DE68908236T2 - Frequenzteilendes Antwortgerät mit einem amorphen Draht zur Anwendung in einem System zur Anwesenheitsbestimmung. - Google Patents
Frequenzteilendes Antwortgerät mit einem amorphen Draht zur Anwendung in einem System zur Anwesenheitsbestimmung.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf frequenzteilende Transponder und speziell auf einen verbesserten frequenzteilenden Transponder für die Verwendung in einem Nachweisdetektiersystem.
- EP-A 0 216 584 beschreibt frequenzteilende Transponder und ihre Verwendung in einem Nachweisdetektiersystem. Die darin beschriebenen Transponder enthalten amorphe, magnetostriktive, ferromagnetische Metallbänder, die eine frequenzteilende Charakteristik aufweisen. EP-A 0 216 584 beschreibt eine Methode zur Herstellung eines Metallbandes mit frequenzteilenden Charakteristiken, die aus einem amorphen ferromagnetischen Material bestehen, wie Fe&sub6;&sub7;Co&sub1;&sub8;B&sub1;&sub4;Si&sub1;, Fe&sub8;&sub1;B13,5Si3,5C&sub2; und Fe&sub4;&sub0;Ni&sub3;&sub8;Mo&sub4;B&sub1;&sub8;, welches in lange schmale Streifen geschnitten wird, um die Demagnetisierungseffekte klein zu halten. Das Material wird in einem transversal anliegenden magnetischen Feld einige Minuten ausgeglüht und dann unter Beibehaltung des Magnetfelds abgekühlt.
- Bestimmte nutzliche Gegenstände, die wünschenswerterweise für die Detektion in einem Nachweissystem empfänglich gemacht werden könnten unter Ausnutzung der Frequenzteilung als Detektionstechnik sind in ihrer Größe so beschaffen, daß sie nicht gut für die Anbringung eines frequenzteilenden Metallbandes geeignet sind, sondern der Einschluß eines schmalen Drahtes besser wäre. Bisher waren jedoch Drähte, die frequenzteilende Charakteristiken aufweisen, unbekannt.
- Die in Hauptanspruch 1 definierte vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Draht, der frequenzteilende Charakteristiken aufweist. Insbesondere liefert die vorliegende Erfindung einen Transponder zur Detektion elektromagnetischer Strahlung auf einer ersten vorbestimmten Frequenz, der auf besagte Detektion durch Transmission elektromagnetischer Strahlung auf einer zweiten kleineren Frequenz reagiert, die ein frequenzgeteilter Quotient der ersten vorbestimmten Frequenz ist. Dieser Transponder ist durch einen amorphen, magnetostriktiven, ferromagnetischen Draht, der einen kreisförmigen Querschnitt und eine magnetische Anisotropie in einer Vorzugsrichtung aufweist, die quer zur Länge des Drahtes liegt, gekennzeichnet, so daß in dem Draht nach Anregung durch elektromagnetische Strahlung auf einer ersten vorbestimmten Frequenz in Anwesenheit eines gleichstromerregten Vormagnetisierungsfeldes eine Ummagnetisierung durch Drehprozesse stattfindet und der Draht elektromagnetische Strahlung auf einer zweiten kleineren vorbestimmten Frequenz transmittiert, die ein frequenzgeteilter Quotient der ersten vorbestimmten Frequenz ist.
- Die vorliegende Erfindung beinhaltet weiterhin ein Nachweisdetektiersystem, das Vorrichtungen für die Transmission eines elektromagnetischen Strahlungssignals auf einer ersten vorbestimmten Frequenz in einer Übertragungszone enthält; einen Transponder zur Anbringung an oder zum Einschluß in einen Gegenstand, der innerhalb einer Überwachungszone detektiert werden soll, wobei der Transponder zur Detektion elektromagnetischer Strahlung auf einer ersten vorbestimmten Frequenz verwendet wird und auf besagte Detektion durch Transmission elektromagnetischer Strahlung auf einer zweiten kleineren Frequenz, die ein frequenzgeteilter Quotient der ersten vorbestimmten Frequenz ist, reagiert; und Vorrichtungen zur Detektion elektromagnetischer Strahlung mit einer zweiten Frequenz innerhalb der Überwachungszone. Diese elektromagnetische Strahlung wird durch einen Transponder erzeugt, der einen amorphen, magnetostriktiven, ferromagnetischen Draht mit einem kreisförmigen Querschnitt und einer magnetischen Anisotropie in einer Vorzugsrichtung, die quer zur Länge des Drahtes liegt, beinhaltet, so daß in dem Draht durch elektromagnetische Strahlung auf einer ersten vorbestimmten Frequenz in Anwesenheit eines gleichstromerregten Vormagnetisierungsfeldes eine Ummagnetisierung durch Drehprozesse stattfindet und der Draht elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten kleineren Frequenz transmittiert, die ein frequenzgeteilter Quotient der ersten Frequenz ist.
- Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner einen Gegenstand, der im Hinblick auf seine Autentizität erkannt werden kann aufgrund des Vorliegens einer vorbestimmten Frequenzteilercharakteristik, wenn er auf einer ersten vorbestimmten Frequenz angeregt wird. Der erfindungsgemäße Gegenstand schließt einen Transponder zur Detektion elektromagnetischer Strahlung auf einer ersten vorbestimmten Frequenz ein, indem er auf besagte Frequenz mit der Transmission elektromagnetischer Strahlung auf einer zweiten kleineren Frequenz reagiert, die ein frequenzgeteilter Quotient der ersten vorbestimmten Frequenz ist. Dieser Transponder ist durch einen amorphen, magnetostriktiven, ferromagnetischen Draht, der einen kreisförmigen Querschnitt und eine magnetische Anisotropie in einer Vorzugsrichtung, die transversal zu der Länge des Drahtes liegt, besitzt, gekennzeichnet. Durch Anregung mit elektromagnetischer Strahlung einer ersten vorbestimmten Frequenz findet in dem Draht in Anwesenheit eines gleichstromerregten Vormagnetisierungsfeldes Ummagnetisierung in form von Drehprozessen statt und der Draht transmittiert elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten kleineren Frequenz, die ein frequenzgeteilter Quotient der ersten vorbestimmten Frequenz ist.
- Die vorliegende Erfindung umfaßt des weiteren ein System zum Erkennen der Autentizität eines Gegenstandes, der nach Anregung auf einer ersten vorbestimmten Frequenz eine frequenzteilende Charakteristik besitzt. Das erfindungsgemässe Nachweissystem schließt einen Gegenstand ein, der einen Transponder zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung auf einer ersten vorbestimmten Frequenz beinhaltet und auf die Anregung mit elektromagnetischer Strahlung mit der Transmission elektromagnetischer Strahlung mit einer zweiten kleineren Frequenz, die ein frequenzgeteilter Quotient der ersten vorbestimmten Frequenz ist, reagiert. Des weiteren beinhaltet das erfindungsgemäße Nachweissystem Vorrichtungen für die Transmission eines elektromagnetischen Strahlungssignales mit einer ersten vorbestimmten Frequenz in eine Überwachungszone hinein und Vorrichtungen für die Detektion elektromagnetischer Strahlung auf einer zweiten Frequenz innerhalb der Überwachungszone, die charakterisiert sind durch einen Transponder aus einem amorphen, magnetostriktiven, ferromagnetischen Draht, der einen kreisförmigen Querschnitt und eine magnetische Anisotropie in einer Vorzugsrichtung, die transversal zur Länge des Drahtes liegt, so daß nach Anregung des Drahtes mit elektromagnetischer Strahlung auf einer ersten vorbestimmten Frequenz unter der Gegenwart eines gleichstromerregten Vormagnetisierungsfeldes Ummagnetisierung in Form von Drehprozessen stattfindet und der Draht elektromagnetische Strahlung auf einer zweiten kleineren vorbestimmten Frequenz, die ein frequenzgeteilter Quotient der ersten Frequenz ist, transmittiert.
- Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungen dargestellt.
- Figur 1 zeigt eine Methode zur Herstellung eines erfindungsgemaßen Drahtes mit frequenzteilender Charakteristik.
- Figur 2A zeigt die Konfiguration der magnetischen Domänen eines so hergestellten amorphen Legierungsdrahtes aus Eisen, Bor und Silizium.
- Figur 2B zeigt die Vorzugsrichtung der magnetischen Anisotropie, die in einen Draht aus Figur 2A durch Ausglühen induziert wird.
- Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Nachweissystem.
- Figur 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Gegenstand, der in seiner Authentizität erkannt werden kann.
- In Figur 1 wird eine Herstellungsmethode eines erfindungsgemäßen Drahtes mit frequenzteilender Charakteristik gezeigt. Die Methode besteht aus dem Schritt 10, in dem ein amorpher, ferromagnetischer Legierungsdraht ausgewählt wird, der erst durch Schmelzen und darauffolgendes Abschrecken erhalten wird; daran schließt sich der Schritt 12 an, in dem der ausgewählte Draht ausgeglüht wird.
- Drähte mit frequenzteilender Charakteristik werden durch Ausglühen ausgewählter Legierungsdrähte, die aus Eisen, Bor und Silizium bzw. aus Eisen, Bor, Silizium und Kohlenstoff bestehen, hergestellt. Die ausgewählten Drähte wurden von der Allied-Signal Corporation aus Morris Township, New Jersey, USA bezogen. Der Draht, der aus einer Legierung aus Eisen, Bor und Silizium besteht, wird von der Allied-Signal Corporation unter der Bezeichnung "AF-1" geführt.
- Der Legierungsdraht wird durch das folgende Schmelz- und Abschreckverfahren hergestellt. Die Legierung wird unter einer Argon-Schutzgasatmosphäre in einem Induktionsofen geschmolzen. Die geschmolzene Legierung wird aus einer Rubindüse am Ende eines Quarzrohres in Kühlwasser, das mit hoher Geschwindigkeit rotiert, herausgespritzt. Die ausgespritzte Legierungsschmelze wird abgeschreckt und in Form eines kontinuierlichen Drahtes durch das Kühlwasser sehr schnell verfestigt. Der verfestigte Draht wird dann durch die Zentrifugalkraft an der Innenseite einer rotierenden Trommel gesammelt.
- Diese so hergestellten amorphen Legierungsdrähte weisen schärfere Pulse und geringere Spannungspulsschwankungen auf als entsprechende amorphe Legierungsbänder. Die Ummagnetisierungsprozesse in amorphen Legierungsdrähten sind verschieden zu den Ummagnetisierungsprozessen in amorphen Legierungsbändern. Die nach dem obigen Verfahren hergesellten amorphen Legierungsdrähte weisen einen scharfen Pulsausgang auf, der von einer großen Barkhausen Sprunginversion des magnetischen Flusses begleitet wird. Während des Herstellungsprozesses erstarrt die äußere schicht des Drahtes zuerst, wobei sich ein äußerer Durchmesser bildet, der auf der Größe des noch flüssigen inneren Drahtbereiches basiert. Sobald der innere Bereich des Drahtes dann verfestigt, schrumpft der ganze Draht und es wird hierbei eine longitudinal verlaufende Spannung erzeugt. Analog hergestellte amorphe Legierungsbänder zeigen eine solche Charakteristik nicht.
- Figur 2A zeigt die angenommene Konfiguration der magnetischen Domänen in einem erfindungsgemäßen Legierungsdraht aus Eisen, Bor und Silizium.
- Nach der erfindungsgemäßen Methode weisen so hergestellte amorphe Drähte eine frequenzteilende Charakteristik infolge eines Ausglühprozesses auf, wobei ein Strom kurze Zeit den Draht passiert. Als Folge des Ausglühprozesses werden Spannungen im Draht ausgeglichen und in einer Vorzugsrichtung transversal zur Länge des Drahtes eine magnetische Anisotropie induziert (Figur 2B). Wegen der induzierten magnetischen Anisotropie und der hohen magnetostriktiven Eigenschaft des Drahtes liegt auch ein sehr hoher magnetomechanischer Kopplungskoeffizient vor. Durch Anlegen eines wechselstromerregten Feldes an den so behandelten amorphen Legierungsdraht findet eine Ummagnetisierung durch Drehprozesse statt. Ein zusätzliches Anlegen eines gleichstromerregten Vormagnetisierungsfeldes in der Länge des so behandelten Legierungsdrahtes bewirkt das Verhalten eines nicht linearen Induktors. Durch sauberes Einstellen des gleichstromerregten Vormagnetisierungsfeldes und des wechselstromerregten Feldes wirkt der Legierungsdraht als parametrischer Verstärker und in Spezialfällen weist ein solcher Legierungsdraht frequenzteilende Charakteristik auf.
- Frequenzteilende Charakteristiken zeigten sich in amorphen Legierungsdrähten aus Eisen, Bor und Silizium bzw. aus Eisen, Bor, Silizium und Kohlenstoff, die einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, einen Durchmesser im Bereich von ungeführ 50 Mikrometer bis 130 Mikrometer haben und in ihrer Länge von 3 cm bis 7 cm varrieren unter Gegenwart eines gleichstromerregten Vormagnetisierungsfeldes und eines Wechselstromanregungsfeldes mit einer Frequenz von ungefähr 20 kHz bis 132 kHz.
- Ein solcher frequenzteilender Draht hat die folgenden günstigen Merkmale:
- a) ein hohes Signal-Rauschverhältnis
- b) ein schnelles Antwortverhalten mit einer Abschneidefrequenz von mehreren kHz
- c) Robustheit bzw. hohe Stabilität gegenüber Temperaturänderungen
- d) kleine Abmessungen
- e) hohe Zuverlässigkeit und geringes Altern im Langzeiteinsatz
- f) Elastizität.
- In einem erfindungsgemäßen Nachweissystem (Figur 3) wird ein Transponder 18, der einen frequenzteilenden und nach obigem Verfahren hergestellten Draht 19 beinhaltet, in einen nützlichen Gegenstand 20 eingebracht. Der Transponder 18 kann an dem Gegenstand 20 angebracht oder in den Gegenstand 20 eingebracht werden. Letzteres ist in Figur 4 dargestellt. In beiden Ausführungsformen muß der Draht 19 so untergebracht werden, daß er mechanische Schwingungen ausführen kann, sobald er von einem elektromagnetischen Feld mit der charakteristischen ersten vorbestimmten Frequenz des Drahtes 19 angeregt wird.
- Wie aus Figur 4 zu sehen ist, beinhaltet der Transponder 18 ein Röhrchen 21, das einen frequenzteilenden Draht 19 in dem Gegenstand 20 einschließt, in der Art, daß der Draht 19 mechanische Schwingungen vollführen kann, sobald er von elektromagnetischer Strahlung mit der charakteristischen ersten vorbestimmten Frequenz des Drahtes 19 angeregt wird.
- Das System beinhaltet des weiteren einen Transmitter 22, einen Detektor 24 und einen Permanentmagneten 26. Der Transmitter transmittiert ein elektromagnetisches Strahlungssignal 28 auf einer ersten vorbestimmten Frequenz in die Überwachungszone 30. Der Transponder 18 ist in einem Artikel 20 eingebunden, der innerhalb der Überwachungszone 30 detektiert werden soll. Alternativ ist der Transponder 18 in einem Anhänger (nicht gezeigt) integriert, der an dem innerhalb der Überwachungszone 30 zu detektierenden Gegenstand 20 angebracht ist. Der Permanentmagnet 26 hält ein externes Vormagnetisierungsfeld innerhalb der Überwachungszone 30 bereit, das ungefähr eine Stärke von 0,7 bis 1,0 Oersted aufweist. Der Draht 19 in dem Transponder 18 wird von elektromagnetischer Strahlung auf der ersten vorbestimmten Frequenz angeregt und transmittiert elektromagnetische Strahlung auf einer kleineren zweiten vorbestimmen Frequenz, die ein frequenzgeteilter Quotient der ersten vorbestimmten Frequenz ist. Der Detektor 24 detektiert elektromagentische Strahlung 32 auf der zweiten Frequenz innerhalb der Überwachungszone 30 und stellt somit die Gegenwart eines Transponders 20 in der Überwachungszone 30 fest.
- In einer bevorzugten Ausführung des Gegenstandes 20, wie er in Figur 4 gezeigt ist, beinhaltet der Gegenstand 20 einen Transponder 18. Der Transponder 18 beinhaltet einen amorphen, magnetostriktiven, ferromagnetischen Draht 19, der nach Anregung durch ein elektromagnetisches Feld auf einer ersten vorbestimmten Frequenz in Gegenwart eines gleichstromerregten Vormagnetisierungsfeldes elektromagnetische Strahlung auf einer zweiten kleineren vorbestimmten Frequenz transmittiert, wobei diese Frequenz ein frequenzgeteilter Quotient der ersten vorbestimmten Frequenz ist. Der Transponder 18 beinhaltet des weiteren ein sehr dünnes Plastikröhrchen 21, welches den Draht 19 innerhalb des Gegenstandes 10 so umgibt, daß der Draht 19 mechanische Schwingungen nach Anregung durch besagtes elektromagnetisches Feld mit der ersten vorbestimmten Frequenz vollführen kann.
- Durch das Nachweissystem aus Figur 3 kann ein solcher Gegenstand 20 in seiner Authentizität bestimmt werden im Gegensatz zu einem anderen Gegenstand.
Claims (10)
1. Ein Transponder (18), der elektromagnetische
Strahlung (28) auf einer ersten vorbestimmten Frequenz
detektiert und auf diese Detektion mit der Transmission
elektromagnetischer Strahlung (32) auf einer zweiten
kleineren Frequenz, die ein frequenzgeteilter
Quotient der ersten vorbestimmten Frequenz ist,
reagiert, gekennzeichnet durch einen
amorphen, magnetostriktiven, ferromagnetischen Draht
(19), der einen kreisförmigen Querschnitt und eine
magnetische Anisotropie in einer Vorzugsrichtung
aufweist, die quer zur Länge des Drahtes liegt, so daß
in dem Draht nach Anregung durch elektromagnetische
Strahlung (28) auf der ersten vorbestimmten Frequenz
in Anwesenheit eines gleichstromerregten
Vormagnetisierungsfeldes eine Ummagnetisierung durch
Drehprozesse stattfindet und der Draht elektromagnetische
Strahlung (32) auf einer zweiten kleineren
vorbestimmten Frequenz transmittiert, die ein
frequenzgeteilter Quotient der ersten vorbestiminten Frequenz
ist.
2. Ein Transponder nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (21)
zum Einschluß des Drahtes (19) in einem Gegenstand
(20) vorgesehen sind, so daß der Draht mechanische
Schwingungen ausführen kann, wenn er von besagter
elektromagnetischer Strahlung (28) auf der ersten
vorbestiminten Frequenz angeregt wird.
3. Ein Transponder nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Draht (19) aus
einer Legierung aus Eisen, Bor und Silizium besteht.
4. Ein Transponder nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Draht (19) aus
einer Legierung aus Eisen, Bor, Silizium und
Kohlenstoff besteht.
5. Ein Nachweisdetektiersystem, das einen Transponder
(18) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Anbindung
an oder zum Einschluß in einen Gegenstand (20), der
innerhalb einer Überwachungszone (30) detektiert
werden soll, Vorrichtungen (22) zur Transmission eines
elektromagnetischen Strahlungssignals (28) auf der
ersten vorbestimmten Frequenz in die Überwachungszone
(30) und Vorrichtungen (24) zur Detektion
elektromagnetischer Strahlung (32) auf der zweiten Frequenz
innerhalb der Überwachungszone (30) aufweist.
6. Ein System nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (26) zur
Versorgung mit einem gleichstromerregten
Vormagnetisierungsfeld innerhalb der Überwachungszone (30)
vorgesehen sind, um den Draht (19) innerhalb besagter
Überwachungszone besagtem Vormagnetisierungsfeld
auszusetzen.
7. Ein Gegenstand (20) mit einem Transponder (18) nach
einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gegenstand (20)
nach Anregung durch elektromagnetische Strahlung der
ersten vorbestimmten Frequenz (28) durch Aussenden
der vorbestimmten frequenzgeteilten
charakteristischen Strahlung (32) in seiner Authentizität erkannt
werden kann.
8. Ein System zum Erkennen der Authentizität eines
Gegenstandes nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (22) zur
Transmission eines elektromagnetischen
Strahlungssignales (28) auf der ersten vorbestimmten Frequenz
in die Überwachungszone (30) vorgesehen ist und
Vorrichtungen (24) zur Detektion der elektromagnetischen
Strahlungen (32) auf der zweiten Frequenz innerhalb
der Überwachungszone (30) vorgesehen sind.
9. Eine Methode zur Behandlung eines amorphen
ferromagnetischen Legierungsdrahtes um den Draht (19) mit
seiner frequenzteilenden Charakteristik zur
Herstellung eines Transponders (18) nach einem der Ansprüche
1 bis 4 herzustellen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Methode folgende Schritte
aufweist:
(a) Auswählen (10) eines amorphen, ferromagnetischen
Legierungsdrahtes, der geformt wurde durch
Schmelzen und darauffolgendes Abschrecken der
Legierung; und
(b) Ausglühen (12) (flash annealing) des ausgewählten
Drahtes.
10. Eine Methode zur Herstellung eines amorphen
ferromagnetischen Legierungsdrahtes (19), der eine
frequenzteilende Charakteristik besitzt, um einen
Transponder (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 4
herzustellen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Methode die folgenden Schritte
aufweist:
(a) Herstellen eines amorphen, ferromagnetischen
Legierungsdrahtes durch Schmelzen und
darauffolgendes Abschrecken der Legierung; und
(b) Ausglühen (12) (flash annealing) des
hergestellten Drahtes.
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