用于編碼電子物品識別系統的標記器的制作方法

專利名稱：用于編碼電子物品識別系統的標記器的制作方法
技術領域：
本發明涉及鐵磁無定形合金帶(ribbon)，并涉及用于電子物品識別系統的標記器，該標記器包括多個基于無定形磁致伸縮材料的矩形條(strip)，該多個矩形條在交變磁場中以若干倍的諧振頻率機械振蕩，由此該標記器的磁-機(magneto-mechanical)效應被有效地用于編碼和解碼目的。本發明還涉及利用這種標記器的電子識別系統。

背景技術：
磁性材料的磁致伸縮是指磁性材料被施加外部磁場時發生尺寸變化的現象。當尺寸變化為材料在被磁化而伸長時，該材料稱為是“正磁致伸縮的”。若材料是“負磁致伸縮的”，該材料在磁化時收縮。因此在任一情況下，磁性材料在處于交變磁場時振蕩。當與交變場一起施加靜態磁場時，該磁性材料的機械振蕩的頻率通過磁致彈性(magnetoelastic)耦合隨所施加的靜態場而變化。這通常稱為ΔE效應，例如描述于S.Chikazumi(John Wiley & Sons，New York，1964，435頁)的″Physics of Magnetism″。這里E(H)代表為施加場H的函數的楊氏模量，且材料的振蕩或諧振頻率fr通過下述方程與E(H)關聯 fr＝(1/2l)[E(H)/ρ]1/2(1) 其中l為材料的長度，ρ為材料的質量密度。上述的磁致彈性或磁-機效應被用于電子物品監督系統，這首先教導于美國專利No.4,510,489和4,510,490(下文中稱為′489和′490專利)。這種監督系統的優點在于，該系統提供了高探測靈敏度、高工作可靠性和低工作成本的組合。
這種系統內的標記器為已知長度鐵磁材料的一個或多個條，該鐵磁材料用更硬磁性的鐵磁體(具有更高矯頑磁性的材料)封裝，該更硬磁性的鐵磁體提供稱為偏置場的靜態場以建立峰值磁-機耦合。鐵磁標記材料優選為無定形合金帶，因為這些合金內的磁-機耦合效率非常高。機械諧振頻率fr基本上是由合金帶的長度和偏置場強確定的，如上述方程(1)所示。當在電子識別系統中碰到調諧為該諧振頻率的詢問信號時，該標記材料以大信號場來應答，該大信號場被系統內的接收器探測到。
在美國專利No.4,510,490中考慮多種無定形鐵磁材料用于基于上述磁-機諧振的編碼識別系統，且這些無定形鐵磁材料包括無定形的Fe-Ni-Mo-B、Fe-Co-B-Si、Fe-B-Si-C和Fe-B-Si合金。在這些合金中，直到基于磁性諧波發生/探測的其它系統的磁-機諧振標記的偶然觸發，可購得的無定形Fe-Ni-Mo-B基METGLAS2826MB合金才被廣泛使用。這是因為當時使用的磁-機諧振標記有時呈現非線性BH特性，導致產生該激勵場頻率的更高次諧波。為了避免有時稱為系統“污染問題”的這個問題，已經發明了-系列新的標記材料，這些標記材料的例子披露于美國專利No.5,495,231、5,539,380、5,628,840、5,650,023、6,093,261和6,187,112。盡管新的標記材料的性能平均而言優于原始′489和′490專利的監督系統中使用的材料，但是已經在例如美國專利No.6,299,702(下文中稱為′702專利)中披露的標記材料中發現了略微更好的磁-機性能。這些新的標記材料需要復雜的熱處理工藝以實現與例如′702專利中披露的性能相同的期望的磁-機性能。顯然，需要一種不需要如此復雜后帶(post-ribbon)制作工藝的新的磁-機標記材料，且本發明的一個目的是提供一種具有高磁-機性能而不導致前述“污染問題”的這種標記材料。完全利用本發明的該新的磁-機標記材料，本發明包括一種具有編碼和解碼能力的標記器以及使用該標記器的電子識別系統。具有磁-機標記器的編碼監督系統教導于美國專利No.4,510,490，但是由于標記器內的有限的可用空間，組成的標記條的數目受限制，因此限制了使用這種標記器的編碼和解碼能力的領域。
顯然，在具有編碼和解碼能力的電子物品識別系統中需要一種標記器，該標記器內的標記條的數目顯著增加而不犧牲作為編碼標記器的性能，該電子物品識別系統在下文中稱為“編碼電子物品識別系統”。


發明內容
依據本發明，基于磁-機諧振的電子識別系統的標記器內包含軟磁性材料。
具有增強的整體磁-機諧振性能的標記材料是由無定形合金帶制成，使得多個標記條容納在編碼標記器內。具有磁-機諧振能力的帶式的軟磁性材料鑄在旋轉基板上，如美國專利No.4,142,571所教導。當原鑄(as-cast)帶寬度寬于針對標記材料的預定寬度時，所述帶切開成所述預定寬度。如此加工的帶被切割成具有不同長度的易延展的矩形無定形金屬條，以使用具有提供偏置靜態磁場的至少一個半硬磁條的多個所述矩形無定形金屬條來制作磁-機諧振標記器。
一種編碼電子物品識別系統使用了本發明的編碼標記器。該系統具有物品詢問區域，其中本發明的磁-機標記器經歷具有變化頻率的詢問磁場，對該詢問磁場激勵的信號響應被置于該物品詢問區域內的具有一對天線線圈的接收器探測。
依據本發明的實施例，提供了一種磁-機諧振電子物品識別系統的編碼標記器，用于以預選定頻率機械諧振，該編碼標記器包括從無定形鐵磁合金帶切割成預定長度的多個易延展的磁致伸縮條，該無定形鐵磁合金帶具有沿帶長度方向的曲率并在交變磁場激勵下隨靜態偏置場呈現磁-機諧振，該磁致伸縮條具有垂直于帶軸的磁性各向異性方向，其中至少兩個磁致伸縮條用于磁性偏置以按照預選定頻率的單一不同的頻率諧振。
在選用的情況下，該標記條的曲率半徑小于100cm。
依據本發明實施例，通過將其磁性各向異性方向垂直于帶軸的無定形磁致伸縮合金帶切割成具有預定長度的長度/寬度比大于3的矩形條來執行編碼。
在選用的情況下，該條具有從約3mm至約15mm范圍的條寬。
依據本發明實施例，該條具有在約4Hz/(A/m)至約14Hz/(A/m)范圍的諧振頻率相對于偏置場的斜率。
在選用的情況下，當條寬為6mm時，該條具有大于約18mm的長度。
依據本發明實施例，該條具有低于約120000Hz的磁-機諧振頻率。
依據本發明實施例，該無定形鐵磁合金帶具有在約8ppm至約18ppm之間的飽和磁致伸縮和在約0.7特斯拉至約1.1特斯拉的飽和感應。
依據本發明實施例，該無定形鐵磁合金帶的無定形鐵磁合金具有基于Fea-Nib-Moc-Bd的組成，其中30≤a≤43，35≤b≤48，0≤c≤5，14≤d≤20且a+b+c+d＝100，多達3原子％的Mo可選地被Co、Cr、Mn和/或Nb取代，以及多達1原子％的B可選地被Si和/或C取代。
依據本發明實施例，該無定形鐵磁合金帶的無定形鐵磁合金包括下述組成之一Fe40.6Ni40.1Mo3.7B15.1Si0.5、Fe41.5Ni38.9Mo4.1B15.5、Fe41.7Ni39.4Mo3.1B15.8、Fe40.2Ni39.0Mo3.6B16.6Si0.6、Fe39.8Ni39.2Mo3.1B17.6C0.3、Fe36.9Ni41.3Mo4.1B17.8、Fe35.6Ni42.6Mo4.0B17.9、Fe40Ni38Mo4B18或Fe38.0Ni38.8Mo3.9B19.3。
在選用的情況下，該編碼標記器包括具有不同長度的至少兩個標記條。
在選用的情況下，編碼標記器包括具有不同長度的五個標記條。
在選用的情況下，該編碼標記器具有約30000至約130000Hz之間的磁-機諧振頻率。
在選用的情況下，該編碼標記器對于具有兩個和五個標記條的編碼標記器，分別具有多達約1800和約1.15×108的分別可識別物品的電子識別全域(universe)。
在選用的情況下，該編碼標記器具有包含超過1.15×108的分別可識別物品的電子識別全域。
依據本發明實施例，磁致伸縮條具有小于約120000Hz的磁-機諧振頻率。
依據本發明實施例，一種電子物品識別系統具有解碼編碼標記器的編碼信息的能力。該系統包括下述之一一對線圈，發射AC激勵場，瞄準該編碼標記器以形成詢問區域；一對信號探測線圈，從該編碼標記器接收編碼信息；電子信號處理裝置，具有帶有軟件的電子計算機以解碼該編碼標記器上的信息；或者識別該編碼標記器的電子裝置，其中該編碼標記器用于以預選定的頻率機械諧振，其中該編碼標記器包括從無定形鐵磁合金帶切割至預定長度的多個易延展的磁致伸縮條，該無定形鐵磁合金帶沿帶長度方向具有曲率且在交變磁場激勵下隨靜態偏置場呈現磁-機諧振，該磁致伸縮條的磁性各向異性方向垂直于帶軸，其中至少兩個該磁致伸縮條用于磁性偏置以按照該預選定頻率的單一不同的頻率諧振。
在選用的情況下，該標記條的曲率半徑在約20cm至約100cm之間。



參照對優選實施例的下述詳細描述以及附圖，將更加全面地理解本發明且其另外優點將變得顯而易見。
圖1A說明依據本發明實施例且具有偏置磁體的由無定形合金帶切割成的條的側視圖，圖1B說明具有偏置磁體的常規條的視圖； 圖2說明依據本發明實施例的單一條標記的磁-機諧振特性和常規單一條標記的磁-機諧振特性，將諧振頻率示為偏置場的函數； 圖3說明依據本發明實施例的單一條標記的諧振信號和常規條標記的諧振信號，將諧振信號幅值示為偏置場的函數； 圖4說明在長度約38mm、寬度約6mm和厚度約28μm的本發明實施例的標記條上以60Hz采集的BH回路； 圖5A說明依據本發明實施例的磁-機諧振標記器的實施例的物理外形的比較，圖5B說明常規標記器的比較，兩種情形中都利用了具有不同長度的兩個標記條； 圖6A說明本發明實施例具有不同長度的兩個條的標記器的磁-機諧振特性，圖6B說明具有不同長度的兩個條的常規標記器的磁-機諧振特性； 圖7說明圖6A的低諧振頻率區域附近的諧振信號廓線； 圖8說明圖6A的高諧振頻率區域附近的諧振信號廓線； 圖9-1和9-2說明本發明實施例的標記器，其中容納了具有不同長度的三個條； 圖10說明本發明實施例具有不同長度的三個條的標記器的磁-機諧振特性； 圖11說明本發明實施例具有不同長度的五個條的標記器的磁-機諧振特性；以及 圖12說明本發明實施例的編碼電子物品識別系統。

具體實施例方式 具有增強的整體磁-機諧振性能的標記材料是由無定形鐵磁合金帶制成的，使得多個標記條容納在編碼標記器內，其中至少兩個該標記條用于磁偏置從而按照多個預選定頻率中的單一不同的頻率來機械諧振。具有磁-機諧振能力的帶形磁性材料鑄在旋轉基板上，如美國專利No.4,142,571所教導。當標記材料的原鑄的帶寬度比預定寬度更寬時，該帶切開成該預定寬度。如此加工的帶被切割成具有不同長度的易延展的矩形無定形金屬條，以使用具有提供偏置靜態磁場的至少一條半硬磁條的多個所述矩形無定形金屬條來制作磁-機諧振標記器。
在本發明一個實施例中，用于形成標記條的帶的該無定形鐵磁合金具有基于Fea-Nib-Moc-Bd的組成，其中30≤a≤43，35≤b≤48，0≤c≤5，14≤d≤20且a+b+c+d＝100，多達3原子％的Mo可選地被Co、Cr、Mn和/或Nb取代，以及多達1原子％的B可選地被Si和/或C取代。
在本發明一個實施例中，用于形成標記條的帶的該無定形鐵磁合金包括下述組成之一Fe40.6Ni40.1Mo3.7B15.1Si0.5、Fe41.5Ni38.9Mo4.1B15.5、Fe41.7Ni39.4Mo3.1B15.8、Fe40.2Ni39.0Mo3.6B16.6Si0.6、Fe39.8Ni39.2Mo3.1B17.6C0.3、Fe36.9Ni41.3Mo4.1B17.8、Fe35.6Ni42.6Mo4.0B17.9、Fe40Ni38Mo4B18或Fe38.0Ni38.8Mo3.9B19.3。
因此，依據美國專利No.4,142,571所述的發明，鑄造具有與可購得的無定形磁致伸縮METGLAS2826MB帶的化學組成相似的化學組成的無定形合金帶。所鑄造的無定形合金具有約0.88特斯拉的飽和感應和約12ppm的飽和磁致伸縮。該帶具有約100mm和約25mm的寬度，且其厚度約為28μm。該帶隨后切成具有不同寬度的窄帶。切成的帶隨后被切割成具有在約15mm至約65mm范圍內長度的易延展的矩形條。各個條具有微小曲率，該曲率反映了帶鑄造輪表面曲率。在切條時，初始曲率被調整。切、割形成的條的曲率如示例1所示被確定。圖1A示出了本發明實施例的標記條10的物理外觀，圖1B示出了依據美國專利No.6,299,702披露的復雜熱處理方法產生的傳統條20的物理外觀。如所示，本發明實施例的諧振標記偏置條配置中的磁力線11比圖1B所示常規條的磁力線21更為封閉。這使得本發明實施例的標記條10和偏置磁體12之間的耦合優于常規條20和偏置磁體22之間的耦合，這導致在本發明實施例的諧振標記條兩端的更少的磁通量泄漏。使用示例2的表征方法通過磁-機諧振性能來分別檢查本發明實施例的諧振標記條和常規條。圖2比較了本發明實施例的單一條標記830的諧振頻率與偏置場的函數和常規條831的諧振頻率與偏置場的函數。圖2示出這兩種情況下作為偏置場函數的諧振頻率變化大約相同。圖2所描述的諧振特性在設計具有去激活(deactivation)能力的諧振標記時是重要的，因為去激活是通過改變偏置場強度來改變諧振頻率而實現的。在去激活時，諧振頻率fr相對于偏置場Hb的斜率即dfr/dHb確定去激活的有效性，且因此對于有效諧振標記條而言是重要的因子。對于電子編碼識別系統內的標記器，當在識別系統中期望更高的靈敏度時，諧振頻率與偏置場之間更大的斜率通常是優選的。
兩種情形之間的諧振響應的比較示于圖3，其中V0為激勵場關閉時的響應信號幅值，且V1為激勵場終止后1msec時的信號幅值。顯然，更高的V1/V0對于諧振標記器的更優性能而言是優選的。這兩個信號幅值因此均在行業中作為磁-機諧振標記器的品質因子的一部分。圖3示出了對于本發明實施例的諧振標記條，信號幅值V0441和V1442分別在Hb0＝500A/m和Hb1＝400A/m的偏置場時是最大的；對于常規諧振標記條，V0443和V1444分別在Hb0＝460A/m和Hb1＝400A/m的偏置場時是最大的。此外，圖3示出了對于本發明實施例的諧振標記條在這些最大值點的比例V1/V0高于常規標記條，表明本發明實施例的標記條的信號保持優于常規標記條，因此增強了本發明編碼電子識別系統的有效性。
表I概括了代表性常規標記條和本發明實施例的標記條示例之間對于標記條作為磁-機諧振器的性能而言是關鍵的參數的比較。注意，本發明實施例的標記條的性能接近或者優于常規標記條的性能。表I中本發明實施例的所有標記條均可以接受用于本發明實施例的標標記器。
在表I中，分別在Hb0和Hb1偏置場強度測量的V0和V1的最大信號電壓以及具有圖1A定義的條曲率h的本發明實施例的標記條在Hb1測量的諧振頻率斜率dfr/dHb，分別與隨機選擇的十個常規標記條的相應特性進行比較。條的長度l均約為38mm，且其寬度約為6mm。各個標記條的曲率半徑由h和l計算。各個條的諧振頻率約為58kHz。
表I磁-機諧振特性 表I包含目前廣泛使用的約6mm的標記條寬度的數據。本發明的一個方面提供具有不同于約6mm的寬度的標記條。用于表I的具有不同寬度的標記條是切自同一個帶，且其磁-機諧振特性被確定。結果概括于表II。諧振信號電壓V0max和V1max按預期隨寬度減小而減小。特征場值Hb0和Hb1隨寬度減小而減小是由于退磁效應。因此，必須相應地選擇偏置場磁體。具有較小寬度的標記適用于較小的物品識別面積，而具有較大寬度的標記適用于較大的物品識別面積，這是因為來自較大標記條的諧振信號較大，如表II所示。由于諧振頻率主要取決于條長度，如方程(1)所示，條寬度變化并不影響所使用的物品識別系統的諧振頻率。
表II示出了具有圖1A所定義的條高度h和具有不同條寬度的本發明實施例的標記條的磁-機諧振特性。V0max、Hb0、V1max和dfr/dHb的定義與表I相同。條的長度l均約為38mm。各個標記條的曲率半徑由h和l計算。各個條的諧振頻率約為58kHz。
表II磁-機諧振特性 本發明的另一方面提供可工作于不同條件的各種可用標記器。為此，通過改變制作標記條所使用的無定形磁性合金帶的化學成分來改變磁-機諧振特性。所檢查合金的化學成分示于表III中，該表給出了合金的飽和感應和磁致伸縮的值。這些合金的磁-機諧振性能的結果示于下表IV。
表III示出了本發明實施例的磁-機諧振標記器的磁致伸縮無定形合金示例的成分、飽和感應Bs和飽和磁致伸縮λs。Bs值是由方程3所述的DC BH回線測量來確定，λs值是通過使用經驗公式λs＝kBs2，根據S.Ito等人的Applied Physics Letters，vol.37，p.665(1982)使用k＝15.5ppm/特斯拉2來計算。
表III磁致伸縮無定形合金 表IV示出了具有圖1A定義的條高度h的本發明實施例的表III所列具有不同化學成分的標記條的磁-機諧振特性。V0max、Hb0、V1max和dfr/dHb的定義與表I相同。條的長度l均約為38mm。各個標記條的曲率半徑由h和l計算。各個條的諧振頻率約為58kHz。
表IV 表III中合金的磁-機諧振特性 表III所列具有不同化學成分的所有無定形合金均具有如表IV所示的出色的磁-機諧振特性，因此可用于本發明實施例的編碼電子識別系統。
此外，依據示例1的切成約6mm寬的帶被切割成具有不同長度的條，且檢查其磁-機諧振性能。除了上文表I、II和IV所涵蓋的性能之外，使用下述方程進行補充測試以確定磁-機諧振條的有效性 V(t)＝V0exp(-t/τ) (2) 其中t為AC場激勵終止之后測量的時間，τ為諧振信號衰減的特征時間常數。表I、II和IV中V1max的值是由t＝1msec的數據來確定。結果示于表V，其中概括了表征不同條長度的諧振性能的其他參數。注意，fr與上文給出的方程(1)的關系非常吻合。另外注意，τ隨條長度增大而增大。如果延遲信號探測是優選的話，則較大值的時間常數τ是優選的。然而，在詢問AC場掃過的編碼電子物品識別系統中，表I中V0的值比V1的值更關鍵。
如表V所示，確定具有不同長度l的本發明實施例的標記條的磁-機諧振特性。各個條的寬度和厚度分別為約6mm和約28μm。諧振頻率fr和時間常數τ分別在方程(1)和(2)中定義。V0max、Hb0、V1max、Hb1和dfr/dHb的定義與表I相同。條的高度h在圖1中定義，各個條的曲率半徑由h和l計算。
表V 在本發明實施例的標記條中產生磁-機諧振所需的除了表III列出的例如飽和磁感應和磁致伸縮的基本磁性性能之外，標記條中為易磁化方向的磁性各向異性的方向必須基本上垂直條的長度方向。實際情況正是如此，如圖4所示，該圖描述了對上述表V約38mm長的條使用示例3的測量方法在60Hz取的BH回線。圖4的BH回線表明在H＝0的剩余磁感應即B(H＝0)接近零，且由B/H定義的磁導率在H＝0附近是線性的。圖4所示BH回線的形狀是典型的磁條BH性能，其中磁性各向異性的平均方向垂直條的長度方向。圖4所示本發明實施例的標記條的磁化行為的結果為，當該條置于AC磁場中時較高階諧波不會產生。因此，在“背景技術”一節中提到的系統“污染問題”得以最小化。為了進一步核查這一點，將來自圖4的標記條的更高階諧波信號與基于磁性諧波產生/探測的電子物品監督系統的標記條的更高階諧波信號進行比較。該比較結果示于下面的表VI中。
如圖VI所示，對本發明實施例的標記條和基于Co基METGLAS2714A合金的標記條的磁性更高階諧波信號進行比較，其中后者廣泛用于基于磁性諧波產生/探測系統的電子物品監督系統。兩種情況的條尺寸相同，約為38mm長且約6mm寬。基本激勵頻率為2.4kHz，并通過使用示例4的諧波信號探測方法來比較25階諧波信號。
表VI 如表VI所示，來自本發明實施例標記器的可忽略的小諧波信號并不觸發基于磁性諧波發生/探測的電子物品監督系統。
具有不同長度的本發明實施例的兩個標記條隨機選自如表I、II、IV和V中所表征的多個條，并安裝在彼此頂部上，且形成如圖5A中條110和條111所示的標記。具有不同長度的這兩個標記條容納在非磁性外部殼體100和101之間的中空區域內。偏置磁體120附著在殼體101的外表面上。為了比較，兩個常規標記條的標記配置在圖5B中由條210和211所示，其中該兩個條可用的平面區域與圖5A的兩個條相同。圖5B中的數字200、201和220分別對應于圖5A中的項100、101和120。
與圖5A相對應的本發明實施例的兩個條標記的磁-機諧振性能示于圖6A，其是針對來自表V的包含約20mm的條和約57mm的條的標記；且與圖5B相對應的依據′490專利制備的常規兩個條標記的磁-機諧振性能示于圖6B，其使用長度約20mm和約57mm的兩個條。從圖6A-6B顯見，來自本發明實施例的兩個標記條的整體信號幅值顯著高于來自兩個常規標記條的整體信號幅值。對于圖5A所示的本發明實施例的標記的情形，來自本發明實施例的較長尺寸的條的信號幅值V0(示于圖6A)比其相應的圖5B較長尺寸的常規標記條的值V0(示于圖6B)高約280％。對于較短尺寸的條，本發明實施例的條產生的信號幅值V1(示于圖6A)比其相應的常規標記條的信號幅值V1(示于圖6B)高370％。圖6A所示低諧振頻率fr＝38610Hz附近的放大諧振幅值分布圖示于圖7，該圖示出該磁-機諧振的寬度約為420Hz，其中該磁-機諧振的寬度定義為幅值變為峰值幅值1/2的點的頻率寬度。對于fr＝109070Hz附近的高諧振頻率區域，信號幅值具有約660Hz的頻率寬度，示于圖8。下文中稱為諧振線寬的該頻率寬度被用于確定具有略微不同長度的兩個標記條的兩個相鄰諧振頻率之間的最小諧振頻率分離(frequency separation)。
圖9-1示出包含隨機選自上文的表I、II和IV的具有不同長度的三個標記條311、312和313的本發明實施例的標記器。兩個外部殼體300和301之間的腔空間302容納本發明實施例的標記條311、312和313，且數字330表示附著在殼體301外部表面上的偏置磁體。具有長度約25mm、約38mm和約52mm且寬度約6mm的三個條的標記的磁-機諧振特性示于圖10。注意，在圖6A和圖7中，觀察到的機械諧振是明顯的，在約40000Hz的低諧振頻率區域附近的諧振線寬約400Hz，且在約110000Hz的高諧振頻率區域附近的諧振線寬約700Hz，如圖6A和圖8所示，表明本發明實施例的標記中具有不同長度的標記條之間的磁-機干擾不顯著，這反過來使得可以堆疊超過三個的標記條。條與條之間無磁-機干擾在圖9-2中是明顯的，因為具有不同長度的三個標記條沿條寬度方向的中心附近的線相互接觸。類似地，從表I、II、IV和V的條選擇具有約30mm、約38mm、約42mm、約47mm和約52mm的不同長度和約6mm寬度的五個條，并制作標記。該五個條的標記的諧振特性示于圖11。利用不同長度標記條的本發明實施例的標記器諧振特性的概括列于表VII。
如表VII所示，諧振信號V0max和V1max位于來自本發明編碼標記器的相應諧振頻率fr。
表VII 在表VII中，標記條寬度和厚度分別為約6mm和約28μm。
表VII中給出的諧振信號V0max和V1max明顯足以在本發明實施例的電子物品識別系統內被探測到。表V中的數據得到諧振頻率fr和條長度之間的關系，該關系為 fr＝2.1906×106//(Hz) 其中l為條長度，單位為mm。使用與方程(1)一致的該關系，由將帶切割成預定長度的容差所引起的諧振頻率的變率(variability)如下所述來確定。fr和l之間的上述關系得到Δfr/Δl＝-2.906×106/2l2，其中Δfr為由于條長度變化Δl引起的諧振頻率的改變。使用可購得的帶切割器(ribbon cutter)可實現標記條切割容差是通過將標稱或目標條長度與表V中給出的實際長度比較來確定的。例如，表V中長度為18.01mm的條具有18mm的目標條長度，導致0.01mm的切割容差。使用由此得到的切割機器容差，計算由于條長度變率引起的頻率變率Δfr，該頻率變率Δfr是在對于較短條的約3Hz至對于較長條的約400Hz的范圍內。由于較長條的諧振線寬約為400Hz，如圖7所示，且對于較短條約為700Hz，如圖8所示，在本發明實施例的電子物品識別系統中可識別的最小頻率分離被確定為約800Hz。因此，為了確保不出現錯誤識別，選擇2kHz的諧振頻率分離來確定選定全域中的可識別物品的數目，其中該諧振頻率分離大于該最小可識別諧振頻率分離的兩倍。表V中列出的標記條涵蓋的諧振頻率范圍為約34000Hz至約120000Hz，覆蓋了約86000Hz的諧振頻率段。使用2kHz的諧振頻率分離用于無錯誤識別，如上文所確定的，當標記僅具有一個條時電子可識別物品的數目變為43，當本發明實施例的具有長度不同的2、3、4和5個標記條的標記器用于本發明編碼電子物品識別系統中時，該電子可識別物品的數目分別增大至特定全域中的約1800、7400、2.96×106和1.155×108。通過增加更多的標記條和/或改變標記器內的偏置場的水平，可以進一步增大可識別或編碼物品的數目。
上述編碼標記器501有效地用于本發明實施例的電子物品識別系統，如圖12所示。在圖12中，載有本發明實施例的編碼標記器501的待識別物品502置于詢問區域510內，該詢問區域510被一對詢問線圈511側翼包圍。線圈511朝向待識別物品502發射由電子裝置512饋送的具有變化頻率的AC磁場，該電子裝置512包括信號發生器513和AC放大器514，該電子裝置512由電子電路盒515控制其開啟-閉合操作。當物品502置于區域510內時，電子電路盒515開啟從最低頻率掃到最高頻率的詢問AC場頻率，其范圍依賴于標記器的預定頻率范圍。在這種頻率掃描中，在一對信號接收線圈516內探測到來自本發明實施例的編碼標記器501的諧振信號，得到如圖11所示例性示出的諧振信號分布圖。通過信號探測器517獲得的信號分布圖存儲于計算機518內，計算機518被編程以識別編碼在本發明實施例的編碼標記器501內的諧振頻率序列。當該識別完成時，計算機518將該識別的信號報告結果發送到識別器519和電子電路盒515以重置該系統。如果期望如此，則在物品502離開詢問區域510之后，通過退磁該標記器內的偏置磁體可以去激活本發明實施例的編碼標記器。
上文提供的編碼電子物品識別系統用于通過掃描具有變化頻率的AC激勵場而用于識別物品。在特定情況下，需要延遲識別，這可以通過跟蹤如圖3、圖5(a)、圖10和圖11所示的V1來實現。在電學上這是通過編程圖12中的計算機517以處理作為掃描頻率的函數的V1來實現的。
示例1 使用常規金屬帶切割器將條帶切割成易延展的矩形條。通過測量條長度l上方彎曲表面的高度h來光學地確定各個條的曲率，如圖1A所定義。
示例2 在布置有供應靜態偏置場的一對線圈的配置中確定磁-機性能，通過電壓計和示波器測量被補償線圈(bucking coil)補償的信號探測線圈中出現的電壓。因此，所測量的電壓與探測線圈相關聯，并表示相對信號幅值。激勵AC場是由可購得的函數發生器和交流(AC)放大器來供應。來自電壓計的信號電壓被制成表格，且可購得的計算機軟件用于分析和處理所收集的數據。
示例3 可購得的DC BH回線測量設備用于測量作為施加場H函數的磁感應強度B。對于AC BH回線測量，使用與示例4類似的激勵線圈-探測線圈組件，且將來自探測線圈的輸出信號饋送到電子積分器。積分信號隨后被校準以給出樣品的磁感應強度B的值。依據施加場H來繪制所得的B，得到AC BH回線。對于AC和DC的情形，施加場以及測量的方向均沿標記條的長度方向。
示例4 將按示例1準備的標記條置于預定基本頻率的激勵AC場中，且由包含該標記條的線圈來探測其高階諧波響應。激勵線圈和信號探測線圈纏繞在直徑約50mm的筒管上。激勵線圈和信號探測線圈中的纏繞數目分別為約180和約250。基本頻率選擇為2.4kHz，且其在激勵線圈的電壓約為80mV。測量來自信號探測線圈的25階諧波電壓。
因此，在本發明實施例中，標記條曲率的曲率半徑可以小于約100cm，或者介于約20cm和約100cm之間。
在選用的情況下，通過將其磁性各向異性方向垂直于帶軸的無定形磁致伸縮合金帶切割成具有預定長度的長度/寬度比大于3的矩形條，由此執行編碼。
此外，在選用的情況下，矩形條具有從約3mm至約15mm的條寬度。
在本發明實施例中，矩形條具有從約4Hz(A/m)至約14Hz(A/m)的諧振頻率對偏置場的斜率。
在選用的情況下，當矩形條寬度為6mm時，該矩形條具有大于約18mm的長度。
此外，在選用的情況下，該矩形條具有小于約120000Hz的磁-機諧振頻率。
在本發明實施例中，無定形鐵磁合金帶具有介于約8ppm和約18ppm的飽和磁致伸縮和介于約0.7特斯拉和約1.1特斯拉的飽和感應。
在本發明實施例中，編碼標記器包括具有不同長度的至少兩個標記條。在選用的情況下，該編碼標記器包括具有不同長度的五個標記條。
在本發明實施例中，編碼標記器具有介于約30000和約130000Hz的磁-機諧振頻率。
在本發明實施例中，對于分別具有兩個和五個標記條的編碼標記器，該編碼標記器具有包含多達約1800和約1.15×108可分別識別的物品的電子識別全域。
在本發明實施例中，編碼標記器具有包含多于1.15×108可分別識別的物品的電子識別全域。
因此，在本發明實施例中，用于按預選定頻率機械諧振的磁-機諧振電子物品識別系統的編碼標記器包括從無定形鐵磁合金帶切割成預定長度的多個易延展的磁致伸縮條，該無定形鐵磁合金帶具有沿帶長度方向的曲率并在交變磁場激勵下隨靜態偏置場呈現磁-機諧振，該磁致伸縮條具有垂直于帶軸的磁性各向異性方向，其中至少兩個該磁致伸縮條用于磁性偏置以按照預選定頻率的單一不同的頻率諧振。
此外，在本發明選定實施例中，電子物品識別系統具有解碼編碼標記器的編碼信息的能力。該編碼標記器用于按預選定的頻率機械諧振，且該編碼標記器包括從無定形鐵磁合金帶切割成預定長度的多個易延展的磁致伸縮條，該無定形鐵磁合金帶具有沿帶長度方向的曲率并在交變磁場激勵下隨靜態偏置場呈現磁-機諧振，該磁致伸縮條具有垂直于帶軸的磁性各向異性方向，其中至少兩個該磁致伸縮條用于磁性偏置以按照該預選定頻率的單一不同的頻率諧振。該電子物品識別系統包括下述之一一對線圈，發射AC激勵場，瞄準該編碼標記器以形成詢問區域；一對信號探測線圈，從該編碼標記器接收編碼信息；電子信號處理裝置，具有帶有軟件的電子計算機以解碼在該編碼標記器上編碼的信息；或者識別該編碼標記器的電子裝置。因此，除了提供編碼標記器的識別，該電子物品識別系統可以識別附著有該編碼標記器的物品。
盡管已經示出和描述了本發明的幾個實施例，但是本領域技術人員將會理解，可以在這些實施例內進行變化而不背離本發明的原則和精神，本發明的范圍由權利要求書及其等同特征定義。
權利要求
1.一種磁-機諧振電子物品識別系統的編碼標記器，用于以預選定頻率機械諧振，所述編碼標記器包括從無定形鐵磁合金帶切割成預定長度的多個易延展的磁致伸縮條，所述無定形鐵磁合金帶具有沿帶長度方向的曲率并在交變磁場激勵下隨靜態偏置場呈現磁-機諧振，所述磁致伸縮條具有垂直于帶軸的磁性各向異性方向，其中至少兩個所述磁致伸縮條用于磁性偏置以按照所述預選定頻率的單一不同的頻率諧振。
2.如權利要求1所述的編碼標記器，其中所述標記條的曲率半徑小于大約100cm。
3.如權利要求1所述的編碼標記器，其中通過將磁性各向異性方向垂直于帶軸的無定形磁致伸縮合金帶切割成具有預定長度的長度/寬度比大于3的矩形條來執行編碼。
4.如權利要求3所述的編碼標記器，其中所述磁致伸縮條具有從約3mm至約15mm范圍的條寬。
5.如權利要求4所述的編碼標記器，其中所述磁致伸縮條具有從約4Hz/(A/m)至約14Hz/(A/m)范圍的諧振頻率相對于偏置場的斜率。
6.如權利要求4所述的編碼標記器，其中當條寬為6mm時，所述磁致伸縮條具有大于約18mm的長度。
7.如權利要求6所述的編碼標記器，其中所述磁致伸縮條具有低于約120000Hz的磁-機諧振頻率。
8.如權利要求1所述的編碼標記器，其中所述無定形鐵磁合金帶具有在約8ppm至約18ppm之間的飽和磁致伸縮和在約0.7特斯拉至約1.1特斯拉之間的飽和感應。
9.如權利要求8所述的編碼標記器，其中所述無定形鐵磁合金帶的無定形鐵磁合金具有基于Fea-Nib-Moc-Bd的組成，其中30≤a≤43，35≤b≤48，0≤c≤5，14≤d≤20且a+b+c+d＝100，多達3原子％的Mo可選地被Co、Cr、Mn和/或Nb取代，以及多達1原子％的B可選地被Si和/或C取代。
10.如權利要求8所述的編碼標記器，其中所述無定形鐵磁合金帶的無定形鐵磁合金包括下述組成之一Fe40.6Ni40.1Mo3.7B15.1Si0.5、Fe41.5Ni38.9Mo4.1B15.5、Fe41.7Ni39.4Mo3.1B15.8、Fe40.2Ni39.0Mo3.6B16.6Si0.6、Fe39.8Ni39.2Mo3.1B17.6C0.3、Fe36.9Ni41.3Mo4.1B17.8、Fe35.6Ni42.6Mo4.0B17.9、Fe40Ni38Mo4B18或Fe38.0Ni38.8Mo3.9B19.3。
11.如權利要求1所述的編碼標記器，其中所述編碼標記器包括具有不同長度的至少兩個標記條。
12.如權利要求11所述的編碼標記器，其中所述編碼標記器包括具有不同長度的五個標記條。
13.如權利要求12所述的編碼標記器，其中所述編碼標記器具有約30000至約130000Hz之間的磁-機諧振頻率。
14.如權利要求13所述的編碼標記器，其中所述編碼標記器對于具有兩個標記條的編碼標記器，則具有多達約1800的分別可識別物品的電子識別全域；對于具有五個標記條的編碼標記器，則具有多達約1.15×108的分別可識別物品的電子識別全域。
15.如權利要求13所述的編碼標記器，其中所述編碼標記器具有包含超過1.15×108的分別可識別物品的電子識別全域。
16.一種具有解碼編碼標記器的編碼信息的能力的電子物品識別系統，所述系統包括下述之一
一對線圈，發射具有變化頻率的AC激勵場，瞄準所述編碼標記器以形成詢問區域；
一對信號探測線圈，從所述編碼標記器接收編碼信息；
電子信號處理裝置，具有帶有軟件的電子計算機以解碼在所述編碼標記器上編碼的信息；或者
識別所述編碼標記器的電子裝置，
其中所述編碼標記器用于以預選定的頻率機械諧振，其中所述編碼標記器包括從無定形鐵磁合金帶切割至預定長度的多個易延展的磁致伸縮條，所述無定形鐵磁合金帶沿帶長度方向具有曲率且在交變磁場激勵下隨靜態偏置場呈現磁-機諧振，所述磁致伸縮條的磁性各向異性方向垂直于帶軸，且其中至少兩個所述磁致伸縮條用于磁性偏置以按照所述預選定頻率的單一不同的頻率諧振。
17.如權利要求1所述的編碼標記器，其中所述標記條的曲率半徑在約20cm至約100cm之間。
全文摘要
一種磁-機諧振電子物品識別系統中的編碼標記器，包括具有改進的磁-機諧振性能的基于無定形磁性合金帶的多個易延展的磁致伸縮元件或條。該編碼標記器充分利用了改進的磁-機性能的優點，且一種電子物品識別系統使用該編碼標記器。該改進的可編碼和可解碼的標記器/識別系統能夠識別比常規系統多得多的物品數目。
文檔編號G06K7/08GK101151620SQ200680010231
公開日2008年3月26日 申請日期2006年3月31日 優先權日2005年4月1日
發明者R·哈澤加瓦 申請人:梅特格拉斯公司