專利名稱：磁機械電子物品監視系統中的識別器和制造方法及該系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于電子物品監視(EAS)系統中的磁機械識別器及其制造方法。
背景技術：
眾所周知，使用電子物品監視系統來防止零售商店的商品被盜。在典型的系統中，所設計的識別器被包進商品中，以便和商店出口處的電磁場或磁場相互作用。如果識別器被帶進“查訊區”或某個區域，識別器就被檢測并發出報警。某些這種類型的識別器在商品付款時在檢驗柜臺被消去。另一類識別器在檢驗時用撤銷裝置使其撤銷，撤銷裝置改變識別器的電磁特性或磁特性，使得識別器在查訊區不再被檢驗到。
一種類型的磁EAS系統被稱為諧波系統，因為它根據的原理是，當磁性物質通過具有選定頻率的電磁場時會對電磁場產生干擾，并產生所選定的頻率的諧波擾動。然后檢測系統識別某一諧波頻率，如果這種頻率存在，就發出報警。所產生的諧波頻率是磁性材料的磁滯回線的非線性程度的函數。
另一種類型的EAS系統使用包括磁致伸縮元件的磁電機械識別器。例如Anderson等人的美國專利No.4510489中披露了一種長帶狀磁致伸縮的無定形材料，被包含在一個長的殼體內，位于偏磁元件附近。該磁致伸縮元件被這樣制造，使其當偏磁元件被磁化到某一程度時在預定頻率下產生諧振。在查訊區，一種振蕩器提供這一預定頻率的交流磁場，識別器處于該磁場中并當偏磁元件被磁化到某一程度時便產生這一頻率下的機械諧振。
按照Anderson等人披露的技術，除去前述的諧振頻率之外，識別器具有“非諧振頻率”，在這一頻率下，由磁電—機械耦合得到的儲存的機械能幾乎是零。在查訊區提供磁場的查訊電路對包括識別器的諧振和非諧振頻率的頻率范圍進行掃描。并且在查訊區具有接收電路，用來通過檢測在諧振頻率下發生的峰值傳輸能級和在非諧振頻率下發生的谷值傳輸能級來檢測識別器的特征標記。
Anderson等人還提出，在幾百奧斯特的飽和橫向磁場中，在大約300°-450℃的溫度范圍內將磁致伸縮元件退火(annealing)7-120分鐘的時間，以便增加磁電—機耦合系數K，它與識別器的諧振和反諧振頻率之間的頻率差有關。按照Anderson等人的意見，較大的耦合系數K會增加識別識特征標記的可檢測性。
在由Anderson等人提出的另一種監視系統中，利用一種磁致伸縮識別器，其查訊頻率不被掃描而是停留在識別器的諧振頻率上。這一頻率的查訊場以脈沖或正弦波群來提供。處于查訊場中的識別器由每一正弦波群激勵，在每一正弦波群過后，識別器經受阻尼的機械振蕩。識別器幅射出的合成信號被檢測電路檢測，檢測電路和查訊電路同步，并在正弦波群(burst)之后的靜止期間起作用。這種脈沖場型的EAS系統由本申請的代理人以“Ultra Max”商標出售并被廣泛使用。
對于用在脈沖查訊系統中的識別器，在每一激勵脈沖結束之后，其構件繼續呈現振蕩的幅值和時間是非常重要的。殘余振蕩(稱為鈴聲消失)的持續時間和幅值越大，在查訊區內的靜止期間內的信號越唯一，因此越容易由檢測電路檢測到識別器。
磁機械識別的撤銷一般借助于使偏磁元件退磁來實現，從則使磁滯伸縮元件不再是機械諧振的或改變其諧振頻率。然而，當偏磁元件被去磁時，雖然識別器在磁電機械監視系統中不能被檢測到，但磁致伸縮元件可能永遠不能再作為響應電磁查訊場可以仍然產生諧波頻率的無定形磁性元件了。這是不希望的，因為帶著磁電機械識別器物品的購買者在檢驗柜臺使識別器去磁之后，該顧客可能進入另一家使用諧波EAS系統的零售店，并且去過磁的識別器可能發出報警，因為它可能響應第二家商店的查訊信號而產生諧波頻率。
本發明人已經發現，當一般在脈沖查訊系統中使用的磁致伸縮材料在橫向磁場中退火時，對材料的“鈴聲消失”特性有不利影響。即“鈴聲消失”的時間被大大減小，因而使作為磁電機械識別器的識別器具有較小的獨特性。
Martis的美國專利No.5,252,144提出，各種磁致伸縮材料可以借助于退火改善其“鈴聲消失”特性。然而，與本發明不同，Martis的專利沒有披露在加熱期間施加磁場。
發明內容
因而本發明的主要目的是提供一種磁電機械識別器，識別器適合用于脈沖場EAS查訊系統中。本發明的另一目的是提供一種這樣的識別器，當被撤銷時，它便不再響應諧波檢測EAS系統的查訊而產生一定幅值的諧波信號。
本發明的另一個目的是，提供一種比常規的磁電機械識別器容易制造的磁致伸縮識別器。
本發明的另一個目的是，提供一種比常規的磁電機械識別器較薄的磁電機械識別器。
本發明的另一個目的是，提供一種具有改善的“鈴聲消失”特性的磁電機械識別器。
按照本發明的一個方面，無定形鐵磁材料被切割成一定長度的條然后被退火。對材料實施的退火過程包括，提供垂直于由該材料制成的條狀件的縱軸的飽和磁場，同時把材料加熱，然后在橫向磁場中進行緩慢冷卻。
按照本發明的另一方面，該材料由鐵、鈷、硅、和硼制成，并至少包括30％原子百分比的鈷。
按照本發明的另方面，退火過程可以包括把材料在300℃至540℃的溫度范圍內至少加熱5分鐘的步驟。
圖1表示本發明的磁電機械識別器的部件；
圖2表示在一種退火溫度范圍內引起的各向異性的量；圖3說明現有的磁致伸縮識別器和按本發明制造的識別器的各自的磁滯特性；圖4表示在退火溫度范圍內獲得的各個“鈴聲消失”特性；圖5表示按照本發明切成均勻長條并被退火的試樣的諧振頻率；圖6A、6B分別是現有的以及本發明的識別器的示意正視圖；圖7是使用圖1的磁電機械識別器的電子物品監視系統的方塊圖。
具體實施例方式
在下面的說明中，術語“磁致伸縮元件”指一種活性的磁元件(圖1所示的元件12)，當它被合適的活化時，能夠響應查訊信號產生獨特的“鈴聲消失”信號。術語“偏磁元件”指的是一種控制元件(圖1的元件16)，它包括一種磁性材料，和磁致伸縮元件相比具有相當高的矯頑力，并能夠被磁化和去磁(即偏磁或非偏磁)，從而控制磁致伸縮元件的機械諧振頻率。術語“識別器”(圖1中用標號10表示)指的是磁致伸縮元件12和偏磁元件16的組合體，通常被裝在殼體內(圖1的元件14)，并且能被固定在防盜的商品上。
在現有技術中使用的一般材料，例如Metglas(R)2826MB(其組分為Fe40Ni38Mo4B18)，不加退火便被用作磁致伸縮元件。對這種材料進行退火會使“鈴響消失”時間減少，這便使制成的材料不適用于脈沖場磁電機EAS系統中。
按照本發明，一種富鈷材料被切成均勻的一定長度的條狀。該條狀材料被退火以便提供用來制造脈沖場EAS系統中的識別器的磁致伸縮元件。按照本發明的最佳材料是一種Fe-Co基合金的無定形帶，例如(Fe0.5Co0.5)79Si6B15或(Fe0.5Co0.5)79Si2B19。確信含至少30％原子百分比的鈷的Fe-Co合金會產生滿意的結果。例如，含鐵和鈷的化合部分至少70％，其中具有至少30％原子百分比的鈷，而其余部分為硅和硼的合金被確信為合適的。在這種合適的合金中鐵鈷化合部分可以超過90％，并且確信鐵鈷合成部分的最大含量僅受所需包括足夠的硅和硼的限制，以便使合金可以以無定形鑄造。
在最佳實施例中，該材料被鑄成0.5英寸寬的帶，在退火之前，把帶切成1.56英寸長，以便獲得58KHz(相應于一般脈沖場檢測設備)的諧振頻率，被應用于常規dc偏磁磁場。
雖然本發明應用于鑄成帶狀的材料是最好的，但也可以使用其它條形材料，例如可以包括線狀材料。按照本發明，使用強的(飽和)dc磁場，垂直于帶狀材料的縱軸施加于材料上進行退火。在這種磁場中，這種條狀材料在300℃至540℃的溫度下加熱5到60分鐘，然后冷卻到室溫，與此同時磁場至少保持到材料冷卻至200℃以下。進行冷卻的方法不是十分重要的，只要冷卻不是太快就行。例如，確信在小于兩分鐘內冷卻到室溫將不會產生最佳結果，因此，最好不直接暴露于空氣中進行冷卻。按照最佳技術，把材料移到通過一未加熱但封閉的管道在至少兩分鐘的時間內冷卻到室溫。
圖2說明由退火引起的各向異性的程度如何隨退火溫度而改變。具體地說，圖2的橫軸代表退火溫度，而縱軸代表引起的各向異性的程度，用克服該各向異性所需的場強表示。本發明中的退火溫度范圍為300℃到大約540℃。最佳的溫度范圍為390℃-500℃。用450℃的退火溫度經過大約 分鐘已經獲得滿意的結果，即在大約 分鐘后冷卻到室溫。
如上所述，橫向飽和磁場在加熱和冷卻期間都要維持。在退火和冷卻期間施加的最小的橫向磁場強度根據被處理的具體材料而定。磁場應足以使處理的材料飽和。對于上述討論的大多數材料，最佳磁場將超過500Oe，并且為達到飽和，經常需要800Oe，或更大的場強。本發明期望增加場強超過飽和所需的值而不帶來正、負效果。
應該注意，退火溫度和處理時間不應當大于最小量晶體出現的溫度和時間，因為晶體化合給“鈴聲消失”特性帶來不利影響。并帶來不希望有的易碎性。
按照本發明制成的磁滯伸縮條可以裝在和常規的磁電機識別器相同結構的識別器中。例如，如圖1所示，按照本發明制成的識別器10，可以包括用上述方法制造和處理的磁致伸縮條12，用聚合物例如聚乙烯制成的剛性殼體14和偏磁元件16。構成識別器10的這些元件這樣裝配，使得磁致伸縮條處在殼體14的槽18內，并且偏磁元件16被放在殼體14內，使得形成槽18的蓋。可以理解，槽18和磁致伸縮條12的尺寸應當使得由于暴露在合適磁場中引起的條12的機械諧振不會被殼體14或偏磁元件16阻止或阻尼。
按照最佳實施例，應當選擇切成的條的長度，以生產在58KHz下諧振的識別器，以便和現有的檢測設備相兼容，因而可以使用常規的偏磁元件16，并以常規磁電機識別器使用的磁場強度下磁化。
按照本發明制造的識別器10可以通過使偏磁元件16去磁以常規方式使其去活化，使識別器10解除調諧，因此不再響應預定的查訊頻率。
如圖3所示，裝有按照本申請制造并處理的磁致伸縮條的識別器10具有由圖3中曲線(b)所示的磁滯特性。應該注意到，這特性比曲線(a)所示的特性在相當小的所加磁場(小于10Oe)下具有大的線性段和較小的陡度，曲線(a)是裝有常規磁致伸縮條的識別器呈現的曲線，例如可以是由Allide公司出售的Metglas(R)2826MB合金制成的未經退處理的磁致伸縮的條。因此，按照本發明制造的識別器，當借助于去磁在磁電機EAS系統中被去活化時，便響應常規諧波檢測EAS系統提供的查訊磁場而產生低得多的諧波信號，并因此比常規去活化的磁電機類型識別器小得多的可能由諧波系統偶然報警。例如，按照本發明制造的去磁的識別器，在暴露在查訊信號中時，和由本申請的代理人以“Aislekeeper”商標出售的在常規諧波檢測EAS系統中使用的識別器相比，所產生的諧波至少減少60dB。雖然本發明的實施例達到了減少60dB的諧波，但可以相信，減少20dB的諧波就足以達到消除響應去活化的磁電機識別器由諧波檢測EAS系統引起報警的目的。應當理解，退火過程通過減小材料的非線性使其磁滯特性變得平坦了。
本發明的另一個優點是，包括按上述方法制備的磁致伸縮材料的識別器比使用上述Metglas材料的常規識別器具有更好的“鈴聲消失”特性。具體地說，圖4說明利用本發明的退火溫度范圍處理的磁致伸縮條構成的識別器的優良的“鈴聲消失”振幅。圖4中曲線A0是在激勵脈沖結束后從識別器立刻得到的幅射信號的振幅，曲線A1是脈沖結束后1msec獲得的振幅，曲線A2是脈沖結束后2msec獲得的振幅。圖4所示的結果的退火時間為30分鐘。在查訊期間的偏磁場為5Oe。圖4表明，在410℃-510℃的范圍內，使用較高的退火溫度可以獲得較高的“鈴聲消失”振幅。這些振幅一般都比由常規Met-glas作為磁致伸縮材料提供的振幅為高。
此處披露的處理方法的另一個優點是，改善了磁致伸縮條諧振頻率的一致性。
由于常規使用的鑄造的磁致伸縮材料的偏差，把材料切割成均勻的固定長度的條未必能使識別器都具有所需的機械諧振頻率。如果識別器沒有與查訊磁場的頻率足夠接近的諧振頻率，識別器則不能由查訊磁場充分地激勵。在常規的磁致伸縮材料中的偏差是如此之大，必須在一個工序中逐個測量每個條的諧振頻率。如果需要，在一批中的第三個條之后，每個條的切割長度根據前三個條所測得的諧振頻率進行調整。一般地說，必須經常調整切割長度，有時每個條都要調整，通常不多于5個或6個條就要調整。因此，為了補償常規材料中的偏差，制造常規的磁致伸縮元件的工藝包括不斷測量切割條的諧振頻率，然后調整切割長度，從而得到所需的諧振頻率的工序。
然而，本發明對預先選定的條長，可以生產具有諧振頻率十分一致的磁致伸縮元件。毫無疑問，利用本發明可以提供較大的一致性，這是因為退火技術可以被控制，從而產生相同的各向異性度，而常規材料的各向異性度取決于鑄造過程，因而必然存在偏差。
如圖5所示，在大約150個條的試樣中，它們卻被切成均勻的長度(1.56英寸)，按照本發明進行熱處理(在具有飽和橫向dc磁場下，450℃加熱7.5分鐘)然后施加5Oe的偏磁磁場并測試諧振頻率，幾乎所有的條都具有在所需58KHz的諧振頻率附近200Hz范圍內的諧振頻率。這種高度的一致性使得增加產量，并不需試量諧振頻率的偏差也不需為補償這種偏差而定期地調整條的長度，而這些在使用常規的Metglas材料時是需要的。
本發明的另一個優點是，此處披露的退火處理能生產比常規的鑄造的磁致伸縮條相對扁的磁致伸縮條。例如，圖6所示為現有技術的識別器10′，它包括鑄造的磁致伸縮條12′。如圖6A所示，由于殘余應力使條12′存在相當程度的卷曲。因此，殼體14′必須具有相當大的高度H′以便容納卷曲的條12′而不防礙所需的該條的機械諧振。如果把常規的條進行退火以釋放應力，則已經發現獨特的“鈴聲消失”信號大大減小。
然而，如圖6B所示，按本發明制造的條12是很扁的，并只有略微的卷曲，因而為其提供的殼體14比常規識別器10′小得多，并且高度H也比常規識別器的高度H′小得多。例如，為了容納常規的1密耳厚度的Metglas條12′，可能需要H′＝70至110密耳的殼體14′，但容納按本發明處理過的1密耳厚的條12，所需殼體14僅有H＝5到30密耳。這便提供較薄的識別器，使得和商品連接更為方便。較薄的或較小巧的識別器是希望的。識別器的殼體的整個厚度也取決于用來形成殼體的材料的厚度及其均勻性。
應注意，這里所述的退火處理也可用于制造所需的卷曲形狀的磁致伸縮條，而不僅僅用于圖6B所示的扁平形磁致伸縮條。
圖7說明使用按照本發明制造的磁電機識別器的脈沖查訊EAS系統。圖7所示的系統包括用來控制激勵電路201工作的同步電路200以及接收電路202。同步電路200向激勵電路201發出同步控制脈沖，同步控制脈沖啟動激勵電路201。激勵電路201被啟動之后。便在同步脈沖期間產生查訊信號并送到查訊線圈206。響應此查訊信號，查訊線圈206發出查訊磁場，接著，查訊磁場激勵識別器10使其產生機械諧振。
脈沖查訊信號結束時，同步電路200向接收機電路202發出控制脈沖，該控制脈沖啟動電路202。在電路202處于工作狀態的期間內，如果在查訊磁場內存在識別器，它將在接收機線圈207內產生具有識別器的機械諧振的頻率的信號。這一信號向接收機202發出，它響應這一發出的信號，對指示器203產生一信號從而發出報警。簡短地說，接收機電路202和激勵電路201同步，使得接收機電路202僅在脈沖查訊場的脈沖之間的靜止期間內處于運行狀態。
在不脫離本發明構思的情況下可對上述本發明的識別器及其改型作出各種其它變化。本發明的具體實施例只是說明性的而沒有限定的意義。本發明的構思和范圍在下面的權利要求中提出。
權利要求
1.一種用于磁機械電子物品監視系統中的識別器，包括(a)無定形磁致伸縮元件；(b)位于所述磁致伸縮元件附近的偏磁元件；以及(c)所述磁致伸縮元件具有磁滯環特性，使得當處于交變電磁場中時，不產生可被檢測到的諧波頻率。
2.如權利要求1的識別器，其中所述偏磁元件被暴露在預定頻率的交變脈沖電磁場中時被加以偏磁，從而使所述磁致伸縮元件產生機械諧振。
3.如權利要求2的識別器，其中所述磁致伸縮元件在交變電磁場停止之后處于機械諧振狀態并產生一定頻率的機械擾動，所述機械擾動可以被調諧到所述頻率的接收機檢測到；以及所述磁致伸縮元件當所述偏磁元件處于去磁狀態時，在所述交變電磁場停止后的時間間隔期間，不能產生具有可被所述接收機檢測到的頻率的機械擾動。
4.一種用于制造用在磁機械電子物品監視系統中的識別器的方法，包括下列步驟(a)制造無定形磁致伸縮元件；以及(b)把所述磁致伸縮元件安裝在偏磁元件附近；所述磁致伸縮元件的磁滯環特性使其當處于交變電磁場中時不產生可被檢測到的諧波頻率。
5.如權利要求4的方法，其中所述偏磁元件當暴露在以預定頻率交變的脈沖電磁場中時，使所述磁致伸縮元件產生機械諧振。
6.如權利要求5的方法，其中所述磁致伸縮元件在所述預定頻率的交變電磁場停止之后的一段時間間隔內，處于機械諧振狀態，并產生能被調諧到一定頻率的接收機檢測到的機械擾動；以及所述磁致伸縮元件當所述偏磁元件處于去磁狀態時，在所述交變電磁場停止之后的時間間隔期間，不能產生具有被所述接收機檢測到的頻率的機械擾動。
7.一種磁機械電子物品監視系統，包括(a)用于在查訊區內產生預定頻率的交變電磁場的產生裝置，所述產生裝置包括一查訊線圈；(b)安在要被通過所述查訊區的物品上的識別器，所述識別包括無定形磁致伸縮元件和位于所述磁致伸縮元件附近的偏磁元件，所述磁致伸縮元件具有這樣的磁滯回線特性，使得所述磁致伸縮元件在交變電磁場中不產生可被檢測到的諧波頻率，而所述偏磁元件當暴露在所述預定頻率的交變電磁場中時，使所述磁致伸縮元件產生機械諧振；以及(c)用于檢測所述磁致伸縮元件的機械諧振的檢測裝置。
8.如權利要求7的磁機械電子物品監視系統，其中所述產生裝置用來以脈沖形式產生所述預定頻率的交變電磁場，所述磁致伸縮元件在所述預定頻率的交變電磁場停止后的一段時間間隔內，產生可被所述檢測裝置檢測到的機械擾動。
9.如權利要求8的磁機械電子監視系統，其中所述磁致伸縮元件在所述偏磁元件處于去磁狀態下，在所述預定頻率的交變電磁場停止之后的一段時間間隔內，不能產生可被所述檢測裝置檢測到的機械擾動。
10.一種制造磁致伸縮元件的方法，包括下列步驟(a)提供一種無定形磁性材料；以及(b)在飽和磁場中對所述材料進行熱處理，所述熱處理被這樣進行，使得所述材料的磁滯特性變得平緩。
11.如權利要求10的方法，其中所述無定形磁性材料被制成具有縱軸的帶狀條形狀，并且所述磁場是垂直于所述縱軸施加的。
12.如權利要求11的方法，還包括在所述熱處理步驟之后對所述材料進行冷卻的步驟，借助于把所述材料通過一未加熱的封閉區域，從而使所述材料在至少為2分鐘的期間內冷卻到室溫。
全文摘要
用于磁機械電子物品監視系統中的識別器，包括(a)無定形磁致伸縮元件；(b)位于所述磁致伸縮元件附近的偏磁元件；以及(c)所述磁致伸縮元件具有磁滯環特性，使得當處于交變電磁場中時，不產生可被檢測到的諧波頻率。本發明還涉及識別器的制造方法和磁機械電子物品監視系統。
文檔編號G01V3/10GK1516057SQ02105318
公開日2004年7月28日 申請日期1995年6月30日 優先權日1994年6月30日
發明者劉南青, 坎蒂, 廉明潤, 吉米·坎蒂 申請人:傳感電子公司