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    • 专利摘要:
    本發明揭示一種在一磁力共振電子物件識別系統中之編碼標誌，其包括複數個基於一具有改良之磁力共振效能之非晶系磁性合金扁帶的易延展磁致伸縮元件或條帶。該編碼標誌充分利用該等改良之磁力特性，且一電子物件識別系統利用該編碼標誌。改良之可編碼及可解碼標誌/識別系統能夠識別比習知系統大很多之數目的物件。
    公开号:TW201300816A
    申请号:TW101128803
    申请日:2006-03-29
    公开日:2013-01-01
    发明作者:Ryusuke Hasegawa
    申请人:Metglas Inc；
    IPC主号:G06K19-00
    专利说明:
    用於編碼電子物件識別系統之標誌
    本發明係關於鐵磁性非晶系合金扁帶且係關於一種用於在一電子物件識別系統中使用之標誌，該標誌包括複數個基於非晶系磁致伸縮材料之矩形條帶，該材料以多個共振頻率在一交變磁場中機械地振動，藉以將該標誌之磁力效應有效地利用於編碼及解碼目的。本發明亦針對一種利用該標誌之電子識別系統。
    磁性材料之磁致伸縮係一種在該磁性材料上施加一外部磁場時發生尺寸變化的現象。當尺寸變化為使得在材料經磁化時伸長時，將該材料稱為「正磁致伸縮的」。當一材料係「負磁致伸縮的」時，材料在其磁化時收縮。因此在任一情形中，磁性材料在其處於一交變磁場中時振動。當連同交變磁場施加一靜態磁場時，磁性材料之機械振動之頻率藉由磁致彈性耦合隨該施加之靜態磁場而變化。通常將此稱為△E效應，其描述於(例如)S.Chikazumi之「Physics of Magnetism」(John Wiley及Sons,New York,1964，第435頁)中。此處，E(H)代表楊氏模數(Young's modulus)，其係一施加場H之函數，且材料之振動或共振頻率f r 藉由下式與E(H)相關：f r =(1/2l)[E(H)/ρ]1/2， (1)其中，l係材料長度且ρ係材料之質量密度。將上述磁致彈性或磁致力效應利用於電子物件監視系統中，該等系統首先教示於美國專利第4,510,489號及第4,510,490號中(在下文中為'489及'490專利)。該等監視系統係有利系統，其有利之處在於其提供一高偵測敏感度、高操作可靠性及低操作成本之組合。
    該等系統中之標誌係一具有鐵磁性材料的已知長度的條帶，或複數個條帶，其封裝有一提供稱為偏磁場之靜態場之磁性上更硬的鐵磁體(具有更高矯頑磁性之材料)以建立峰值磁致力耦合。該鐵磁性標誌材料較佳為非晶系合金扁帶，因為該等合金中之磁致力耦合的效率非常高。機械共振頻率f r 大體上由如上述方程式(1)表示之合金扁帶之長度及偏磁場強度決定。當在一電子識別系統中遭遇一調諧至共振頻率之訊問信號時，該標誌材料以一藉由該系統中之一接收器偵測之大信號場作出回應。
    於上述用於基於磁力共振之編碼識別系統之美國專利第4,510,490號中考慮若干非晶系鐵磁性材料且此等非晶系鐵磁性材料包括非晶系Fe-Ni-Mo-B、Fe-Co-B-Si、Fe-B-Si-C及Fe-B-Si合金。在該等合金中，廣泛地使用一種市售非晶系Fe-Ni-Mo-B基之METGLAS®2826MB合金直至藉由基於磁性諧波產生/偵測之其他系統的磁力共振標誌的偶然觸發。發生此情況係由於此時所使用之磁力共振標誌有時展現的非線性BH特徵，從而導致產生激發場頻率之更高諧波。為避免該問題，有時將一系統稱為「污染問題」，已發明一系列新標誌材料，其實施例揭示於美國專利第5,495,231號、第5,539,380號、第5,628,840號、第5,650,023號、第6,093,261號及第6,187,112號中。雖然該等新標誌材料平均而言表現優於原始'489及'490專利之監視系統中利用之材料，但在(例如)美國專利第6,299,702號(下文為'702專利)中揭示之標誌材料中已發現稍許更佳之磁力效能。此等新標誌材料需要複雜熱處理過程以獲得如(例如)'702專利中所揭示之理想磁力特性。顯然，需要一種新的磁力標誌材料，其不需要該複雜的後扁帶製造過程且本發明之一個目標在於提供具有高磁力效能而不導致上述「污染問題」之標誌材料。充分利用本發明之新磁力標誌材料，本發明包括一種具有編碼及解碼能力之標誌及一種利用該標誌之電子識別系統。美國專利第4,510,490號中教示一種具有一磁力標誌之編碼監視系統，但由於一標誌中之有限可利用空間，組成標誌條帶之數目受到限制，因此限制了使用該標誌之編碼及解碼能力的域。
    顯然，需要一種顯著增加標誌條帶之數目而不犧牲作為一具有編碼及解碼能力之電子物件識別系統中之一編碼標誌的效能的標誌，下文稱為「編碼物件識別系統」。
    根據本發明，於一基於磁力共振之電子識別系統之一標誌中包括軟磁材料。
    具有增強之總磁力共振特性之標誌材料是由一非晶系合金扁帶製造使得在一編碼標誌中罩蔽大量標誌條帶。將一種具有磁力共振能力之扁帶形軟磁性材料澆注於一旋轉基板上，如美國專利第4,142,571號中所教示。當所澆注扁帶寬度寬於用於一標誌材料之預定寬度時，將該扁帶分割為該預定寬度。將經如此處理之扁帶切割為具有不同長度之易延展、矩形非晶系金屬條帶以使用該等條帶中之複數個條帶製造一磁力共振標誌，其中至少一個半硬磁性條帶提供一偏磁靜態磁場。
    一編碼電子物件識別系統利用本發明之一編碼標誌。該系統具有一物件訊問區，其中本發明之一磁力標誌經受一具有變化頻率之訊問磁場，藉由一具有一對置於該物件訊問區中之天線線圈的接收器偵測回應該訊問磁場激發之信號。
    根據本發明之一實施例，提供一種適用於以預先選擇之頻率機械共振之一磁力共振電子物件識別系統的編碼標誌，其包含：複數個由具有沿一扁帶長度方向之曲率且在具有一靜態偏磁場之交變激發場下展現磁力共振之非晶系鐵磁性合金扁帶切割至預定長度的易延展磁致伸縮條帶，該等條帶具有一垂直於一扁帶軸之磁各向異性方向，其中該等條帶中之至少兩條帶適用於磁性地偏壓以便以該等預先選擇之頻率中之一單個、不同者共振。
    經選擇後，該標誌條帶曲率之曲率半徑小於100 cm。
    根據本發明之一實施例，編碼是藉由將一磁各向異性方向垂直於扁帶軸之非晶系磁致伸縮合金扁帶切割為一具有一預定長度之矩形條帶而進行，其中該條帶具有一大於3之長寬比。
    經選擇後，該等條帶具有一在大約3 mm至大約15 mm之範圍內的條帶寬度。
    根據本發明之一實施例，該等條帶具有一在大約4 Hz/(A/m)至大約14 Hz/(A/m)之範圍內的共振頻率對偏磁場之斜率。
    經選擇後，該等條帶在一條帶寬度為6 mm時具有一大於大約18 mm之長度。
    根據本發明之一實施例，該等條帶具有小於大約120,000 Hz之磁力共振頻率。
    根據本發明之一實施例，非晶系鐵磁性合金扁帶具有一大約8 ppm與大約18 ppm之間的飽和磁致伸縮及一大約0.7 tesla與大約1.1 tesla之間的飽和感應。
    根據本發明之一實施例，非晶系鐵磁性合金扁帶之非晶系鐵磁性合金具有基於Fea-Nib-Moc-Bd之組份，其中30a43、35<b48、0<c5、14d20且a+b+c+d=100，可由Co、Cr、Mn及/或Nb視情況替代Mo之高達3原子%且可由Si及/或C視情況替代B之高達1原子%。
    根據本發明之一實施例，非晶系鐵磁性合金扁帶之非晶系鐵磁性合金具有下列成份之一者之組份：Fe40.6 Ni40.1 Mo3.7 B15.1 Si0.5、Fe41.5 Ni38.9 Mo4.1 B15.5、Fe41.7 Ni39.4 Mo3.1 B15.8、Fe40.2 Ni39.0 Mo3.6 B16.6 Si0.6、Fe39.8 Ni39.2 Mo3.1 B17.6 C0.3、Fe36.9 Ni41.3 Mo4.1 B17.8、Fe35.6 Ni42.6 Mo4.0 B17.9、Fe40 Ni38 Mo4 B18，或Fe38.0 Ni38.8 Mo3.9 B19.3。
    經選擇後，該編碼標誌包含至少兩個具有不同長度之標誌條帶。
    經選擇後，該編碼標誌包含五個具有不同長度之標誌條帶。
    經選擇後，該編碼標誌具有一大約30,000與大約130,000 Hz之間之磁力共振頻率。
    經選擇後，該編碼標誌具有一對於一具有兩標誌條帶之編碼標誌包含高達大約1800的可單獨識別物件且對於一具有五個標誌條帶之編碼標誌包含大約1.15億之可單獨識別物件的電子識別域。
    經選擇後，該編碼標誌具有一包含多於1.15億之可單獨識別物件的電子識別域。
    根據本發明之一實施例，該等條帶具有一小於大約120,000 Hz之磁力共振頻率。
    根據本發明之一實施例，一種具有一將一編碼標誌之編碼訊息解碼之能力的電子物件識別系統。該系統包含以下之一者：一對發射一瞄準該編碼標誌之AC激發場以形成一訊問區的線圈；一對接收來自該編碼標誌之編碼訊息的信號偵測線圈；一具有一電腦的電子信號處理裝置，該電腦具有一將編碼於該編碼標誌上之訊息解碼之軟體；或一識別該編碼標誌之電子裝置，其中該編碼標誌適用於以預先選擇之頻率機械地共振，其中該編碼標誌包含複數個由具有沿一扁帶長度方向之曲率且在具有一靜態偏磁場之交變磁場激發下展現磁力共振之非晶系鐵磁性合金扁帶切割至預定長度的易延展磁致伸縮條帶，該等條帶具有一垂直於一扁帶軸之磁各向異性方向，其中該等條帶中之至少兩條帶適用於磁性地偏壓以便以該等預先選擇之頻率中之一單個、不同者共振。
    經選擇後，標誌條帶曲率之曲率半徑為在大約20 cm與大約100 cm之間。
    一種具有增強之總磁力共振特性之標誌材料是由非晶系鐵磁性合金扁帶製造，使得在一編碼標誌中收納大量標誌條帶，其中該等條帶中之至少兩條帶適用於磁性地偏壓，以便以複數個預先選擇之頻率中之一單一、不同頻率機械地共振。如美國專利第4,142,571號中所教示，將一種具有磁力共振能力之扁帶形磁性材料澆注於一旋轉基板上。當澆注扁帶之寬度寬於用於一標誌材料之預定寬度時，將該扁帶分割為預定寬度。將經如此處理之扁帶切割為具有不同長度之易延展、矩形非晶系金屬條帶，以使用提供一偏磁靜態磁場之至少一半硬磁性條帶之條帶中的複數個條帶，製造一磁力共振標誌。
    在本發明之一實施例中，利用形成一用於標誌條帶之扁帶的非晶系鐵磁性合金中具有基於Fea-Nib-Moc-Bd之組份，其中30a43、35b48、0c5、14d20且a+b+c+d=100，高達3原子%之Mo視情況可由Co、Cr、Mn及/或Nb替代，且高達1原子%之B視情況可由Si及/或C替代。
    在本發明之一實施例中，利用形成一用於標誌條帶之扁帶的非晶系鐵磁性合金中具有下列成份中之一者的組份：Fe40.6 Ni40.1 Mo3.7 B15.1 Si0.5、Fe41.5 Ni38.9 Mo4.1 B15.5,Fe41.7 Ni39.4 Mo3.1 B15.8、Fe40.2 Ni39.0 Mo3.6 B16.6 Si0.6、Fe39.8 Ni39.2 Mo3.1 B17.6 C0.3、Fe36.9 Ni41.3 Mo4.1 B17.8, Fe35.6 Ni42.6 Mo4.0 B17.9 、 Fe40 Ni38 Mo4 B18，或Fe38.0 Ni38.8 Mo3.9 B19.3。
    因此，根據美國專利第4,142,571號中描述之發明澆注具有類似於市售非晶系磁致伸縮METGLAS®2826MB扁帶之化學成分之化學成分的非晶系合金扁帶。該澆注非晶系合金具有大約0.88 Tesla之飽和感應及大約12 ppm之飽和磁致伸縮。該扁帶具有大約100 mm及大約25 mm之寬度，且其厚度為大約28 μm。隨後將該扁帶分割為具有不同寬度之更窄扁帶。隨後將該經分割之扁帶切割為具有大約15 mm至大約65 mm之範圍之長度的易延展、矩形條帶。每一條帶具有一反映扁帶轉盤澆注機表面曲率之輕微曲率。在分割期間，原始曲率得以修正。如實例1中所描述之判定一分割及切割條帶之曲率。圖1A說明本發明之一實施例之標誌條帶10之實體外觀，而圖1B說明根據美國專利第6,299,702號中所揭示之複雜熱處理方法產生之習知條帶20的實體外觀。如所指出，本發明之一實施例的共振標誌偏壓條組態中的磁通量線11比一如圖1B中所說明之習知條帶的磁通量線21更為閉合。此致使本發明之一實施例之一標誌條帶10與一偏磁體條帶12之間優於藉由一習知條帶20及一偏磁體22達成之耦合的耦合，此使本發明之一實施例之共振標誌條帶兩端有較少磁通量洩漏。根據磁力共振效能，使用實例2之特性方法，檢驗本發明之實施例及習知條帶之每一共振標誌條帶。圖2將作為用於本發明之一實施例之一單條帶標誌830之偏磁場之函數的共振頻率與一習知條帶831的共振頻率相比較。圖2指示作為偏磁場之一函數之共振頻率變化在兩種情況中大約係相同的。圖2中描述之共振特徵在設計一具有去活化能力之共振標誌方面係重要的，因為去活化係藉由改變偏磁場強度而改變共振頻率的。在去活化期間，共振頻率f r 相對於偏磁場Hb之斜率，意即df r /dHb，決定去活化之效用，且因此係一有效共振標誌條帶之一重要因素。對於一電子編碼識別系統中之一標誌，當在一識別系統中需要一更高敏感度時，共振頻率對偏磁場之一更大斜率通常受到青睞。
    圖3中說明兩種情況之間之共振回應之比較，其中V0係激發場關閉時之回應信號振幅，且V1為該激發場終止後1 msec時之信號振幅。顯然，青睞一較高V1/V0比用於一共振標誌之更佳效能。因此將該等信號振幅之兩者用於工業中作為用於一磁力共振標誌之優值之一部分。圖3指示對於本發明之一實施例之共振標誌條帶，信號振幅V0 441及V1 442分別在Hb0=500 A/m及Hb1=400 A/m之偏磁場下變得最大，且對於一習知共振標誌條帶，信號振幅V0 443及V1 444分別在Hb0=460 A/m及Hb1=400 A/m之偏磁場下變得最大。此外，圖3指示：對於本發明之一實施例之一共振標誌條帶，在此等最大點處的V1/V0比高於於對於習知標誌條帶的V1/V0比，此說明本發明之一實施例之標誌條帶中的信號保持優於一習知標誌條帶中的信號保持，因此增強了本編碼電子識別系統之效用。
    表1匯總對於作為代表性習知標誌條帶與來自本發明之一實施例之標誌條帶之間的磁力共振器的標誌條帶的效能關鍵的參數的比較。應注意：本發明之一實施例之標誌條帶的效能接近於(或優於)一習知標誌條帶的效能。可將表I中本發明之一實施例之標誌條帶中的所有標誌條帶接受用作本發明之實施例的標誌。
    在表I中，將具有圖1中所定義之條帶曲率h之本發明之一實施例的標誌條帶之分別在偏磁場強度Hb0及Hb1下量測的V0及V1最大信號電壓，及在Hb1下量測的共振頻率斜率df r /dHb與隨機選擇之十個習知標誌條帶的對應特徵相比較。該等條帶之長度/皆為大約38 mm且其寬度為大約6 mm。由h及/計算每一標誌條帶之曲率半徑。每一條帶之共振頻率為大約58 kHz。

    表I包含目前廣泛使用之一大約6 mm標誌條帶寬度之資料。本發明之一態樣在於提供具有不同於大約6 mm之寬度的標誌條帶。由表I中所使用之相同扁帶分割具有不同寬度之標誌條帶，且判定其磁力共振特徵。結果匯總於表II中。共振信號電壓V0 max及V1 max如所預期之隨漸減之寬度而降低。隨漸減之寬度而降低之特徵欄位值Hb0及Hb1係由於去磁效應。因此，必須相應地選擇一偏磁場磁體。具有一更小寬度之標誌適用於一更小物件識別區域，而具有一更大寬度之標誌適用於一更大物件識別區域，因為如表II所指示，來自更大標誌條帶之共振信號更大。由於共振頻率主要取決於條帶長度(如方程式(1)所指示)，因此條帶寬度變化不影響所使用之該物件識別系統之共振頻率。
    表II展示本發明之一實施例之具有如圖1A中所定義之條帶高度h且具有不同條帶寬度的標誌條帶之磁力共振特徵。對於V0 max、Hb0、V1 max及df r /dHb之定義與表I中的定義係相同的。條帶長度l係約38 mm由h及/計算每一標誌條帶之曲率半徑。每一條帶之共振頻率為大約58 kHz。
    本發明之另一態樣在於提供多種在不同條件下操作之可用標誌。為此目的，藉由改變非晶系磁性合金扁帶之化學成分(標誌條帶由其產生)而變化磁力共振特徵。在表III中列出經檢驗之合金的化學成分，其中給出該等合金之飽和感應及磁致伸縮的值。在下述表IV中給出此等合金之磁力共振特性之結果。
    表III展示用於本發明之一實施例之磁力共振標誌之磁致伸縮非晶系合金及其組份、飽和感應Bs、飽和磁致伸縮λs的實例。由實例3中所描述之DC BH迴路量測判定Bs的值且藉由使用一經驗公式λs=k Bs 2計算λs的值，其中k=15.5 ppm/tesla2(根據S.Ito等人之Applied Physics Letters，第37卷，第665頁(1980))。
    表IV展示本發明之一實施例之具有表III中列出之不同化學成分的標誌條帶的磁力共振特徵，其具有圖1A中所定義之條帶高度h。V0 max、Hb0、V1 max及df r /dHb之定義與表I中係相同的。條帶之長度/皆為大約38 mm。由h及/計算每一標誌條帶之曲率半徑。每一條帶之共振頻率為大約58 kHz。
    表III中列出之所有具有不同化學成分之非晶系合金具有優良的磁力共振特徵(如表IV中所給出)，且因此在一本發明之一實施例之編碼電子識別系統中係有用的。
    此外，將根據實例1分割為大約6 mm寬之扁帶切割為具有不同長度之條帶，且檢驗其磁力共振特性。除了上述表I、表II及表IV中所包含之特性外，使用下式執行一判定磁力共振條帶之效用的補充測試：V(t)=Vo exp(-t/T) (2)其中，t為在終止AC勵磁後量測之時間且T為一用於共振信號衰變之特性時間常數。表I、表II及表IV中之V1max的值由t=1 msec之資料判定。表V中給出結果，其中匯總了表徵不同條帶長度之共振特性之其他參數。應注意，f r 完全遵循上文給出之方程式(1)之關係。亦應注意：T隨漸增之條帶長度而增大。若青睞一延遲信號偵測，則較大值之時間常數T係較佳的。然而，當掃描訊問AC場時，在一編碼電子物件識別系統中，表I中之V0值比V1值重要。
    如表V中所示，為本發明之一實施例之具有不同長度/之標誌條帶判定磁力共振特徵。每一條帶之寬度及厚度分別為大約6 mm及大約28 μm。方程式(1)及(2)中分別定義共振頻率f r 及時間常數T。V0 max、Hb0、V1 max、Hb1及df r /dHb之定義與表I中係相同的。圖1中定義標誌高度h，且使用h及l計算每一條帶之曲率半徑。
    除了需要表III中所列出之諸如飽和磁感應及磁致伸縮之基本磁特性以在本發明之一實施例的標誌條帶中產生磁力共振外，磁各向異性之方向(其為一標誌條帶中簡單磁化之方向)必須大體上與該條帶之長度方向垂直。如圖4所指示，情況的確如此，該圖描述了在60 Hz時使用一實例3之量測方法在一來自上述表V之大約38 mm長的條帶上選取之BH迴路。圖4之BH迴路指示H=0(意即B(H=0))時，剩磁感應接近於零且藉由接近於H=0之B/H定義之磁導率係線性的。圖4中所示之BH迴路之形狀係一磁性條帶.之典型BH行為，其中磁各向異性之平均方向垂直於條帶長度方向。圖4中所示之本發明之一實施例之標誌條帶的磁化行為的一結果為當將該條帶置放於一AC磁場中時，該條帶中無更高諧波產生。因此將「先前技術」部份中提及之該系統之「污染問題」最小化。為進一步檢驗此一點，將一來自圖4之標誌條帶之更高諧波信號與一基於磁性諧波產生/偵測之電子物件監視系統之一標誌條帶的諧波信號相比較。在下文表VI中給出此比較之結果。
    如表VI中所示，在本發明之一實施例之一標誌條帶與一基於Co基METGLAS®2714A合金之標誌條帶之間作出一磁性更高諧波信號比較，該Co基METGLAS®2714A合金之標誌條帶廣泛地使用於基於一磁性諧波產生/偵測系統之電子物件監視系統中。兩者情況中，條帶尺寸相同且大約為38 mm長及大約6 mm寬。基本激發頻率為2.4 kHz且藉由使用實例4之諧波信號偵測方法比較第25諧波信號。
    如表VI所指示，來自本發明之一實施例之標誌之小到可忽略的諧波信號不觸發一基於磁性諧波產生/偵測之電子物件監視系統。
    自許多如表I、表II、表IV及表V中特徵化之條帶中隨機選擇本發明之一實施例之兩個具有不同長度的標誌條帶且將其安裝於彼此之頂部，且如依圖5A中之條帶110及條帶111指示製造一標誌。將該等具有不同長度之兩個標誌條帶罩蔽於非磁性外殼100與101之間之一中空區域中。將一偏磁體120附著於一罩殼101之外表面上。為比較，藉由圖5B中之條帶210及條帶211展示兩習知標誌條帶之標誌組態，其中可用於該兩條帶之平面區域與用於圖5A之兩條帶者係相同的。圖5B中之數字200、201及202分別對應於圖5A中之項100、101及120。
    圖6A展示包含來自表V之一大約20 mm條帶及一大約57 mm條帶之標誌之對應於圖5A之本發明之一實施例之兩條帶標誌的磁力共振行為，且使用兩個具有大約20 mm及大約57 mm長度之條帶，在圖6B中展示對應於圖5B之根據'490專利製備之一習知兩條帶標誌的磁力共振行為。自圖6A-6B中清楚可見：來自本發明之一實施例之兩標誌條帶的總信號振幅顯著高於來自兩習知標誌條帶的總信號振幅。對於圖5A中所說明之本發明之一實施例之一標誌的情況，來自本發明之一實施例之更長尺寸條帶的信號振幅V0(在圖6A中說明)比用於圖5B之更長尺寸之習知標誌條帶的對應值V0(在圖6B中說明)高大約280%。對於較短尺寸條帶，本發明之一實施例之條帶產生一比其對應之習知標誌條帶之信號振幅V1(在圖6B中說明)高370%的更高信號振幅V1(在圖6A中說明)。圖7中描繪一接近於圖6A中所展示之較低共振頻率f r =38,610 Hz附近之經放大的共振振幅分佈，其展示此點定義為頻率寬度之磁力共振的寬度，其中該振幅變為峰值振幅之½，大約為420 Hz。對於接近於f r =109,070 Hz之上部共振頻率區域，信號振幅具有一如圖8中所示之大約660 Hz的頻寬。該頻寬(下文中稱為共振線寬)是用於判定用於具有稍許不同長度之兩個標誌條帶之兩個相鄰共振頻率之間的最小共振頻率分隔。
    圖9-1說明本發明之一實施例之一標誌，其包含三個具有隨機選擇自上述表I、表II及表IV之不同長度的標誌條帶311、312及313。兩個外殼300與301之間的空腔空間302係用以容納本發明之實施例的標誌條帶311、312及313，且數字330指示一附著於罩殼301之外表面上的偏磁體。圖10中展示具有三個條帶之標誌的磁力共振特徵，該三個條帶具有大約25 mm、大約38 mm及大約52 mm之長度及大約6 mm之寬度。在圖6A及圖7中注意到：所觀察之機械共振係明顯的，其中在大約40,000 Hz之較低共振頻率區域附近具有大約400 Hz之共振線寬，且在大約110,000 Hz之較高共振頻率區域附近具有大約700 Hz之共振線寬，如圖6A及圖8中所指示，其指示本發明之一實施例的一標誌中具有不同長度之標誌條帶之間的磁力干擾係無足輕重的，此繼而允許堆疊三個以上之標誌條帶。圖9-2中，條帶對條帶磁力干擾之缺乏係明顯的，這是因為三個具有不同長度之標誌條帶沿該等條帶之寬度方向中的中心附近的線在其本身之間相互接觸。類似地，五個具有大約30 mm、大約38 mm、大約42 mm、大約47 mm及大約52 mm之不同長度且具有大約6 mm之寬度的條帶是選自表I、表II、表IV及表V之條帶，且一標誌得以製造。圖11中展示此五條帶標誌之共振特徵。表VII中給出利用不同長度標誌條帶之本發明之一實施例之標誌的共振特徵的概述。
    如表VII中所示，共振信號V0 max及V1 max定位於來自本發明之編碼標誌的個別共振頻率f r 上。
    在表VII中，標誌條帶寬度及厚度分別為大約6 mm及大約28 μm。
    表VII中給出之共振信號V0 max及V1 max顯著到足以在一根據本發明之實施例的電子物件識別系統中偵測到。表V中之資料導致共振頻率f r 與條帶長度之間的關係，其由以下方程式給出：f r =2.1906 x106/l(Hz)，其中，l係以毫米(mm)表示之條帶長度。使用與方程式(1)一致之此關係，如下判定由在將扁帶切割為一預定長度中之公差導致的共振頻率的變率。f r 與l之間之上述關係導致△f r /△l=-2.906x106/2l 2，其中△f r 係由於條帶長度△l上之變化而導致之共振頻率的改變。藉由將標稱或目標條帶長度與表V中給出之實際長度相比較判定使用一市售扁帶切割機可獲得之標誌條帶切割公差。舉例而言，表V中具有18.01 mm長度之條帶具有18 mm的目標條帶長度，導致0.01 mm之切割公差。使用因此獲得之切割機器公差，計算出由於條帶長度變化導致之頻率變率△f r ，其在大約3 Hz(較短條帶)至大約400 Hz(較長條帶)的範圍之間。由於一較長條帶之共振線寬為大約400 Hz(如圖7所指示)且較短條帶為大約700 Hz(如圖8所指示)，因此將一根據本發明之實施例之電子物件識別系統中的可辨別之最小頻率分隔判定為大約800 Hz。因此，為確保無錯誤識別，選擇一超過該最小可辨別共振頻率分隔兩倍的2 kHz共振頻率分隔以判定在一選定域中可識別物件之數目。由表V中所列出之標誌條帶所覆蓋之在大約34,000 Hz至大約120,000 Hz之範圍內的共振頻率，覆蓋一大約86,000 Hz之共振頻率間隔。藉由使用一2 kHz共振頻率分隔用於無錯誤識別，如上文中所判定，電子可識別物件之數目在一標誌僅具有一個條帶時變為43，其在一標誌具有兩個、三個、四個及五個標誌條帶時在一給定域中分別增加至大約1800、74000、296萬及1.155億，其中在一根據本發明之編碼電子物件識別系統中利用根據本發明之一實施例的不同長度。該等可識別或編碼物件之數目藉由添加更多標誌條帶及/或改變一標誌中之偏磁場的位準而進一步增加。
    如圖12中所說明，將上述編碼標誌501有效地利用於一根據本發明之實施例之電子物件識別系統中。將一攜帶本發明之一實施例之編碼標誌501的待識別為502的物件置放於圖12中之一訊問區510中，該訊問區510由一對訊問線圈511側翼包圍。該等線圈511發射藉由一由一信號產生器513及一具有變化頻率之AC放大器514組成之電子裝置512饋入的AC磁場，其由一電子電路盒515控制用於其瞄準待識別之物件502的開-關操作。當將該物件502置放於區510中時，該電子電路盒515在自最低頻率掃描至最高頻率之訊問AC場頻率上接通，該訊問AC場頻率之範圍取決於標誌之預定頻率範圍。在該率掃描中，在一對信號接收線圈516中偵測到一來自本發明之一實施例之編碼標誌501的共振信號，導致一如圖11中所例示之共振信號分佈。因此藉由信號偵測器517獲得之信號分佈儲存於一電腦518中，電腦518經程式化以識別編碼於本發明之一實施例之編碼標誌501中的共振頻率序列。當完成此識別時，電腦518將該識別之信號報告結果發送至一識別器519且發送至電子電路盒515以用於重置系統。若需要如此，則在物件502退出訊問區510後，可藉由將標誌中之偏磁體去磁而將一根據本發明之實施例的編碼標誌去活化。
    使用以上提供之編碼電子物件識別系統來藉由以變化頻率掃描一AC激發場識別一物件。在特定情況中，需要延遲識別，其可藉由如圖3、圖5(a)、圖10及圖11中所描繪之追蹤V1而完成。此可藉由對圖12中之電腦517進行程式化以將V1處理為掃描頻率之一函數而用電子學方法完成。 實例1
    使用一習知金屬扁帶切割機將一經分割之扁帶切割為易延展及矩形條帶。每一條帶之曲率藉由量測該條帶長度l上之彎曲表面的高度h用視力判定，如圖1A中所定義。 實例2
    在其中一對線圈供應一靜態偏磁場之裝置中判定磁力效能，且藉由一伏特計及一示波器量測出現於藉由一補償線圈補償之信號偵測線圈中的電壓。因此，量測所得電壓係依賴於偵測線圈且指示一相關信號振幅。藉由一市售函數產生器及一AC放大器供應激發AC場。將來自該伏特計之信號電壓列表且將一市售電腦軟體用於分析及處理收集之資料。 實例3
    利用一市售DC BH迴路量測裝置量測磁感應B作為施加場H之一函數。對於一AC BH迴路量測，使用一激發線圈偵測線圈總成(exciting coil-detecting coil assembly)(類似於實例4者)且將來自該偵測線圈之輸出信號饋入一電子積分器中。隨後校準積分信號以給出一樣品之磁感應B的值。參照施加場H繪製合成B，得到一AC BH迴路。在AC與DC兩種情況中，施加場及量測之方向係沿標誌條帶之長度方向。 實例4
    將一根據實例1製備之標誌條帶以一預定基本頻率置放於一激發AC場中且藉由一包含該條帶之線圈偵測其更高諧波回應。將該激發線圈及信號偵測線圈纏繞於一具有大約50 mm直徑之線軸上。該激發線圈及信號偵測線圈中繞組之數目分別為大約180及大約250。所選擇之基本頻率為2.4 kHz且其在激發線圈上之電壓為大約80 mV。量測來自該信號偵測線圈之第25諧波電壓。
    因此，在本發明之一實施例中，標誌條帶曲率之一曲率半徑可小於大約100 cm，或在大約20 cm與大約100 cm之間。
    經選擇後，藉由將一非晶系磁致伸縮合金扁帶(其磁各向異性方向垂直於扁帶軸)切割為一具有一預定長度之矩形條帶(具有大於3之長寬比)進行編碼。
    同樣，經選擇後，該等條帶具有在大約3 mm至大約15 mm之範圍內的條帶寬度。
    在本發明之一實施例中，該等條帶具有在大約4 Hz/(A/m)至大約14 Hz/(A/m)之範圍內的共振頻率對偏磁場之斜率。
    經選擇後，該等條帶在條帶寬度為6 mm時具有大於大約18 mm之長度。
    同樣，經選擇後，該等條帶具有小於大約120,000 Hz之磁力共振頻率。
    在本發明之一實施例中，非晶系鐵磁性合金扁帶具有一在大約8 ppm與大約18 ppm之間之飽和磁致伸縮及一在大約0.7 tesla與大約1.1 tesla之間之飽和感應。
    在本發明之一實施例中，該編碼標誌包含至少兩個具有不同長度之標誌條帶。經選擇後，該編碼標誌包含五個具有不同長度之標誌條帶。
    在本發明之一實施例中，該編碼標誌具有一在大約30,000與大約130,000 Hz之間之磁力共振頻率。
    在本發明之一實施例中，該編碼標誌具有一對於一分別具有兩個及五個標誌條帶之編碼標誌包含高達大約1800與大約1.15億之間的可單獨識別物件繁榮電子識別域。
    在本發明之一實施例中，該編碼標誌具有一包含多於1.15億之可單獨識別物件的電子識別域。
    因此，在本發明之一實施例中，一種適用於以預先選擇之頻率機械共振之一磁力共振電子物件識別系統的編碼標誌，包含：複數個由非晶系鐵磁性合金扁帶切割至預定長度之易延展磁致伸縮條帶，其具有沿一扁帶長度方向之曲率且在具有一靜態偏磁場之交變磁場激發下展現磁力共振，該等條帶具有一垂直於一扁帶軸之磁各向異性方向，其中，該等條帶中之至少兩條帶適用於磁性地偏壓以便以該等預先選擇之頻率中之一單個、不同者共振。
    此外，在本發明之經選擇實施例中，一種電子物件識別系統具有一將編碼標誌之編碼訊息解碼之能力。該編碼標誌適用於以預先選擇之頻率機械地共振，且該編碼標誌包含複數個由具有沿扁帶長度方向之曲率且在具有一靜態偏磁場之交變磁場激發下展現磁力共振的非晶系鐵磁性合金扁帶切割至預定長度之易延展磁致伸縮條帶，該等條帶具有一垂直於一扁帶軸之磁各向異性方向，且其中該等條帶中之至少兩條帶適用於磁性地偏壓以便以該等預先選擇之頻率中之一單個、不同者共振。該電子物件識別系統包含以下中之一者：一對發射一瞄準編碼標誌之AC激發場以形成一訊問區的線圈；一對接收來自該編碼標誌之編碼訊息的信號偵測線圈；一具有一電腦的電子信號處理裝置，該電腦具有一將編碼於該編碼標誌上之訊息解碼之軟體；或一識別該編碼標誌的電子裝置。因此，如提供一編碼標誌之識別一樣，該電子物件識別系統可識別一具有附著於其之編碼標誌的物件。
    雖然已展示且描述本發明之若干實施例，但彼等熟習此項技術者應瞭解：可對此等實施例作出多種改變而不脫離本發明之原理及精神，其範疇定義於申請專利範圍及其均等物中。
    10‧‧‧標誌條帶
    11,21‧‧‧磁通量線
    12‧‧‧偏磁體條帶
    20‧‧‧習知條帶
    22‧‧‧偏磁體
    100,101‧‧‧非磁性外殼
    110,111‧‧‧條帶
    120‧‧‧偏磁體
    200,201‧‧‧非磁性外殼
    210,211‧‧‧條帶
    220‧‧‧偏磁體
    300,301‧‧‧外殼
    302‧‧‧空腔空間
    311,312,313‧‧‧標誌條帶
    330‧‧‧偏磁體
    501‧‧‧編碼標誌
    502‧‧‧物件
    510‧‧‧訊問區
    511‧‧‧訊問線圈
    512‧‧‧電子裝置
    513‧‧‧信號產生器
    514‧‧‧AC放大器
    515‧‧‧電子電路盒
    516‧‧‧信號接收線圈
    517‧‧‧信號偵測器
    518‧‧‧電腦
    519‧‧‧識別器
    圖1A說明一根據本發明之一實施例之由一非晶系合金扁帶切割且具有一偏磁體之條帶的側視圖，且圖1B說明一具有一偏磁體之一習知條帶之圖；圖2說明根據本發明之一實施例之一單條帶標誌的磁力共振特徵及一習知單條帶標誌的磁力共振特徵，其將共振頻率展示為偏磁場之一函數；圖3說明根據本發明之一實施例之單條帶標誌的共振信號及一習知條帶標誌的共振信號，其將共振信號振幅展示為偏磁場之一函數；圖4說明一在60 Hz時在本發明之一實施例之標誌條帶上選取的BH迴路，該條帶具有大約38 mm之長度、大約6 mm之寬度及大約28 μm之厚度；圖5A說明根據本發明之實施例之一磁力共振標誌的一實施例的實體分佈的比較，及圖5B說明一習知標誌之比較，兩種情況中均利用兩種具有不同長度之標誌條帶；圖6A說明本發明之一實施例之具有不同長度之兩個條帶的一標誌的磁力共振特徵，且圖6B說明一具有兩個不同長度的條帶的習知標誌的磁力共振特徵；圖7說明在圖6A之較低共振頻率區域附近之共振信號分佈；圖8說明在圖6A之較高共振頻率區域附近之共振信號分佈；圖9-1及9-2說明本發明之一實施例的標誌，其中罩蔽三個具有不同長度之條帶；圖10說明本發明之一實施例之具有不同長度之三個條帶的一標誌的磁力共振特徵；圖11說明本發明之一實施例之具有不同長度之五個條帶的一標誌的磁力共振特徵；及圖12說明根據本發明之一實施例之編碼電子物件識別系統。
    100,101‧‧‧非磁性外殼
    110,111‧‧‧條帶
    120‧‧‧偏磁體
    权利要求:
    Claims (3)
    [1] 一種可編碼磁力共振(magnetomechanical resonant)電子物件識別系統之標誌，其包含：複數個切割自非晶系鐵磁性合金扁帶之易延展磁致伸縮(magnetostrictive)條帶，該等條帶具有沿一扁帶長度方向之曲率，並具有一垂直於一扁帶軸之磁各向異性方向，其中該等條帶中之至少兩者適用於磁性地加偏壓，以便以該等預先選擇之頻率中之一單個、不同者共振。
    [2] 如請求項1之標誌，其中該等非晶系鐵磁性合金扁帶中之一非晶系鐵磁性合金具有一鐵之原子百分比大於35%之組成。
    [3] 一種具有一將一標誌之訊息解碼之能力的電子物件識別系統，該系統包含以下中之一者：一對發射一描準該標誌之具有變化頻率之AC激發場，以形成一訊問區的線圈；一對接收來自該標誌之訊息的信號偵測線圈；一具有一電腦之電子信號處理裝置，該電腦具有一將該標誌上之訊息解碼之軟體；或一識別該標誌之電子裝置；其中，該標誌包含複數個切割自非晶系鐵磁性合金扁帶之易延展磁致伸縮條帶，該等條帶具有沿一扁帶長度方向之曲率，並具有一垂直於一扁帶軸之磁各向異性方向，其中該等條帶中之至少兩者適用於磁性地加偏壓，以便以該等預先選擇之頻率中之一單個、不同者共振。
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    法律状态:
    2017-01-11| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US11/095,559|US20060219786A1|2005-04-01|2005-04-01|Marker for coded electronic article identification system|
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