專利名稱：磁性檢測技術(shù)的制作方法
在本發(fā)明人的在先專利申請中，特別是在PCT/GB96/00823(WO96/31790)和PCT/GB96/00367(WO97/04338)中，本發(fā)明人公開了一種有關(guān)空間磁性檢測的新技術(shù)和一種新型的磁標記體，并且請求對它們給予專利保護。由WO96/31790公開的技術(shù)是在對磁性材料通過具有磁性零點(magnetic null)的空間區(qū)域時的性能進行研究的基礎(chǔ)上獲得的。特別需要指出的是，這些在先專利申請著重公開的是一種被動式磁標記體，這種磁標記體包含有一個或多個可作為非接觸閱讀用數(shù)據(jù)載體的磁性元件，而且這些元件的數(shù)目和空間配置方式代表著特定的信息。
在如上所述的專利申請中，本發(fā)明人公開了多種使用永久磁鐵或電磁鐵形成磁性零點的、可供實用的系統(tǒng)。而且，本發(fā)明人還公開了幾種特別適用于使用具有非常低的矯頑磁力和非常高的磁導率的磁性材料作為磁標記體的、可供實用的系統(tǒng)。這些實施形式均可以通過檢測疊加低幅變化檢測磁場的諧波的方式加以實施。
在后續(xù)專利申請、即GB9612831.9中，以及它的同族專利申請PCT/GB97/01662中，本發(fā)明人還公開了一種利用檢測由磁標記體通過磁性零點時所產(chǎn)生的基帶信號，而不需要附加有任何變化檢測磁場的方式實施運行的技術(shù)。這種讀取器的一種特定形式的結(jié)構(gòu)構(gòu)成已經(jīng)由專利申請GB9612831.9所公開。
本發(fā)明所涉及的是可以依據(jù)由WO96/31790和/或WO97/04338公開的原理，從磁標記體上讀取數(shù)據(jù)用的磁標記體。
本發(fā)明的一個方面是提供了一種檢測磁標記體用的、即讀取儲存在磁標記體中的數(shù)據(jù)用的讀取器，這種讀取器包括有其產(chǎn)生的磁場限定一個檢測區(qū)域的磁場產(chǎn)生裝置，其中所述的磁場產(chǎn)生裝置包括有(a)產(chǎn)生磁場用的組件；(b)向檢測區(qū)域發(fā)射當在所述檢測區(qū)域中存在有磁標記體時可與磁標記體相互作用的檢測電磁信號的發(fā)射線圈；(c)至少一個接收由磁標記體響應(yīng)所述檢測信號和由所述磁場產(chǎn)生組件產(chǎn)生的磁場所生成的電磁信號的接收線圈。
在一個實施例中，磁場產(chǎn)生裝置由一對共軸的中空型圓柱形體構(gòu)成，而且在這一實施形式中，檢測區(qū)域被限定在由這兩個共軸圓柱形體中的內(nèi)側(cè)圓柱體構(gòu)成的內(nèi)部空間中。
在另一個實施例中，磁場產(chǎn)生裝置由平坦的、相對較薄的磁鐵構(gòu)成，它的一個表面為具有第一極性的磁極，比如說為北極，而另一個表面為具有相對極性的磁極，比如說為南極。而且在這一實施形式中，檢測區(qū)域被限定在位于與所述磁鐵一個表面非?？拷目臻g位置處，這一空間位置的延伸方向與由磁場和磁標記體之間的有效相互作用所產(chǎn)生的磁性平面相垂直。這種第二實施例給出的實際上是一種單側(cè)讀取器，即它是一種通過當磁標記體通過讀取器表面時動作而讀取磁標記體用的裝置。
這兩個實施例將在下面給予更詳細地說明。
第一實施例這種共軸的中空型圓柱形體最好呈短粗型，即它們的直徑與它們的長度相比相對較大。
每一個共軸中空型圓柱形體最好均支撐著或包含有一個用來產(chǎn)生磁場的組件；而且最好為由諸如鐵氧體等等的永久磁鐵構(gòu)成的源部件。采用這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成產(chǎn)生的磁場最好呈徑向輻射型，即某一給定圓柱形體的內(nèi)側(cè)表面形成為具有第一極性的磁極，比如說為北極，而該圓柱形體的外側(cè)表面形成為具有相反極性的磁極，比如說為南極。而且最好是使位于外側(cè)主體內(nèi)側(cè)表面處的磁極與位于內(nèi)側(cè)主體外側(cè)表面處的磁極相對應(yīng)，從而使相對表面處的磁極具有相同的極性，比如說呈諸如S-N:N-S等等的構(gòu)成形式。
在這種最佳的結(jié)構(gòu)構(gòu)成方式中，所使用的圓柱形體由浸入諸如鐵氧體等等鐵磁性材料的柔性聚合物構(gòu)成。可用于這種目的的一種適用材料為由英國Sheffield的Eclipse Magnetics Limited生產(chǎn)并且以商品名“FLEXOR15”銷售的材料。
這兩個中空型圓柱形體中的每一個最好均具有發(fā)射線圈和接收線圈。發(fā)射線圈最好按敏感方向相同的方式(in the same sense)纏繞在圓柱形體上；接收線圈最好按敏感方向相反的方式(in oppositesenses)纏繞在圓柱形體上，且彼此串聯(lián)連接。
線圈(發(fā)射線圈和接收線圈)可以纏繞在這兩個圓柱形體的內(nèi)側(cè)或外側(cè)表面處。
發(fā)射線圈(Tx)最好配置在使發(fā)射線圈和接收線圈(Rx)之間的凈耦合為零的位置處。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的優(yōu)點在于可以使用比較簡單的電回路處理接收線圈給出的輸出信號，并可以降低系統(tǒng)對發(fā)射波形失真的敏感性。
(配置在兩個圓柱形體中的每一個上的)發(fā)射線圈通常呈串聯(lián)形式連接。內(nèi)側(cè)發(fā)射線圈最好按將其限制在兩個區(qū)域，即可以使它們聚集成兩組，而不是均勻地或基本上均勻地分布在承載它們的表面上的方式實施纏繞。采用這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成可以產(chǎn)生更均勻地徑向穿過檢測區(qū)域的發(fā)射磁場。
接收線圈可以按均勻地或基本上均勻地分布在承載它們的表面上的方式實施纏繞。
如上所述，兩個接收線圈采用相反纏繞方式的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的優(yōu)點在于它可以使整個接收線圈Rx的設(shè)置具有為零的凈偶極矩，而由兩部分接收線圈Rx給出的相對偶極分布可以被消除掉。采用這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成方式還可以使整個接收線圈Rx的設(shè)置靈敏度隨遠離線圈的距離呈八極型衰減(即與r-5成比例)的靈敏度(fall off sensitivity)(相應(yīng)的偶極型衰減僅與r-3成比例)，因此可以更加良好地克服由外部磁場源(比如說VDU屏幕等等)產(chǎn)生的磁性干擾。
第二實施例在本實施例中所使用的呈扁平形狀的、相對較薄的磁鐵，最好由包含諸如鐵氧體等等的永磁顆粒的聚合材料構(gòu)成。如果舉例來說，這種材料可以為由英國Sheffield的Eclipse Magnetics Limited生產(chǎn)、以商品名“FLEXOR 15”銷售、并且呈薄膜形式(比如說為0.5mm)的永磁材料。這種裝置最好包括有配置在一個單一發(fā)射線圈兩側(cè)的兩個接收線圈，而且如上所述，這三個線圈均配置在位于永久磁鐵一個表面附近的、與其相分離的區(qū)域中。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的優(yōu)點在于可以使接收線圈的軸向方向彼此平行，并且與發(fā)射線圈的軸向方向相垂直。采用這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成可以減小在發(fā)射線圈和接收線圈之間的直接耦合。如果舉例來說，可以使接收線圈的軸向方向與由永久磁鐵產(chǎn)生的磁場方向基本上相平行；并且使發(fā)射線圈的軸向方向與磁場方向基本上相垂直。采用這種幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系的優(yōu)點在于可以使接收線圈的敏感性具有四極特性，從而使得讀取器對于由諸如VDU屏幕等等的外部磁場源產(chǎn)生的磁性干擾更加不敏感。
當采用兩個接收線圈時，最好按敏感方向相反的方式實施纏繞，并且使它們呈電串聯(lián)連接。采用這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成可以產(chǎn)生零偶極矩。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例構(gòu)造的讀取器的尺寸相對較小，比如說可以為25mm×25mm×10mm，而且可以在磁標記體與讀取器之間不直接接觸的條件下由磁標記體上“讀取”出數(shù)據(jù)。一般說來，這種讀取器可以在幾個毫米的范圍內(nèi)良好運行，即磁標記體與讀取器之間的間隔可以取為3-5mm。
根據(jù)這一實施例構(gòu)成的讀取器特別適用于從一系列的、依次到達讀取器處的磁標記體上讀取數(shù)據(jù)。如果舉例來說，本發(fā)明適用于對載有磁性標記或磁標記體的物品實施分配的裝置中。這種裝置可以用于識別、儲存控制、標價或其它商業(yè)目的，而且這種裝置的一個應(yīng)用實例就是自動售貨機。
對附圖的簡要說明下面以舉例方式，參考附圖對本發(fā)明進行說明。
圖1a和圖1b為表示作為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的“環(huán)路讀取器”的一個實施例中的發(fā)射線圈(Tx)和接收線圈(Rx)的纏繞狀態(tài)用的示意性說明圖。
圖2a和圖2b為表示如圖1所示的讀取器中的磁場產(chǎn)生部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)成用的示意性結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖。
圖3為表示在如圖1所示的讀取器中，徑向輻射磁場(Hr)和磁場梯度dHz/dz隨相對于檢測平面的徑向距離(r)的變化而變化的示意性曲線圖。
圖4為表示一種可用于如圖1和圖2所示的讀取器的優(yōu)選回路用的示意圖。
圖5示出了一種由根據(jù)本發(fā)明該實施例構(gòu)成的讀取器輸出的典型輸出信號。
圖6為表示飲用水自動售貨機用的部分平面圖，該自動售貨機包括著根據(jù)本發(fā)明第二實施例構(gòu)造的“側(cè)路讀取器”。
圖7為表示如圖6所示的讀取器用的前側(cè)正視圖。
下面參考


本發(fā)明的最佳實施例。圖1(a)和圖1(b)示出了在該實施例中的發(fā)射線圈Tx和接收線圈Rx的構(gòu)成形式。這些線圈由中空的圓柱形磁性主體(在圖1中未示出，請參見圖2)支撐著。圖1a表示的是與線圈軸線相垂直的橫剖面圖，圖1b表示的是線圈的平面圖。正如圖中所示，外側(cè)接收線圈R1共有68圈，半徑為109mm；內(nèi)側(cè)接收線圈R2共有130圈，半徑為78mm。線圈R1和R2按圖中所示的方式(在圖中由點和交叉線示出)，即按敏感方向相反的方式纏繞；而且這兩個接收線圈彼此串聯(lián)連接。
外側(cè)發(fā)射線圈T1共有110圈，半徑為109mm，內(nèi)側(cè)發(fā)射線圈T2共有40圈，半徑為79mm。這兩個發(fā)射線圈按敏感方向相同的方式纏繞，并且串聯(lián)連接。
采用這種方式設(shè)置線圈便可以在發(fā)射線圈Tx和接收線圈Rx之間形成零耦合，從而可以確保接收線圈Rx具有零偶極矩。
由圖2示出的兩個中空的圓柱形主體1和2由“FLEXOR 15”材料構(gòu)成，并且按照使外側(cè)主體1在其外側(cè)表面處具有南磁極，在其內(nèi)側(cè)表面處具有北磁極，內(nèi)側(cè)主體2在其外側(cè)表面處具有北磁極，在其內(nèi)側(cè)表面處具有南磁極的方式設(shè)置。由內(nèi)側(cè)主體2限定出的中心空間3構(gòu)成為檢測區(qū)域，在使用過程中磁標記體將由其中通過。與同軸圓柱形體1和2的軸線相垂直的平面4構(gòu)成為檢測平面。磁性主體1的厚度為5mm，沿軸線方向的長度為50mm；磁性主體2的厚度為1mm，沿軸線方向的長度為40mm。采用這種設(shè)置方式，所產(chǎn)生的磁場在整個檢測平面4上將具有基本上呈均勻形式分布的梯度，因此在檢測平面處具有最小的輻射磁場。采用這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成方式可以使磁場梯度相對較高(比如說為3-5kA/m)，從而可以具有更好的分辨能力，而不會使需要對其數(shù)據(jù)實施讀取的磁標記體(如果舉例來說，這種磁標記體可以是一個具有磁各向異性的、呈IST型的薄形材料體)被沿著非最佳磁激勵軸線延伸的磁場磁飽和。
正如圖3所示，沿檢測區(qū)域方向延伸的磁場梯度dHz/dz基本上為常量(即基本上不隨r的變化而變化)；而且徑向輻射磁場Hr在檢測平面處基本上為零，并隨遠離該平面的徑向距離的增加而迅速增大。圖中的虛線表示當移去內(nèi)側(cè)主體2時兩條曲線的變化形式，這證明了本發(fā)明的有效性。
圖4示出了一種可用于本發(fā)明讀取器的優(yōu)選電回路。這種回路包括有一個在12.5kHz的狀態(tài)下運行的正弦波驅(qū)動器10；一個分頻器(÷2)11；一個可基本上除去頻率高于6.25kHz的信號的低通濾波器12；一個緩沖放大器13；以及一個與發(fā)射線圈15的一端相連接的、大小為150nF的電容器14。發(fā)射線圈15的電感值為4mH，流經(jīng)的電流為0.1Arms。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成形式可以將由圓柱形體1和2限定著的“環(huán)路”中心處的值Hz限定為大約65A/m rms。
在回路的接收線圈16側(cè)還配置有一個與線圈16平行設(shè)置的電容器17，其輸出信號輸入至在12.5kHz±1kHz的狀態(tài)下運行的帶通濾波器18。濾波后的輸出信號供給至緩沖放大器19，并且在位置20處與由驅(qū)動器10給出的源信號相組合。疊加后的信號輸入至頻率為1kHz的低通濾波器21，而且由輸出端子22處給出的信號即為該讀取器的輸出信號。
由讀取器給出的輸出信號通常如圖5所示，這種信號的細部將隨被檢測的磁標記體的特性不同而有所不同。
正如圖6所示，讀取器31配置在與圓盤傳遞帶32相鄰的位置處，而圓盤傳遞帶32用于傳送諸如由參考標號33a、33b和33c所示出的飲用紙杯。每一個飲用紙杯均配置有通常由IST材料構(gòu)成的磁性標記或稱磁標記體34，這種IST材料是一種薄形的磁各向異性材料，而且是一種在反失竊領(lǐng)域中所公知的材料。
這種讀取器31包括有一個永久磁鐵35，一個第一接收線圈36，一個第二接收線圈37和一個發(fā)射線圈38。這些線圈相距磁鐵35的空間距離大約為5mm。接收線圈(Rx)36和37按相位相反的方式纏繞，且彼此串聯(lián)連接。接收線圈(Rx)36、37的軸向方向與磁場方向相平行，發(fā)射線圈(Tx)38的軸向方向與磁場方向相垂直。
在這一實施例中的讀取器尺寸為25mm×25mm×10mm左右。其中的每一個線圈均是由0.1mm的銅線纏繞100圈而構(gòu)成的。接收線圈Rx上的輸出端子構(gòu)成為電回路中的一部分，這種回路可以是在前面參考圖4所說明過的那種電回路。
在運行過程中，圓盤傳遞帶32沿箭頭39所示的方向轉(zhuǎn)動，以分配供給出諸如飲用水等等的飲料。當每一個飲料包裝體33環(huán)繞圓盤傳遞帶移動時，它上面的磁場標記將轉(zhuǎn)向外側(cè)，從而可以由讀取器31實施讀取。這種標記通常包括有一系列的磁激勵區(qū)域，它們大約為3mm×3mm大小，并且由大約為1mm的非磁場區(qū)域或稱間隔彼此分離開(當沿著飲料包裝體的移動方向?qū)嵤┯^察時)。
一般說來，每一個線圈均是由0.1mm的銅線纏繞100圈而構(gòu)成的。
需要指出的是，本發(fā)明并不僅限于如上所述的實施例，這些實施例均是以非限定性實例的形式給出的。
權(quán)利要求
1．一種檢測磁標記體用的、即讀取儲存在磁標記體中的數(shù)據(jù)用的讀取器，所述讀取器包括有一個其產(chǎn)生的磁場限定一個檢測區(qū)域的磁場產(chǎn)生裝置，其特征在于所述磁場產(chǎn)生裝置包括有(a)產(chǎn)生磁場用的組件；(b)向檢測區(qū)域發(fā)射當在所述檢測區(qū)域中存在有磁標記體時可與磁標記體相互作用的檢測電磁信號用的發(fā)射線圈；(c)至少一個接收由磁標記體響應(yīng)所述檢測信號和由所述磁場產(chǎn)生組件產(chǎn)生的磁場所生成的電磁信號用的接收線圈。
2．一種如權(quán)利要求1所述的讀取器，其特征在于所述磁場產(chǎn)生裝置由一對共軸的中空型圓柱形體構(gòu)成，所述檢測區(qū)域被限定在這兩個共軸圓柱形體中的內(nèi)側(cè)主體構(gòu)成的內(nèi)部空間中。
3．一種如權(quán)利要求2所述的讀取器，其特征在于所述共軸中空型圓柱形體呈短粗型，即它們的直徑與它們的長度相比較大。
4．一種如權(quán)利要求2或3所述的讀取器，其特征在于所述每一個共軸中空型圓柱形體均支撐著或包含有一個用來產(chǎn)生徑向輻射磁場的鐵氧體磁鐵，某一給定圓柱形體的內(nèi)側(cè)表面形成為具有第一極性的磁極，比如說為北極，而該圓柱形體的外側(cè)表面形成為具有相反極性的磁極，比如說為南極。
5．一種如權(quán)利要求4所述的讀取器，其特征在于位于外側(cè)主體內(nèi)側(cè)表面處的磁極與位于內(nèi)側(cè)主體外側(cè)表面處的磁極相對應(yīng)，從而使相對表面處的磁極具有相同的極性。
6．一種如權(quán)利要求2、3、4和5所述的讀取器，其特征在于所述每一個圓柱形體均由浸入諸如鐵氧體等等鐵磁性材料的柔性聚合物構(gòu)成。
7．一種如權(quán)利要求2至6中任何一個權(quán)利要求所述的讀取器，其特征在于每一個中空型圓柱形體均具有發(fā)射線圈和接收線圈。
8．一種如權(quán)利要求2至7中任何一個權(quán)利要求所述的讀取器，其特征在于發(fā)射線圈按敏感方向相同的方式纏繞在兩個圓柱形體上；接收線圈按敏感方向相反的方式纏繞在兩個圓柱形體上，且彼此串聯(lián)連接。
9．一種如權(quán)利要求1所述的讀取器，其特征在于所述磁場產(chǎn)生裝置由平坦的、相對較薄的磁鐵構(gòu)成，它的一個表面構(gòu)成為具有第一極性的磁極，比如說為北極，而另一個表面構(gòu)成為具有相對極性的磁極，比如說為南極，而且檢測區(qū)域配置在位于與所述磁鐵的一個表面非常靠近的位置處。
10．一種如權(quán)利要求9所述的讀取器，其特征在于所述呈扁平形狀的、相對較薄的磁鐵由包含諸如鐵氧體等等的永磁顆粒的聚合材料構(gòu)成。
11．一種如權(quán)利要求9或10所述的讀取器，其特征在于它具有配置在一個單一發(fā)射線圈兩側(cè)的兩個接收線圈，而且所述這三個線圈均配置在位于所述永久磁鐵的一個表面附近處的、與其相分離的區(qū)域中。
12．一種如權(quán)利要求11所述的讀取器，其特征在于所述接收線圈的軸向方向彼此平行，并且與發(fā)射線圈的軸向方向相垂直。
13．一種如權(quán)利要求12所述的讀取器，其特征在于所述接收線圈的軸向方向與由永久磁鐵產(chǎn)生的磁場方向基本上相平行；發(fā)射線圈的軸向方向與所述磁場方向基本上相垂直。
14．一種如權(quán)利要求11、12或13所述的讀取器，其特征在于所述接收線圈按敏感方向相反(即相位彼此相反)的方式纏繞，且彼此電串聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測磁標記體用的、即讀取儲存在磁標記體中的數(shù)據(jù)用的讀取器。這種讀取器具有一個在限定區(qū)域中產(chǎn)生磁場用的磁場產(chǎn)生裝置,其特征在于所述的磁場產(chǎn)生裝置包括有:(a)產(chǎn)生磁場用的組件;(b)向檢測區(qū)域發(fā)射當在所述檢測區(qū)域中存在有磁標記體時可與磁標記體相互作用的檢測電磁信號用的發(fā)射線圈;(c)至少一個接收由磁標記體響應(yīng)所述檢測信號和由所述磁場產(chǎn)生組件產(chǎn)生的磁場所生成的電磁信號用的接收線圈。所述磁場產(chǎn)生組件可以由一對共軸的中空型圓柱形體構(gòu)成,以形成“環(huán)路型”讀取器,也可以是一個呈扁平形式的磁鐵,以形成“側(cè)路型”讀取器。
文檔編號G01V3/00GK1237246SQ97199649
公開日1999年12月1日 申請日期1997年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月9日
發(fā)明者安德魯·尼克拉斯·達米恩, 邁克爾·大衛(wèi)·克勞思菲爾德 申請人:飛零有限公司