磁各向異性之平均方向垂直於條帶之長度方向。圖4中所示之本發明之一實施例之一標誌條帶的磁化行為的一結果為當將該條帶置放於一AC磁場中時，該條帶中無更高諧波產生。因此將「先前技術」部份中提及之系統的「污染問題」最小化。為進一步檢驗此一點，將一來自圖4之標誌條帶的更高諧波信號與一基於磁性諧波產生/偵測之電子物件監視系統之一標誌條帶的諧波信號相比較。在下文表VI中給出此比較之結果。
如表VI中所示，在本發明之一實施例之一標誌條帶與一基於Co基METGLAS2714A合金之標誌條帶之間作出一磁性更高諧波信號比較，該Co基METGLAS2714A合金之標誌條帶廣泛地使用於基於一磁性諧波產生/偵測系統之電子物件監視系統中。兩種情況中，條帶尺寸相同且大約為38 mm長及大約6 mm寬。基本激發頻率為2.4 kHz且藉由使用一實例4之諧波信號偵測方法比較第25諧波信號。
如表VI所指示，來自本發明之一實施例之一標誌之小到可忽略的諧波信號不觸發一基於磁性諧波產生/偵測之電子物件監視系統。
圖5A說明本發明之磁力共振標誌之一實體組態，其中利用根據本發明之一實施例的單標誌條帶。該標誌條帶係表I、表II、表IV及表V中列出之條帶中之任一條帶。在該圖中，本發明之一標誌條帶31置放於一中空區域33中，其中該標誌31可自由振動而無對於封圍該標誌條帶31之非磁性罩殼材料30及32的實體約束。一偏磁體34附著於罩殼32之外表面上(如一箭頭所指示)。在該組態中，標誌條帶31與偏磁體34之間之基本磁相互作用與圖1A中所描繪之相同。作為比較，圖5B中展示一習知標誌組態，其中一先前技術標誌條帶41包裝於項40與42之間的一空腔區域43中，且一偏磁體44附著於罩殼42之外表面上。
自許多於表I、表II及表V中特徵化之條帶中隨機選擇本發明之實施例之具有相同尺寸但稍許不同曲率的兩個標誌條帶，或將兩個具有相同尺寸及稍許不同曲率之相同化學成分的條帶安裝於彼此之頂部，且如圖6A－1中所示製造一標誌，其中條帶110及111被產生於外殼材料100與101之間之一空腔區域102中之本發明之一實施例的標誌條帶所罩蔽，且一偏磁體120附著於罩殼材料101之外表面上(如圖中一箭頭所指示)。圖6A－2說明本發明之一實施例之兩個標誌條帶的側視圖，其展示該兩個具有稍許不同曲率之條帶沿一條穿過條帶之寬度方向上的線接觸。為了比較，圖6B－1中展示一種用於兩習知標誌條帶之標誌組態，其中習知標誌條帶210及211置放於外殼200與201之間的空腔區域202中，且一偏磁體220附著於罩殼201之外表面，如圖中一箭頭所指示。圖6B－2說明自一角度觀察之該兩習知條帶的圖，其展示該等兩條帶面對面地接觸，因為製備習知標誌條帶中所使用之特定退火方法，所以該等條帶沿其寬度方向之曲率係相同的，如'702專利中所論述。
在圖7中，將使用本發明之一實施例之該兩條帶標誌之V0 771及V1 772的磁力共振行為與使用一習知兩條帶標誌之V0 773及V1 774的磁力共振行為相比較。在表VII中，匯總本發明之一實施例之兩條帶標誌與代表性習知兩條帶標誌之間之共振特徵的進一步比較，其中第11－18條帶是由本發明之一實施例之非晶系合金扁帶製造。本發明之一實施例之標誌在Hb 1 時之峰值信號振幅V1 m a x 及共振頻率斜率大約等於或稍許高於一習知兩條帶標誌之峰值信號振幅V1 m a x 及共振頻率斜率。表VII亦指示可視一監視系統之要求而定，將偏頻率斜率df r /dHb 調節至一較佳量值。表VIII中進一步示範本發明之一實施例的兩條帶標誌組態相較於習知兩條帶標誌之優點，其中使用兩標誌條帶將每一個別標誌之平均信號振幅<V0 m a x >與兩條帶標誌之平均信號振幅V0 m a x 作比較。應注意：本發明之一實施例之兩條帶標誌的V0 m a x /<V0 m a x >比係在1.65左右，且在標誌之間變化非常小，而習知兩條帶標誌之相同比率在自1.4至1.9之間廣泛地變化。下列給出本發明之一實施例之兩條帶標誌之改良效能的原因：如圖6A－2中所描述，本發明之一實施例之兩個條帶標誌中之每一者均具有一沿條帶長度方向的曲率，且在一條大致如數字122所指示之中心線上接觸，而兩個先前技術之共振器條帶在如圖6B－2中之數字222所指示之兩個條帶之間之條帶之表面中的許多點上接觸，因而在後者中引入比前者更多之機械振動中的阻尼。
如表VII中所示，量測本發明之一實施例之具有大約38 mm長度、大約6 mm寬度及大約28 μm厚度之兩條帶標誌的共振特徵。五個樣品中之習知標誌之值具有如所示之範圍。每一標誌之共振頻率為大約58 kHz。V0 m a x 、Hb 0 、V1 m a x 、Hb 1 及df r /dHb 之定義與表I中之定義係相同的。
如表VIII中所示，標誌條帶形狀對根據本發明之一實施例的兩條帶標誌及習知兩條帶標誌之磁力效能的影響得以檢驗。每一標誌之共振頻率為大約58 kHz。
表VIII本發明之兩條帶標誌之特徵
檢驗本發明之一實施例之兩條帶標誌中之減少的機械阻尼的態樣且示範於圖8中，其中參照在一交變場終止後起始本發明之一實施例之兩條帶標誌801及習知兩條帶標誌802之磁力共振的時間繪製共振信號振幅。顯然，共振現象在本發明之一實施例的兩條帶標誌中比習知兩條帶標誌中持續更長時間，因為本發明之實施例之兩條帶標誌僅在一條穿過該條帶之寬度方向的線上接觸，而兩習知標誌條帶則彼此面對面地接觸。藉由使用上文給出之方程式(2)進一步分析圖8中給出之資料。表IX將因此獲得之本發明之一實施例之兩條帶標誌的T 值與習知條帶的值相比較。
如表IX中所示，列出本發明之一實施例之樣品第24號至第29號之兩條帶標誌及習知樣品A至E的共振信號衰變的時間常數T ，其與表VIII中所發現之值係相同的。具有下文給出之參數V0 m a x 及T 之信號衰變資料符合方程式(2)。每一標誌之共振頻率為大約58 kHz。
由三條帶標誌之實例進一步提供具有多個標誌條帶之優點。為此目的，將隨機選擇之本發明之一實施例之三個具有相同長度及寬度的條帶安裝於彼此的頂部，且形成並測試三條帶標誌。
如圖9中所示，在三條帶標誌中磁力效能以一比圖7中所示之兩條帶標誌所獲得的更高信號振幅V0 901及V1 902而進一步得以改良。表X中按照V0 m a x /<V0 m a x >比之小可變性再次示範標誌之間之磁力效能的一致性。此效能一致性起源於本發明之一實施例的一標誌中的組成條帶之減少的機械阻尼(如在本發明之一實施例之一具有兩個條帶之標誌中所一直觀察的)；見表VIII。不同標誌中之V0 m a x 、Hb 0 、V1 m a x 、Hb 1 及偏斜率df r /dHb [Hz/(A/m)]之小的變化進一步提供了效能一致性，如表X中所見。
如表X中所示，檢驗本發明之一實施例之三條帶標誌的共振特徵。基本量之定義與表I中係相同的。各三條帶標誌之共振頻率為大約58 kHz。
本發明之另一態樣在於提供一種具有增強偵測能力之電子物件監視標誌。因此檢驗具有四個及五個標誌條帶之標誌，且結果匯總於表XI中。
如表XI中所示，本發明之實施例之具有四個及五個標誌條帶之標誌的磁力共振特徵得以判定。V0 m a x 、Hb 0 、V1 m a x 、Hb 1 及df r /dHb 之定義與表I中係相同的。每一標誌之共振頻率為大約58 kHz。
對照圖10之標誌條帶數目繪製來自表I、表IV、表VII、表X及表XI之V0 m a x 1001及V1 m a x 1002的值。觀察到高達三個標誌條帶之磁力共振信號的快速增加，超過其範圍，信號隨條帶數目增加之比率係漸進的，但仍展示增加數目之標誌條帶對於增強之共振信號偵測的有利影響。
將根據本發明製備之具有一個矩形非晶系磁致伸縮合金條帶或複數個矩形非晶系磁致伸縮合金條帶之標誌(例如圖5A及圖6A中所分別例示之一者)利用於圖11中所說明之一電子物件監視系統中。如圖所示，將一具有本發明之一實施例之標誌501的物件502置放於一裝備有一對AC場激發線圈511(其藉由由一信號產生器513及一AC放大器514組成的電子裝置512驅動)的訊問區510中。該電子裝置512經程式化用以激發本發明之實施例的標誌條帶直至一預定時間週期，在該時間上終止激發。在終止線圈511中之激發後，將信號接收線圈516中所偵測之信號饋入一信號偵測電路盒517(其經調諧至訊問區510中之標誌的一共振頻率)中。藉由一電路盒515控制該激發場終止及信號偵測之開始。信號偵測器517連接至一識別器518，該識別器將一訊問結果輸送至一訊問器。當具有本發明之一實施例之電子監視標誌501的物件502退出訊問區510時，若需要，則藉由一去磁場將該標誌去活化。
實例1
以一習知金屬扁帶切割機將一經分割之扁帶切割為易展延及矩形條帶。每一條帶之曲率藉由量測該條帶長度l 上之彎曲表面之高度h 用視力判定，如圖1A中所定義。
實例2
在其中一對線圈供應一靜態偏磁場之裝置中判定磁力效能，且藉由一伏特計及一示波器(oscilloscope)量測出現於藉由一補償線圈補償之信號偵測線圈中的電壓。因此該經量測電壓係依賴於偵測線圈且指示一相關信號振幅。藉由一市售函數產生器供應激發AC場。該函數產生器係經程式化以將本發明之一或多個標誌條帶激發3 msec，該週期後終止激發，且隨時間量測信號衰變。處理因此產生之資料且使用一市售電腦軟體加以分析。
實例3
利用一市售DC BH迴路量測裝置量測磁感應B作為施加場H之一函數。對於一AC BH迴路量測，使用一激發線圈偵測線圈總成(類似於實例4者)，且將來自該偵測線圈之輸出信號饋入一電子積分器中。隨後校準積分信號以給出一樣品之磁感應B的值。參照施加場H繪製合成B，得到一AC BH迴路。在AC與DC兩種情況中，施加場及量測之方向係沿標誌條帶之長度方向。
實例4
將一根據實例1製備之標誌條帶以一預定基本頻率置放於一激發AC場中，且藉由一包含該條帶之線圈偵測其更高諧波回應。將該激發線圈及信號偵測線圈纏繞於一具有大約50 mm直徑之線軸上。該激發線圈及信號偵測線圈中繞組之數目分別為大約180及大約250。所選擇之基本頻率為2.4 kHz且其在激發線圈上之電壓為大約80 mV。量測來自該信號偵測線圈之第25諧波電壓。
根據本發明之一實施例，一磁力共振電子物件監視系統之一標誌包含：至少一由一具有沿一扁帶長度方向之曲率且在具有一靜態偏磁場之交變激發場下展現磁力共振的非晶系鐵磁性合金扁帶切割而得之易展延磁致伸縮標誌條帶，該至少一標誌條帶沿一垂直於一扁帶軸之方向具有一磁各向異性方向。
經選擇後，該至少一易展延磁致伸縮標誌條帶之一曲率半徑小於100 cm。
根據本發明之一實施例，該非晶系鐵磁性合金扁帶具有一在0.7 tesla至1.1 tesla之範圍內的飽和感應。
根據本發明之一實施例，該非晶系鐵磁性合金扁帶具有一在8 ppm至18 ppm之範圍內的飽和磁致伸縮。
根據本發明之一實施例，該非晶系鐵磁性合金扁帶具有基於Fea －Nib －Moc －Bd 之組份，其中30a43、35b48、0c5、14d20且a＋b＋c＋d＝100，可由Co、Cr、Mn及/或Nb視情況替代Mo之高達3原子%且可由Si及/或C視情況替代B之高達1原子%。
根據本發明之一實施例，該非晶系鐵磁性合金扁帶係具有下列成份中之一者之組份的合金：Fe4 0 . 6 Ni4 0 . 1 Mo3 . 7 B1 5 . 1 Si0 . 5 、Fe4 1 . 5 Ni3 8 . 9 Mo4 . 1 B1 5 . 5 、Fe4 1 . 7 Ni3 9 . 4 Mo3 . 1 B1 5 . 8 、Fe4 0 . 2 Ni3 9 . 0 Mo3 . 6 B1 6 . 6 Si0 . 6 、Fe3 9 . 8 Ni3 9 . 2 Mo3 . 1 B1 7 . 6 C0 . 3 、Fe3 6 . 9 Ni4 1 . 3 Mo4 . 1 B1 7 . 8 、Fe3 5 . 6 Ni4 2 . 6 Mo4 . 0 B1 7 . 9 、Fe4 0 Ni3 8 Mo4 B1 8 ，或Fe3 8 . 0 Ni3 8 . 8 Mo3 . 9 B1 9 . 3 。
根據本發明之一實施例，該至少一標誌條帶具有一離散長度且展現一與長度相關之頻率之磁力共振。
經選擇後，該至少一標誌條帶具有一在大約15至大約65 mm之範圍內的長度。
經選擇後，該至少一標誌條帶具有一在大約3 mm至大約15 mm之範圍內的標誌條帶寬度。
根據本發明之一實施例，該至少一標誌條帶具有一超過3之長寬比。
根據本發明之一實施例，該至少一標誌條帶具有在大約4 Hz/(A/m)至大約14 Hz/(A/m)之範圍內的共振頻率對偏磁場之斜率。
根據本發明之一實施例，該標誌包含複數個具有沿該等標誌條帶之長度方向之不同曲率半徑且具有相同長度的標誌條帶。
經選擇後，該複數個標誌條帶係堆疊或並列置放。
根據本發明之一實施例，該標誌包含兩標誌條帶且具有一在大約3.5 Hz/(A/m)至大約10 Hz/(A/m)之範圍內的共振頻率對偏磁場之斜率。
根據本發明之一實施例，該標誌包含三個標誌條帶且具有一在大約4 Hz/(A/m)至大約9 Hz/(A/m)之範圍內的共振頻率對偏磁場之斜率。
根據本發明之一實施例，該標誌包含四個或五個標誌條帶且具有一在大約2 Hz/(A/m)至大約4 Hz/(A/m)之範圍內的共振頻率對偏磁場之斜率。
經選擇後，沿該至少一標誌條帶之方向置放至少一偏磁體條帶。
根據本發明之一實施例，將該至少一標誌條帶係罩蔽於一與該偏磁體條帶分離之空腔中。
根據本發明之一實施例，電子物件監視系統具有一偵測一標誌之共振之能力，且包含一調諧至預定監視磁場頻率之監視系統，其中該監視系統偵測一標誌，該標誌適用於以一預先選擇之頻率機械地共振且具有至少一由一具有沿扁帶長度方向之曲率且在具有一靜態偏磁場之交變激發場下展現磁力共振的非晶系鐵磁性合金扁帶切割而得之易展延磁致伸縮標誌條帶，該至少一標誌條帶沿一垂直於一扁帶軸之方向具有一磁各向異性方向。
經選擇後，該至少一易展延磁致伸縮標誌條帶之曲率半徑係在大約20 cm與大約100 cm之間。
根據本發明之一實施例，該非晶系鐵磁性合金扁帶具有基於Fea －Nib －Moc －Bd 之組份，其中30a43、35b48、0c5、14d20且a＋b＋c＋d＝100，可由Co、Cr、Mn及/或Nb視情況替代Mo之高達3原子%且可由Si及/或C視情況替代B之高達1原子%。
雖然已展示且描述本發明之若干實施例，但彼等熟習此項技術者應瞭解，可對此等實施例作出多種改變而不脫離本發明之原理及精神，其範疇定義於申請專利範圍及其均等物中。
10．．．標誌條帶
11、21．．．磁通量線
20．．．習知條帶
22．．．偏磁體
30、32．．．非磁性罩殼材料
31．．．標誌條帶
33．．．中空區域
34．．．偏磁體
40、42．．．罩殼
41．．．標誌條帶
43．．．空腔區域
44．．．偏磁體
100、101．．．外殼材料
102．．．空腔區域
110、111．．．條帶
120．．．偏磁體
122．．．元件
200、201．．．外殼
202．．．空腔區域
210、211．．．標誌條帶
220．．．偏磁體
222．．．元件
501．．．標誌
502．．．物件
510．．．訊問區
511．．．AC場激發線圈
512．．．電子裝置
513．．．信號產生器
514．．．AC放大器
515．．．控制電路
516．．．信號接收線圈
517．．．信號偵測器
518．．．識別器
圖1A說明一根據本發明之一實施例之由一非晶系合金扁帶切割且具有一偏磁體之一標誌條帶的側視圖，且圖1B說明一具有一偏磁體之一習知標誌條帶的圖；圖2說明本發明之一單條帶標誌的磁力共振特徵及一習知單條帶標誌的磁力共振特徵，其展示作為偏磁場之一函數的共振頻率；圖3說明根據本發明之一實施例之單條帶標誌的共振信號及一習知條帶標誌的共振信號，其展示作為偏磁場之一函數的共振信號振幅；圖4說明一在60 Hz時在本發明之一實施例之具有大約38 mm之長度，大約6 mm之寬度及大約28 μm之厚度的標誌條帶上選取之BH迴路；圖5A說明本發明之一實施例之具有圖1A之一標誌條帶的磁力共振標誌，及圖5B說明一具有圖1B之條帶之習知標誌；圖6A－1及6A－2說明本發明之具有兩個標誌條帶(元件122中展示其側視圖)之一磁力共振標誌之一實施例的實體分佈的比較，及圖6B－1及6B－2說明一具有兩個習知技術條帶(元件222中展示其傾斜圖)之習知標誌的比較；圖7說明本發明之一實施例之兩條帶標誌及兩條帶習知標誌的磁力共振特徵，其展示作為偏磁場之一函數之共振信號；圖8說明本發明之一實施例之兩條帶標誌及兩條帶習知標誌的磁力共振信號衰變，其展示作為終止激發後時間之一函數的共振回應信號；圖9說明本發明之一實施例之三條帶標誌的磁力共振特徵，其展示作為偏磁場之一函數的共振頻率及回應信號；圖10說明作為標誌條帶之數目之函數的共振信號振幅V0 m a x 及V1 m a x ；圖11為本發明之一實施例之電子物件監視系統的圖解說明。
30、32．．．非磁性罩殼材料
31．．．標誌條帶
33．．．中空區域
34．．．偏磁體

Claims (21)

  1. 一種磁力(magnetomechanical)共振電子物件監視系統之標誌，其包含：至少一由一非晶系鐵磁性合金扁帶切割而得之易展延磁致(magnetostrictive)伸縮標誌條帶，該易展延磁致伸縮標誌條帶具有沿一扁帶長度方向之曲率，且在具有一靜態偏磁場之交變激發場下展現磁力共振，該至少一標誌條帶沿一垂直於一扁帶軸之方向具有一磁各向異性方向。
  2. 如請求項1之標誌，其中該至少一易展延磁致伸縮標誌條帶之一曲率半徑小於100 cm。
  3. 如請求項1之標誌，其中該非晶系鐵磁性合金扁帶具有一在0.7 tesla至1.1 tesla之範圍內的飽和感應。
  4. 如請求項3之標誌，其中該非晶系鐵磁性合金扁帶具有一在8 ppm至18 ppm之範圍內的飽和磁致伸縮。
  5. 如請求項3之標誌，其中該非晶系鐵磁性合金扁帶具有基於Fea -Nib -Moc -Bd 之組份，其中30a43、35b48、0c5、14d20且a+b+c+d=100，高達3原子%之Mo視情況可由Co、Cr、Mn及/或Nb替代，且高達1原子%之B視情況可由Si及/或C替代。
  6. 如請求項5之標誌，其中該非晶系鐵磁性合金扁帶係具有下列成份中之一者之組份的合金：Fe40.6 Ni40.1 Mo3.7 B15.1 Si0.5 、Fe41.5 Ni38.9 Mo4.1 B15.5 、Fe41.7 Ni39.4 Mo3.1 B15.8 、Fe40.2 Ni39.0 Mo3.6 B16.6 Si0.6 、Fe39.8 Ni39.2 Mo3.1 B17.6 C0.3 、Fe36.9 Ni41.3 Mo4.1 B17.8 、Fe35.6 Ni42.6 Mo4.0 B17.9 、Fe40 Ni38 Mo4 B18 ，或Fe38.0 Ni38.8 Mo3.9 B19.3 。
  7. 如請求項2之標誌，其中該至少一標誌條帶具有一離散長度，且展現一與長度相關之頻率之磁力共振。
  8. 如請求項7之標誌，其中該至少一標誌條帶具有一大約15至大約65 mm之範圍內的長度。
  9. 如請求項8之標誌，其中該至少一標誌條帶具有一大約3 mm至大約15 mm之範圍內的標誌條帶寬度。
  10. 如請求項9之標誌，其中該至少一標誌條帶具有一超過3之長寬比。
  11. 如請求項10之標誌，其中該至少一標誌條帶之共振頻率對偏磁場之斜率在大約4 Hz/(A/m)至大約14 Hz/(A/m)之範圍內。
  12. 如請求項1之標誌，其中該標誌包含複數個具有沿該等標誌條帶之長度方向之不同曲率半徑且具有相同長度的標誌條帶。
  13. 如請求項12之標誌，其中該複數個標誌條帶中之至少兩者係堆疊或並列置放。
  14. 如請求項13之標誌，其中該標誌包含兩標誌條帶且其共振頻率對偏磁場之斜率在大約3.5 Hz/(A/m)至大約10 Hz/(A/m)之範圍內。
  15. 如請求項13之標誌，其中該標誌包含三個標誌條帶且其共振頻率對偏磁場之斜率在大約4 Hz/(A/m)至大約9 Hz/(A/m)之範圍內。
  16. 如請求項13之標誌，其中該標誌包含四個或五個標誌條 帶且其共振頻率對偏磁場之斜率在大約2 Hz/(A/m)至大約4 Hz/(A/m)之範圍內。
  17. 如請求項1之標誌，進一步包括沿該至少一標誌條帶之方向置放之至少一偏磁體條帶。
  18. 如請求項17之標誌，其中該至少一標誌條帶係罩蔽於一與該偏磁體條帶分離之空腔中。
  19. 如請求項1之標誌，其中該至少一易展延磁致伸縮標誌條帶之一曲率半徑係在大約20 cm與大約100 cm之間。
  20. 如請求項4之標誌，其中該非晶系鐵磁性合金具有基於Fea -Nib -Moc -Bd 之組份，其中30a43、35b48、0c5、14d20且a+b+c+d=100，高達3原子%之Mo視情況可由Co、Cr、Mn及/或Nb替代，且高達1原子%之B視情況可由Si及/或C替代。
  21. 一種具有一偵測一標誌之共振之能力的電子物件監視系統，其包含：一調諧至預定監視磁場頻率之監視系統，其中該監視系統偵測一標誌，該標誌適用於以一預先選擇之頻率機械地共振，且具有至少一自非晶系鐵磁性合金扁帶切割而得之易展延磁致伸縮標誌條帶，該易展延磁致伸縮標誌條帶具有沿扁帶長度方向之曲率，且在具有一靜態偏磁場之交變激發場下展現磁力共振，該至少一標誌條帶沿一垂直於一扁帶軸之方向具有一磁各向異性方向。
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