NL1011517C2

NL1011517C2 - Magnetostrictive detector system using stepped-frequency oscillator with output field strength held constant to avoid disturbing e.g. heart pacemakers

Info

Publication number: NL1011517C2
Application number: NL1011517A
Authority: NL
Inventors: Tallienco Wieand Harm Fockens; Jacques Antony Marinus Hulshof
Original assignee: Nl App Nfabriek Oenedapoe Nv
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2000-09-12

Abstract

The interrogation transmitter uses a stepped-frequency oscillator (11) together with magneto-acoustic labels in accordance with established technique. However, the field strength at the antenna (18) is held constant, irrespective of frequency. A differential amplifier (28) drives the current source (29); together they form a power amplifier. The feedback coupling (30) compares the voltage generated on the capacitors (25,26) with the drive voltage from the oscillator (11) and holds the voltage on the capacitors constant. The field strength at the antenna coil (18) remains steady, avoiding inductive pick-up in the wiring serving e.g. heart pacemakers.

Description

- 1 -5- 1 -5

Detectiesysteem.Detection system.

De uitvinding betreft een detectiesysteem voor het detecteren van winkeldiefstal met 10 behulp van magneto-akoestische labels. Deze labels bevatten een plaatje zacht magnetisch materiaal, dat het magnetostrictieve effect vertoont: de afmeting van het materiaal kan veranderen onder invloed van een uitwendig magnetisch veld. Indien dat magnetische veld een wisselveld is, kan een mechanische trilling worden opgewekt.The invention relates to a detection system for detecting shoplifting by means of magneto-acoustic labels. These labels contain a plate of soft magnetic material, which exhibits the magnetostrictive effect: the size of the material can change under the influence of an external magnetic field. If that magnetic field is an alternating field, a mechanical vibration can be generated.

15 Het betreffende plaatje zacht magnetisch materiaal zal bij specifieke frequenties mechanische resonantie effecten vertonen. De eerder genoemde mechanische trillingen, opgewekt door middel van magnetostrictie, worden versterkt indien de frequentie van het magnetische wisselveld, hier verder primaire veld genoemd, gelijk is aan de helft van de mechanische resonantiefrequentie. Indien echter een tweede, constant, 20 magnetisch veld, ook wel bias veld genaamd, aangebracht wordt in een geschikte oriëntatie, zal de mechanische trilling maximaal zijn indien de frequentie van het wisselveld gelijk is aan de mechanische resonantiefrequentie.The relevant soft magnetic material plate will exhibit mechanical resonance effects at specific frequencies. The aforementioned mechanical vibrations generated by magnetostriction are amplified if the frequency of the alternating magnetic field, hereinafter referred to as the primary field, is equal to half the mechanical resonance frequency. However, if a second, constant, magnetic field, also called a bias field, is applied in a suitable orientation, the mechanical vibration will be maximum if the frequency of the alternating field is equal to the mechanical resonance frequency.

Een mechanisch trillend plaatje magnetostrictief materiaal in een bias veld zal echter 25 ook een eigen, secondair, magnetisch wisselveld genereren. Dit wisselveld kan in principe door een daartoe geschikte ontvanger gedetecteerd worden.However, a mechanically vibrating plate of magnetostrictive material in a bias field will also generate its own secondary magnetic alternating field. This alternating field can in principle be detected by a suitable receiver.

De sterkte van het secondaire magnetische wisselveld is in verhouding tot het primaire veld dermate zwak dat het niet zonder meer onderscheiden kan worden van dat primaire 30 veld. Er zijn daarom maatregelen nodig om dat secondaire veld detecteerbaar te maken.The strength of the secondary alternating magnetic field is so weak in relation to the primary field that it cannot simply be distinguished from that primary field. Therefore, measures are needed to make that secondary field detectable.

In de bestaande techniek wordt dat bereikt door het primaire veld slechts kortstondig aan te zetten. In die aan-periode gaat het label trillen. Als het primaire veld uitgezet T011517 -2- wordt, is in het label nog trillingsenergie aanwezig. Het label blijft daardoor nog doortrillen in de eigen resonantietrilling. Er wordt dan nog een secondair magnetisch 5 wisselveld gegenereerd, dat op afstand detecteerbaar is omdat het primaire veld niet meer aanwezig is.In the existing technique this is achieved by switching on the primary field only briefly. During that on period, the label will vibrate. When the primary field is turned off T011517 -2-, the label still contains vibrational energy. As a result, the label continues to vibrate in its own resonance vibration. A secondary alternating magnetic field is then generated, which is remotely detectable because the primary field is no longer present.

Vanwege trillingsverliezen daalt de amplitude van deze trilling volgens een omgekeerd exponentiële kromme. Door op twee of meer momenten de amplitude van het ontvangen signaal te meten en die amplitudes te vergelijken met de exponentiële afVal 10 kromme, kan eenduidig de aanwezigheid van een dergelijke label vastgesteld worden, evenals de grootte van de Q-factor van die label.Due to vibration losses, the amplitude of this vibration decreases according to an inverse exponential curve. By measuring the amplitude of the received signal at two or more moments and comparing those amplitudes with the exponential Waste 10 curve, it is possible to unambiguously determine the presence of such a label, as well as the magnitude of the Q factor of that label.

Figuur 1 geeft een schematische weergave van het werkingsprincipe van de bestaande techniek.Figure 1 gives a schematic representation of the operating principle of the existing technique.

15 Lijn 1 toont een oscillogram van het gepulste primaire magnetische wisselveld met pulsen 2. Lijn 3 laat de door de ondervraagpulsen opgewekte trilling 4 zien van het magneto-strictieve plaatje van het label, en daarmee de golfvorm van het secondaire magnetische veld. Lijn 5 laat zien wanneer het terugontvangen signaal bemonsterd wordt, en lijn 6 de bemonsterde golfvorm.Line 1 shows an oscillogram of the pulsed primary magnetic alternating field with pulses 2. Line 3 shows the vibration 4 generated by the interrogation pulses of the magnetostrictive plate of the label, and thus the waveform of the secondary magnetic field. Line 5 shows when the signal received back is sampled, and line 6 shows the sampled waveform.

2020

Dit wordt de puls-naslinger techniek genoemd. Dergelijke technieken zijn bekend, o.m. uit het Amerikaanse octrooien US 4647910 en US 4510489. Kenmerkend voor de puls-naslinger techniek is het kortstondig inschakelen van het zendveld, gevolgd door een langere ontvangst periode.This is called the pulse crank technique. Such techniques are known, inter alia from US patents US 4647910 and US 4510489. A characteristic of the pulse cranking technique is the brief switching on of the transmission field, followed by a longer reception period.

2525

Een principieel alternatief in de bestaande techniek is de frequentiezwaai methode, o.a. genoemd in het Amerikaanse patent US 4510489, Anderson, e.a. In deze techniek wordt een continu aanwezige ondervraagsignaal in frequentie gezwaaid. De frequentiezwaai passeert daarbij de resonantiefrequentie van het label. De zwaai is 30 relatief langzaam, zodat het label, wanneer de frequentie van het ondervraagsignaal de resonantiefrequentie passeert, voornamelijk trilt in de gedwongen trilling, De frequentie van deze gedwongen trilling is principieel gelijk aan de frequentie van het ondervraagsignaal, doch de momentele fasehoek van deze gedwongen trilling ten opzichte van het ondervraagveld verloopt van 0° naar -180° bij een passage van de 1011517 -3 - ondervraagfrequentie van laag naar hoog. Van hoog naar laag verloopt het faseverschil van -180° naar 0°. Op het moment van exacte resonantie is het faseverschil -90° en is 5 de amplitude van de gedwongen trilling maximaal.A fundamental alternative in the existing technique is the frequency sweep method, mentioned inter alia in US patent US 4510489, Anderson, et al. In this technique, a continuously present interrogation signal is waved in frequency. The frequency sweep thereby passes the resonant frequency of the label. The sweep is relatively slow, so that when the frequency of the interrogation signal passes the resonant frequency, the label mainly vibrates in the forced vibration. The frequency of this forced vibration is in principle equal to the frequency of the interrogation signal, but the instantaneous phase angle of this forced vibration relative to the interrogation field goes from 0 ° to -180 ° with a passage of the 1011517 -3 - interrogation frequency from low to high. The phase difference runs from -180 ° to 0 ° from high to low. At the moment of exact resonance, the phase difference is -90 ° and the amplitude of the forced vibration is maximum.

Het secondaire magnetische veld dat door deze gedwongen trilling opgewekt wordt, wordt ontvangen in een ontvangschakeling onder gebruik van een tweede ontvangantenne, de zogenaamde transmissie systemen, of onder gebruik van dezelfde antennespoel als die ook voor het opwekken van het primaire veld gebruikt wordt, de 10 zogenaamde absorptiesysternen.The secondary magnetic field generated by this forced vibration is received in a receiving circuit using a second receiving antenna, the so-called transmission systems, or using the same antenna coil as used for generating the primary field, the 10 so-called absorption systems.

Omdat de alternatieve techniek de gedwongen trilling van het resonerende label benut is deze techniek daarmee principieel verschillend van de puls-naslingertechniek, waarin de eigen trilling gebruikt wordt.Because the alternative technique uses the forced vibration of the resonating label, this technique is therefore fundamentally different from the pulse-cranking technique, in which the own vibration is used.

1515

Een probleem bij het gebruik van het frequentiezwaai techniek is dat er een eenduidige relatie bestaat tussen de bandbreedte van de resonantiecurve van het label, en de detectietijd, die het systeem nodig heeft om een label te kunnen detecteren met een goede betrouwbaarheid. Daar de bandbreedte van de onderhavige labels enige 20 honderden Hz bedraagt, wordt de detectietijd te lang om in een applicatie als winkeldiefstaldetectie gebruikt te kunnen worden. Daarmee is deze alternatieve bestaande techniek alleen bruikbaar voor detectiesystemen, die hogere werkfrequenties gebruiken zoals 2 MHz of 8,2 MHz.A problem with the use of the frequency sweep technique is that there is an unambiguous relationship between the bandwidth of the resonance curve of the label and the detection time that the system needs to detect a label with good reliability. Since the bandwidth of the present labels is some 20 hundreds Hz, the detection time becomes too long to be used as shoplifting detection in an application. This alternative technology is therefore only usable for detection systems that use higher operating frequencies such as 2 MHz or 8.2 MHz.

25 Een probleem, dat optreedt bij de techniek die wel bruikbaar is voor smalbandige labels, de puls-naslingertechniek, is dat de zo opgewekte gepulste magnetische wisselvelden relatief gemakkelijk hartstimulatoren (pacemakers) of andere medische implantaten in hun werking kunnen verstoren. Deze verstoringen zijn van zeer vervelende tot levensbedreigende aard voor de dragers van pacemakers. Indien een 30 dergelijke detectiesysteem toegepast wordt bij de uitgang van winkels kunnen pacemakerdragers onbewust in een potentieel gevaarlijke situatie geraken.A problem which arises with the technique which is useful for narrow-band labels, the pulse post-pendulum technique, is that the pulsed magnetic fields generated in this way can interfere with cardiac stimulators (pacemakers) or other medical implants in their operation relatively easily. These disturbances are of a very annoying to life-threatening nature for the carriers of pacemakers. If such a detection system is used at the exit of shops, pacemaker carriers can unconsciously get into a potentially dangerous situation.

Pacemakers zijn daarentegen wel bestendig tegen magnetische wisselvelden waarvan de amplitude niet of weinig varieert. Het is dan ook het doel van de uitvinding eenPacemakers, on the other hand, are resistant to alternating magnetic fields whose amplitude varies little or not at all. Therefore, the object of the invention is one

101151T101151T

-4- detectiesysteem te ontwikkelen, waarvan het ondervraagveld, het primair magnetisch wisselveld, een constante, of nagenoeg constante, amplitude heeft, en waarin het toch 5 mogelijk is magnetostrictieve labels te detecteren volgens het puls-naslinger principe. In de uitvinding wordt gebruik gemaakt van de mogelijkheid het pulsen niet in het tot dusver gebruikelijke amplitudedomein te laten plaats vinden, doch in het frequentiedomein.To develop a detection system in which the interrogation field, the primary magnetic alternating field, has a constant, or almost constant, amplitude, and in which it is still possible to detect magnetostrictive labels according to the pulse-cranking principle. In the invention, use is made of the possibility of the pulses not taking place in the hitherto usual amplitude domain, but in the frequency domain.

1010

Figuur 1 toont een schematische weergave van het werkingsprincipe van de bestaand techniek.Figure 1 shows a schematic representation of the operating principle of the existing technology.

Figuur 2 toont een schematische weergave van het werkingsprincipe van de techniek volgens de uitvinding.Figure 2 shows a schematic representation of the operating principle of the technique according to the invention.

15 Figuur 3 geeft een blokschema van een detectiesysteem volgens de uitvinding.Figure 3 shows a block diagram of a detection system according to the invention.

Figuur 4 geeft een schematisch beeld van de antennespoel en de afstemming daarvan. Figuur 5 geeft een uitvoeringsvorm van de zenderschakeling met omschakelende antennespoelafstemming.Figure 4 gives a schematic picture of the antenna coil and its tuning. Figure 5 shows an embodiment of the transmitter circuit with switching antenna coil tuning.

Figuur 6 geeft een alternatieve uitvoeringsvorm van de zenderschakeling met 20 omschakelende antennespoelafstemming.Figure 6 shows an alternative embodiment of the transmitter circuit with switching antenna coil tuning.

Figuur 7 geeft een andere alternatieve uitvoeringsvorm van de zenderschakeling met omschakelende antennespoelafstemming.Figure 7 shows another alternative embodiment of the transmitter circuit with switching antenna coil tuning.

Figuur 8 toont de signalen in de schakeling van figuur 5.Figure 8 shows the signals in the circuit of Figure 5.

Figuur 9 toont de signalen in de schakelingen van figuren 6 en 7.Figure 9 shows the signals in the circuits of Figures 6 and 7.

25 Figuur 10 toont een uitwerking van de ontvanger.Figure 10 shows an elaboration of the receiver.

Zoals reeds is gesteld, slingert het label alleen uit indien de frequentie van het primaire magnetische wisselveld gelijk is aan de resonantiefrequentie van het trilplaatje. Door nusprongsgewijs de frequentie van het primaire veld te wijzigen van een waarde die ver 30 buiten de resonantiefrequentie ligt naar de waarde van de resonantiefrequentie, wordt hetzelfde effect bereikt als het inschakelen van het primaire veld op de resonantiefrequentie. Bij het einde van de duur van de puls wordt de frequentie weer in een sprong teruggezet naar de rustwaarde. In de tijdspanne waarin de frequentie van het primaire veld gelijk is aan de resonantiefrequentie wordt het label opgeslingerd, terwijl 1011517 -5- daama het label natrilt op zijn eigen resonantiefrequentie.As already stated, the label will only swing out if the frequency of the primary magnetic alternating field is equal to the resonance frequency of the vibration plate. By nusically changing the frequency of the primary field from a value far beyond the resonant frequency to the value of the resonant frequency, the same effect as turning on the primary field at the resonant frequency is achieved. At the end of the pulse duration, the frequency is reset to its quiescent value in one jump. In the span of time when the frequency of the primary field is equal to the resonant frequency, the label is flung, while 1011517 -5- then the label vibrates afterwards at its own resonant frequency.

5 In figuur 2 laat oscillogram 7 het primaire veld zien, terwijl lijn 8 aangeeft wanneer de frequentie van dat veld gelijk is aan de rustfrequentie fo, aangegeven door 9 in oscillogram 7, en wanneer de frequentie gelijk is aan de resonantiefrequentie van het label, fi, 10 in oscillogram 7. De response van het label 3, en de bemonstering 5 met resultaat 6 is identiek als in figuur 1.5 In figure 2, oscillogram 7 shows the primary field, while line 8 indicates when the frequency of that field is equal to the quiescent frequency fo, indicated by 9 in oscillogram 7, and when the frequency is equal to the resonant frequency of the label, fi , 10 in oscillogram 7. The response of the label 3, and the sampling 5 with result 6 is identical as in figure 1.

1010

Figuur 3 geeft een blokschema van een detectiesysteem volgens de uitvinding. Hierin drijft oscillator 11 vermogensversterker 12 aan. De frequentiesprongen van de oscillator 11 worden bestuurd door controller 13. Controller 13 bestuurt eveneens de afstemschakeling 14 van antennespoel 15. Antennespoel 16 ontvangt het secondaire 15 veld van het label, welk signaal in ontvangerschakeling 17 geselecteerd en bemonsterd wordt als hierboven beschreven.Figure 3 shows a block diagram of a detection system according to the invention. Herein oscillator 11 drives power amplifier 12. The frequency jumps of the oscillator 11 are controlled by controller 13. Controller 13 also controls the tuning circuit 14 of antenna coil 15. Antenna coil 16 receives the secondary 15 field from the tag, which signal in receiver circuit 17 is selected and sampled as described above.

Het is het doel van de uitvinding dat de pacemaker op zijn aansluitklemmen een constante inductiespanning ziet, zodat gezien vanuit de pacemaker de amplitude niet 20 varieert als de frequentie van het primaire veld van de ene naar de andere toestand springt. De pacemaker is gevoelig voor een magnetisch wisselveld doordat de verbindingkabel, lopende vanaf de pacemaker, die geplaatst is onder de linkeroksel, naar de sensorelektrode in het hart, een lus vormt tesamen met de retourweg door het weefsel naar de pacemaker.It is the object of the invention that the pacemaker sees a constant induction voltage on its terminals, so that the amplitude as seen from the pacemaker does not vary when the frequency of the primary field jumps from one state to another. The pacemaker is sensitive to an alternating magnetic field in that the connection cable, running from the pacemaker, which is placed under the left armpit, to the sensor electrode in the heart, forms a loop along with the return path through the tissue to the pacemaker.

25 De spanning Vpm, die opgewekt wordt in deze lus door het magnetische wisselveld, wordt bepaald door:The voltage Vpm, which is generated in this loop by the alternating magnetic field, is determined by:

Vpm = 2π£ΑμοΗ 30 waarin f de frequentie is, A het oppervlakte is, dat door de lus omsloten wordt, H de veldsterkte is, en μο de permeabiliteit van vacuüm. De spanning is dus van de frequentie afhankelijk, en om deze constant te houden zal de veldsterkte omgekeerd evenredig met de frequentie moeten variëren.Vpm = 2π £ ΑμοΗ 30 where f is the frequency, A is the area enclosed by the loop, H is the field strength, and μο is the permeability of vacuum. The voltage therefore depends on the frequency, and in order to keep it constant, the field strength will have to vary inversely with the frequency.

101 1517 -6-101 1517 -6-

Figuur 4 geeft een schematisch beeld van de antennespoel 18 met zelfinductie L, die afgestemd is door middel van condensator 19 met capaciteit C. Weerstand 20, ter 5 grootte R, representeert de elektrische verliezen in de antennespoel en in de condensator. Spanningsbron 21 representeert de zelfmductiespanning Vl in antennespoel 18. De lus van het pacemakersnoer 22 van pacemaker 23 is inductief met antennespoel 18 gekoppeld, waarbij spanningsbron 24 de inductiespanning Vpm in de lus van het pacemakersnoer aangeeft.Figure 4 gives a schematic view of the antenna coil 18 with self-inductance L, which is tuned by means of capacitor 19 with capacitance C. Resistor 20, of size R, represents the electrical losses in the antenna coil and in the capacitor. Voltage source 21 represents the self-voltage voltage V1 in antenna coil 18. The loop of pacemaker lead 22 of pacemaker 23 is inductively coupled to antenna coil 18, voltage source 24 indicating the induction voltage Vpm in the loop of pacemaker lead.

10 Voor Vl geldt:10 For Vl applies:

VL = 2ït£LIVL = 2 £ LI

waarin I de zendstroom door de antennespoel is.where I is the transmit current through the antenna coil.

Voor het primaire magnetische veld geldt dat het evenredig is met de stroom I. Dat 15 maakt dat ook de zelfmductiespanning Vl evenredig is met de frequentie bij constante veldsterkte. Daaruit kan geconcludeerd worden dat indien Vpm constant gehouden moet worden bij een variërende frequentie, Vl tevens constant zal zijn.For the primary magnetic field it holds that it is proportional to the current I. This means that the self-reduction voltage V1 is also proportional to the frequency at constant field strength. From this it can be concluded that if Vpm is to be kept constant at a varying frequency, V1 will also be constant.

De antennekring, bestaande uit de antennespoel 18, condensator 19 en verliesweerstand 20 20, moet in beide frequentïetoestanden afgestemd zijn. Dat betekent dat bij het omschakelen van de frequentie ook de zelfinductie van de antennespoel 18, en/of de capaciteit van condensator 19 mee omgeschakeld moeten worden.The antenna circuit, consisting of the antenna coil 18, capacitor 19 and loss resistor 20 20, must be tuned in both frequency states. This means that when the frequency is switched, the self-inductance of the antenna coil 18, and / or the capacitance of capacitor 19 must also be switched along.

Figuur 5 geeft een schakeling waarin condensator 19 omgeschakeld wordt. Condensator 25 19 is daartoe opgesplitst in een vast deel, condensator 25, en een extra condensator 26, die met schakelaar 27 parallel aan condensator 25 geschakeld kan worden. In dit voorbeeld wordt ervan uitgegaan dat de rustfrequentie fö hoger is dan de labelfrequentie fi. Daar door het parallel schakelen van condensator 26 aan condensator 25 de resonantiefrequentie van de antennekring verlaagd wordt, zal in de ruststand schakelaar 30 27 open staan.Figure 5 shows a circuit in which capacitor 19 is switched. Capacitor 25 19 is divided for this purpose into a fixed part, capacitor 25, and an additional capacitor 26, which can be connected in parallel with capacitor 25 using switch 27. In this example it is assumed that the resting frequency fö is higher than the label frequency fi. Since the resonant frequency of the antenna circuit is reduced by connecting capacitor 26 to capacitor 25 in parallel, switch 30 27 will be open in the rest position.

Oscillator 11 genereert het hoogfrequente signaal voor het primaire magnetische veld, en kan zowel op de frequentie fo als op fi functioneren. Via differentiaalversterker 28 wordt gestuurde stroombron 29 aangestuurd. Samen vormen 28 en 29 de iQ1l51f -7- vennogensversterker 12. Een spanningsterugkoppellijn 30 vergelijkt de gegenereerde spanning op de condensatoren 25 en 26 met de stuurspanning uit oscillator 11.Oscillator 11 generates the high-frequency signal for the primary magnetic field, and can function on the frequency fo as well as on fi. Controlled power source 29 is driven via differential amplifier 28. Together, 28 and 29 form the iQ1l51f -7 power amplifier 12. A voltage feedback line 30 compares the generated voltage on capacitors 25 and 26 with the control voltage from oscillator 11.

5 DifFerentiaalversterker 28 en gestuurde stroombron 29 sluiten deze terugkoppellus en houden daarmee de amplitude van de wisselspanning over de condensatoren constant. Zoals eerder afgeleid, wordt daarmee tevens, onafhankelijk van de frequentie, de amplitude van de geïnduceerde spanning in een eventueel aanwezige pacèmaker kabellus 22 constant gehouden.Differential amplifier 28 and controlled current source 29 close this feedback loop and thereby keep the amplitude of the AC voltage across the capacitors constant. As previously deduced, this also keeps the amplitude of the induced voltage in a pacemaker cable loop 22, if present, independent of the frequency.

1010

Zodra controller 13 besluit tot een ondervragingspuls wordt de oscillator 11 zodanig aangestuurd dat zijn signaalfrequentie verspringt van fo naar ft, en na de afloop van de pulsduur van ft terug naar ft.As soon as controller 13 decides to interrogate a pulse, the oscillator 11 is controlled in such a way that its signal frequency changes from fo to ft, and from ft to ft after the pulse duration has elapsed.

15 Tegelijkertijd wordt schakelaar 27 tijdens de puls gesloten, zodat de antennekring resoneert op frequentie ft.At the same time, switch 27 is closed during the pulse, so that the antenna circuit resonates at frequency ft.

In de beide frequentietoestanden, ft en ft, dient de amplitude van VL gelijk te zijn. Hierboven is reeds afgeleid dat de amplitude van de de antennestroom in beide 20 toestanden, ft en ft, dan niet gelijk kan zijn.In both frequency states, ft and ft, the amplitude of VL should be the same. It has already been deduced above that the amplitude of the antenna current in both states, ft and ft, may then not be equal.

Mathematisch kan het volgende gesteld worden:Mathematically, the following can be stated:

In de toestand ft geldt voor de energie, die tijdens een hoogfrequente cyclus twee keer heen en weer slingert tussen de opgeslagen energie in de condensator Wc_o en de energie in de antennespoel Wl_o: 25 Wc_o = /4C25*Vl2 = WL_o = ’/J^ft2In the condition ft applies to the energy which oscillates twice during a high frequency cycle between the stored energy in the capacitor Wc_o and the energy in the antenna coil Wl_o: 25 Wc_o = / 4C25 * Vl2 = WL_o = '/ J ^ ft2

Voor de toestand ft geldt:For the condition ft holds:

Wc_i = ,/2(C25+C26)*Vl2 = WL_,= V4L*ft2 1 1011517Wc_i =, / 2 (C25 + C26) * Vl2 = WL _, = V4L * ft2 1 1011517

De momentane energie in de spoel is nul tijdens de nuldoorgang van de stroom. Dan is tevens de spanning over de condensator(en), en daarmee Wc_oof Wc i maximaal. Omgekeerd is tijdens de nuldoorgang van de spanning de stroom maximaal, en is de energie in de kring geheel opgeslagen in de spoel.The instantaneous energy in the coil is zero during the zero crossing of the current. Then the voltage across the capacitor (s), and with that Wc_oof Wc i is also maximum. Conversely, during the zero crossing of the voltage, the current is maximum, and the energy in the circuit is completely stored in the coil.

Indien het moment van omschakelen tussen frequentie ft en frequentie ft, en vice versa, -8- optreedt op het moment dat de spanning Vl door de nullijn gaat, op welk moment de stroom door de antennespoel maximaal is, zal de stroom door de spoel plotseling van 5 waarde Io naar waarde Ii moeten gaan. Dit is fysisch niet mogelijk.If the moment of switching between frequency ft and frequency ft, and vice versa, -8- occurs at the moment when voltage Vl passes through the zero line, at which time the current through the antenna coil is at its maximum, the current through the coil will suddenly must go from 5 value Io to value Ii. This is not physically possible.

Indien het moment van omschakelen tussen frequentie fo en frequentie fi, en vice versa, optreedt op het moment dat de stroom door de nullijn gaat treedt dat probleem niet op. De spanning over de condensatoren is dan maximaal. Het verschil in energie tussen de toestanden fo en fi wordt geleverd door de energie, die in condensator 26, opgeladen tot 10 de spanning Vl, wordt vastgehouden.If the moment of switching between frequency fo and frequency fi, and vice versa, occurs when the current passes through the zero line, that problem does not arise. The voltage across the capacitors is then maximum. The difference in energy between the states fo and fi is provided by the energy held in capacitor 26 charged to the voltage V1.

Op gelijke wijze kan afgeleid worden dat in een schakeling, waarin niet de afstemcapaciteit omgeschakeld wordt, maar de zelfmductie van de antennespoel geschakeld wordt door middel van een extra seriespoel 31, zie figuur 6, of door middel 15 van een extra parallelspoel 32, zie figuur 7, de omschakeling ook dient plaats te vinden op het moment van de nuldoorgang van de stroom en het maximum van de spanning. De extra energie wordt in dat geval opgeslagen in de extra spoel.It can likewise be deduced that in a circuit in which the tuning capacity is not switched, but the self-reduction of the antenna coil is switched by means of an extra series coil 31, see figure 6, or by means of an extra parallel coil 32, see figure. 7, the switchover should also take place at the moment of the zero crossing of the current and the maximum of the voltage. In that case, the extra energy is stored in the extra coil.

Figuur 8 toont de signalen in de schakeling van figuur 5. Lijn 33 geeft de 20 frequentietoestand aan, fb of fi, en tevens de stand van schakelaar 27: laag is open; hoog is gesloten. Lijn 34 geeft de spanning Vl over condensator 25 en antennespoel 18. Lijn 35 geeft de spanning over condensator 26, terwijl lijn 36 de resulterende stroom door antennespoel 18 toont. Bij deze figuren is aangenomen dat de rustfrequentie fo boven de labelfrequentie fl ligt, en dat de tekeningen op schaal zijn voor fb = 2*ft.Figure 8 shows the signals in the circuit of Figure 5. Line 33 indicates the frequency state, fb or fi, and also the position of switch 27: low is open; high is closed. Line 34 gives the voltage V1 across capacitor 25 and antenna coil 18. Line 35 gives the voltage across capacitor 26, while line 36 shows the resulting current through antenna coil 18. In these figures, it is assumed that the resting frequency fo is above the label frequency fl, and that the drawings are to scale for fb = 2 * ft.

2525

Figuur 9 toont de signalen in de schakelingen van figuren 6 en 7. Lijn 33 geeft de frequentietoestand aan, fb of fi, en tevens de stand van schakelaar 27: laag is open; hoog is gesloten. Lijn 34 geeft de spanning Vl over condensator 25 en antennespoel 18. Lijn 37 geeft de stroom door spoel 31 of spoel 32, terwijl lijn 36 de resulterende stroom door 30 antennespoel 18 toont. Ook bij deze figuren is aangenomen dat de rustfrequentie fo boven de labelfrequentie ft ligt, en dat de tekeningen op schaal zijn voor fo = 2*ft.Figure 9 shows the signals in the circuits of Figures 6 and 7. Line 33 indicates the frequency state, fb or fi, and also the position of switch 27: low is open; high is closed. Line 34 shows the voltage V1 across capacitor 25 and antenna coil 18. Line 37 shows the current through coil 31 or coil 32, while line 36 shows the resulting current through antenna coil 18. Also in these figures it is assumed that the resting frequency fo is above the label frequency ft, and that the drawings are scaled for fo = 2 * ft.

Het zal voor de elektrotechnische vakman duidelijk zijn dat andere verhoudingen tussen ft en ft hetzelfde resultaat opleveren. Indien de rustfrequentie ft lager gekozen wordt 1011517 -9- dan de resonantiefrequentie van het label fi dan dient de bediening van schakelaar 27 omgekeerd te worden gedacht. Al deze frequentiecombinaties worden geacht binnen de 5 uitvinding te vallen.It will be apparent to the electrical engineer that other ratios between ft and ft produce the same result. If the quiescent frequency ft is chosen to be lower than the resonance frequency of the label fi, the operation of switch 27 should be thought of in reverse. All these frequency combinations are considered to be within the scope of the invention.

Figuur 10 toont een uitwerking van de ontvanger. Ontvangantennespoel 16 geeft een inductiespanning af als gevolg van het secondaire magnetische wisselveld van het label. In het filter- en blokkeringscircuit 38 wordt de ontvangerbandbreedte begrensd tot de 10 bandbreedte van het labelsignaal, waarbij het centrum van de doorlaatband gelijk is aan de resonantiefrequentie van de label, fi. Tevens wordt het circuit geblokkeerd tijdens de perioden dat de frequentie van het primaire veld gelijk is aan In de analoog - digitaal convertor (ADC) 39 wordt het ontvangen signaal bemonsterd en gedigitaliseerd. In de digitale signaalprocessor (DSP) 40 wordt het ontvangen 15 signaal getest op de exponentiële afVal, die karakteristiek is van een signaal afkomstig van een label.Figure 10 shows an elaboration of the receiver. Receiver antenna coil 16 delivers an induction voltage due to the label's secondary alternating magnetic field. In the filtering and blocking circuit 38, the receiver bandwidth is limited to the bandwidth of the label signal, the center of the passband being equal to the resonant frequency of the label, fi. The circuit is also blocked during periods when the frequency of the primary field is equal to. In the Analog - Digital Converter (ADC) 39, the received signal is sampled and digitized. In the digital signal processor (DSP) 40, the received signal is tested for the exponential waste, which is characteristic of a signal from a label.

Tevens accumuleert de DSP de signalen van het label die het gevolg zijn van verschillende, opeenvolgende, ondervragingspulsen. Dit accumulatieproces wordt synchroon uitgevoerd ten opzichte van de timing van de ondervragingspulsen, ook al 20 worden deze pulsen in een quasi-willekeurige timing achter elkaar opgewekt. Daarvoor krijgt DSP 40 een synchronisatiesignaal 42 vanuit controller 13. Dit synchronisatiesignaal stuurt tevens de blokkering aan in het filter- en blokkeringscircuit 38. Het accumulatieproces zorgt ervoor dat die signalen, die synchroon optreden ten opzichte van de successievelijke ondervraagpulsen, opgeteld worden, terwijl ruis en 25 stoorsignalen asynchroon optellen en daarmee ten opzichte van de responssignalen van het label verzwakken en wegvallen.Also, the DSP accumulates the signals from the label that result from several successive interrogation pulses. This accumulation process is performed synchronously to the timing of the interrogation pulses, even though these pulses are generated in a quasi-random timing. For this purpose, DSP 40 receives a synchronization signal 42 from controller 13. This synchronization signal also controls the blocking in the filtering and blocking circuit 38. The accumulation process ensures that those signals, which occur synchronously with the successive interrogation pulses, are added, while noise and 25 add the false signals asynchronously and thus attenuate and drop out of response to the label's response signals.

In de bestaande techniek van detectiesystemen van het magneto-strictieve principe worden de zendantennespoel 15 en ontvangantennespoel 16 uitgevoerd als twee 30 panelen, die aan weerszijden van een doorgang worden opgesteld. Meestal zijn beide typen antennes ook gelijk van afmetingen en constructie. Ook worden beide antennefuncties in sommige uitvoeringsvormen gecombineerd in één antennespoel.In the prior art magnetostrictive principle detection systems, the transmit antenna coil 15 and receive antenna coil 16 are constructed as two panels arranged on either side of a passage. Usually both types of antennas are also the same in size and construction. Also, in some embodiments, both antenna functions are combined in one antenna coil.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding worden de afmetingen van de zendantennespoel 15 ongelijk genomen aan de afmetingen van de 101151? - 10- ontvangantennespoel 16. Bijvoorbeeld de afmeting van de zendantennespoel worden zodanig genomen, dat deze een doorgang omsluit, een zogenaamde doorloopantenne.In one embodiment of the invention, the dimensions of the transmit antenna coil 15 are taken differently from the dimensions of the 101151? Receiving antenna coil 16. For example, the dimensions of the transmitting antenna coil are taken such that it encloses a passage, a so-called loop antenna.

5 Ook kan aan weerszijden van een doorgang een hoge en brede spoel geplaatst worden, zodat ertussen in, in de doorgang dus, een dwarsgericht homogeen veld ontstaat.A high and wide coil can also be placed on either side of a passage, so that a transverse homogeneous field is created between them, i.e. in the passage.

Een groot voordeel van deze uitvoeringsvormen is dat het magnetische veld homogener verdeeld is over het werkingsgebied, en dat daardoor de maximaal optredende veldsterkte in het werkingsgebied aanzienlijk lager is dan in het geval van een enkele 10 zijdelings opgestelde antennepaneel. Deze lagere veldsterkte vermindert tevens het risico op het ongewild beïnvloeden van pacemakers.A great advantage of these embodiments is that the magnetic field is more homogeneously distributed over the operating area, and that the maximum occurring field strength in the operating area is therefore considerably lower than in the case of a single side-mounted antenna panel. This lower field strength also reduces the risk of inadvertently affecting pacemakers.

Een nadeel van dit type antenne is dat voor gebruik als ontvangantenne de signaal/stoorverhouding zeer ongunstig wordt, omdat het magnetische veld van stoorsignalen over het gehele spoeloppervlak aanwezig is en daarmee een sterke 15 stoorspanning induceert in de spoel, terwijl het magnetische veld van het label zeer klein van afmeting is en daarmee een geringe spanning in de spoel induceert.A drawback of this type of antenna is that for use as a receiving antenna, the signal / interference ratio becomes very unfavorable, because the magnetic field of interference signals is present over the entire coil surface and thus induces a strong interference voltage in the coil, while the magnetic field of the label is very small in size and thus induces a small voltage in the coil.

De oplossing voor dit probleem wordt gevormd door een of meer ontvangantennes te plaatsen aan de zijkant van de doorgang, bestaande uit raamvormige luchtspoelen van 20 zeer beperkte afmetingen, of spoelen gewikkeld op ferrietstaven. Door de beperkte afmetingen is de gevoeligheid voor stoorsignalen veel geringer, terwijl de plaatsing geoptimaliseerd kan worden voor de ontvangst van de signalen afkomstig van labels.The solution to this problem is to place one or more receiving antennas on the side of the passage, consisting of window-shaped air coils of very limited dimensions, or coils wound on ferrite rods. Due to the limited dimensions, the sensitivity to interfering signals is much lower, while the placement can be optimized for the reception of the signals from labels.

10115171011517

Claims

1. A detection system for magnetostrictive labels according to the pulse follower principle, characterized in that the pulsing is performed in the frequency domain, that is, during rest periods, the frequency of the magnetic interrogation field is not equal to the resonant frequency of the label and that during the interrogation pulse the frequency of that interrogation field 10 is made equal to the resonant frequency of the label.

A magnetostrictive label detection system according to claim 1, characterized in that the amplitude of electrical induction of voltages from conductive loops in the magnetic interrogation field, in particular in the connection cable of a medical implant such as a pacemaker or pacemaker, as a result of that interrogation field, is invariable, or limitedly variable, with time.

A magnetostrictive label detection system according to claim 1 or 2, characterized in that in a digital signal processor the response signals of a label are accumulated on successive interrogation pulses with the aim of improving the signal / noise and the signal / interference ratio.

A magnetostrictive label detection system according to claim 3, characterized in that the interrogation pulses are generated at quasi-random moments, such that in the digital signal processor the response signals of a label are accumulated synchronously, but disturbing signals from outside are asynchronous. accumulated and thereby weakened relative to the response signals of a label. 1 1011517

A magnetostrictive label detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that one or more coils of large dimensions are used for the transmitting antenna for the purpose of generating a magnetic interrogation field which is relatively homogeneous in the working area, 5 - 12 - so that the maximum value of the field strength is not much greater than the minimum value in the working area.

A magnetostrictive label detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that for the receiving antenna one or more coils of small dimensions, or coils wound on ferrite rods, are used for the purpose of the ratio between the response signals of the label and 10 optimize interference signals. 1011517