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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft in Systemen für elektronische Artikelsicherung
(EAS) verwendete magnetomechanische Markierungen.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Es
ist wohlbekannt, elektronische Artikelsicherungssysteme vorzusehen,
um den Diebstahl von Waren aus Kaufhäusern zu verhindern oder davor abzuschrecken.
In einem typischen System werden Markierungen, die so ausgelegt
sind, daß sie
mit einem am Kaufhausausgang angeordneten elektromagnetischen Feld
in Wechselwirkung treten, an Herstellungsartikeln befestigt. Wenn
eine Markierung in das Feld bzw. die "Abfragezone" gebracht wird, wird das Vorhandensein
der Markierung erkannt und ein Alarm erzeugt. Bestimmte Markierungen
dieses Typs sind dafür
bestimmt, an der Kasse nach Bezahlung für die Waren entfernt zu werden.
Andere Markierungstypen bleiben an den Waren angebracht, werden
aber nach der Kasse durch eine Deaktivierungseinrichtung deaktiviert,
die eine magnetische Charackteristik der Markierung so verändert, daß die Markierung
in der Abfragezone nicht mehr erkennbar ist.
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Ein
bekannter Typ von EAS-System verwendet magnetomechanische Markierungen,
die ein "aktives" magnetostriktives
Element und ein Vorspannungs- oder "Steuer-"element, das ein Magnet ist, der ein
Vorspannungsfeld liefert, enthalten. Ein Beispiel für diese
Art von Markierung ist in 1 gezeigt und
wird allgemein durch die Bezugszahl 10 angegeben. Die Markierung 10 enthält ein aktives
Element 12, ein starres Gehäuse 14 und ein Vorspannungselement 16.
Die Komponenten, aus denen die Markierung 10 besteht, werden
so zusammengebaut, daß der
magnetostriktive Streifen 12 in einer Aussparung 18 des
Gehäuses 14 ruht
und das Vorspannungselement 16 in dem Gehäuse 14 gehalten
wird, um so eine Abdeckung für
die Aussparung 18 zu bilden. Die Aussparung 18 und
der magnetostriktive Streifen 12 sind relativ so bemessen,
daß die
mechanische Resonanz des Streifens 12, die durch Aussetzen
gegenüber
einem geeigneten Wechselfeld verursacht wird, durch das Gehäuse 14 nicht
mechanisch behindert oder gedämpft
wird. Zusätzlich
ist das Vorspannungselement 16 in dem Gehäuse 14 positioniert, damit
das aktive Element 12 nicht "festgeklemmt" wird.
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Wie
aus dem US Patent Nr. 4,510,489, ausgegeben an Anderson et al.,
bekannt ist, wird das aktive Element 12 so gebildet, daß, wenn
das aktive Element einem Vorspannungsmagnetfeld ausgesetzt wird,
das aktive Element 12 eine natürliche Resonanzfrequenz aufweist,
mit der das aktive Element 12 mechanisch resoniert, wenn
es einem elektromagnetischen Wechselfeld mit der Resonanzfrequenz
ausgesetzt wird. Das Vorspannungselement 16 liefert, wenn
es bis zur Sättigung
magnetisiert ist, das erforderliche Vorspannungsfeld für die gewünschte Resonanzfrequenz
des aktiven Elements. Das Vorspannungselement 16 wird gewöhnlich aus
einem Material ausgebildet, das "semiharte" magnetische Eigenschaften
aufweist. "Semiharte" Eigenschaften werden
hier als eine Koerzitivität
im Bereich von etwa 10–500
Oersted (Oe) und einer Remanenz nach Entfernung eines Gleichstrom-Magnetisierungsfeldes, das
das Element im wesentlichen bis zur Sättigung magnetisiert, von etwa
6 kiloGauss (kG) oder mehr.
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Bei
einem bevorzugten EAS-System, das gemäß den Lehren des Patents von
Anderson et al. aufgebaut wird, wird das elektromagnetische Wechselfeld
als ein gepulstes Abfragesignal am Kaufhausausgang erzeugt. Nach
einer Erregung durch jeden Burst des Abfragesignals erfährt das
aktive Element 12 eine gedämpfte mechanische Oszillation,
nachdem jeder Burst vorüber
ist. Das von dem aktiven Element abgestrahlte resultierende Signal
wird durch Detektionsschaltkreise erkannt, die mit der Abfrageschaltung
synchronisiert und so ausgelegt sind, daß sie während der Stilleperioden nach
Bursts aktiv sind. EAS-Systeme, die Abfragesignale mit gepulstem Feld
zur Erkennung von magnetomechanischen Markierungen verwenden, werden
von dem Halter der vorliegenden Anmeldung unter dem Warenzeichen "ULTRA*MAX" vertrieben und sind
vielerorts im Einsatz.
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Die
Deaktivierung magnetomechanischer Markierungen wird in der Regel
dadurch durchgeführt,
daß das
Vorspannungselement so entmagnetisiert wird, daß die Resonanzfrequenz des
magnetostriktiven Elements wesentlich von der Frequenz des Abfragesignals
verschoben wird. Nachdem das Vorspannungselement entmagnisiert ist,
reagiert das aktive Element nicht auf das Abfragesignal, um ein
Signal mit ausreichender Amplitude zu erzeugen, um in den Detektionsschaltkreisen
erkannt zu werden.
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Bei
herkömmlichen
magnetomechanischen EAS-Markierungen wird das Vorspannungselement aus
einem semiharten magnetischen Material gebildet, das als "SemiVac 90" bezeichnet wird
und von Vacuumschmelze in Hanau verfügbar ist. SemiVac 90 hat eine
Koerzitivität
von etwa 70 bis 80 Oe. Es wird nunmehr allgemein als wünschenswert
betrachtet, sicherzustellen, daß der
Vorspannungsmagnet eine Koerzivität von mindestens 60 Oe aufweist,
um eine unbeabsichtigte Entmagnetisierung des Vorspannungsmagnets
(und Deaktivierung der Markierung) aufgrund von Magnetfeldern, die
auftreten könnten,
wenn die Markierung gelagert, versendet oder gehandhabt wird, zu
verhindern. Das Material SemiVac 90 erfordert ein Anwenden eines
Gleichstromfeldes von 450 Oe oder mehr, um eine Sättigung
von 99% zu erzielen, und für
eine Entmagnetisierung zu 95% ist ein Wechselstrom-Deaktivierungsfeld
von nahezu 200 Oe erforderlich.
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Aufgrund
des für
das Wechselstrom-Deaktivierungsfeld erforderlichen hohen Pegels
müssen herkömmliche
Einrichtungen zur Erzeugung des Wechselstrom-Deaktivierungsfeldes
(wie zum Beispiel Einrichtungen, die von dem Halter der vorliegenden
Anmeldung unter den Warenzeichen "Rapid Pad 2" und "Speed Station" vermarktet werden) auf gepulste Weise
betrieben werden, um den Stromverbrauch zu begrenzen und gesetzliche
Grenzen einzuhalten. Da das Wechselstromfeld jedoch nur in Impulsen
erzeugt wird, ist es notwendig, sicherzustellen, daß sich die
Markierung zum Zeitpunkt der Erzeugung des Deaktivierungsfeldimpulses
in der Nähe
der Einrichtung befindet. Zu bekannten Techniken zur Sicherstellung,
daß der
Impuls dann erzeugt wird, wenn sich die Markierung in der Nähe der Deaktivierungseinrichtung
befindet, gehören
das Erzeugen des Impulses als Reaktion auf eine von einem Bediener
der Einrichtung bereitgestellte manuelle Eingabe oder das Aufnehmen
von Markierungsdetektionsschaltkreisen in der Deaktivierungseinrichtung.
Durch die erstere Technik wird dem Bediener der Deaktivierungseinrichtung
eine Last auferlegt, und beide Techniken erfordern das Bereitstellen
von Komponenten, wodurch die Kosten der Deaktivierungseinrichtung
steigen. Außerdem
erzeugt auch eine gepulste Erzeugung des Deaktivierungsfeldes tendentiell
in der Spule, die das Feld abstrahlt, eine Erwärmung und erfordert außerdem,
daß elektronische
Bauelemente in der Einrichtung hohe Nennwerte aufweisen und deshalb
relativ kostspielig sind. Die Schwierigkeiten beim Sicherstellen,
daß ein
ausreichend starkes Deaktivierungsfeld an die Markierung angelegt
wird, werden durch die immer beliebtere Praxis des "Source-Tagging", d. h. des Befestigens von
EAS-Markierungen an Waren während
der Herstellung oder der Verpackung der Waren in einer Herstellungsfabrik
oder Verteilungseinrichtung erschwert. In bestimmten Fällen können die
Markierungen an Orten an den Herstellungsartikeln befestigt werden,
durch die es schwierig oder unmöglich
wird, die Markierung sehr nahe an die herkömmlichen Deaktivierungseinrichtungen
zu bringen.
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Aufgaben und
kurze Darstellung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, eine magnetomechanische
EAS-Markierung bereitzustellen, die durch Anwenden von Deaktivierungsfeldern
deaktiviert werden kann, deren Stärke niedriger ist als die für die Deaktivierung
herkömmlicher
magnetomechanischer Markierungen erforderlich sind.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von magnetomechanischen
EAS-Markierungen,
die mit Feldern deaktiviert werden können, die nicht auf gepulste,
sondern kontinuierliche Weise erzeugt werden.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von magnetomechanischen
Markierungen, die deaktiviert werden können, wenn die Markierung weiter
von der Deaktivierungseinrichtung entfernt ist, als bei herkömmlichen
magnetomechanischen Markierungen und herkömmlichen Deaktivierungseinrichtungen
möglich
ist.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von magnetomechanischen
Markierungen, die zuverlässiger
als herkömmliche
magnetomechanische Markierungen deaktiviert werden können.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung magnetomechanischer
Markierungen, die mit Gleichstromfeldern aktiviert werden können, deren
Pegel niedriger als der für
die Aktivierung herkömmlicher
magnetomechanischer Markierungen ist.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird eine Markierung zur Verwendung
in einem magnetomechanischen elektronischen Artikelsicherungssystem
bereitgestellt, umfassend:
ein amorphes magnetostriktives Element;
und
ein neben dem magnetostriktiven Element befindliches Vorspannungselement,
dadurch gekennzeichnet, daß
die
Markierung eine deaktivierungsfeldabhängige Resonanzfrequenzverschiebungskurve
mit einer Steigung aufweist, die mehr als 100 Hz/Oe beträgt.
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Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung werden magnetomechanische Markierungen unter
Verwendung von Steuerelementen konstruiert, die relativ niedrige
Koerzitivität
aufweisen, und die Resonanzfrequenz der Markierung kann durch Anlegen
eines relativ schwachen Wechselfeldes relativ abrupt verschoben
werden. Folglich kann der Pegel des Feldes, das durch die Markierungsdeaktivierungseinrichtungen
erzeugt wird, verringert werden, und mit dem niedrigeren Feldpegel
ist es durchführbar,
das Deaktivierungsfeld kontinuierlich zu erzeugen, anstatt auf gepulster
Basis wie bei herkömmlichen
Deaktivierungseinrichtungen. Deshalb ist es nicht mehr notwendig,
Markierungsdetektionsschaltkreise in der Deaktivierungseinrichtung
vorzusehen oder von einem Bediener der Deaktivierungseinrichtung
zu fordern, manuell einen Deaktivierungsfeldimpuls zu betätigen, wenn
die zu aktivierende Markierung neben der Deaktivierungseinrichtung
plaziert wird.
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Aufgrund
des durch die vorliegende Erfindung ermöglichten schwächeren Deaktivierungsfeldes
können
außerdem
Deaktivierungseinrichtungen mit Komponenten hergestellt werden,
die niedrigere Nennwerte als Komponenten aufweisen, die in herkömmlichen
Deaktivierungseinrichtungen verwendet werden, so daß zusätzliche
Kostenersparnisse realisiert werden können.
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Mit
den leichter deaktivierten Markierungen, die gemäß den Prinzipien der Erfindung
gebildet werden, kann die Deaktivierung ferner auch dann zuverlässig durchgeführt werden,
wenn sich die Markierung in einiger Distanz von der Deaktivierungseinrichtung
befindet, wie zum Beispiel bis zu einem Fuß. Diese Fähigkeit eignet sich besonders
für die
Deaktivierung von Markierungen, die als Teil eines Programms des "Source-Tagging" in einen Herstellungsartikel
eingebettet oder darin verborgen wurden.
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Die
obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
und Ausübungen
davon und auch den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen durchweg
gleiche Komponenten und Teile identifizieren, besser verständlich.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine isometrische Ansicht von Komponenten einer gemäß dem Stand
der Technik bereitgestellten magnetomechanischen Markierung.
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2 zeigt
als Graph, wie die Resonanzfrequenz und die Ausgangssignalamplitude
einer herkömmlichen
magnetomechanischen Markierung gemäß der Stärke eines an die Markierung
angelegten Entmagnetisierungsfeldes verändert werden.
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3 ist
ein ähnlicher
Graph wie 2, zeigt aber Änderungen
der Resonanzfrequenz und der Ausgangssignalamplitude für eine gemäß der vorliegenden
Erfindung bereitgestellte Markierung gemäß der Stärke des angelegten Entmagnetisierungsfeldes.
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4 zeigt
als Graph, wie sich ein Magnetisierungspegel abhängig von der Stärke eines
angelegten Gleichstrommagnetisierungsfeldes in Bezug auf das verwendete
Material gemäß der vorliegenden
Erfindung als ein Vorspannungselement in einer magnetomechanischen Markierung ändert.
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5 zeigt
als Graph Schwankungen des Magnetisierungspegels abhängig von
der Stärke
eines Wechselstrom-Entmagnetisierungsfeldes, das an ein vollmagnetisiertes
Element angelegt wird, das gemäß der Erfindung
als Vorspannungselement in einer magnetomechanischen Markierung
verwendet wird.
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6 ist
ein ähnlicher
Graph wie 5 und zeigt resultierende Magnetisierungspegel
gemäß der Stärke des
angelegten Wechselstrom-Entmagnetisierungsfeldes für ein Material,
das als ein Vorspannungselement gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird.
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7 ist
ein ähnlicher
Graph wie 2 und 3 und zeigt Änderungen
der Resonanzfrequenz und der Ausgangssignalamplitude gemäß der Stärke des
angelegten Entmagnetisierungsfeldes für eine magnetomechanische Markierung,
die gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung bereitgestellt wird.
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8 ist
ein Blockschaltbild eines elektronischen Artikelsicherungssystems,
das gemäß der vorliegenden
Erfindung bereitgestellte magnetomechanische Markierungen verwendet.
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9 ist
ein ähnlicher
Graph wie 4 und zeigt, wie sich ein Magnetisierungspegel
abhängig von
der Stärke
eines angelegten Gleichstrom-Magnetisierungsfeldes mit Bezug auf
ein als ein Vorspannungselement gemäß einer dritten Ausführungsform der
Erfindung verwendetes Material ändert.
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10 ist
ein ähnlicher
Graph wie 5 und 6 und zeigt
resultierende Magnetisierungspegel gemäß der Stärke des angelegten Wechselstrom-Entmagnetisierungsfeldes
für das
bei der dritten Ausführungsform
der Erfindung verwendete Vorspannungselementmaterial.
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11 ist
ein ähnlicher
Graph wie 2, 3 und 7 und
zeigt Änderungen
der Resonanzfrequenz und der Ausgangssignalamplitude gemäß der Stärke des
angelegten Entmagnetisierungsfeldes für eine gemäß der dritten Ausführungsform der
Erfindung bereitgestellte magnetomechanische Markierung.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
UND AUSÜBUNGEN
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Gemäß der Erfindung
wird eine Markierung wie die oben in Verbindung mit 1 beschriebene gebildet,
wobei als das Vorspannungselement 16 ein Material mit relativ
niedriger Koerzitivität
verwendet wird, wie zum Beispiel die als "MagnaDur 20-4" bezeichnete Legierung (die eine Koerzitivität von etwa 20
Oe aufweist und im Handel von der Carpenter Technology Corporation,
Reading, Pennsylvania, erhältlich
ist), anstelle der herkömmlichen
Materialien mit höherer
Koerzitivität,
wie zum Beispiel SemiVac 90. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das aktive Element 12 aus einem Band aus
amorpher Metallegierung gebildet, die zum Beispiel als Metglas 2628CoA
bezeichnet wird und im Handel von AlliedSignal, Inc., AlliedSignal
Advanced Materials, Parsippany, New Jersey, erhältlich ist. Es können auch
andere Materialien, die ähnliche
Eigenschaften aufweisen, für
das aktive Element 12 verwendet werden. Die Legierung 2628CoA
hat die Zusammensetzung Fe32Co18Ni32B17Si2.
Die Legierung 2628CoA wird einem kontinuierlichen Wärmebehandlungprozeß ausgesetzt,
bei dem das Material zuerst etwa 7,5 Sekunden lang bei Anwesenheit
eines transversal angelegten Gleichstrommagnetfeldes von 1,2 kOe
bei einer Temperatur von 360° wärmebehandelt
wird und dann für
einen weiteren Zeitraum von etwa 7,5 Sekunden bei einer kälteren Temperatur
unter im wesentlichen demselben transversal angelegten Feld wärmebehandelt
wird. Die zweistufige Wärmebehandlung
wird vorteilhafterweise durch Transportieren eines kontinuierlichen
Bandes durch einen Ofen durchgeführt, ähnlich wie
bei dem Prozeß,
der in der eigenen gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung, Laufnummer
08/420,757, registriert am 12.4.1995, beschrieben wird und für gewöhnlich mit
der vorliegenden Erfindung in Verbindung gebracht wird. Das aktive
Element 12 ist von dem Typ, der in einer Markierung verwendet
wird, die als Teilnummer 0630-0687-02 vom Halter der vorliegenden Anmeldung
erhältlich
ist.
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2 zeigt
Charackteristik einer bekannten magnetomechanischen Markierung,
bei der die Legierung 2628CoA nach Behandlung wie oben beschrieben
als das aktive Element und SemiVac 90 als das Vorspannungselement
verwendet wird. Zum Vergleich zeigt 3 Charackteristik
der gemäß der vorliegenden
Erfindung bereitgestellten Markierung, bei der das Material MagnaDur
20-4 als Vorspannungselement anstelle SemiVac 90 verwendet wird.
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In 2 gibt
die Bezugszahl 20 eine Kurve an, die eine Resonanzfrequenzverschiebungscharackteristik
der herkömmlichen
Markierung repräsentiert,
wobei Änderungen
der Resonanzfrequenz gemäß der Stärke eines
an die Markierung angelegten Entmagnetisierungsfeldes gezeigt sind.
Das Entmagnetisierungsfeld kann ein Wechselstromfeld sein, oder
ein Gleichstromfeld, das mit einer der Orientierung der Magnetisierung
des Vorspannungselements entgegengesetzten Orientierung angelegt
wird. Wenn das Entmagnetisierungsfeld ein Wechselstromfeld ist,
ist der angegebene Feldpegel die Spitzenamplitude. Die Kurve 20 ist
mit Bezug auf die linke Skala (Kilohertz) von 2 zu interpretieren.
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Die
Bezugszahl 22 zeigt eine Ausgangssignal-Amplitudencharackteristik
der herkömmlichen Markierung,
die auch von der Stärke
des angelegten Entmagnetisierungsfeldes abhängt. Die Kurve 22 ist mit
Bezug auf die rechte Skala (Millivolt) von 2 zu interpretieren.
Der auf der rechten Skala von 2 zu sehende
Begriff "A1" gibt den Ausgangssignalpegel
an, den die Markierung zu einem Zeitpunkt von 1 ms nach dem Ende
eines Impulses eines Abfragesignals, das an die Markierung mit der
Resonanzfrequenz der Markierung angelegt wird, wie an dem vertikal
entsprechenden Punkt auf der Kurve 20 angegeben. Die Resonanzfrequenz
der Markierung vor der Deaktivierung beträgt 58 kHz, wobei es sich um
eine Standardfrequenz für
das Abfragefeld bekannter magnetomechanischer EAS-Systeme handelt.
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Neben
anderen bemerkenswerten Charackteristik der in 2 präsentierten
Daten ist ersichtlich, daß für Entmagnetisierungsfelder
von 50 Oe oder weniger die Resonanzfrequenz der herkömmlichen
Markierung um weniger als 1,5 kHz verschoben wird. Um eine maximale
Verschiebung der Resonanzfrequenz von der Standard-Betriebsfrequenz
58 kHz und eine maximale Unterdrückung
der Ausgangssignalamplitude zu erreichen, ist es darüber hinaus
notwendig, ein Entmagnetisierungsfeld von etwa 140 bis 150 Oe anzulegen.
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In 3 repräsentiert
die Bezugszahl 24 die entmagnetisierungsfeldabhängige Kurve
der Resonanzfrequenzverschiebungscharackteristik für eine gemäß der vorliegenden
Erfindung bereitgestellte Markierung, wobei das Material MagnaDur
als ein Vorspannungselement verwendet wird. Die Kurve 26 repräsentiert
die entmagnetisierungsfeldabhängige Ausgangssignalcharackteristik
der gemäß der Erfindung
bereitgestellten Markierung. Die durch die Kurve 26 gezeigten
Ausgangspegel sind die Reaktion auf bei der Resonanzfrequenz erzeugte
Abfragesignale, wie an einem entsprechenden Punkt auf der Kurve 24 angegeben.
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Ein
wichtiger Punkt bezüglich
der in 3 gezeigten Charackteristik besteht darin, daß eine maximale
Resonanzfrequenzverschiebung auf etwa 60,5 kHz durch Anwendung eines
Entmagnetisierungsfeldes auf einem Pegel von sogar nur 35 Oe erreicht
wird. Die Abruptheit oder Steilheit der Frequenzverschiebungscharackteristikkurve 24 in 3 ist
auch bemerkenswert: an ihrem steilsten Punkt weist die Kurve 24 eine
Steigung von mehr als 200 Hz/Oe auf. Im Gegensatz dazu weist die
Kurve 20 von 2 an keinem Punkt eine Steigung
von mehr als etwa 60 Hz/Oe auf. Die Steigung der Kurve 20 liegt
an allen Punkten deutlich unter 100 Hz/Oe.
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4 und 5 repräsentieren
jeweils Magnetisierungs- und Entmagnetisierungscharackteristik des
gemäß der Erfindung
als Vorspannungselement verwendeten Materials MagnaDur.
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In 4 repräsentiert
Mra einen Sättigungsmagnetisierungspegel
für das
Material und Ha ist die Gleichstrom-Magnetfeldstärke, die zur Bewirkung einer
Sättigung
in dem Material erforderlich ist.
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Wie
in 4 gezeigt, resultiert ein Gleichstrom-Magnetisierungsfeld
von etwa 150 Oe, wenn es an das MagnaDur-Material in einem unmagnetisierten
Zustand angelegt wird, in einer im wesentlichen vollständigen Magnetisierung
des Materials. Im Gegensatz dazu ist ein Gleichstromfeld von 450
Oe oder mehr erforderlich, um das Material SemiVac 90 vollständig zu
magnetisieren.
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In 5 repräsentiert
Mrs einen Magnetisierungspegel, der 95% der Sättigung beträgt, und
Hms ist ein Pegel eines Wechselstromfeldes, das, wenn es an das
Material in einem gesättigten
Zustand angelegt wird, nicht bewirkt, daß das Material auf einen Pegel
von weniger als 95% Sättigung
entmagnetisiert wird. Ferner repräsentiert Mrd einen Magnetisierungspegel,
der 5% der Sättigung
beträgt,
und Hmd ist ein Pegel eines Wechselstromfeldes, der, wenn er an
das Material in einem gesättigten
Zustand angelegt wird, das Material auf 5% Sättigung oder weniger entmagnetisiert.
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Wie
aus 5 zu sehen ist, wird ein vollständig magnetisiertes
Vorspannungselement aus dem Material MagnaDur, wenn es einem Wechselstrom-Entmagnetisierungsfeld
mit einem Pegel von 100 Oe ausgesetzt wird, auf weniger als 5% der
vollen Magnetisierung entmagnetisiert. Außerdem besitzt das MagnaDur-Material
eine "stabile" Region für angelegte
Wechselstromfelder von etwa 20 Oe oder weniger, so daß die Magnetisierung
des Materials im wesentlichen unbeeinflußt bleibt, solange das angelegte
Wechselstromfeld höchstens
etwa 20 Oe beträgt.
Markierungen mit dem MagnaDur-Material als Vorspannungselement können folglich
keine unbeabsichtigte Entmagnetisierung erfahren, solange Umgebungsfelder
von höchstens
20 Oe angetroffen werden.
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Mit
einer gemäß der Erfindung
aufgebauten magnetomechanischen Markierung kann unter Verwendung
eines aus einem Material mit relativ niedriger Koerzitivität, wie zum
Beispiel MagnaDur, gebildeten Vorspannungselements eine Deaktivierung
unter Verwendung eines Wechselstrom-Deaktivierungsfeldes erzielt
werden, das einen signifikant niedrigeren Pegel als gemäß herkömmlicher
Praxis erforderlich aufweist. Die Deaktivierung der gemäß der Erfindung gebildeten
Markierung kann entsprechend stattfinden, ohne daß es notwendig
ist, die Markierung so nahe zu der Deaktivierungseinrichtung zu
bringen, wie zuvor erforderlich war. Es wird deshalb praktikabel,
Deaktivierungseinrichtungen vorzusehen, die mit niedrigeren Leistungspegeln
als herkömmliche
Deaktivierungseinrichtungen arbeiten. Da für die Deaktivierung ein niedrigerer
Leistungspegel erforderlich ist, können Komponenten mit niedrigeren
Nennwerten verwendet werden und das Deaktivierungsfeld kann kontinuierlich
erzeugt werden, anstatt auf gepulster Basis, wie bei herkömmlichen Deaktivierungseinrichtungen.
Durch Verwendung eines kontinuierlichen Deaktivierungsfeldes mit
relativ niedrigem Pegel wird es unnötig, in der Deaktivierungseinrichtung
Schaltkreise zum Erkennen der Anwesenheit der Markierung oder zum
Ermöglichen
eines Auslösens
eines Deaktivierungsfeldimpulses durch den Bediener der Einrichtung
vorzusehen. Dies führt
zu Kostenersparnissen in Bezug auf die Deaktivierungseinrichtung,
während
die Last des Bedieners, die bei vom Bediener betätigten gepulsten Deaktivierungseinrichtungen
präsent
ist, beseitigt wird.
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Mit
einem Vorspannungselement mit niedriger Koerzitivität gebildete
Markierungen gemäß der Erfindung
können
außerdem
zuverlässiger
deaktiviert werden, indem herkömmliche
Deaktivierungseinrichtungen verwendet werden, als dies bei Markierungen,
die aus SemiVac 90 gebildete Vorspannungselemente verwenden der
Fall ist.
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Der
für die
Deaktivierung der gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Markierung erforderliche
niedrigere Feldpegel hilft außerdem
bei der Berücksichtigung
von Source-Tagging-Praktiken, weil die Deaktivierung mit der Markierung
in einer größeren Distanz
von der Deaktivierungseinrichtung als bei vorbekannten Markierungen praktikabel
war ausgeführt
werden kann. Zum Beispiel wird es mit den gemäß der vorliegenden Erfindung
bereitgestellten Markierungen durchführbar, Markierungen zu deaktivieren,
die sich sogar ein Fuß weit
von der Spule entfernt befinden, die das Deaktivierungsfeld ausstrahlt.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung wird das Vorspannungselement 16 aus einem
Material gebildet, das eine sogar noch niedrigere Koerzitivität als MagnaDur
aufweist und bei dem das stabile Ansprechverhalten gegenüber Feldern von
weniger als 20 Oe fehlt. Genauer gesagt wird gemäß der zweiten Ausführungsform
das Vorspannungselement 16 aus einer Legierung mit der
Kennzeichnung Metglas 2605SB1 gebildet, die kommerziell von der
oben erwähnten
AlliedSignal Inc. erhältlich ist.
Das Material wird gemäß der folgenden
Prozedur behandelt, damit es die gewünschten magnetischen Charackteristik
aufweist.
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Ein
fortlaufendes Band aus dem SB1-Material wird in diskrete Streifen
in Form eines Rechtecks mit einer Länge von etwa 28,6 mm und einer
Breite von ungefähr
gleich der Breite des aktiven Elements zerschnitten. Die geschnittenen
Streifen werden in einen Ofen bei Zimmertemperatur gebracht, und
es wird im wesentlichen reine Stickstoffatmosphäre angewandt. Das Material
wird auf etwa 485°C
erhitzt, und diese Temperatur wird eine Stunde lang aufrechterhalten,
um eine Deformation der Abmessungen zu verhindern, die andernfalls
aus einer nachfolgenden Behandlung resultieren könnte. Als nächstes wird die Temperatur
auf etwa 585°C
erhöht.
Nach einer Stunde auf dieser Temperatur läßt man Umgebungsluft in den
Ofen, um eine Oxidation des Materials zu verursachen. Nach einer
Stunde Oxidation bei 585°C
wird wieder Stickstoffgas in den Ofen eingeführt, um die Umgebungsluft abzuführen und
die Oxidationsphase zu beenden. Dann erfolgt eine Behandlung bei
585°C und
in reinem Stickstoff für
eine weitere Stunde. An diesem Punkt wird die Temperatur auf 710°C erhöht, und
die Behandlung in reinem Stickstoff wird eine Stunde lang fortgesetzt,
woraufhin der Ofen bis auf Zimmertemperatur abkühlen gelassen wird. Erst nachdem
das Abkühlen
abgeschlossen ist, wird wieder ein Aussetzen gegenüber Luft
gestattet. (In allen Fällen
werden die oben angegebenen Temperaturwerte an den behandelten Proben
gemessen.)
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Das
resultierende wärmebehandelte
Material weist eine Koerzitivität
von etwa 19 Oe und eine Entmagnetisierungscharackteristik wie in 6 gezeigt
auf. Aus 6 ist ersichtlich, daß sogar
ein angelegtes Wechselstromfeld von nur 15 Oe zu einer wesentlichen
Entmagnetisierung (bis auf etwa 70% eines vollen Magnetisierungspegels)
der wärmebehandelten
SB1-Legierung führt.
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Ungeachtet
der Instabilität
des SB1-Materials angesichts recht schwacher Wechselstromfelder haben
die Anmelder entdeckt, daß,
wenn das Material als ein Vorspannungselement in einer magnetomechanischen
Markierung in der Nähe
eines aktiven Elements angebracht wird, die resultierende Markierung
wesentlich mehr Stabilität
aufweist, wenn sie schwachen Wechselstromfeldern ausgesetzt wird, als
aus der Entmagnetisierungscharackteristik des SB1-Materials zu erwarten
wäre, wenn
das Material für
sich betrachtet wird.
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7 zeigt
sowohl Resonanzfrequenzverschiebungs- als auch Ausgangssignalamplitudencharackteristik
einer Markierung, die das wärmebehandelte
SB1-Material als
Vorspannungselement und das 2628CoA-Material als aktives Element
verwendet. In 7 repräsentiert die Kurve 28 die
entmagnetisierungsfeldabhängige
Resonanzfrequenzverschiebungscharackteristik der Markierung, die das
SB1-Material verwendet, und Kurve 30 die Ausgangssignalamplitudencharackteristik
der Markierung. Die Kurve 28 ist mit Bezug auf die rechte Skala
(kHz) und die Kurve 30 mit Bezug auf die linke Skala (mV)
zu interpretieren.
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Aus 7 ist
ersichtlich, daß,
wenn ein Entmagnetisierungsfeld an die Markierung mit dem SB1-Material
mit bestimmten niedrigen Pegeln (etwa 45–15 Oe) angelegt wird, die
ausreichen würden,
um einen wesentlichen Entmagnetisierungsgrad des Vorspannungselements,
wenn es alleine steht, zu verursachen, die Markierung im wesentlichen
keine Änderung
ihrer Charackteristik (insbesondere der Resonanzfrequenz) aufweist
und nicht deaktiviert wird. Es wird angenommen, daß bei diesen
angelegten Entmagnetisierungsfeldpegeln eine magnetische Kopplung
zwischen dem aktiven Element und dem Vorspannungselement existiert
und das aktive Element als ein Flußablenker wirkt, um das SB1-Vorspannungselement
vor dem Entmagnetisierungsfeld abzuschirmen. Wenn das angelegte
Entmagnetisierungsfeld über
etwa 15 Oe liegt, nimmt die Permeabilität des aktiven Elements schnell
ab und ermöglicht ein
Entmagnetisieren des Vorspannungselements durch das Entmagnetisierungsfeld.
Folglich weisen sowohl die Frequenzverschiebungs- als auch die Ausgangssignalcharackteristik
wesentliche Stabilität für Entmagnetisierungsfeldpegel
bei etwa 15 Oe oder weniger und wesentliche Steilheit in dem Bereich
von 20–30
Oe des Entmagnetisierungsfeldes auf. Die Resonanzfrequenzverschiebungscharackteristik weist
in dem Bereich von 20–25
Oe eine Steigung von mehr als 100 Hz/Oe auf. Außerdem ist zu bemerken, daß ein angelegtes
Entmagnetisierungsfeld von weniger als 50 Oe zu einer sehr wesentlichen
Resonanzfrequenzverschiebung (mehr als 1,5 kHz) und einer praktischen
Beseitigung des A1-Ausgangssignals
führt.
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Aufgrund
des durch das aktive Element bereitgestellten Abschirmeffekts kann
das Vorspannungselement aus einem relativ instabilen Material gebildet
werden, das kostengünstiger
als das herkömmliche
Material SemiVac 90 und auch kostengünstiger als das MagnaDur-Material ist.
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Die
oben beschriebene Wärmebehandlungsprozedur
kann verändert
werden, so daß die
letzte Stunde der Wärmebehandlung
nicht bei 710° sondern
bei 800°C
durchgeführt
wird, um wärmebehandeltes
SB1-Material mit einer Koerzitivität von 11 Oe zu produzieren.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung wird das Vorspannungselement 16 der Markierung 10 aus
einer Legierung mit der Bezeichnung Vacozet gebildet, die kommerziell
von Vacuumschmelze GmbH, Grüner
Weg 37, D-63450, Hanau, erhältlich
ist. Das Vacozet-Material besitzt eine Koerzitivität von 22,7
Oe. [Datenblatt-Info bez. Vacozet hier einzufügen]
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Eine
Magnetisierungscharackteristik des Vacozet-Materials ist in 9 dargestellt
und in 10 eine Entmagnetisierungscharackteristik
des Materials. Wie aus 9 ersichtlich ist, reicht ein
Gleichstromfeld von etwa 50 Oe aus, um das Material im wesentlichen
vollständig
zu magnetisieren. 10 zeigt, daß, wenn ein vollständig magnetisiertes
Vorspannungselement aus dem Vacozet-Material einem Wechselstrom-Entmagnetisierungsfeld
mit einem Pegel von etwa 30 Oe ausgesetzt wird, das Element bis
auf weniger als 5% der vollen Magnetisierung entmagnetisiert wird.
Wie das SB1-Material zeigt, legt das Vacozet-Material etwas Instabilität an den
Tag, wenn es schwachen Wechselstromfeldern ausgesetzt wird, einschließlich Wechselstromfeldern
mit einer Spitzenamplitude von 6–15 Oe. Ein Aussetzen gegenüber einem
Wechselstromfeld mit einer Spitzenamplitude von 5 Oe oder weniger
führt jedoch
zu höchstens
5% Verringerung der Magnetisierung.
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11 zeigt
sowohl Resonanzfrequenzverschiebungs- als auch Ausgangssignalamplitudencharackteristik
einer Markierung, die das Vacozet-Material als Vorspannungselement
und das 2628CoA-Material als aktives Element verwendet. In 11 repräsentiert
die Kurve 32 die entmagnetisierungsfeldabhängige Resonanzfrequenzverschiebungscharackteristik
der Markierung, die das Vacozet-Material verwendet, und Kurve 34 die
Ausgangssignalamplitudencharackteristik der Markierung. Die Kurve 32 ist
mit Bezug auf die rechte Skala (Kilohertz) und die Kurve 34 mit
Bezug auf die linke Skala (Millivolt) zu interpretieren.
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Aus 11 ist
ersichtlich, daß die
Frequenzverschiebungs- und Amplitudencharackteristikkurven bei niedrigen
Entmagnetisierungsfeldpegeln eine größere Stabilität aufweisen,
als aus der Entmagnetisierungscharackteristik des Vorspannungsmaterials,
wenn es allein steht, erwartet würde
(siehe 10). Das heißt, die Markierung, die das
Vacozet-Material
realisiert, weist einen Teil des "Abschirm"effekts auf, der oben in Verbindung
mit der SB1-Ausführungsform
beschrieben wurde. Die Vacozet-Ausführungsform weist jedoch bei
einem niedrigeren Pegel des angelegten Entmagnetisierungsfeldes
als bei der SB1-Ausführungsform
eine wesentliche Frequenzverschiebung auf, während außerdem eine steilere ("abruptere") Frequenzverschiebungscharackteristikkurve
auftritt. Wenn die Region zwischen den Punkten 10 und 14 Oe der
Frequenzverschiebungscharackteristikkurve 32 von 11 untersucht
wird, beobachtet man eine Frequenzverschiebung von mehr als 1,6
kHz, wodurch eine Steigung von mehr als 400 Hz/Oe angezeigt wird.
Ein angelegtes Entmagnetisierungsfeld mit einer Amplitude von weniger
als 20 Oe reicht aus, um eine zuverlässige Deaktivierung der Vacozet-Ausführungsform
der Markierung bereitzustellen.
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Das
gemäß der dritten
Ausführungsform
bereitgestellte Vorspannungselement 16 wird durch Walzen
einer Kristallform der Vacozet-Legierung zu seiner gewünschten
dünnen
Konfiguration geformt. Aufgrund der relativ niedrigen Koerzitivität des Materials
wird eine relative hohe Flußdichte
bereitgestellt, so daß die
Dicke des Materials relativ zu herkömmlichen Vorspannungselementen
reduziert werden kann, wodurch eine Reduktion des Gewichts des verwendeten
Materials und entsprechende Kostenersparnisse erzielt werden.
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Als
Alternativen zu den oben besprochenen Legierungen MagnaDur, Vacozet
und SB1 wird in Betracht gezogen, andere Materialien für das Vorspannungselement 16 zu
verwenden, darunter zum Beispiel andere Materialien mit Charackteristik
wie die in 4, 5, 6, 9 und 10 gezeigten.
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Außerdem wird
in Betracht gezogen, für
das aktive Element 12 andere Materialien als die kontinuierlich
wärmebehandelte
2628CoA-Legierung zu verwenden. Zum Beispiel kann auch nicht weiter
verarbeitetes Metglas 2826MB, ein herkömmliches Material, das als
aktives Element in einer magnetomechanischen Markierung verwendet
wird, verwendet werden. Die wärmebehandelten
Crossfield-Legierungen, die in dem US Patent Nr. 5,469,140 beschrieben
werden, können
auch für
das aktive Element verwendet werden. Gemäß den Lehren der eigenen Anmeldung mit
der Laufnummer 08/508,580 (registriert am 28.7.1995) hergestellte
Materialien können
auch für das
aktive Element verwendet werden.
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Bei
den gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Markierungen kann es zu einem gewissen Grad
an Instabilität
kommen, wenn sie schwachen Magnetfeldern ausgesetzt werden, die
herkömmliche
Markierungen nicht beeinträchtigen
würden.
Es hat sich jedoch erwiesen, daß tatsächlich von den
Markierungen erfahrene Umgebungsfaktoren nicht dergestalt sind,
daß gemäß der vorliegenden Erfindung
bereitgestellte Markierungen unbeabsichtigt deaktiviert werden.
Gemäß einer
Erfindung von Richard L. Copeland, der einer der Anmelder der vorliegenden
Anmeldung ist, und Ming R. Lian, einem Mitarbeiter von Dr. Copeland,
können
Risiken einer unbeabsichtigten Deaktivierung verringert werden, indem
ein Prozeß für die Magnetisierung
verwendet wird, der zu einer derartigen Magnetisierung der jeweiligen
Vorspannungselemente der Markierungen führt, daß etwa die Hälfte der
Elemente mit einer Polarität
und der Rest mit einer entgegengesetzten Polarität magnetisiert wird. Wenn sehr
viele Markierungen zusammen gestapelt oder zur Auslieferung oder Speicherung
zu einer Rolle geformt werden, heben sich die entgegengesetzten
magnetischen Polaritäten
tendentiell auf und die Akkumulation von Markierungen in einem kleinen
Volumen führt
nicht zu einem signifikanten "Leck-"feld, das tendentiell
einen Teil der Vorspannungselemente entmagnetisieren könnte.
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8 zeigt
ein EAS-System mit gepulster Abfrage, das die magnetomechanische
Markierung verwendet, die gemäß der Erfindung
mit einem Material wie etwa MagnaDur oder der wärmebehandelten SB1-Legierung,
das bzw. die als Vorspannungselement verwendet wird, hergestellt
wird. Das in 8 gezeigte System enthält eine
Synchronisierungsschaltung 200, die den Betrieb einer Bestromungsschaltung 201 und
einer Empfangsschaltung 202 steuert. Die Synchronisierungsschaltung 200 sendet einen
synchronisierenden Gate-Impuls zu der Bestromungsschaltung 201,
und der Synchronisierungs-Gate-Impuls aktiviert die Bestromungsschaltung 201.
Nachdem sie aktiviert wurde, erzeugt die Bestromungsschaltung 201 ein
Abfragesignal und sendet dieses zu der Abfragespule 206 für die Dauer des
Synchronisierungsimpulses. Als Reaktion auf das Abfragesignal erzeugt
die Abfragespule 206 ein abfragendes Magnetfeld, das seinerseits
die Markierung 10 zu einer mechanischen Resonanz erregt.
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Nach
dem Ende des gepulsten Abfragesignals sendet die Synchronisierungsschaltung 200 einen
Gate-Impuls zu der Empfängerschaltung 202 und
der letztere Gate-Impuls aktiviert die Schaltung 202. Solange
die Schaltung 202 aktiviert ist und eine Markierung in
dem abfragenden Magnetfeld anwesend ist, erzeugt eine solche Markierung
in der Empfängerspule 207 ein
Signal mit der Frequenz der mechanischen Resonanz der Markierung.
Dieses Signal wird von dem Empfänger 202 erfaßt, der
auf das erfaßte
Signal reagiert, indem er ein Signal für einen Anzeiger 203 erzeugt,
um einen Alarm oder dergleichen zu erzeugen. Folglich wird die Empfängerschaltung 202 mit
der Bestromungsschaltung 201 synchronisiert, so daß die Empfängerschaltung 202 nur während Stilleperioden
zwischen den Impulsen des gepulsten Abfragefeldes aktiv ist.
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Das
in 8 abgebildete System arbeitet mit einem Einzelfrequenzabfragesignal,
das in Impulsen erzeugt wird. Es wurde jedoch auch vorgeschlagen, magnetomechanische
EAS-Systeme mit
einem Abfragesignal mit gewobbelter Frequenz oder springender Frequenz
zu betreiben und die Anwesenheit einer aktivierten Markierung zu
erkennen, indem Frequenzen detektiert werden, bei denen das Abfragesignal
mit variabler Frequenz durch die magnetomechanische Markierung perturbiert
werden. Ein Beispiel für
ein System mit gewobbelter Frequenz ist aus dem oben erwähnten Patent
Nr. 4,510,489 bekannt.
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Aufgrund
der steilen Resonenzfrequenzverschiebungscharackteristik der gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildeten Markierungen würden sich solche Markierungen
besonders für
die Verwendung in magnetomechanischen EAS-Systemen eignen, die durch
Detektieren der Resonanzfrequenz der Markierung anstelle des Ausgangssignalpegels
arbeiten.