專利名稱：磁性數(shù)據(jù)標(biāo)識的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性標(biāo)記上的數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域，該磁性標(biāo)記特別(但不是排它地)用作光學(xué)條形碼的替代物。
各種形式的商品標(biāo)志或標(biāo)識已為人們眾所周知。包括光學(xué)條形碼，RFID(射頻標(biāo)志)，EAS(電子商品保證物)，磁性數(shù)據(jù)記錄和磁性傳感器。
光學(xué)條形碼被廣泛應(yīng)用，并具有成本低，通過使用標(biāo)準(zhǔn)印刷技術(shù)易于生產(chǎn)的優(yōu)點。但是，條形碼閱讀器系統(tǒng)要求在閱讀器和物品標(biāo)記上的條形碼之間存在直接的光學(xué)通路。
RFID是一種成本相當(dāng)高的技術(shù)，盡管可廣泛應(yīng)用于許多應(yīng)用，包括動物標(biāo)識和機場行李標(biāo)記。該技術(shù)以附著在感應(yīng)(交流電磁性)天線上的硅芯片為基礎(chǔ)。該硅芯片包括有一個簡單的接收器和發(fā)射器，以及處理器和數(shù)據(jù)存儲器。RFID標(biāo)記由外部交流電磁場詢問，外部交流電磁場另外可用于給該裝置供提供動力。RFID裝置和系統(tǒng)的生產(chǎn)商很多，包括GEM Plus，Texas Instruments和Philips。
EAS(電子商品保證物)和出于安全目的附著在零售物品上的標(biāo)記或標(biāo)簽的應(yīng)用有關(guān)?？捎稍儐栂到y(tǒng)檢測該標(biāo)記的存在，并且當(dāng)檢測到時，觸發(fā)警報。詢問系統(tǒng)通常被布置在商店和店鋪的出口附近，以預(yù)防并阻止入店行竊。大多數(shù)EAS系統(tǒng)使用交流電磁場(感應(yīng)磁場)，該標(biāo)記裝有專用的磁性材料，該磁性材料提供有效或者無效的器件。
磁性EAS系統(tǒng)后面的原理是一種磁性標(biāo)記的檢測方法。EAS系統(tǒng)中使用的磁性材料主要有三種形式旋轉(zhuǎn)熔融材料(spin meltmaterial)的帶狀物，薄膜材料和非晶態(tài)絲線。用于檢測該磁性元件的物理性質(zhì)主要有三種。第一種使用材料的磁致伸縮性能(長度隨著施加的磁場強度的改變而變化)。詢問交流磁性詢問場被用于以其固有的機械共振頻率激發(fā)該磁性元件。當(dāng)該磁性元件機械共振時，借助其發(fā)出的磁場，檢測該磁性元件。這可被描述為聲磁檢測方式。例如，US-A-5420569描述了一種機械共振磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記。
使用的第二種效應(yīng)是磁性材料的非線性B-H回線特征?？臻g均勻的直流(偏移)磁場被施加在詢問區(qū)域上。該磁場隨著時間(緩慢地)被改變。同時通常在幾千kHz下施加一個交流磁場。當(dāng)標(biāo)記由直流磁場偏移到正確的水平時，產(chǎn)生所施加的交流磁場的諧波，該諧波由接收裝置檢測?；蛘呦蛟摌?biāo)記施加單一頻率，通常約為200Hz，并檢測高次諧波。這些方法被稱為‘諧波檢測’或者‘E.M.’方法。
第三種檢測方法使用‘Barkhausen’效應(yīng)。對磁性元件施加一個直流偏移磁場，并且該磁場隨著時間緩慢地被改變。磁性材料具有材料中的凈磁化(M)發(fā)生極端非線性變化的性質(zhì)。施加的磁場(H)的細微變化導(dǎo)致磁化(M)的巨大(跳躍)變化。注意磁化M指的是磁性元件和施加在該材料上的磁通量B。利用外部線圈可檢測該磁性元件的凈磁化方面的巨大并且快速的變化，該線圈檢測由線圈中磁通量的快速變化速率引起的電動勢(‘尖頭信號’)。該方法被稱為‘Barkhausen’效應(yīng)，并且最佳‘材料’具有方形B-H回線。當(dāng)產(chǎn)生‘尖頭信號’時，磁性元件有效地從正飽和轉(zhuǎn)變?yōu)樨擄柡?。例如，US-A-4660025描述了一種基于表現(xiàn)出Barkhausen效應(yīng)的單絲或帶狀磁性材料的EAS磁性標(biāo)記。
下面將簡要說明已知的各種類型EAS標(biāo)記的其它例子。US-A-4960651描述了使用薄膜磁性材料的EAS標(biāo)記。US-A-5083112描述了包括薄膜材料的層狀迭層結(jié)構(gòu)的EAS磁性標(biāo)記。層狀結(jié)構(gòu)的目的是產(chǎn)生一種標(biāo)記，其中所有各層的磁化的易磁化軸均被對準(zhǔn)，從而所有薄膜作為單個實體彼此相反，于是產(chǎn)生明顯的，易于識別的響應(yīng)。該專利還公開了雙向標(biāo)記，其中各層被疊層為使彼此的易磁化軸方向互成90°。這確保對于所有詢問場方向，都可獲得響應(yīng)。US-A-5605768描述了一種備選磁性EAS標(biāo)記，其中可借助平面元件上的平行絲線元件的排列存儲數(shù)據(jù)，平面元件的易磁化軸被布置成與絲線元件的易磁化軸成特定的角度，以產(chǎn)生較大的Barkhausen效應(yīng)。US-A-5005001描述了一種使用旋轉(zhuǎn)磁場來詢問鐵磁體標(biāo)記的EAS系統(tǒng)。
和供EAS系統(tǒng)使用的標(biāo)記相反，數(shù)據(jù)或識別標(biāo)記需要區(qū)別若干離散的磁性元件的能力，所述若干離散的磁性元件對數(shù)據(jù)編碼。例如，在US-A-5204526中，借助磁性元件的不同的矯頑力，區(qū)別磁性元件。作為另一例子，US-A-5594229描述了包括大量的隨機分散的雙穩(wěn)態(tài)磁性元件的磁性標(biāo)記，當(dāng)利用線性磁場梯度詢問時，雙穩(wěn)態(tài)磁性元件產(chǎn)生特殊的特征，從而可用于檢測偽造物品。PCT公開WO96/31790公開了一種呈細帶狀磁性區(qū)域或線性陣列磁性區(qū)域形式的磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記，利用沿線性空間方向延伸的線性磁場梯度詢問該磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記。PCT公開WO 98/26312公開了一種由帶狀磁性材料構(gòu)成的磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記，磁性材料被布置成線性陣列的平行元件，或者成‘橫斷’排列，其中條狀磁性材料被布置成圓或球的直徑。這些類型的標(biāo)記的缺點是尺寸較大，并且數(shù)據(jù)密度較低。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種存儲數(shù)據(jù)的磁性標(biāo)記，它包括若干磁性層，每一層對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，其中相應(yīng)各層的指向性響應(yīng)的相對定向確定要存儲的數(shù)據(jù)。
層狀結(jié)構(gòu)提供了緊致并且空間利用率高的裝置，該裝置具有相當(dāng)高的存儲容量。意想不到的是，在所描述的實施例中，該結(jié)構(gòu)在層與層之間只表現(xiàn)出較小的有害磁相互作用。
每個磁性層可包含位于非磁性層上的一層薄膜磁性材料，從而可產(chǎn)生具有相當(dāng)高的數(shù)據(jù)存儲容量的緊致裝置。
該標(biāo)記還可包括用于提供偏移磁場，從而使該標(biāo)記是可編程的硬磁層。
在一種存儲數(shù)據(jù)的同時，有利地改進誤差容限的方案中，按照預(yù)定的級數(shù)，例如以諸如對數(shù)-間隙代碼(logarithimic-gap code)之類的遞增級數(shù)的形式安排相鄰層之間指向性響應(yīng)的定向的角距。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于存儲數(shù)據(jù)的可編程磁性標(biāo)記，該標(biāo)記包括若干軟磁元件，每個軟磁元件對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，還包括用于提供偏移磁場，從而使該標(biāo)記可編程的一層硬磁層?？膳c硬磁元件中的剩磁磁場的方向有關(guān)地存儲數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還提供了對磁性標(biāo)記編程的方法，包括對硬磁元件施加定向磁場，隨后除去該磁場的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了制造磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的方法，包括相對于彼此以一定的角定向布置多層磁性層，每一層對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，從而相應(yīng)各層的指向性響應(yīng)的相對定向確定要存儲的數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記制造方法包括把磁性標(biāo)記薄片分割成兩部分或更多部分，以形成多個標(biāo)記，該薄片包含多個平面磁性層，每一層對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，其中各層相對于彼此被定向，以便各層的相應(yīng)指向性響應(yīng)的相對定向確定要存儲的數(shù)據(jù)。
這是本發(fā)明關(guān)于大批量制造的一個顯著優(yōu)點，特別地，由于它提供了由大張的標(biāo)記材料克隆(clone)大量低成本標(biāo)記，以產(chǎn)生全部具有相同數(shù)據(jù)特征的標(biāo)記的能力。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記閱讀器，包括在詢問體積中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的裝置，檢測詢問體積中的磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的接收線圈結(jié)構(gòu)，該線圈結(jié)構(gòu)包括布置在該詢問體積周圍的第一和第二接收線圈對，每個線圈對被布置成平衡，以便不存在由旋轉(zhuǎn)磁場在線圈對兩端之間感應(yīng)產(chǎn)生的凈電動勢。
本發(fā)明還提供一種用于閱讀多層磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的磁性標(biāo)記閱讀器，包括被構(gòu)造成細且扁平的螺線管的發(fā)射線圈，用于在詢問體積中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以及安裝在螺線管的平面的周圍，基本上與旋轉(zhuǎn)磁場零耦合的接收線圈結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了使用旋轉(zhuǎn)詢問磁場詢問多層磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的方法，其中對于該詢問磁場的每個360度旋轉(zhuǎn)，該標(biāo)記的各層產(chǎn)生兩個響應(yīng)，該兩個響應(yīng)由標(biāo)稱間隙分隔，該方法包括根據(jù)這兩個響應(yīng)之間的標(biāo)稱間隙，確定來自同一層的兩個響應(yīng)之間的間隙的偏差。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種讀取存儲在磁性標(biāo)記上的數(shù)據(jù)的方法，該磁性標(biāo)記包括多個磁性元件，每個元件對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，其中相應(yīng)元件的指向性響應(yīng)的相對定向確定當(dāng)沿一個方向閱讀該標(biāo)記時，代表該數(shù)據(jù)的代碼序列，以及當(dāng)沿另一方向閱讀該標(biāo)記時，代表該數(shù)據(jù)的相反代碼序列，該方法包括處理該代碼序列和該相反代碼序列，以產(chǎn)生相同的數(shù)據(jù)輸出的步驟。由于詢問體積中標(biāo)記的定向可能未知，因此從沿任一方向閱讀的代碼產(chǎn)生相同的數(shù)據(jù)輸出，使標(biāo)記可以在詢問體積中以任一方式朝上放置。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了閱讀磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的設(shè)備，該磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記包括多個磁性元件，每個元件對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，該設(shè)備包括產(chǎn)生閱讀該標(biāo)記的詢問磁場的裝置，檢測標(biāo)記對詢問磁場的響應(yīng)的裝置，及確定詢問磁場在標(biāo)記平面中的定向的裝置。
下面將參考附圖舉例說明本發(fā)明的實施例，其中

圖1圖解說明了構(gòu)成本發(fā)明的物理物品。
圖2圖解說明了本發(fā)明的主要部件和組件。
圖3圖解說明了在‘2-D’實施例中使用的電線圈的布置。
圖4表示了‘2-D’實施例中詢問線圈的布置。
圖5表示了一個接收線圈組。
圖6圖解說明了由本發(fā)明產(chǎn)生的磁場圖形。
圖7表示了單個磁性元件，及它與詢問磁場的交互作用。
圖8表示了構(gòu)成磁性元件的磁性材料的B-H回線特征。
圖9圖解說明了來自一個磁性元件的檢測信號。
圖10圖解說明了磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記。
圖11表示了來自原型磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的輸出信號。
圖12圖解說明了從磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記檢測到的接收信號。
圖13是接收電路的示意圖。
圖14是來自校準(zhǔn)標(biāo)記的輸出。
圖15是‘發(fā)射’電路的示意圖。
圖16是2-數(shù)位磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的17是磁性元件定向角的制造容限的表。
圖18是對于代碼00-50，標(biāo)記中使用的絕對定向角的表。
圖19是對于代碼51-99，標(biāo)記中使用的絕對定向角的表。
圖20表示了一種大量制造磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的方法。
圖21是單面閱讀器的示意方框圖。
圖22表示了單面天線組件。
圖23表示了釁22的組件中使用的印刷電路接線線圈的細節(jié)。
圖24表示了來自7-層標(biāo)記的模擬輸出信號。
圖25是閱讀器采用的‘錐形’掃描的圖。
圖26是單面閱讀器處理算法的流程圖。
圖27是處理算法的數(shù)據(jù)采集部分的流程圖。
圖28是把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為定向角的流程圖。
圖29是2-數(shù)位標(biāo)記解碼算法的流程圖。
圖30是4-數(shù)位標(biāo)記解碼算法的流程圖。
圖31是可變長度數(shù)據(jù)解碼算法的流程圖。
圖32圖解說明了可編程標(biāo)記。
圖33圖解說明了與閱讀可編程標(biāo)記相關(guān)的磁性矢量場。
圖34圖解說明了從可編程標(biāo)記檢測到的信號。
圖35是對可編程標(biāo)記數(shù)據(jù)解碼的流程圖。
圖36表示了可編程標(biāo)記的另一實施例。
圖37表示了3-D閱讀器實施例中接收線圈的布置。
圖38圖解說明了接收線圈的物理布置。
圖39表示了3-D閱讀器實施例中發(fā)射線圈的布置。
圖40表示了發(fā)射線圈的物理布置。
圖41表示了所有線圈的物理布置。
圖42是‘3-D’閱讀器系統(tǒng)的示意方框圖。
圖43表示了詢問驅(qū)動波形和接收信號。
圖44表示了處理過程中使用的卷積函數(shù)。
圖45是3-D解碼處理算法的頂層流程圖。
圖46是數(shù)據(jù)采集算法的流程圖。
圖47是磁場方向算法的流程圖。
圖48是‘尖頭信號’檢測算法的流程圖。
圖49是極小化算法的流程圖。
圖50是間隙角的最佳確定的流程圖。
圖51是閱讀器的備選磁場發(fā)生裝置。
圖52是磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的一個備選實施例。
參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括磁性數(shù)據(jù)標(biāo)識1，詢問器2和通過電纜4與詢問器相連的處理電子器件3。圖2圖解說明了在下面的正文中發(fā)明人使用的主要元件和術(shù)語。標(biāo)記1被附著在被標(biāo)注或標(biāo)識的物品5上，并被放置詢問體積6內(nèi)。下面描述標(biāo)記1的結(jié)構(gòu)。標(biāo)記1由磁場7詢問，磁場7由‘發(fā)射’線圈組8產(chǎn)生。標(biāo)記1響應(yīng)詢問(或發(fā)射)磁場7，產(chǎn)生可檢測的磁場響應(yīng)9。磁場響應(yīng)9由‘接收’線圈10檢測。發(fā)射線圈8和接收線圈9構(gòu)成稱為天線11的組件。詢問體積6和天線11構(gòu)成詢問器2。產(chǎn)生的信號由電子處理器3處理，可在輸出端12得到標(biāo)記上存儲的數(shù)據(jù)。電子處理器由電輸入端13供電。
2-D讀孔器圖3圖解說明了‘2-D掃描詢問系統(tǒng)’的原理。這種系統(tǒng)可詢問詢問體積6中的一個標(biāo)記，其取向基本上在一個平面內(nèi)。這種類型的系統(tǒng)是一種簡單形式，一開始將用于說明詢問系統(tǒng)操作。標(biāo)記1由二對‘發(fā)射’線圈15和16，17和18產(chǎn)生的磁場詢問。發(fā)射線圈對15和16產(chǎn)生H-場HY19。該磁場將基本均勻地穿過閱讀小孔。術(shù)語“均勻”用于描述在空間體積內(nèi)具有基本相同的幅度和方向的矢量場。線圈17和線圈18產(chǎn)生磁場Hx20。接收線圈21和22都被布置成使它們的磁軸(定義為沖擊磁場矢量沿其方向產(chǎn)生最大電動勢-emf的矢量)分別對準(zhǔn)Hv和Hx方向。
每個接收線圈21或22包括直徑不同的兩個短螺線管。圖5中這兩個螺線管被表示為26和27。在所描述的實施例中，線圈26的直徑為119毫米，長度為25毫米，并包括60匝直徑0.355毫米的上釉銅導(dǎo)線(ecw)。線圈27的直徑為86毫米，長度為25毫米，并包括110匝0.355毫米的ecw。這兩個線圈26和27被串聯(lián)連接，從而形成組合的接收線圈22。接收線圈22具有約為1mH的電感和8ohm的電阻。線圈21與之類似，不過直徑稍小，以便當(dāng)線圈21裝入線圈22中時，能夠關(guān)于相同的中心點，使這兩個線圈正交。
現(xiàn)在來描述接收線圈的操作。包括線圈26和27的接收線圈對21被設(shè)計成在存在發(fā)射磁場20時，由線圈26和27產(chǎn)生的電動勢彼此相等并且相反。這種安排被描述為‘平衡’，并且由對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的多種技術(shù)實現(xiàn)。方法包括改變線圈之間的匝數(shù)比，封閉線圈面積的輕稍變形，或者非常細微的取向變化。當(dāng)把標(biāo)記或者任意其它磁性材料放入線圈27內(nèi)時，其導(dǎo)磁性特性使磁場通量線與磁性材料接合。其效果是和不具有磁性材料的情況相比，使更多的通量進入線圈27中。線圈21輸出電動勢正比于接合的通量的變化速率，并且當(dāng)使用交流磁場時，當(dāng)把具有導(dǎo)磁性的磁性材料放入線圈27中時，觀察到來自于線圈對26和27的凈輸出電壓。該特征是已知技術(shù)，并且磁力計，用于表征磁性材料特性的儀器使用了該特征。本發(fā)明中使用的接收線圈21或22的特征是它們檢測標(biāo)記材料中的導(dǎo)磁性變化，同時不受發(fā)射磁場的影響。當(dāng)由于‘平衡’，接收線圈21不受發(fā)射磁場20影響時，接收線圈21也不受發(fā)射磁場19影響，因為其磁軸正交于磁場19。
下面將關(guān)于圖4來說明發(fā)射線圈的操作。發(fā)射線圈成對布置，每對發(fā)射線圈產(chǎn)生一個正交磁場。線圈對15和16被串聯(lián)電連接。本例中，線圈15包括90匝纏繞成3層的1毫米上釉銅導(dǎo)線，是長度為30毫米，直徑為150毫米的短螺線管。線圈對15和16的合成電感為3.3mH。線圈對15和16沿其磁軸相距110毫米。線圈孔是‘圓角方形(rounded square)’。這使第二線圈對17和18可安放在另一發(fā)射線圈的直徑內(nèi)，線圈對17和18類似地間距110毫米。重要特征是在標(biāo)記周圍產(chǎn)生的磁場19和20是均勻的，并且是正交的。由每個線圈對產(chǎn)生的磁場均為2.75kA/m。每個線圈對由電流波形驅(qū)動。
發(fā)射電流波形被設(shè)計成產(chǎn)生使每對線圈產(chǎn)生磁場Hx＝Acos(wt)Hy＝Asin(wt)產(chǎn)生的合成場矢量是垂直于平面23，并且圍繞z軸，以ω弧度/秒的速率旋轉(zhuǎn)25的均勻磁場24。在所描述的實施例中，ω被設(shè)定為144Hz(磁場每秒旋轉(zhuǎn)144周)。該頻率的上限由該材料倒轉(zhuǎn)磁性狀態(tài)的速度設(shè)定。下限由由所需的數(shù)據(jù)讀取速率，Barkhausen跳躍的增大程度及低的旋轉(zhuǎn)速率(例如20Hz)下，磁性材料中轉(zhuǎn)換點(switching point)不穩(wěn)定性設(shè)定。
圖6是來自一組發(fā)射線圈15和16的二維磁場模型的輸出。線圈15和16沿著它們的磁軸物理間隔一定的距離28。在該模型中，配置有軟磁屏蔽29。線圈的布置類似于‘Helmholtz布置’。線圈在詢問體積內(nèi)產(chǎn)生包括矢量24的‘均勻磁場’。
磁性元件的檢測方法下面參考圖7和8來描述單一元件數(shù)據(jù)標(biāo)記的操作。標(biāo)記元件30的材料是在PET塑料基體上濺射的磁性材料涂層。由Belgium，Zulte的IST生產(chǎn)的，并以Atalante商標(biāo)銷售的材料是恰當(dāng)?shù)?件號-SPR97017A)。該材料具有在23微米PET膜上濺射的0.9微米磁性材料。在一個實施例中，標(biāo)記元件30為10毫米見方。磁性材料的體積影響接收的信號水平。該磁性材料具有對施加的磁場的方向敏感的性質(zhì)。具體如圖7中所示，在存在正交于材料定向方向31的‘橫軸’磁場24的情況下，軟磁材料將不飽和。下面相對于圖8來說明材料特性。當(dāng)沿著定向方向31施加H-場時，在克服材料矯磁力(約為5A/m)之前，不存在材料磁化(由材料產(chǎn)生的B-場)。在點35，材料開始產(chǎn)生磁化，迅速增大到點36。點35和36之間的直線的斜率是標(biāo)記的導(dǎo)磁率(直流下，定向方向上的材料導(dǎo)磁率為50000)。該標(biāo)記應(yīng)具有高的導(dǎo)磁率。點36之外，材料完全磁飽和，朝著點37進一步增大施加的磁場不會產(chǎn)生更大的磁化。導(dǎo)致飽和的施加H-場約為40A/m(對比，地球磁場約為80A/m)。該材料具有極好的方向性。橫軸飽和場被定義為必須使正交于材料定向方向31的場飽和的值。該值均為3kA/m。如果施加的橫軸場方向被旋轉(zhuǎn)，例如1°，則將沿材料定向方向31產(chǎn)生一個分量。如果工作場水平剛好低于3kA/m的橫軸飽和值，則偏離準(zhǔn)確的橫軸方向1°的偏差導(dǎo)致大約1/60或沿材料定向方向50A/m的場。該場水平足以使材料磁飽和?？煽闯鰳?biāo)記磁性元件可被做成靈敏的磁場方向探測器。
換句話說，標(biāo)記元件材料具有由易磁化軸31說明的方向性。易磁化軸被定義為沿該方向，材料最易于被外部施加磁場磁化的方向。正交于易磁化軸施加的磁場沿該易磁化軸方向的凈分量為零，并在該元件中導(dǎo)致零磁化M。正交場飽和點被定義為導(dǎo)致該材料飽和的正交于易磁化軸的磁場的量值。
下面關(guān)于詢問系統(tǒng)來說明標(biāo)記元件讀操作。使發(fā)射場24以144Hz的速率旋轉(zhuǎn)。每次旋轉(zhuǎn)，場24將兩次正交于材料定向方向，或者易軸化軸31，標(biāo)記元件的磁化將具有零交點。在所有其它時刻，標(biāo)記材料保持飽和狀態(tài)。當(dāng)磁場24轉(zhuǎn)過垂直于材料定向方向31的方向時，標(biāo)記材料將轉(zhuǎn)變通過點33，34，35，36和37。其它零交點完成B-H回線38的其它部分。當(dāng)沿著材料定向軸31分解的施加發(fā)射場從點34通過點36時，則接收線圈對將檢測標(biāo)記元件中的磁化變化(速率)。圖9表示了該系統(tǒng)的接收信號輸出。軸39代表來自于接收電路(圖13所示)的測量電壓，軸40代表時間。線條41代表發(fā)射線圈的驅(qū)動電流波形，并表示發(fā)射場的一個完整的360°‘旋轉(zhuǎn)’。線條42代表當(dāng)發(fā)射場通過正交于材料定向方向31的方向時，從標(biāo)記元件接收的‘尖頭信號，。注意當(dāng)發(fā)射場矢量24旋轉(zhuǎn)180°時，該‘尖頭信號’在43處被重復(fù)。
系統(tǒng)取得的‘分辨率’(尖頭寬度)是標(biāo)記元件材料(及形狀)的函數(shù)。具體地說，當(dāng)材料橫軸(cross-axis)飽和場較高，并且材料導(dǎo)磁率較高時，獲得更好的角分辨率。其它需要考慮的條件是標(biāo)記元件平面相對于發(fā)射場平面的方向，雜散直流和交流場及系統(tǒng)接收工作帶寬。
薄膜磁性層的其它材料及制造方法的細節(jié)，參見US-A-5083112。
多元件磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記圖10圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的多元件數(shù)據(jù)標(biāo)記的結(jié)構(gòu)。以給定的角度設(shè)置具有定向方向45的一塊方形磁性薄膜材料，并將其放在具有定向方向47的一塊類似材料46上。例如，薄膜材料44和用于上面描述的單一元件標(biāo)記的材料相同。在本發(fā)明的一個實施例中，用于代表每個可能的位的角位移恒定，為3.75°。類似地，其它各層薄膜材料48和49被加入該標(biāo)記，以形成具有不同定向方向的疊層結(jié)構(gòu)。在圖10中的標(biāo)記中，通過在特定的定向方向上具有一些材料來代表數(shù)據(jù)‘1’，并通過在特定定向方向上沒有任何材料來表示數(shù)據(jù)‘0’。180°在‘?dāng)?shù)據(jù)編碼’空間內(nèi)，3.75°間距對應(yīng)于48個二進制位。理論數(shù)據(jù)容量為248-1或2.4×1014編碼。
實際上，數(shù)據(jù)密度將較小。標(biāo)記相對于發(fā)射場的絕對旋轉(zhuǎn)取向?qū)⑹遣皇芸刂频?把數(shù)據(jù)容量減少到原量的48分之一，同時由于方向不明確，順時針或反時針，進一步降低二分之一)。允許自動時鐘復(fù)原(clock recovery)的編碼方法將對數(shù)據(jù)的短期‘跳動’給予更大的容限。主要的誤差源是生產(chǎn)的材料中材料定向方向的可再現(xiàn)性，發(fā)射場恒定的旋轉(zhuǎn)速率的失常，制造過程中層對準(zhǔn)方面的誤差，外源對詢問場的磁性干擾，以及標(biāo)記相對于詢問場平面的‘傾斜’。圖11圖解說明了原型標(biāo)記的真實測量結(jié)果，該原型標(biāo)記10毫米見方，厚0.5毫米。使用‘噴涂安裝’把材料層粘結(jié)結(jié)合在一起，并光學(xué)手動對準(zhǔn)材料方向，構(gòu)成該標(biāo)記。修整該標(biāo)記，以形成圓形剖面。在二進制位位置1-9，16和40存在材料的情況下，編碼方案和上面描述的一樣?！忸^信號’50代表一層磁性材料，在發(fā)射場已旋轉(zhuǎn)180°之后，該元件產(chǎn)生類似的響應(yīng)51，在1/144秒之后，在發(fā)射場旋轉(zhuǎn)一周之后，再次產(chǎn)生類似的響應(yīng)52。
接收線圈結(jié)構(gòu)圖12圖解說明了由接收線圈21和22產(chǎn)生的信號。標(biāo)記元件輸出53和54由接收線圈21接收。正效接收線圈22產(chǎn)生由55圖解說明的輸出。線圈是正交的，從而各個通道中的接收信號被線圈‘方向靈敏性’幅度56a和56b加權(quán)。標(biāo)記閱讀器詢問系統(tǒng)將‘用三角學(xué)方法’結(jié)合這兩個接收通道，以產(chǎn)生幅度恒定的信號。這有效地綜合了隨著發(fā)射場以相同的速率物理旋轉(zhuǎn)，同時靈敏的磁軸正交于瞬時發(fā)射場方向的接收線圈結(jié)構(gòu)(線圈26和27)。
處理電子器件下面將參考圖13說明實施例中使用的接收電路，并參考圖15說明實施例中使用的發(fā)射電路。圖13中，平衡的接收線圈26和27與放大和濾波電子器件57相連，產(chǎn)生輸出信號58。電路57的特征是300Hz左右的高通濾波器(HPF)和20kHz的低通濾波器(LPF)。發(fā)射磁場以144Hz的頻率旋轉(zhuǎn)，從而不需要直流耦合。HPF特征消除由有害的接收線圈不平衡引起的從發(fā)射器進入接收器的殘余串?dāng)_，并進一步改進發(fā)射器與接收器的隔離。LPF特征限制高頻噪聲，噪聲源是熱噪聲及電子噪聲(放大器)，并防止干擾交流磁性源。最佳性能應(yīng)是由接收器線圈的熱噪聲限制的，屏蔽外部干擾，并具有與由發(fā)射器引起的標(biāo)記元件脈沖響應(yīng)的特征匹配的接收器帶寬的接收器。在實際應(yīng)用中，可采用20kHz的LPF濾波器。電路57的接收機增益約為50倍。對正交接收線圈組復(fù)制該電路。
圖14中表示了接收器放大器輸出58處，兩個正交接收方向的測量幅度。該標(biāo)記是具有間距22.5°的8層結(jié)構(gòu)的10毫米圓形校準(zhǔn)標(biāo)記。圖11中圖解說明的標(biāo)記響應(yīng)的峰值約為50mV，系統(tǒng)的均方根噪聲輸出為7μV。從而，利用原型系統(tǒng)，獲得探測的信噪比超過65dB的標(biāo)記(對比，對于合理的數(shù)據(jù)誤差率，通信信道中通常要求15dB的信噪比)。
借助該實施例，從接收電路得到下列接收信號對于直徑22毫米的標(biāo)記，得到130mV的信號，對于6毫米見方的標(biāo)記，得到30mV的信號，對于2.5毫米見方的標(biāo)記，得到2mV的信號。
圖15中表示了發(fā)射驅(qū)動結(jié)構(gòu)。交流信號源59產(chǎn)生由兩個無源網(wǎng)絡(luò)分離并濾波的144Hz信號，這兩個無源網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計成產(chǎn)生約90°的微分相位。標(biāo)準(zhǔn)的家用25W/信道信頻放大器60為兩個正交發(fā)射線圈對15和16，17和18提供驅(qū)動。加入并行匹配電容器61，以降低從放大器所需的電流。設(shè)定驅(qū)動電流，以獲得適當(dāng)?shù)陌l(fā)射磁場強度(即，低于材料的正交場飽和度)。測得的線圈驅(qū)動電壓的峰-峰幅值約為35V。這產(chǎn)生約為4A rms的發(fā)射電流，得到幅度約為3kA/m的旋轉(zhuǎn)發(fā)射場。在跟著抑制對數(shù)據(jù)編碼的急速磁化轉(zhuǎn)變的情況下，該場水平的上限由沿橫軸方向飽和的標(biāo)記材料確定。對于Atalante膜，該上限約為4.5kA/m。由于磁化轉(zhuǎn)變變得不太急劇，并且另外標(biāo)記中的其它各層的磁化變得更重要，似乎將使窄的角間隙更大，從而形成下限。
借助數(shù)據(jù)處理把接收的信號解碼為數(shù)據(jù)。在例證實施例中，由可從Radio Spares獲得的‘PICOSCOPE’將獲得的兩個接收信道信號數(shù)字化。用MathCAD完成數(shù)據(jù)處理，以實現(xiàn)線性和非線性處理，以便進一步過濾，恢復(fù)數(shù)據(jù)時鐘并對標(biāo)記數(shù)據(jù)解碼。該程序在IBM PC機上運行。這些技術(shù)在本領(lǐng)域中眾所周知。
編碼方案和從標(biāo)記恢復(fù)數(shù)據(jù)可使用本領(lǐng)域中已知的各種技術(shù)。發(fā)明人建議的一些相似方法包括光學(xué)條形碼數(shù)據(jù)編碼。這些方法被用來克服由編碼的‘環(huán)繞(wraping)’引起的接收信號的失真。如果數(shù)據(jù)由模擬參數(shù)表示，則根據(jù)信息理論(Shannon)，數(shù)據(jù)容量變得有限，并且是信噪比的函數(shù)，當(dāng)然也是系統(tǒng)角分辨率的函數(shù)。這些函數(shù)是標(biāo)記結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)工作帶寬的函數(shù)。
備選的標(biāo)記編碼方案發(fā)明人已測量并說明了將影響編碼系統(tǒng)的選擇的多種誤差源。材料和標(biāo)記制造將導(dǎo)致所得到的定向方向的細微變化，導(dǎo)致短期‘?dāng)?shù)據(jù)’跳動。如果在詢問系統(tǒng)中使標(biāo)記平面傾斜，則這種情況下的幾何形狀將導(dǎo)致測量的標(biāo)記元件位置方面的誤差。這是簡單幾何形狀的問題，10°的傾斜將導(dǎo)致1.5％的峰值位置改變，20°的傾斜將在‘尖頭信號’角位置中形成6°的峰值誤差。注意該誤差緩慢地變化，并是發(fā)射場旋轉(zhuǎn)速率的(空間位置)諧函數(shù)。一種可能的解決辦法是使用如下面詳細說明的標(biāo)記元件間距的幾何或其它增量級數(shù)。例如，2位二進制數(shù)據(jù)可由間距3.75°，5.5°，7.6°和10.1°的元件編碼。在可用的180°‘?dāng)?shù)據(jù)空間’內(nèi)，約有20塊可被編碼(40個二進制位)。直流磁場是又一個可能的空間諧波誤差源，不過可證明系統(tǒng)完全能夠容許這些誤差源。
圖16圖解說明了利用‘對數(shù)-間隙’代碼對二個十進制數(shù)位編碼構(gòu)成的標(biāo)記。該標(biāo)記由4層直徑為10毫米的‘Atalante’薄膜材料62，63，64和65構(gòu)成。每層薄膜材料由PET層66和具有磁性定向方向(本領(lǐng)域中也稱為‘易磁化軸’)68的活性磁性層67組成。方向69是材料定向方向68在水平面上的投影。層63，64和65具有材料定向方向70，71和72。相對于層65，以99°的排列方向?qū)?zhǔn)層67。并以17°和43°的角度對準(zhǔn)其它各層?！g隙(gap)’被定義為相鄰各層之間的相對角度，并且在以層65為起始點的情況下，分別為17°，26°和56°。磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記具有180°的‘?dāng)?shù)據(jù)空間’，81°間隙74被稱為‘大間隙’。‘大間隙’通常是最大間隙，并是用于確定根據(jù)其對數(shù)據(jù)解碼的基準(zhǔn)層的狀態(tài)。
通過分析制造和讀取標(biāo)記時最可能的誤差，確定連續(xù)間隙之間的逐漸增大的增量?！畬?shù)-間隙’代碼是算術(shù)和幾何級數(shù)的組合，并且以上面描述的主要系統(tǒng)誤差為基礎(chǔ)。根據(jù)間隙的大小，這些誤差具有不同的影響。對于較小的間隙，最重要的誤差與材料和層定位，及標(biāo)記中其它層與驅(qū)動場之間的磁相互作用相關(guān)。這些因素設(shè)定最小間隙，以及間隙之間的最小容許增量。對于較大的間隙，主要的誤差是由傾斜標(biāo)記以及詢問場矢量的不穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)速率引起的幾何誤差。當(dāng)標(biāo)記不在詢問體積的中心時，并因閱讀器發(fā)射驅(qū)動器中的容限而產(chǎn)生后一效果。這些大間隙誤差一階正比于間隙大小。最終約束條件是必須把最長的標(biāo)記物理地放入可用的180°數(shù)據(jù)空間中。從而，為了實現(xiàn)最有效的編碼方案，忽略導(dǎo)致特別大的總角度的代碼。這使得能夠在僅僅稍微降低數(shù)據(jù)容量的情況下，使用較大的角度。這是編碼方案中大多數(shù)細節(jié)和復(fù)雜性的起源。較低數(shù)據(jù)容量的標(biāo)記能夠具有較大的遞增間隙，同時對上面描述的誤差具有更好的容限。
圖17是用于圖16中所示的標(biāo)記中的‘間隙’確定的制造數(shù)據(jù)。7種不同的‘間隙’狀態(tài)(數(shù)字)和如圖所示的標(biāo)稱間隙一起使用。還顯示了制造容限和有效的讀取數(shù)據(jù)容限。狀態(tài)6是‘大間隙’。狀態(tài)0-5定義了每個測量‘間隙’的數(shù)據(jù)。圖18和19表示了對于100個可能的代碼，所需的四層薄膜材料的絕對材料定向方向。圖16中所示的例證標(biāo)記是‘77’。三個‘間隙’狀態(tài)是‘2’，‘3’和‘5’。該方案還需要相反的‘間隙’序列‘5，3，2’對77解碼，總之，該特征使標(biāo)記可以朝上放入詢問體積中。
標(biāo)記制造方法在制造時，確定數(shù)據(jù)標(biāo)記的數(shù)據(jù)內(nèi)容。該標(biāo)記具有當(dāng)被再分時，例如對切成兩半時，材料定向方向不改變，并且當(dāng)讀取時，這兩個標(biāo)記具有相同的數(shù)據(jù)代碼的性質(zhì)。費用低廉的標(biāo)記制造是基本特征，圖20圖解說明了一種生產(chǎn)大量具有相同代碼的數(shù)據(jù)標(biāo)記的方法。把在約1米寬的連續(xù)輸送帶上制造的多片材料75切割成25厘米×25厘米見方。膠粘這些片狀材料，產(chǎn)生包含在定向方向中的所需代碼。通過利用涂敷規(guī)定的12微米厚的粘結(jié)劑層的輥式涂抹器，涂敷可從UK，Essex，Purfleet的Adhesive Technical Services獲得的AD2222型液體壓合式粘合劑，粘結(jié)這些片狀材料。使粘合后的各層片狀材料得以干燥并可利用繪圖桌和精密量角器光學(xué)定位各層片狀材料?？墒褂眠m當(dāng)?shù)臎_壓裁剪機，把疊層片狀材料切割成更小的單個標(biāo)記76。隨后在‘校準(zhǔn)’閱讀器上測量這些標(biāo)記，并依據(jù)確定的容限檢查測得的機械對準(zhǔn)。
標(biāo)記形狀可以是圓形，方形，矩形，六邊形或者不包括銳角的其它形狀。限制形狀的因素是‘形狀導(dǎo)磁率’，并且由于磁性元件的形狀的緣故，包含該標(biāo)記的磁性元件可具有不同的振幅響應(yīng)。上面的基本技術(shù)可恰當(dāng)?shù)赝茝V到大批生產(chǎn)。
或者，可按定單生產(chǎn)定制標(biāo)記。上面的技術(shù)也可應(yīng)用于較小的材料寬度，以生產(chǎn)特殊的單獨標(biāo)記。例如可借助利用所需代碼編程的機械切割以并要求的角度安置大卷筒上的寬度1厘米的材料。可對單獨各層測量材料定向方向，以改進定位精度。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)‘Atalante’薄的熱壓粘接是可能的。在270℃下通過施加約3N/cm2的力，可焊接1厘米見方的標(biāo)記層。磁性材料不受該溫度的影響。
單面閱讀器實施例上面描述的本發(fā)明的2-D小孔實施例的缺點是必須把數(shù)據(jù)標(biāo)記放置在線圈環(huán)繞的詢問體積內(nèi)。下面描述的實施例結(jié)合了改進的掃描和處理特征，以避免當(dāng)檢測到錯誤時，顯示讀出標(biāo)記數(shù)據(jù)。
下面將說明閱讀器14的另一實施例，其中天線11基本上是扁平結(jié)構(gòu)，詢問體積位于天線的一側(cè)。檢測傾斜(未對準(zhǔn)的)標(biāo)記的特征和檢測并避免數(shù)據(jù)的錯誤讀取的先進處理算法被結(jié)合在一起。
圖21中表示了單面閱讀器方框示意圖。在可變增益級的控制下，天線77由立體音頻放大器78以輸出電平驅(qū)動。發(fā)射信號計時由微處理器80產(chǎn)生，并在模擬濾波82為130Hz交流電壓之前，由數(shù)字定時電路81緩存。相位網(wǎng)絡(luò)98和99為發(fā)射驅(qū)動電路提供正交驅(qū)動波形。天線77提供兩個空間定向正交接收器輸出，這兩個輸出由同樣的低噪聲放大器100放大和濾波。在模擬混頻器(analogue mixer)101中，正交分解器102和103使每個接收信道乘以來源于發(fā)射波形的正弦和余弦加權(quán)信號。在模擬加和放大器和微分電路104中，這兩個接收信道被相加并被求微分。圖12中用虛線56a和56b圖解說明了每個接收信道的加權(quán)函數(shù)振幅。微分之前合成的信號包括振幅恒定的‘尖頭信號’。微分被用于把‘尖頭’峰值轉(zhuǎn)變?yōu)榱憬稽c。
模擬信號由ADC 105數(shù)字化為8位分辨率，1024個樣本代表一個發(fā)射詢問場旋轉(zhuǎn)。每個樣本對應(yīng)于約0.352°旋轉(zhuǎn)。數(shù)字信號被緩存在FIFO106中，供8位8051系列微處理器80進行后續(xù)處理。通過串行數(shù)據(jù)端口108，在LCD顯示器107上顯示標(biāo)記解碼數(shù)據(jù)。
圖22圖解說明了構(gòu)成單面閱讀器天線77的部件。天線包括兩個接收天線和兩個正交發(fā)射天線。發(fā)射天線包括纏繞在鎳鐵高導(dǎo)磁合金板111上的正交線圈109和110。鎳鐵高導(dǎo)磁合金板70毫米見方，厚1毫米。在備選實施例中，可使用4毫米厚的鐵氧體板代替鎳鐵高導(dǎo)磁合金板。線圈109和110均是如圖所示正交纏繞的總共220匝的三層0.5毫米上釉銅導(dǎo)線。接收天線包括安裝在發(fā)射鎳鐵高導(dǎo)磁合金/線圈組件兩側(cè)的兩個相同的印刷電路板(PCB)112和113。圖23圖解說明了PCB的銅圖案。每個PCB是雙面的，兩個側(cè)面114和115上具有銅軌跡圖案。在側(cè)面114上，包括按照圖中118所示方向連接的圈116和117，并具有均串聯(lián)連接的25個圈的‘8字’回路形成四磁極。連接回路116和117，以便在方向119上由交流磁場感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢。和側(cè)面114一樣，PCB側(cè)面115包括圈120和121，但是該圖案旋轉(zhuǎn)了90°。兩個相同的接收PCB112和113被連接在一起，以形成具有正交空間靈敏性的兩個相同的接收天線。包含位于一個PCB112的側(cè)面114上的回路116和117的‘8字形’天線與另一PCB 113上的相同回路連接。以這樣的方法連接，以便任一發(fā)射天線109或110產(chǎn)生的場在包括發(fā)射線圈任一側(cè)的線圈的接收天線信道中感應(yīng)產(chǎn)生零凈電壓。這可借助物理對稱實現(xiàn)。‘8字形’接收天線構(gòu)形(回路116和117)拒絕均勻的H-場干擾(來自較遠的場源)?？煽闯龌芈?16和117對電路板上方沿方向119的磁偶極子敏感，而對正交方向的磁偶極子不敏感。回路120和121對沿方向119的磁偶極子不敏感。天線77合成所需的詢問磁場7，并且如由圖3中所述的線圈結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的一樣，在詢問體積6內(nèi)提供對標(biāo)記引起的磁場9的接收器靈敏性。
放置標(biāo)記1，使它們的磁性元件平行于由PCB平面112確定的天線平面。有效的讀取體積是以PCB112為中心，直徑約為3厘米，并從PCB112或113延伸大約1厘米距離的區(qū)域。
圖24圖解說明了進入ADC 105的模擬信號，該信號來自于7層(4-數(shù)位)數(shù)據(jù)標(biāo)記，并表示了360°的發(fā)射場旋轉(zhuǎn)。
天線77包括有第三詢問線圈122，第三詢問線圈包含纏繞在發(fā)射線圈上的120匝0.25毫米的銅線，同時PCB起側(cè)板的作用。在微處理器的控制下，線圈由標(biāo)準(zhǔn)的電動開關(guān)IC 123供電。電流可沿任一方向流動，或者可被關(guān)閉。這種結(jié)構(gòu)用于產(chǎn)生如圖25中所示的‘錐形掃描’磁場矢量。由線圈122在z方向產(chǎn)生的均勻磁場使瞬時磁場詢問矢量124描出圓125?！F形’掃描詢問場矢量使相對于詢問(x-y)平面傾斜的標(biāo)記可被確定，下面將說明。均勻的z軸場可由永磁體產(chǎn)生，雖然不能禁用該場。例如0.5毫米厚，70毫米見方的各向異性粘合鐵氧體片將產(chǎn)生所需的錐形掃描。線圈122傳導(dǎo)0.3A的電流，并在z方向產(chǎn)生500A/m的磁場。
單面閱讀器處理算法本發(fā)明的實施例把若干特征引入接收器信號的處理中，以降低錯誤讀取概率。參考圖26-圖31說明這些特征，圖26-圖31是描述處理算法的流程圖。這些圖沒有表示出標(biāo)準(zhǔn)的實際應(yīng)用良好的編程技術(shù)的細節(jié)，例如確保數(shù)組下標(biāo)在上下限之內(nèi)。這些解說明了已使用的算法的一般形式。所有數(shù)組由帶有方括號[]的元素指示，并從零開始附以索引。在某些地方，利用圖表舉例說明數(shù)組內(nèi)容。沒有明確地表示出錯處理技術(shù)。依據(jù)誤差進行恢復(fù)，以及誤差的報告是該算法在其上實現(xiàn)的系統(tǒng)的細節(jié)功能。
圖24圖解說明了微處理器輸入數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)樣本由間隔0.352°采樣的8位振幅組成。對于詢問場的每次旋轉(zhuǎn)，獲得1024個樣本。
圖26表示了頂層處理。該圖表示了閱讀器從有緩沖的(FIFO)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)的連續(xù)操作。存在許多用戶可編程選項。
圖27表示了數(shù)據(jù)采集過程。在當(dāng)數(shù)據(jù)值可用時，從數(shù)據(jù)采集FIFO取得數(shù)據(jù)值的情況下，可實時進行數(shù)據(jù)解碼過程。在單面閱讀器實施例中，對于發(fā)射場的各個完整的旋轉(zhuǎn)，存在1024個數(shù)據(jù)點。使用了一個非常簡單的零交點探測器，該探測器按順序查找低于負門限值的信號，零交點及超過正門限值的信號。如果沒有找到該序列，則忽略接收的瞬變狀態(tài)。零交點時間索引被插值為取樣間隔的幾分之一，連續(xù)的數(shù)值被存入數(shù)組POS中。該數(shù)組應(yīng)含有偶數(shù)個元素-例如，對于7層標(biāo)記，數(shù)組中將存在14項條目。
圖28表示了把原始的零交點時間索引轉(zhuǎn)換為角度間隙的算法。對于各個詢問場旋轉(zhuǎn)，每個磁性層間隔180°產(chǎn)生兩個零交點信號，并且這兩個信號被一同處理。這兩個值的平均值產(chǎn)生受外部磁場影響降低的值。差值給出關(guān)于外部磁場水平的信息。這些數(shù)值被轉(zhuǎn)換為度數(shù)(根據(jù)樣本數(shù)目/分辨率)，并分別存儲在GAP和DEV數(shù)組中。
圖29-31表示了對于2-數(shù)位，4-數(shù)位，及一直到10-數(shù)位數(shù)據(jù)標(biāo)記的三種不同解碼算法。就所有情況而論，處理過程中的第一步驟是循環(huán)GAP數(shù)組中的元素，直到第一元素最大(‘大間隙’)為止。確定這是否滿足由編碼方案規(guī)定的大間隙標(biāo)準(zhǔn)。
隨后各個標(biāo)記值解碼算法把所有剩余間隙與間隙大小的列表容許值進行比較。來自該列表的匹配元素的索引形成base-6(或base-5)數(shù)位。在2-數(shù)位方案中，三個間隙形成三個base-6數(shù)位，這三個base-6數(shù)位被組合成跨越0-215(十進制)范圍的單個數(shù)字。可能的216個代碼中只有一部分是可用的，該數(shù)字用于給216-元素查尋表加索引，該查尋表含有所有有效正向和反向base-6代碼的值。無效狀態(tài)產(chǎn)生標(biāo)記錯誤。通過搜索“Base 6(Fwd)”和“Base 6(Rev)”尋找每個連續(xù)的base 6數(shù)字，并使該數(shù)字與第一列中的“Tag No”交叉引用，可根據(jù)圖18和19中的表產(chǎn)生該查尋表。如果base-6數(shù)字未被列出，則無效。
在4-數(shù)位算法中，前三個base-6數(shù)位形成一個數(shù)字(稱為LH)，反轉(zhuǎn)后三個base-6數(shù)位的順序，形成第二數(shù)字(稱為RH)。顯然，如果倒轉(zhuǎn)閱讀該標(biāo)記，則LH和RH被顛倒。借助查尋表轉(zhuǎn)換RH和LH，該查尋表依據(jù)216個可能值確定的角度的物理長度，對這216個可能值分類。編碼規(guī)定RH始終小于或等于LH(值和角度兩方面)，從而如果必要，RH和LH被交換。這意味著即使標(biāo)記被顛倒，標(biāo)記值也將被正確解碼。較小的數(shù)字給偏移數(shù)數(shù)組加索引。通過把LH和RH之間的差值和該偏移值相加，產(chǎn)生標(biāo)記值。
在10-數(shù)位算法中，每組三個base-5數(shù)被用于產(chǎn)生一個兩位十進制數(shù)。這些十進制數(shù)被連接在一起，形成最終的十進制標(biāo)記代碼。標(biāo)記代碼中數(shù)位的數(shù)目總是2-10之間的偶數(shù)，取決于標(biāo)記中的元件數(shù)目。
錯誤讀取抑制技術(shù)閱讀器結(jié)合了許多用于改進錯誤讀取性能的特殊特征，下面將說明這些特征。
當(dāng)標(biāo)記處于水平狀態(tài)，并且被正確讀取時，標(biāo)記的每層產(chǎn)生間隔180°的兩個尖頭信號。直流或交流外部干擾磁場將改變瞬時詢問磁場矢量，并使這些尖頭信號不再間隔180°。處理器檢查尖頭信號間距，并舍棄超出容限4°以上的那些讀數(shù)。注意‘標(biāo)記處于水平狀態(tài)’指的是當(dāng)標(biāo)記總是正交于詢問磁場矢量的旋轉(zhuǎn)軸時的狀態(tài)。
線圈122可產(chǎn)生正交于兩個發(fā)射線圈，并位于發(fā)射場旋轉(zhuǎn)軸方向的(直流)磁場。這導(dǎo)致圖25中圖解說明的錐形掃描。非‘水平’標(biāo)記將受到該直流磁場的分量的作用，該分量隨著標(biāo)記偏離‘水平’的傾斜角的增大而增大。該分量的作用是修改檢測的空隙間隔(gapspacing)。處理器80確認來自各層的尖頭信號之間的空隙間隔，并且如果與預(yù)期的180°的變化超過4°，則舍棄該讀數(shù)。
通過改變施加的直流偏移磁場的方向，并監(jiān)視180°層錯誤方面的變化，處理器區(qū)別由標(biāo)記傾斜或/和外部磁場引起的‘180°層錯誤’。
在處理器控制下，發(fā)射驅(qū)動場水平是可控的。這使得當(dāng)標(biāo)記讀取距離和材料變化時，可在標(biāo)記上形成最佳的詢問場。在低的驅(qū)動場水平和低的間隙情況下，每個標(biāo)記層的磁化偶極子可局部改變標(biāo)記上的詢問場方向。其效果是在低的激勵電平下，空隙移開。較大的激勵場水平補償該效果，雖然如果超過了正交場飽和度，該標(biāo)記將停止發(fā)生作用。
處理器結(jié)合了其它處理特征，以確保不顯示任何錯誤讀數(shù)。這些特征為標(biāo)記編碼方案檢查探測的峰值數(shù)目是否正確，接收的振幅是否正確，以及接收信號‘形狀’是否正確(例如，最小值和最大值之間的時間，及關(guān)于零對稱)。
可編程數(shù)據(jù)標(biāo)記上面描述的數(shù)據(jù)標(biāo)記是只讀的，并且數(shù)據(jù)內(nèi)容是在制造時確定的。數(shù)據(jù)標(biāo)記的備選實施例能夠構(gòu)造可編程的數(shù)據(jù)標(biāo)記。上面描述的單面閱讀器可借助下面描述的一種修改后的處理算法閱讀可編程數(shù)據(jù)標(biāo)記。
圖32表示了可編程數(shù)據(jù)標(biāo)記126，數(shù)據(jù)標(biāo)記126包含三層Atalante膜127，128和129，及硬磁性層130，各層被粘合在一起，形成標(biāo)記126。層130是15微米厚的鎳，直徑為10毫米，它將產(chǎn)生約1000A/m的剩磁通量。‘Atalante’膜層127具有材料定向方向131。層130中的剩磁通量的方向可在360°定向方向空間內(nèi)改變。通過利用規(guī)定取向的大的外部直流磁場，磁化永磁材料130，實現(xiàn)數(shù)據(jù)‘編程’，該外部直流磁場隨后被除去。
不同的磁性材料需要不同的編程磁場。鎳層需要約3kA/m的磁場。低矯頑力鐵氧體層(例如錄音磁帶)需要約25kA/m的磁場?？赏ㄟ^把磁體側(cè)面沿要求取向?qū)?zhǔn)標(biāo)記，并在保持相同的角取向的同時，拉動該磁體，使用標(biāo)準(zhǔn)的各向異性粘合的鐵氧體磁體(75×50×20毫米)磁化其窄邊，簡單地磁化這兩種材料層。也可使用高矯頑力的鋇鐵氧體，磁化它，需要200kA/m的磁場，利用稀土磁體可方便地實現(xiàn)。鋇鐵氧體的優(yōu)點在于雖然它需要較大的磁化磁場，但是和低矯頑力鐵氧體不同，鋇鐵氧體的磁性更難以消除，并且它是各向異性的。來自Vacuumschmelze的Cro-Vac適用于較大的標(biāo)記(例如，直徑20毫米的標(biāo)記)，因為該材料只有40微米以上的才是可用的。
標(biāo)記的結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)可靠的可編程物質(zhì)的一個重要問題。特別地，如果硬磁性層的直徑比軟磁性層的直徑約大20％，將獲得最佳的結(jié)果。為獲得相同的實際磁場強度，所需的厚度正比于直徑。例如聚合物粘合的40微米厚的鐵氧體層適用于直徑10毫米的標(biāo)記。一般利用三層標(biāo)準(zhǔn)錄音磁帶可實現(xiàn)這一點。這種情況下，由于該材料不是各向異性的，因此應(yīng)以不同的角度堆疊各層。
圖33表示了對于具有材料定向方向131的單個軟磁層127來說，來自永磁偏移層130的磁場(Bb)132和由(Br)標(biāo)記的旋轉(zhuǎn)詢問磁場24之間的相互作用。材料定向方向的正交方向由F 134表示。硬磁可設(shè)計方向偏移層和F之間的夾角由θ135表示。在軟磁層的磁化倒轉(zhuǎn)(即探測到‘尖頭信號’)的點處，旋轉(zhuǎn)磁場與F之間的角度為δ1136。
在標(biāo)記127中施加給磁性元件的本地磁場是詢問磁場24和由永磁體產(chǎn)生的磁場的矢量和。這使檢測的‘尖頭信號’取向發(fā)生偏斜，從而通常各層的這兩個檢測方向(詢問磁場的每次完全旋轉(zhuǎn))不再間隔180°。對于標(biāo)記中的各個軟磁層，偏離180°的程度一般是不同的，因為各軟磁層與硬磁材料偏移層所成的角度不同。圖34圖解說明了其效果。在沒有可設(shè)計的偏移磁場的情況下，‘尖頭信號’137是標(biāo)記126中三個磁性元件之一。施加可設(shè)計方向偏移磁場的情況下，‘尖頭信號’移動到距離原始位置139很小一段距離的新位置138。
參見圖33，存在一個量值為Bb的靜態(tài)偏移場和一個量值為Br的旋轉(zhuǎn)詢問場。當(dāng)這兩個場的矢量和正交于材料定向方向131時，磁性元件層127的磁化產(chǎn)生一個‘尖頭信號’。在圖33中，材料定向方向被標(biāo)記為A，當(dāng)合成的總磁場平行于F時，產(chǎn)生‘尖頭信號’。θ是偏移場和材料定向方向的正交方向(F)之間的角度，δ1是材料定向方向的正交方向(F)和徑向矢量場Br的之間的角度。這實際上為前面提及的180°偏差的一半。利用正弦定律Brsinθ=Bbsinδ1]]>從而，sinδ1=BbBrsinθ]]>磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記具有至少兩層材料。對與第一層材料成φ角的第二層材料應(yīng)用相同的分析，得到sinδ2=BbBrsin(θ+φ)]]>重新整理并求解θθ=cot-1[sinδ2sinδ1-cosφsinφ]]]>如果δ1和δ2較小，上式可近似為θ=cot-1[δ2δ1cosφsinφ]]]>通過對成φ角(測量的)的兩個標(biāo)記元件(127和128)，測量標(biāo)記產(chǎn)生‘尖頭信號’時偏離180°的偏差，可確定偏移磁場相對于固定的基點(datum)(例如第一元件)的角度。與該角度相關(guān)，存在180°不確定性。注意，為了實現(xiàn)完整的180°覆蓋，當(dāng)δ1＜δ2時，在上面的分析中，元件(127和128)應(yīng)被交換。
圖35是為了對可設(shè)計的數(shù)據(jù)標(biāo)記解碼，在單面閱讀器實施例中實現(xiàn)的解碼算法的流程圖，圖35表示了如何根據(jù)可設(shè)計磁性層的定向解碼多余的十字制數(shù)位。
硬磁層方向的基準(zhǔn)點被認為是標(biāo)記上任意兩個元件之間的最大角度φ1(‘大間隙’)的中點。在本實施例中，用于分析的兩個標(biāo)記元件是確定該‘大間隙’的兩個元件。由于在2-數(shù)位標(biāo)記的現(xiàn)有基礎(chǔ)編碼方案中，不能確定標(biāo)記哪一方朝上(頭部或尾部)，因此進一步引入90°不確定性。通過把90°再分成10個9°寬的箱距(bin)，對多余的可編程十進制數(shù)字(0-9)編碼。
上面的實施例顯示了可在8位嵌入式處理器上以整數(shù)算術(shù)實現(xiàn)的簡單分析。更復(fù)雜的分析可考慮元件之間的所有可能各對角度，并采取適當(dāng)?shù)募訖?quán)平均，以確定θ。這是一種粗糙的解決方案，不過可能仍然適用于簡單的嵌入式處理器。
對其中禁止關(guān)于‘大間隙’對稱的代碼的基礎(chǔ)編碼方案的小規(guī)模修改，恢復(fù)可能角度的整個180°范圍。這或者使代碼數(shù)目加倍，或者對于相同數(shù)目的代碼，可使箱距更寬(18°)。
功效更強的處理器可進行更復(fù)雜的分析。要進行的最適當(dāng)?shù)姆治鍪抢们髽O小值法確定偏移磁場的2D矢量Bb。對于每個軟磁元件，存在旋轉(zhuǎn)磁場矢量Br的兩個值，在這兩個值處，磁化倒轉(zhuǎn)。當(dāng)Bb被加到Br的每個值上時，所得到的兩個矢量彼此之間應(yīng)剛好為180°。如果對于第i個元件，偏離180°的偏離量為αi，并且存在N個標(biāo)記元件，則Br的最佳值是當(dāng)Σi=1N[αi]2]]>達到最小時的值。諸如Powell方法之類的標(biāo)準(zhǔn)多元極小化算法可用于確定矢量Bb的分量(參見Cambridge University Press的Numerical Recipes in C，Section 10.5，第二版)。
可對可編程標(biāo)記結(jié)構(gòu)進行修改。圖36圖解說明了可編程標(biāo)記的另一可能實施例。4個相同的軟磁元件140被放置在硬磁層141上。磁性元件140是可從德國的Vacuumschmelze獲得的Vitrovac6025材料，長度為20毫米。該磁性元件厚25微米，寬0.75毫米。磁性元件140被布置成位于由標(biāo)記編碼方案(圖19中舉例說明了標(biāo)記代碼77，并表示了角度)確定的取向方向上。層141包含可從德國的Vacuumschmelze獲得的Cro-Vac硬磁層，其直徑為23毫米，厚度為45微米。使用備選磁性元件材料或者物理結(jié)構(gòu)的標(biāo)記的其它實施例包括US-A-5083112中確定的磁性元件的使用。
3-D閱讀器實施例上面描述的閱讀器實施例可讀取平行于一個平面(x-y)的標(biāo)記?，F(xiàn)在來說明在詢問體積中能夠讀取隨意定向的標(biāo)記的3-D閱讀器實施例。該實施例是上面描述的2-D小孔閱讀器的改進，增加了第三個正交發(fā)射線圈和第三個正交接收線圈。發(fā)射詢問磁場矢量繞法線軸旋轉(zhuǎn)。在可用定向空間內(nèi)掃描該軸。處理接收信號，以找到發(fā)射詢問場最接近標(biāo)記的平面的取向，并把記錄的‘尖頭信號’解碼為數(shù)據(jù)。
下面將說明本實施例中使用的線圈，首先說明接收線圈構(gòu)形，隨后說明發(fā)射線圈構(gòu)形。
圖37和38圖解說明了接收線圈結(jié)構(gòu)。在直徑200毫米，長400毫米的圓柱形線圈架142上構(gòu)成接收線圈。圖37圖解說明了用于耦合詢問區(qū)域內(nèi)的標(biāo)記磁性元件的三組正交線圈。對于y方向143，接收線圈組包括4個線圈，144，145，146和147。內(nèi)線圈145和146位于線圈架142上，并沿著x方向延伸120毫米，圖中由尺寸148表示。兩個內(nèi)線圈都由100匝0.4毫米的上釉銅導(dǎo)線構(gòu)成。外線圈144和147由58匝0.4毫米的上釉銅導(dǎo)線構(gòu)成，并纏繞在直徑為260毫米的第二同軸線圈架(圖中未表示)上。線圈沿x方向延伸156毫米。這四個線圈被串聯(lián)電連接，并借助細微的機械重新校準(zhǔn)被‘平衡’，以便獲得對均勻磁場的零靈敏度。圖示的第二接收線圈組對標(biāo)記在z方向149上產(chǎn)生的磁場靈敏。該線圈組與線圈144，145，146和147相同，如圖所示旋轉(zhuǎn)90°。第三線圈組對標(biāo)記在x方向150上產(chǎn)生的磁場靈敏，包含兩個螺線管線圈151和152。內(nèi)線圈151由纏繞在線圈架142上的100匝0.4毫米上釉銅導(dǎo)線構(gòu)成，長120毫米。外線圈152由纏繞在直徑260毫米的第二同軸線圈架上的58匝0.4毫米上釉銅導(dǎo)線構(gòu)成，長156毫米。圖38圖解說明了纏繞在內(nèi)線圈架142和外線圈架153上的所有線圈。
圖39圖解說明了三個正交發(fā)射線圈構(gòu)形。線圈被纏繞在長370毫米，直徑300毫米的圓柱形線圈架154上。4個線圈156，157，158和159在y方向155上產(chǎn)生均勻的磁場。線圈156和158包含類似于線圈15和16的‘改進Helmholz’結(jié)構(gòu)。線圈157和159構(gòu)成第二改進‘Helmholz’結(jié)構(gòu)，具有偏離線圈157和159 25°的磁軸。這兩個‘改進Helmholz’線圈組具有位于y方向155任一側(cè)12.5°的磁軸。線圈156包含50匝1.4毫米上釉銅導(dǎo)線，并且沿線圈架長度延伸370毫米。在線圈156跨接線圈架154的開口端的地方，線圈是扁平的半圓形，總的線圈孔徑寬度為570毫米。沿著螺線管(x方向)平放的線圈156的兩邊對著線圈架軸向中心所成的角度為120°。線圈157，158和159在尺寸和形狀方面都相同。上面描述了它們圍繞線圈架154的定向。四個線圈按圖示方示順序連接。第二個發(fā)射線圈組產(chǎn)生z方向160上的均勻磁場。該組線圈包含如圖所示沿正交方向定向的四個相同線圈。最后的發(fā)射線圈由長螺線管162組成，螺線管162包含纏繞在線圈架136上的260匝1.4毫米上釉銅導(dǎo)線。該發(fā)射線圈在x方向162產(chǎn)生均勻磁場。
圖40表示了由沿三個正交方向產(chǎn)生均勻磁場的9個線圈組成的發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)。圖41圖解說明了3-D閱讀器天線實施例。線圈架154上的發(fā)射線圈與接收線圈管142同軸。詢問體積6由另一個190毫米的ID同軸管(圖中未表示)確定，該ID同軸管用于確定對天線中可能的標(biāo)記定位的機械限制。靈敏度最高的縱向區(qū)域的長度小于10厘米，當(dāng)沿著閱讀器管的軸向方向間隔10厘米或更大時，可準(zhǔn)確地讀取標(biāo)記。
圖42圖解說明了該3-D閱讀器實施例的方框圖。Meilhaus ME3000PCI-總線數(shù)據(jù)采集卡163提供多路16位分辨率ADC/DAC功能。該卡被安裝在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IBM兼容PC機164上，該PC機164運行Windows95。在軟件控制下，ADC/DAC卡163產(chǎn)生三個發(fā)射激勵電壓。這些電壓由三個1kW單通道音頻放大器165放大，并激勵如圖所示帶有共振電容的三個正交發(fā)射線圈。為了產(chǎn)生所需的2.5kA/m詢問磁場，所需的激勵電流為3Arms。發(fā)射電流由電流讀出電阻166監(jiān)測，并以100kHz采樣速率被數(shù)字化。接收線圈從標(biāo)記探測到的信號由接收電路167放大，這些信號類似于圖13中所示的信號。在模擬乘法器168中，接收的信號被乘以信號加權(quán)函數(shù)。在模擬加法器169中，這三個接收通道被結(jié)合，并被區(qū)分，并由ADC卡163以100kHz的速率數(shù)字化。
圖43表示了由ADC測得的三個發(fā)射電流波形170，171和172。圖中表示了對于7-層4-數(shù)位標(biāo)記的檢測標(biāo)記響應(yīng)173。圖43中時間分辨率不允許分辨出所有‘尖頭信號’。發(fā)射詢問磁場在時間174內(nèi)完成一次旋轉(zhuǎn)。當(dāng)詢問磁場‘掃描’接近標(biāo)記平面時，應(yīng)產(chǎn)生14個‘尖頭信號’。
下面將參考圖45，46，47，48和49中說明的處理算法的流程圖說明來描述信號處理。
當(dāng)標(biāo)記的定向(平面)未知時，可進行不同定向的若干詢問掃描，直到一個掃描接近標(biāo)記平面為止。掃描被定義為在一個平面中，發(fā)射磁場矢量的一次完整旋轉(zhuǎn)。隨后可對檢測的信號應(yīng)用上面說明的2D解碼算法，以確定標(biāo)記數(shù)據(jù)值。當(dāng)掃描平面匹配標(biāo)記平面時，加法器169的模擬信號輸出和圖24中所示的2D掃描信號相同。
本實施例中使用了連續(xù)掃描。這以標(biāo)稱130Hz旋轉(zhuǎn)磁場為基礎(chǔ)，其法線矢量被布置成以恒定的角速度在半球表面上劃出螺旋(下面稱為螺旋掃描)。在單個7.7毫秒‘掃描周期’內(nèi)，這類似于單個平面中的掃描。關(guān)于‘發(fā)射的’B詢問磁場的分量的等式為Bx＝(cos2(φ)*cos(θ)+sin2(φ))*cos(ωt)+(sin(φ)*cos(φ)*cos(θ)-cos(φ)*sin(φ))*sin(ωt)By＝(cos(φ)*sin(φ)*cos(θ)-sin(φ)*cos(φ))*cos(ωt)+(sin2(φ)*cos(θ)+cos2(φ))*sin(ωt)Bz＝(-cos(φ))*sin(θ)*cos(ωt)-sin(6)*sin(φ)*sin(ωt)其中t是時間，ω是140Hz掃描的角頻率，φ＝(常數(shù))*θ，θ＝cos-1(1-t/T)。T是一個完整詢問的總時間。
圖43表示了三個正交磁場分量170，171，172，以及來自在圖24中掃描的同一標(biāo)記上覆蓋二分之一半球的螺旋掃描的復(fù)合標(biāo)記信號173。顯然存在大量的分離峰值，在該圖中沒有清楚地分辨出所有這些峰值。
圖45表示了3D-閱讀器實施例的信息處理的優(yōu)選實施例的頂層(top-level)視圖。通常該算法類似于單面閱讀器算法，但是為了達到能夠確定標(biāo)記磁性元件之間的‘間隙’的目的，需要更多的步驟。根據(jù)這一點，使用了圖29，30和31中的標(biāo)記解碼算法。
本實施例中，所有解碼方案的第一步是準(zhǔn)確地確定‘尖頭信號’的時間索引。這表示在圖46中。在理想情況下，所有‘尖頭信號’都具有相同的大小和形狀。位于每個‘尖頭信號’中心的零交點是沿磁性元件的材料定向方向，施加的磁場不具有任何分量的點。檢測算法應(yīng)確定該時間。
為了找出零交點，如圖44中所示，用矩形函數(shù)卷積數(shù)字化信號。卷積基準(zhǔn)信號是對稱的，關(guān)于t＝0，具有相同的正負靈敏度，總寬度約為80微秒。在圖46中，卷積算法產(chǎn)生數(shù)組CONV[i]。
通過尋找高于給定門限的峰值，從卷積波形中抽出原始波形中‘尖頭信號’的零交點。峰值位置可用于定時選通(time gate)初始的零交點數(shù)據(jù)，允許根據(jù)初始的采樣數(shù)據(jù)，插入準(zhǔn)確的零交點時間?；蛘?，通過在卷積數(shù)據(jù)的峰值附近使用二次插值法，可得到更準(zhǔn)確的時間(如圖46中的流程圖中所示)。這些插值位置被保存在數(shù)組INTERP[]中。
解碼方法中的第二步是計算在從電阻166兩端的采樣信號檢測到‘尖頭信號’的各個時刻時的詢問磁場矢量。圖47中表示了實現(xiàn)該步驟的流程圖。這產(chǎn)生對應(yīng)于INTERP時間索引的B[]數(shù)組。在標(biāo)記平面內(nèi)移動的詢問磁場矢量幾乎不產(chǎn)生檢測的‘尖頭信號’，但是利用由標(biāo)記定向平面檢測算法產(chǎn)生的估計法線矢量，把每個‘尖頭信號’檢測角向下投影到標(biāo)記平面上。
標(biāo)記定向平面檢測算法從該平面的初始值開始。通過檢測在多次掃描中觀察到的最大幅度‘尖頭信號’，得到該值。當(dāng)詢問磁場矢量同時正交于所有標(biāo)記磁性元件時，產(chǎn)生最大的‘尖頭信號’。在圖42中在時刻175時可觀察到該‘尖頭信號’。圖47中，表示了該初始值，由矢量NORM表示。
如果法線矢量是正確的，則隨后給定標(biāo)記元件的每個‘尖頭信號’應(yīng)投影到同一線條上。如果該法線矢量不正確，則投射的‘尖頭信號’不會排成一線。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值極小化程序(Powell方法)用于尋找標(biāo)記法線矢量。檢測的‘尖頭信號’定向與產(chǎn)生該響應(yīng)的標(biāo)記中的特定磁性元件相關(guān)。使用法線估計(normal estimate)，把‘尖頭信號’的實測定向投射到標(biāo)記平面上。對于每個標(biāo)記元件，使檢測的投射位置的方差和達到最小(即，對于每個元件，投射到標(biāo)記平面線條上的位置盡可能接近地排成一線)。圖49中表示了上述過程的實現(xiàn)。其結(jié)果是得到標(biāo)記平面定向的準(zhǔn)確估計。
上面說明的算法的一部分是確定哪些‘尖頭信號’對應(yīng)于相同的標(biāo)記元件。利用上面說明的螺旋掃描波形，當(dāng)該掃描的法線位于標(biāo)記法線的約30°范圍內(nèi)時，每個標(biāo)記元件產(chǎn)生一個明顯的‘尖頭信號’。該算法尋找含有該標(biāo)記類型的正確數(shù)目元件(對于n-層標(biāo)記，在一次‘掃描’中將存在2n個‘尖頭信號’)的完整掃描(360°磁場旋轉(zhuǎn))。這些信號看起來類似于圖24中的信號，該圖表示了7-層標(biāo)記的信號。在找到連續(xù)掃描的地方，‘連接’這些連續(xù)信號。在一系列連續(xù)時間的360°‘掃描’內(nèi)，第0個，第n個，第2n個，第3n個等‘尖頭信號’都將對應(yīng)于相同的元件。類似地，在1，n+1，2n+1時刻的尖頭信號將對應(yīng)于下一元件，諸如此類。圖48是該算法的實現(xiàn)。分析INTERP數(shù)組的值，以了解對于每一項，有多少后續(xù)值落入半旋轉(zhuǎn)中(n/2樣本)。這些數(shù)值被存入新的數(shù)組COUNT。隨后分析數(shù)組COUNT，以找出具有相同COUNT值的兩個連續(xù)N/2樣本分段的最大值。該算法確定該值是對于該標(biāo)記類型的‘尖頭信號’的正確數(shù)目(即等于層的數(shù)目)。最后，在存儲該段的起點(START)和終點(END)的數(shù)組中列出所有這種段。這些數(shù)組具有(Max n)項，它們的值被用于給測得的詢問磁場B矢量的數(shù)組加索引。
對于檢測的，具有被詢問標(biāo)記的正確數(shù)目的‘尖頭信號’的每‘段’，把投射的‘尖頭信號’位置的方差加起來。這些和數(shù)被加在一起，用每段的長度進行加權(quán)(圖48中由數(shù)組W表示)。這是極小化算法試圖使之達到最小的和數(shù)。在圖49中，作為法線矢量的方向角THETA和PHI的函數(shù)，計算VAR，并利用Powell方法使之達到最小。
一旦標(biāo)記定向被確定，計算最接近標(biāo)記平面的掃描分段，并把‘尖頭信號’，位置從該分段投影到標(biāo)記平面上。隨后求出標(biāo)記元件(間隙)之間的相對角度，并利用圖29，30和31中說明的算法確定標(biāo)記值。圖50詳細說明了實現(xiàn)上述過程的算法。對于在圖49中識別的每一段，通過使連續(xù)的B矢量相互正交，形成CROSS，計算該掃描的本地法線矢量。理想地，該法線矢量和法線之間的角度C應(yīng)為零，分析每個分段中的所有數(shù)據(jù)，以了解哪一系列的B矢量(成一排的NGAPS)產(chǎn)生該角度的最小平均值。這對應(yīng)于最接近標(biāo)記平面的掃描分段。隨后把對應(yīng)于該掃描的投射角存儲為GAP數(shù)組值。GAP角度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)給圖29，30和31中所示的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記解碼算法。
重要的是很好地理解在法線矢量的確定中，以及隨后的元件之間角度間隙的計算中導(dǎo)致問題的情況。上面的算法假定一種簡單模型，在該模型中，所有標(biāo)記元件是獨立的。實際上，各個元件產(chǎn)生的磁場加到詢問磁場上，從而標(biāo)記處的磁場不再能夠準(zhǔn)確知道。當(dāng)標(biāo)記平面中的詢問磁場的振幅較小時，例如當(dāng)掃描距離該標(biāo)記平面很遠時，該影響最顯著。這導(dǎo)致投射磁場矢量的簡單幾何模型失效。
一種可能的工作區(qū)(workaround)是丟棄遠離標(biāo)記平面的掃描產(chǎn)生的數(shù)據(jù)(無論如何，它通常具有重疊的信號)。圖48中，這是通過使用法線矢量的初始推測篩選數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。另一后果是在極小化方法中計算的方差將永遠不能成為零，即使具有很好的信噪比和非常均勻的發(fā)射磁場。殘余值通常是該非理想標(biāo)記行為的結(jié)果。第三種后果是標(biāo)記法線矢量可能有幾度的差錯。除了在通過從非相鄰尖頭信號把B矢量投射到標(biāo)記平面上，計算小角度(可能為幾度)的情況之外，通常這不明顯。通過在圖50中選擇該分段，以使該分段緊接著大間隙之后開始(圖50中沒有表示這一點)，可容易地避免上述問題。
其它細節(jié)本發(fā)明是一種使低成本標(biāo)簽可被貼在隨后由閱讀裝置讀取的物品上的系統(tǒng)。該標(biāo)簽或標(biāo)記由磁性薄膜材料構(gòu)成，該磁性薄膜材料具有當(dāng)該材料被再分成更小尺寸的材料時被保持的方向性。該尺寸由材料特性，材料形狀和所需的定向測量精度決定?！瓵talante’薄膜材料將用作直徑約2.5毫米的標(biāo)記。更薄的磁性材料涂層將產(chǎn)生更小的標(biāo)記，并且磁性材料特性的改進可提高導(dǎo)磁率及正交場飽和度。類似地，備選材料使標(biāo)記可以在較低的工作磁場水平下起作用。數(shù)據(jù)內(nèi)容由構(gòu)成標(biāo)記的磁性元件之間的相對定向角確定。對數(shù)據(jù)進行編碼，例如借助振幅信息編碼的其它方法是可能的。檢測的振幅是磁性材料性能，工作磁場水平，詢問磁場旋轉(zhuǎn)速度和材料體積的函數(shù)。
可從IST獲得的材料在中心的70厘米寬度中并沿著所產(chǎn)生的卷形物具有極好的磁性調(diào)直方向均勻性。該方向由制造過程中的磁場模式確定。在卷形物的邊緣已觀察到在1微米濺射涂層中具有兩個材料定向方向的材料，這提供了利用層數(shù)較少的材料制造標(biāo)記的機會。具有一層磁性層，該磁性層具有多個磁性定向軸的標(biāo)記是可能的。
數(shù)據(jù)由標(biāo)記上的磁性元件的相對方向定向編碼。由于材料的方向性，這些元件被檢測并被區(qū)分。定向磁性元件的其它形式包括可從Unitika，Allied或Vacuumschmelze獲得的細長的非晶態(tài)金屬絲或者旋轉(zhuǎn)熔融合金。
利用當(dāng)在存在旋轉(zhuǎn)的均勻磁場的情況下，磁性元件在正飽和和負飽和之間轉(zhuǎn)換狀態(tài)(反之亦然)時，由磁性元件產(chǎn)生的通量的變化速率檢測磁性元件的存在。本領(lǐng)域中采用的另一種檢測策略是諧波檢測。對旋轉(zhuǎn)的詢問磁場矢量施加幾千Hz的第二交流頻率。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場矢量基本上正交于材料定向方向時，利用施加的H-場，附加的交流磁場使標(biāo)記磁化被調(diào)制。磁性材料是完全非線性的，產(chǎn)生諧波。這些諧波可由接收線圈檢測。
閱讀裝置在詢問區(qū)中產(chǎn)生基本均勻的旋轉(zhuǎn)磁場，該詢問區(qū)主要由接收線圈靈敏度，物理障礙，或者說處理算法中的器件確定。磁場可確定詢問體積內(nèi)，相對于發(fā)射磁場矢量的正交方向測量的一個或多個磁性元件的定向。詢問磁場被假定以恒定的速率和振幅旋轉(zhuǎn)，在上面描述的實施例中，這是由產(chǎn)生由正弦信號激勵的均勻磁場的正交線圈實現(xiàn)的。產(chǎn)生非均勻磁場的影響是將使振幅和發(fā)射矢量的旋轉(zhuǎn)速率兩者都被改變，導(dǎo)致確定磁性元件定向方面的誤差。在預(yù)先考慮到實際測量誤差的情況下設(shè)計編碼方案，該測量誤差通常小于1°?！g隙’編碼方案提高了誤差容限，因為相對定向誤差是重要的。在詢問旋轉(zhuǎn)磁場矢量方面觀察到的誤差可被分析為諧波誤差。第一級誤差由正交磁場產(chǎn)生裝置和當(dāng)磁場在空間上方變化時偏離正交線的偏差之間的振幅變化引起。外部直流磁性干擾也改變瞬時磁場矢量。多元件標(biāo)記在該標(biāo)記上提供實際發(fā)射磁場矢量的向個測量點。編碼方案是確定的，具體的定向特征可結(jié)合到標(biāo)記中。利用可用的測量數(shù)據(jù)，可補償?shù)谝患壈l(fā)射磁場誤差。
產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)發(fā)射磁場矢量的其它線圈布置是可能的。例如，具有間距120°的三個改進‘Helmholz’線圈對的三相線圈布置將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場矢量。在電機系統(tǒng)中，這可擴展到多相布置。圖6表示了具有磁屏幕的兩個線圈的磁場模型。該磁屏幕由包封在組件上的，厚度為2毫米的薄變壓器鋼構(gòu)成。優(yōu)化線圈幾何形狀以產(chǎn)生均勻的磁場。產(chǎn)生基本均勻的磁場的其它線圈布置在本領(lǐng)域中是眾所周知的。還可合成電學(xué)上利用模擬或數(shù)字處理的線圈組合產(chǎn)生的均勻磁場。
通過物理旋轉(zhuǎn)永磁體，可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。圖51表示了一個實施例。永磁體176以恒定的角速度177旋轉(zhuǎn)。正交的‘8字形’接收線圈178檢測來自于標(biāo)記1的磁響應(yīng)。
接收線圈組功能是感受對當(dāng)磁性元件被發(fā)射磁場矢量詢問時，由磁性元件產(chǎn)生的通量。接收線圈組對位于可預(yù)期的任意定向方向上的標(biāo)記磁性元件敏感。理想地，檢測的振幅對元件定向不敏感。接收線圈還檢測由發(fā)射磁場矢量和外部磁場源產(chǎn)生的磁場?？墒褂帽绢I(lǐng)域中已知的用于降低這些外部磁場源產(chǎn)生的感應(yīng)信號的多種技術(shù)。相對于外部‘遠場’干擾，使線圈‘平衡’。這通常是利用形成四磁極和變型的線圈的物理布置來實現(xiàn)的。或者，可在電學(xué)上或者利用信號處理實現(xiàn)該功能。類似地實現(xiàn)發(fā)射磁場的拒絕(rejection)。類似于發(fā)射線圈，線圈不必被布置在正交方向上。線圈可被布置在任意位置并恰當(dāng)?shù)亟M合?？墒褂萌齻€以上的正交接收線圈。例如，在小孔平面上，多種圖案的8個接收線圈可圍繞著3-D小孔閱讀器。
接收線圈提供對磁場的靈敏性。類似的傳感器包括霍爾效應(yīng)器件，SQUID，磁控電阻和本領(lǐng)域中眾所周知的類似器件。
雖然圍繞3個軸的發(fā)射線圈和接收線圈的機械布置提供3-D空間中的正交性，以及發(fā)射-接收隔離，不過存在提供相同特征的其它技術(shù)。這些技術(shù)的多數(shù)使用信號處理來模擬效果(使用張量代數(shù))，從而混合來自各個非正交軸的信號，和/或減去不需要的發(fā)射-接收泄漏信號。
發(fā)射線圈可由PWM放大器(‘D’級)驅(qū)動，以降低伺服驅(qū)動放大器的尺寸和功率消耗。這樣的方法在本領(lǐng)域中眾所周知，并且在各種EAS零售安全系統(tǒng)上已被證明。
上面描述的螺旋掃描本質(zhì)上是2D平面掃描，其法線矢量可以螺旋旋轉(zhuǎn)。單個平面2D掃描不能產(chǎn)生關(guān)于標(biāo)記定向的任何信息。單個錐形掃描可產(chǎn)生定向信息。于是，可設(shè)計出一種圍繞不同的方向旋轉(zhuǎn)錐形掃描的掃描策略，并且這應(yīng)允許標(biāo)記定向的更耐久(robust)的測定。最快速的掃描將是其中連續(xù)進行三個正交的錐形掃描的掃描。但是，這不能始終對不同定向的標(biāo)記進行解碼，例如其法線與三個正交掃描成45°的標(biāo)記。這是因為來自兩個緊鄰標(biāo)記的‘尖頭信號’會重疊，使它們不能被區(qū)別。為了確保一個掃描平面總是足夠接近，可容易地設(shè)計錐形掃描的其它組合。
上面說明的閱讀器系統(tǒng)可實現(xiàn)詢問體積中單個或多個磁性元件的遠程檢測和定向測量。系統(tǒng)的這一特征使本發(fā)明可用作旋轉(zhuǎn)傳感器。例如，可測量安裝在兩個獨立裝置上的兩個磁性元件之間的相對定向。
本發(fā)明使用的相對較低的頻率提供了允許穿過厚度較小的導(dǎo)電材料檢測標(biāo)記的獨特優(yōu)點。例如，標(biāo)記可安裝在由金屬制成的瓶子螺旋塞的頂部內(nèi)，并被讀取。類似地，標(biāo)記可被電子束焊接在0.5毫米厚的非磁性不銹鋼之間，并可被成功地閱讀。
詢問磁場的諧波的產(chǎn)生不會極大地影響詢問磁性元件的方法。于是，可在天線結(jié)構(gòu)內(nèi)使用高度非線性導(dǎo)磁磁性材料，以降低閱讀器系統(tǒng)的重量，大小和功耗。
閱讀器系統(tǒng)檢測詢問體積內(nèi)的磁性元件的定向。磁性元件不必相互交叉。在圖52中所示的標(biāo)記的一個實施例中，直徑10毫米的四件IST薄膜材料179，180，181和182均勻在布置在直徑3.5厘米的基體183的圓周上。這四層薄膜材料的相對定向確定標(biāo)記數(shù)據(jù)。每層的材料定向方向由箭頭，例如184表示。圖中表示了層之間的角度，例如185。層179，180和181分別以17°，43°和99°的角度對準(zhǔn)層182。這樣，層182和179之間的間隙為17°，層179和180之間的間隙為26°，層180和181之間的間隙為56°。參見圖17，在2-數(shù)位編碼方案中，這些間隙對應(yīng)于間隙狀態(tài)2，3和5。參見圖19，這解碼為標(biāo)記數(shù)字77。
本實施例不會受到在垂直層堆疊標(biāo)記情況下觀察到的磁性元件互作用的影響。在另一實施例中，在各個點(179-182)，單層薄膜材料可由具有兩層或多層直徑10毫米材料的標(biāo)記代替，每層材料具有不同的定向方向。這將增大數(shù)據(jù)密度。為了進一步增大數(shù)據(jù)密度，利用本公開說明中前面說明的方法，在各個點增加一層可編程硬磁層。使用這種結(jié)構(gòu)，利用前面描述的對單個可編程磁性標(biāo)記解碼的方法，可唯一地確定各個點處硬磁層的預(yù)定方向。這意味著可用分布在整個360°內(nèi)的‘尖頭信號’對數(shù)據(jù)編碼，打破了在上面描述的其它數(shù)據(jù)標(biāo)記中的180°對稱，從而使有效數(shù)據(jù)容量大約增大一倍。薄膜磁性材料可用如現(xiàn)有技術(shù)中說明的交替定向磁性結(jié)構(gòu)，或者用表現(xiàn)現(xiàn)兩個‘材料方向’的材料代替。實施例不限于四個‘點’，或者位于圓周上的點，于是可延伸到具有或不具有可編程硬磁層的多層標(biāo)記陣列。如同標(biāo)記實施例舉例說明的一樣，‘點’之間的間距可小到零，也可大到整個詢問體積。發(fā)明人已測定大約一個元件直徑的間距足以降低‘點’之間的交互作用誤差。
標(biāo)記可用作標(biāo)志，例如CD或紙票的防偽特征。該標(biāo)記不具有任意編碼方案，但是具有可由閱讀器檢測的獨特的特征組合。
標(biāo)記非常堅固，并能經(jīng)受200℃以上的溫度。缺點是Atalante膜的PET膜穩(wěn)定性。有效磁性材料可被噴涂到備選材料，例如鋁上。這提供更好的溫度性能。
在詢問體積中同時閱讀一個以上的標(biāo)記的能力是一個非常有用的特征，被稱為防沖突標(biāo)記閱讀。如果單個標(biāo)記被物理分離和/或處于不同的定向上，通過幾種技術(shù)的結(jié)合，3D-小孔閱讀器能夠?qū)崿F(xiàn)有效的防沖突閱讀。
第一種技術(shù)包括以已知的速度使多個標(biāo)記(或者標(biāo)記物品)通過小孔，例如通過使用傳送器。傳送器足夠慢，足以允許當(dāng)標(biāo)記通過時，實現(xiàn)各個標(biāo)記的多次掃描。當(dāng)各個標(biāo)記通過靈敏接收區(qū)域時，標(biāo)記的檢測信號的振幅將隨時間而變化(即從零開始，一直到最大值，再降到零)。位于傳送器長度方向上不同點處的標(biāo)記將表現(xiàn)出彼此在時間方面偏移的特征時間函數(shù)(time variation)。于是通過處理接收的數(shù)據(jù)，并把具有和傳送器的速度一致的匹配時間依賴性的信號組合在一起，可分離來自多個標(biāo)記的信號。這提供了作為沿著小孔軸向的距離的函數(shù)的有效標(biāo)記分離。
碰巧同時通過小孔的具有不同定向的標(biāo)記也可被分離。這種情況下，具有相同時間函數(shù)的‘尖頭信號’的數(shù)目遠遠大于由單個標(biāo)記產(chǎn)生的類似‘尖頭信號’的數(shù)目?？晒烙嫯a(chǎn)生該數(shù)目尖頭信號所需標(biāo)記的實際數(shù)目。每個標(biāo)記將具有位于一個平面中的一組磁性元件，并可由旋轉(zhuǎn)矩陣(由滾動(roll)，節(jié)距(pitch)，偏航角(yaw)定義)，以及各層相對于第一層的角度充分描述。這樣，可利用三個定向角和六個面內(nèi)角度描述7-層標(biāo)記。
可預(yù)測旋轉(zhuǎn)詢問磁場中一組這種標(biāo)記的響應(yīng)，并將其與測得的響應(yīng)進行比較。如現(xiàn)有方案中一樣，可使用極小化算法來改變上面說明的標(biāo)記參數(shù)，以便實現(xiàn)與測量數(shù)據(jù)的最佳匹配。如果極小化會聚，則可解碼并分離這些標(biāo)記。如果不，則可標(biāo)記一個錯誤，指示未正確掃描的物品的數(shù)目，及它們的大概位置。
可以將包括元件的磁化效應(yīng)的標(biāo)記模型加入防碰撞算法。這樣可使有更多的掃描數(shù)據(jù)被使用，使解碼更可靠，但需要付出更多的處理花費。
利用改進的系統(tǒng)幾何形狀，可對同時通過小孔，并具有相同定向的標(biāo)記解碼，只要這些標(biāo)記被物理分離，例如位于小孔中的不同半徑處。接收線圈組可被構(gòu)造成具有隨著，例如半徑變化的靈敏度。來自位于不同半徑處的兩個標(biāo)記的信號的振幅將不同，于是可被區(qū)分。其靈敏度沿不同方向變化的接收線圈的組合可給合到小孔閱讀器中。這種情況下，很可能在處理前，來自接收線圈的信號不被組合成為單個復(fù)合信號，因為這將丟失某些有用信息。
實際上，除了病態(tài)情況，例如同時夾入兩個標(biāo)記的情況之外，在幾乎所有情況下，上面討論的防沖突特征的結(jié)合將發(fā)生作用。這些情況可能是很少見的。一個重要的特征是如果一些物品不能被掃描，解碼軟件總是能夠顯示出來，并且偶然遺漏標(biāo)記物品的可能性是很小的。在重新掃描之前，物品的物理重新布置將可能導(dǎo)致成功的掃描。
通過在詢問體積中采用磁場梯度，可詢問標(biāo)記位置的其它信息。PCT公開WO 96/31790中公開了這種系統(tǒng)。這種信息可進一步用于提高標(biāo)記防沖突的能力。
類似于光學(xué)條形碼，在制造標(biāo)記或標(biāo)簽時形成標(biāo)記或標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。于是，標(biāo)記或標(biāo)簽適用于零售標(biāo)記工業(yè)(retail labeling industry)。倉庫中郵政包裹或物品的標(biāo)記是一個應(yīng)用領(lǐng)域，在倉庫中利用‘孔眼’形成標(biāo)記，以致可容易地再分割該標(biāo)記，從而被‘克隆’。諸如藥物，化驗瓶和藥簽之類的醫(yī)療消費器的標(biāo)記也是可能的。
權(quán)利要求
1.一種存儲數(shù)據(jù)的磁性標(biāo)記(1)，它包括若干磁性層，每層對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，其中相應(yīng)各層的指向性響應(yīng)的相對定向確定要存儲的數(shù)據(jù)。
2.按照權(quán)利要求1所述的標(biāo)記，其中每個磁性層包含位于非磁性層上的一層薄膜磁性層。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的標(biāo)記，其中各磁性層的長度和寬度相差不大。
4.按照權(quán)利要求3所述的標(biāo)記，其中各層呈基本規(guī)則的多邊形的形狀。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的標(biāo)記，其中各層呈圓盤形。
6.按照權(quán)利要求1-5任一所述的標(biāo)記，其中磁性層包括軟磁層，還包括用于提供偏移磁場，從而使該標(biāo)記是可編程的一層硬磁層。
7.按照依賴于權(quán)利要求5的權(quán)利要求6所述的標(biāo)記，其中硬磁層的直徑比軟磁層的直徑約大20％。
8.按照權(quán)利要求1-7任一所述的標(biāo)記，其中按照預(yù)定的級數(shù)(progression)，安排相鄰層之間指向性響應(yīng)的定向的角距。
9.按照權(quán)利要求8所述的標(biāo)記，其中所述級數(shù)是遞增級數(shù)。
10.按照前述任一權(quán)利要求所述的標(biāo)記，其中每層包含一個易磁化軸，從而該層對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)。
11.一種存儲數(shù)據(jù)的可編程磁性標(biāo)記，該標(biāo)記包括多個軟磁元件，每個軟磁元件對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，該標(biāo)記還包括用于提供偏移磁場(Bb)，從而使該標(biāo)記可編程的一層硬磁屋。
12.按照權(quán)利要求11所述的標(biāo)記，其中與硬磁元件中剩磁磁場的方向有關(guān)地存儲數(shù)據(jù)。
13.按照權(quán)利要求11或12所述的標(biāo)記，其中磁性元件包含多個重疊的磁性層，其中相應(yīng)各層的指向性響應(yīng)的相對定向確定要存儲的數(shù)據(jù)。
14.一種對如權(quán)利要求11-13任一所述的磁性元件編程的方法，包括對硬磁元件施加定向磁場，隨后除去該磁場的步驟。
15.一種制造磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的方法，包括相對于彼此以一定的角定向布置多層磁性層，每一層對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，從而相應(yīng)各層的指向性響應(yīng)的相對定向確定要存儲的數(shù)據(jù)。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，包括把各層相互粘貼在一起，形成層狀堆疊。
17按照權(quán)利要求15所述的方法，包括把各層熱壓焊接在一起，形成疊層。
18.按照權(quán)利要求15-17任一所述的方法，包括在角位置布置各層，以便兩個角位置的每個角位置之間的差值代表要存儲的數(shù)據(jù)。
19.按照權(quán)利要求18所述的方法，其中對于代表數(shù)據(jù)的給定序列的角位置差值，該序列的相反序列代表相同的數(shù)據(jù)。
20.一種磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記制造方法，包括把磁性標(biāo)記薄片分割成兩部分或更多部分，以形成多個標(biāo)記，該薄片包含多個平面磁性層，每一層對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，其中各層相對于彼此被定向，以便各層的相應(yīng)指向性響應(yīng)的相對定向確定要存儲的數(shù)據(jù)。
21.一種磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記閱讀器，包括在詢問體積中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的裝置，在詢問體積中檢測磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的磁場檢測裝置，該磁場檢測裝置包括布置在該詢問體積周圍的第一和第二接收線圈對，每個線圈對被布置成平衡，以便不存在由旋轉(zhuǎn)磁場在線圈對兩端之間感應(yīng)產(chǎn)生的凈電動勢。
22.按照權(quán)利要求21所述的閱讀器，其中旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置包括旋轉(zhuǎn)的永磁體。
23.按照權(quán)利要求21或22所述的閱讀器，其中旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)頻率基本恒定。
24.按照權(quán)利要求23所述的閱讀器，其中該頻率小于1kHz。
25.一種用于閱讀多層磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的磁性標(biāo)記閱讀器，包括被構(gòu)造成用于在詢問體積中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，細且扁平的螺線管的發(fā)射線圈，及安裝在螺線管的平面的周圍，基本上與旋轉(zhuǎn)磁場零耦合的接收線圈結(jié)構(gòu)。
26.按照權(quán)利要求25所述的閱讀器，其中在導(dǎo)磁鐵芯上構(gòu)造發(fā)射螺線管。
27.按照權(quán)利要求25或26所述的閱讀器，還包括確定標(biāo)記相對于含有螺線管磁軸的平面的傾斜角的裝置。
28.按照權(quán)利要求27所述的閱讀器，其中傾斜角檢測裝置包括產(chǎn)生錐形掃描磁場的裝置。
29.一種使用旋轉(zhuǎn)詢問磁場詢問多層磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的方法，其中對于該詢問磁場的每個360度旋轉(zhuǎn)，該標(biāo)記的各層產(chǎn)生兩個響應(yīng)，該兩個響應(yīng)由標(biāo)稱間隙分隔，該方法包括根據(jù)這兩個響應(yīng)之間的標(biāo)稱間隙，確定來自同一層的兩個響應(yīng)之間的間隙的偏差。
30.按照權(quán)利要求29所述的方法，其中該標(biāo)稱間隙為180度。
31.按照權(quán)利要求29或30所述的方法，還包括如果該偏差超出預(yù)定的門限值，拒絕來自詢問磁場的輸出響應(yīng)的步驟。
32.一種詢問根據(jù)權(quán)利要求1-10任一所述的磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的方法，包括在含有該數(shù)據(jù)標(biāo)記的詢問體積中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，接收代表構(gòu)成數(shù)據(jù)標(biāo)記的磁性層的相對定向的信號，并對該信號解碼，以譯解在該標(biāo)記上編碼的數(shù)據(jù)。
33.一種讀取存儲在磁性標(biāo)記上的數(shù)據(jù)的方法，該磁性標(biāo)記包括多個磁性元件，每個元件對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，其中當(dāng)沿一個方向閱讀該標(biāo)記時，相應(yīng)元件的指向性響應(yīng)的相對定向確定代表該數(shù)據(jù)的代碼序列，該方法包括處理該代碼序列，產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出的步驟。
34.按照權(quán)利要求33所述的方法，其中當(dāng)沿另一方向閱讀該標(biāo)記時，相應(yīng)元件的指向性響應(yīng)的相對定向確定代表該數(shù)據(jù)的相反代碼序列，該方法包括處理該代碼序列和該相反代碼序列，產(chǎn)生相同的數(shù)據(jù)輸出的步驟。
35.供按照權(quán)利要求33或34所述的方法中使用的包含多個磁性元件的磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記。
36.一種閱讀磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記的設(shè)備，該磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記沿任意空間方向被布置，該標(biāo)記包括多個磁性元件，每個元件對施加的磁場表現(xiàn)出指向性響應(yīng)，該設(shè)備包括產(chǎn)生閱讀該標(biāo)記的詢問磁場的裝置；檢測標(biāo)記對詢問磁場的響應(yīng)的裝置；及確定該標(biāo)記的定向的裝置。
37.按照權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中產(chǎn)生裝置包含在檢測裝置能夠檢測標(biāo)記響應(yīng)的整個區(qū)域上產(chǎn)生均勻的詢問磁場的線圈結(jié)構(gòu)。
38.按照權(quán)利要求36或37所述的設(shè)備，包括用于沿三個正交方向產(chǎn)生均勻的詢問磁場的裝置。
39.按照權(quán)利要求36-38任一所述的設(shè)備，還包括處理在檢測裝置接收的響應(yīng)，以模擬沿瞬時詢問磁場矢量對時間的導(dǎo)數(shù)的方向旋轉(zhuǎn)的檢測線圈的效果的裝置。
40.按照權(quán)利要求36-39任一所述的設(shè)備，還包括監(jiān)測詢問磁場的方向的裝置。
41.按照權(quán)利要求36-40任一所述的設(shè)備，其中詢問磁場的旋轉(zhuǎn)頻率基本恒定。
42.按照權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其中該頻率小于1kHz。
全文摘要
一種磁性數(shù)據(jù)標(biāo)記和標(biāo)記閱讀系統(tǒng),該標(biāo)記多個磁性層,所述多個磁性層被布置成可借助它們的易磁化軸的相對定向存儲數(shù)據(jù)。和數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)一起說明了標(biāo)記閱讀器,該數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)提供給要沿任意標(biāo)記定向讀取的數(shù)據(jù),從而該系統(tǒng)可用作光學(xué)條形碼標(biāo)記系統(tǒng)的替代物。
文檔編號G06K19/02GK1290379SQ99802858
公開日2001年4月4日 申請日期1999年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月12日
發(fā)明者安德魯·N·丹姆斯, 詹姆斯·M·C·英格蘭 申請人:森泰克有限公司