Электронная система защиты от краж
Изобретение относится к электронным системам защиты от краж, которые обнаруживают маркеры в зоне контроля. Технический результат заключается в высоконадежном обнаружении маркеров при их проносе в любой ориентации и вдоль любой траектории через зону контроля. В системе использовано взаимодействие между магнитными полями множества антенных элементов, генерируемыми так, чтобы создать магнитное поле изменяющейся ориентации в зоне контроля. Антенные элементы питаются в различных фазах в соответствии со схемой фазировки, чтобы создавать различные ориентации магнитного поля. Представлена также новая приемная антенна для приема возмущений, вызванных перемагничиванием маркера в зоне контроля. Приемная антенна содержит приемную катушку, установленную на определенном расстоянии от передающей катушки, и компенсационную катушку, расположенную ближе к передающей катушке. Описан способ использования системы. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к электронным системам защиты от краж, и, более конкретно, к таким электронным системам защиты от краж, которые обнаруживают маркеры в зоне контроля.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Электронные системы защиты от кражи (ЭЗК) магнитного типа широко известны в технике. В таких системах используется магнитный маркер со специфическим нелинейным откликом, который прикрепляется к защищаемому предмету. Переменное магнитное поле генерируется системой антенн в зоне контроля. Если предмет, несущий на себе маркер, проносят через эту зону, то возникают возмущения магнитного поля. Эти возмущения воспринимаются катушками приемной антенны, и соответствующие электрические сигналы анализируются блоком обнаружения. При определенном виде сигнала включается сигнализация.
[0003] В литературе описано несколько типов систем для защиты от краж. В одной из таких систем используются магнитные маркеры, имеющие петлю гистерезиса с большим скачком Баркгаузена. Такие системы поставляет компания Сенсорматик Електроникс Ко., Бока Ратон, Флорида, США (Sensormatic Electronics Co., Boca Raton, Florida, USA). Принцип работы подобной системы описан в патенте США № 4859991, автор Ваткинс (Watkins) и др., а также в патентах, цитированных в данном описании. Поскольку маркер испытывает скачкообразное изменение намагниченности в низкочастотном магнитном поле зоны контроля, возмущения в принимаемом сигнале обогащены гармониками высоких порядков (примерно от 20-го до 100-го), что позволяет с легкостью отличить их от сигналов, генерируемых другими ферромагнитными объектами.
[0004] Вместе с тем, что эта система обеспечивает обнаружение маркеров, она требует для надежности применять маркеры относительно большого размера (длина более 45 мм, типичное значение 90 мм). Использование высших гармоник для обнаружения имеет следствием относительно низкую чувствительность системы, поскольку лишь небольшая часть энергии отклика маркера приходится на долю этих гармоник. В связи с этим, в практике ширина прохода в зоне контроля снижается до 80 см или менее, в зависимости от уровня шумов в окружающей среде.
[0005] Компания Есселте Мето ГМбХ, Хеппенхейм (Esselte Meto GMbH, Heppenheim), Германия, производит системы другого типа. В этих системах используются аморфные магнитные маркеры, характеризующиеся очень низкой коэрцитивной силой и высокой проницаемостью. Варианты реализации таких систем описаны в патенте США № 5414410 авторы Девиз (Davies) и др., а также в европейском патенте ЕР 0153286, принадлежащем Есселте Мето ЕАС Интернешенл АБ (Esselte Meto EAS International AB). В общем случае, передающие антенны генерируют магнитные поля с двумя или тремя различными частотами, и в нелинейном отклике маркера присутствуют компоненты интермодуляции этих частот, которые детектируются блоком обработки принимаемых сигналов. Для систем Мето (Meto) характерна высокая чувствительность при относительно большой ширине прохода (до 120 см), а также относительно небольшая длина маркеров (типовое значение 32 мм).
[0006] Обе вышеописанные системы демонстрируют плохие характеристики обнаружения, когда маркер проносится в плоскости, параллельной антеннам, или с небольшим углом (20-30 градусов) к этой плоскости. Другая общеизвестная проблема заключается в том, что маркеры, прикрепленные к хорошо проводящим объектам (из алюминия, меди), обнаруживаются плохо или не обнаруживаются вообще, поскольку сигналы интермодуляционного отклика маркера на относительно высокой частоте (10-12 кГц) подавляются вихревыми токами, индуцированными в проводящем объекте.
[0007] Недостатком, свойственным для описанных выше систем, являются области низкой или нулевой чувствительности, обычно называемые "мертвыми зонами", которые присутствуют в зоне контроля. Типовая конструкция катушек приемных антенн в таких системах имеет форму "восьмерки". В общем случае, мертвые зоны присутствуют в области пересечения линий "восьмерки". Попытки устранения этого недостатка с помощью более изощренных конфигураций катушек приемных антенн, наподобие описанных в патенте США № 5459451, авторы Кроссфилд (Crossfield) и др., приводили к громоздким и дорогостоящим конструкциям антенн. Пуринтон (Purinton) и др. в патенте США № 3990065 попытались улучшить характеристики обнаружения путем варьирования пространственной ориентации магнитного поля, увеличив число катушек антенны, что также привело к громоздким и дорогостоящим конструктивным решениям.
[0008] Современные тенденции в предотвращении краж в магазинах выражаются в использовании небольших, тонких и гибких маркеров при максимально достижимой ширине прохода, что требует от системы наивысшей чувствительности в жестких условиях сильных помех в данной торговой точке. К тому же, быстрое развитие технологий защитной маркировки при производстве делает желательной способность системы ЭЗК работать с разными типами маркеров, будь это маркеры "гармонического" типа, как в Мето (Meto), или Баркгаузеновского типа, как в Сенсоматик (Sensormatic), или другие применяемые маркеры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
[0009] Целью настоящего изобретения является создание электронной системы для защиты от краж улучшенной конструкции, которая позволяет осуществить высоконадежное обнаружение маркеров при проносе их в любой ориентации и вдоль любой траектории через зону контроля.
[0010] Среди прочих параметров, в предпочтительной реализации изобретения достигается лучшая способность обнаружения посредством создания сигналов возбуждения с многими плоскостями поляризации, для чего требуется только минимальное число катушек передающих антенн, а именно четыре. Поскольку возбуждение осуществляется во многих плоскостях, маркер почти всегда получает энергию, достаточную для его активации, вне зависимости от его ориентации. Ориентация магнитного поля возбуждения варьируется путем одновременной подачи тока в катушки антенны с изменяемой полярностью. Схемы изменения полярности или схемы фазировки, выбираются таким образом, чтобы создать различные ориентации магнитного поля возбуждения вследствие взаимодействия между полями, генерируемыми любыми двумя (или более) катушками антенны.
[0011] Таким образом, в широком аспекте данного изобретения предлагаются две антенные решетки, существенно параллельные друг другу, которые образуют зону контроля между ними. Каждая решетка содержит по меньшей мере два существенно копланарных элемента антенны, каждый из которых имеет по меньшей мере одну передающую катушку. Устройство задания фазы приспособлено для подачи питания на антенные катушки с изменяемыми схемами фазировки и присоединено к этим катушкам. Схемы фазировки выбраны таким образом, чтобы создать магнитное поле с различными пространственными ориентациями посредством взаимодействия между магнитными полями, которые генерируются по меньшей мере одной парой антенных катушек. Таким образом, по меньшей мере одна из схем фазировки выбирается так, чтобы создать мгновенный ток в первой катушке, протекающий в направлении, противоположном мгновенному току во второй катушке, так что поле, генерируемое первой катушкой, имеет пространственную ориентацию, отличающуюся от поля второй катушки, и взаимодействие между ними дает поле третьей ориентации. Устройство задания фазы переключает схемы фазировки в зависимости от текущего момента времени.
[0012] Термин "фазировка", используемый в данной заявке, относится к связи между ориентацией магнитного поля, генерируемого первой катушкой, и ориентацией магнитного поля, генерируемого второй катушкой, или к токам, которые создают такие магнитные поля. Результатом фазировки является взаимодействие между многими полями, и суммарное поле может принимать пространственные ориентации, отличающиеся от таковых у первого и второго поля.
[0013] В соответствии с предпочтительной реализацией изобретения различные пространственные ориентации магнитного поля обеспечиваются путем использования многих передающих катушек, причем фазы переменного тока в этих катушках переключаются в соответствии с заранее заданной временной последовательностью.
[0014] В предпочтительной реализации изобретения по меньшей мере один из элементов антенн, а более предпочтительно, каждый элемент антенны содержит также и приемную катушку. В наиболее предпочтительной реализации каждый элемент антенны имеет также катушку компенсации, расположенную в большей близости к передающей катушке, нежели к приемной катушке, и имеющую число витков, меньшее, чем у приемной катушки, причем каждая приемная катушка соединена с соответствующей компенсационной катушкой. Соединение между этими катушками выполнено с противоположной полярностью, так что напряжение, индуцированное передающей катушкой в одной из катушек, будет существенно нейтрализовано напряжением, индуцированным в другой катушке. Соединенные катушки образуют приемный элемент. Приемные элементы, либо - в минимальной реализации - только приемные антенны, присоединены к приемнику и сигнальному процессору, который в свою очередь анализирует сигналы, принятые антенной, и определяет наличие маркера в зоне контроля. Приемник и сигнальный процессор могут быть объединены.
[0015] Как опция цифровая обработка сигналов используется для улучшения детектирования и избежания ложных срабатываний сигнализации. В этой цифровой обработке используется скользящее окно в сочетании с предварительно заданной моделью ожидаемого отклика маркера для того, чтобы определить, был ли принимаемый сигнал вызван присутствием маркера в зоне контроля.
[0016] Далее изложен метод определения наличия маркера в зоне контроля, причем этот метод включает следующие этапы:
- подача тока на несколько передающих катушек с изменяемыми схемами фазировки. Первая пара передающих катушек объединена в первую антенную решетку, а вторая пара передающих катушек объединена во вторую антенную решетку, существенно параллельную вышеуказанной первой антенной решетке. Зона контроля образуется между этими двумя решетками. Схемы фазировки выбираются таким образом, чтобы создать различные пространственные ориентации магнитного поля в зоне контроля для различных схем фазировки;
- изменение вышеуказанных схем фазировки по методу, зависящему от времени;
- восприятие магнитных возмущений, созданных присутствием маркера в зоне контроля;
- анализ сигналов, полученных в результате вышеуказанного восприятия;
- вывод индикации в случае если на вышеуказанном этапе анализа определено, что маркер находится в зоне контроля.
[0017] Предпочтительно, этап восприятия выполняется с использованием приемной катушки и компенсационной катушки, расположенных в антенной решетке, причем выход вышеуказанной приемной катушки присоединен к выходу вышеуказанной компенсационной катушки в противоположной полярности. Предпочтительная конструкция элементов приемной антенны приведена далее в настоящем описании. Более предпочтительно, если этап восприятия осуществляется с использованием приемника и сигнального процессора, каковые могут быть объединены. Наиболее предпочтительно, если метод включает также этап сравнения воспринятых возмущений магнитного поля с заранее определенной моделью ожидаемого отклика маркера.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0018] Настоящее изобретение может быть лучше понято, если обратиться к приложенным чертежам, на которых:
[0019] Фиг.1 - вид в плане для приемопередающей антенны, известной в технике.
[0020] Фиг.2а и 2b - соответственно вид в плане и частичный разрез одного из узлов приемопередающей антенны в соответствии с предпочтительной реализацией настоящего изобретения.
[0021] Фиг.3 - перспективный вид контролируемого прохода с двумя параллельными антенными решетками, каждая из которых содержит две копланарные антенные катушки.
[0022] Фиг.4 - схематическое изображение конфигураций возбуждаемого магнитного поля в различных фазах или схемах фазировки при работе системы в соответствии с предпочтительной реализацией настоящего изобретения.
[0023] Фиг.5 - пример блок-схемы обнаружения маркера в соответствии с настоящим изобретением.
[0024] Фиг.6 - схематический график петли гистерезиса для магнитного маркера.
[0025] Фиг.7 - график импульсов принимаемого сигнала по отношению к импульсам тока в передающей катушке.
[0026] Фиг.8 изображает пример упрощенной блок-схемы передатчика в соответствии с предпочтительной реализацией настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0027] Ниже будет обсуждаться несколько вариантов предпочтительной реализации и отдельные аспекты изобретения, со ссылками на соответствующие рисунки при необходимости. На фиг.1 представлена типичная конфигурация известной в технике приемопередающей антенны, как схематический вид в плане. Переменный ток, текущий в передающей катушке 4, создает магнитное поле возбуждения. Приемная катушка 8 обычно выполнена в форме, напоминающей "восьмерку", так что в отсутствии возмущений напряжения, индуцированные в каждой из половин катушки, имеют равные значения и противоположные полярности по отношению к напряжению, индуцированному в другой половине, и поэтому напряжение, индуцированное в каждой половине, существенно компенсирует другое, в результате чего выходной сигнал равен нулю. (В этом описании, если не указано иное, или ясно из контекста, нулевой результат или выходной сигнал означает результат или сигнал, достаточно близкий к нулю, а ненулевой результат или выходной сигнал означает результат или сигнал, достаточно далекий от нуля, что позволяет отделить один результат от противоположного ему другого результата). Когда маркер помещен около одной из половин приемной катушки, возмущения поля, созданные его перемагничиванием, индуцируют относительно сильный сигнал напряжения в ближайшей половине приемной катушки, в то время как напряжение противоположного знака, индуцированное в удаленной половине, гораздо слабее, и результирующий выходной сигнал не равен нулю.
[0028] Однако, если маркер расположен симметрично по отношению к половинам приемной катушки, то результирующий выходной сигнал будет нулевым. Таким образом, этому типу конструкции антенны свойственна по меньшей мере одна мертвая зона вблизи пересечения половин восьмерки.
[0029] На фиг.2а показан вид в плане для узла катушек приемопередающей антенны в сборе, в соответствии с предпочтительной реализацией настоящего изобретения. Компенсационная катушка 13 намотана вплотную на передающую катушку 11, в то время как приемная катушка 12 помещена внутри передающей катушки 11 таким образом, что витки приемной катушки 12 удалены от витков передающей катушки 12 более, чем витки компенсационной катушки 13. Для большей ясности пример такого расположения показан также на частичном разрезе на фиг.2b.
[0030] Как приемная катушка 12, так и компенсационная катушка 13 индуктивно связаны с передающей катушкой 11. Однако вследствие различия расстояний, связь компенсационной катушки 13 сильнее, чем у приемной катушки 12. Соответственно, напряжение, индуцированное в одном витке компенсационной катушки 13, будет выше, чем в одном витке приемной катушки 12. Это означает, что для получения равных индуцированных напряжений число витков в приемной катушке 12 должно быть больше, чем в компенсационной катушке 13. Приемная катушка, присоединенная в противоположной полярности к компенсационной катушке, создает приемный элемент, который имеет существенно нулевой выходной сигнал, если возбуждение поступает только от передающей катушки.
[0031] В конкретном примере реализации антенны в соответствии с настоящим изобретением передающая катушка 11 имеет форму квадрата с длиной стороны 55 см и состоит из 32 витков медной проволоки диаметром 2 мм. Приемная катушка 12 имеет также форму квадрата с длиной стороны 45 см и состоит из 200 витков медной проволоки диаметром 0.2 мм. Компенсационная катушка 13 намотана поверх передающей катушки 11 и состоит из 80 витков медной проволоки диаметром 0.2 мм. Компенсационная катушка 13 и приемная катушка 12 соединены в противоположной полярности и образуют описанный выше приемный элемент. Когда в передающей катушке 11 течет переменный ток, выходные сигналы с приемной и компенсационной катушек взаимно погашают друг друга в отсутствие возмущений, что дает нулевой сигнал на выходе приемного элемента.
[0032] Когда маркер помещен вблизи антенной сборки, то возмущения поля, вызванные его перемагничиванием, индуцируют напряжения и в приемной катушке 12, и в компенсационной катушке 13. Величины этих напряжений определяются соответствующими значениями магнитного потока через катушки и числом витков в катушках. Поскольку площади катушек отличаются незначительно, а число витков приемной катушки 12 значительно больше, чем в компенсационной катушке 13, сигнал маркера вызывает ненулевой выходной сигнал с приемного элемента. Для лиц, квалифицированных в данной области, ясно, что сигнал маркера будет максимальным в центре узла антенных катушек, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, что противоположно ситуации с мертвой зоной, проявляющейся у антенны на фиг.1.
[0033] Технический опыт свидетельствует о том, что у антенны с единственной передающей катушкой, изображенной на фиг.1, маркер детектируется наилучшим образом в том случае, когда он ориентирован перпендикулярно плоскости антенны, поскольку в этом случае поле возбуждения в основном направлено вдоль оси маркера. По этой причине желательно обеспечить магнитное поле с множеством пространственных ориентации. В наиболее предпочтительной реализации изобретения обеспечивается периодическое (или произвольное, если это желательно) изменение ориентации поля посредством взаимодействий между магнитными полями, генерируемыми многими передающими катушками. Предпочтительно, используются четыре катушки.
[0034] На фиг.3 показан пример прохода ЭЗК, образованного двумя антенными решетками 201 и 202 в соответствии с предпочтительной реализацией изобретения. Каждая антенна состоит из двух узлов катушек (101, 102 и 103, 104), причем каждый узел включает передающую катушку, приемную катушку и компенсационную катушку, как было описано выше. Антенны 201 и 202 размещены параллельно друг другу на некотором расстоянии одна от другой.
[0035] Направление тока, или фазы тока в разных узлах катушек определяют преобладающее направление магнитного поля. Таким образом, подача питания на передающие катушки антенн по разным схемам вызовет взаимодействие поля, генерируемого одной из катушек, с полями, генерируемыми другой или другими катушками, что дает возможность изменять пространственную ориентацию магнитного поля в зоне контроля посредством переключения схем фазировки.
[0036] Фиг.4 иллюстрирует ориентации поля, получаемые в результате питания четырех передающих катушек по трем различным схемам фазировки. На фиг.4а все четыре катушки 101, 102, 103 и 104 питаются в одной и той же фазе, то есть, направление тока в каждой из катушек одинаково в данный момент времени. Линии магнитного поля Н в антенной системе в основном направлены перпендикулярно к плоскостям антенн ("ортогональная"фаза). Если фазы в катушках 101 и 104 одинаковы, например, токи текут по часовой стрелке, а фазы в катушках 102, 103 имеют противоположное направление (против часовой стрелки), то линии магнитного поля Н в основном направлены вертикально ("плоская" фаза), как показано на фиг.4b. Фиг.4 с изображает схему фазировки, где фазы в первой антенне направлены по часовой стрелке, а фазы во второй антенне направлены против часовой стрелки. В результате такой схемы фазировки линии магнитного поля Н направлены, по меньшей мере частично, параллельно плоскостям антенн ("фронтальная" фаза). Ясно, что возможны также другие схемы фазировки и комбинации питания, что даст различные пространственные ориентации благодаря взаимодействиям магнитных полей.
[0037] Если схемы фазировки изменяются периодически со скоростью, достаточной для воздействия магнитных полей, излучаемых в различных ориентациях, на маркер, проносимый через зону контроля, то этот маркер будет перемагничиваться и создавать нелинейные возмущения поля, которые могут быть обнаружены системой, вне зависимости от ориентации маркера. Итак, подача электропитания на передающие катушки управляется устройством задания фазы. Это устройство задания фазы приспособлено для питания различных катушек в соответствии с различными схемами фазировки, чтобы создавать различные пространственные ориентации магнитного поля. В предпочтительной реализации устройство задания фазы управляется программным обеспечением компьютера и периодически переключает схемы фазировки каждые 25 мс. Конструкция устройства задания фазы ясна для специалистов в данной области техники, например, это может быть хорошо известная схема переключения мостового типа. Устройство задания фазы может быть выполнено на базе только аппаратных средств, а также как комбинация аппаратных и программных средств. Такие параметры, как метод реализации схем фазировки, схемы переключения и т.д. являются всего лишь предметом технического выбора.
[0038] На фиг.8 изображен пример упрощенной блок-схемы передатчика. На ней блок питания 801 обеспечивает питание передатчика. Устройство задания фазы 802 подает питание с изменяемыми полярностями на передающие катушки 101, 102, 103 и 104 под управлением компьютера 803 в соответствии со схемами фазировки и синхронизацией, диктуемыми программным обеспечением 805. Устройство задания фазы может быть само сконфигурировано как передатчик, либо отдельный передатчик может генерировать требуемый сигнал и функции устройства задания фазы для того, чтобы переключать сигнал между различными катушками в соответствии с желаемой схемой фазировки.
[0039] На фиг.5 изображена упрощенная блок-схема приемной части и части обработки сигнала в соответствии с предпочтительной реализацией изобретения. Принимаемые сигналы (Rx) от четырех приемных элементов 101,102,103,104 подаются соответственно на предусилители 311, 312, 313, 314. Каждый предусилитель имеет как инвертированный, так и неинвертированный (прямой) выходы (помечены - и + соответственно), которые присоединены к аналоговому мультиплексору/сумматору 32. Выход мультиплексора/сумматора 32 присоединен ко входу полосового усилителя 33. Выход полосового усилителя 33 присоединен ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 34. Оцифрованные данные с выхода АЦП 34 подаются на цифровой сигнальный процессор 35, и, когда обнаруживается маркер в соответствии с заранее определенными критериями, активируется блок сигнализации 36.
[0040] Предпочтительно, цифровой сигнальный процессор 35 управляет обработкой принимаемых данных, включая управление сумматором/мультиплексором 32 и передачей в соответствии со схемами фазировки. Такая организация упрощает координирование действий в детектировании, так что фазы предварительно усиленных сигналов Rx всегда соответствуют фазам тока в передающих катушках данных узлов антенны. Это проиллюстрировано далее в таблице, где знаки "+" или "-" соответствуют прямым или инвертированным выходным сигналам предусилителей, подаваемым соответственно на сумматор, для всех трех описанных выше фазовых состояний.
| Узел катушек №. | Фазовые состояния | ||
| Орт. | Плоское | Фронтальное | |
| 101 | + | + | + |
| 102 | + | - | + |
| 103 | + | - | - |
| 104 | + | + | - |
[0041] Таким образом, сигнал, который подается на полосовой усилитель 33, пропорционален сумме абсолютных значений всех четырех принимаемых сигналов в то время, как его полярность соответствует полярности сигнала, принятого с первой катушки 101.
[0042] Типичный график намагничивания маркера ЭЗК изображен на фиг.6. Такие маркеры предпочтительно характеризуются низкими значениями коэрцитивной силы Нс, типично меньшими, чем 20 А/м, и высокими значениями проницаемости, типично более 20,000 μ0. Перемагничивание маркера из одного насыщенного состояния (M/Ms=-1) в другое (M/Ms=1) происходит по этой причине очень быстро, когда изменяется внешнее (возбуждающее) магнитное поле. Это перемагничивание может происходить также как одиночный скачок Баркгаузена. Для целей настоящего изобретения выгодным является процесс перемагничивания, который происходит как ступенчатая функция, в противоположность имеющему место в обычных ферромагнитных объектах, где этот процесс гладкий и медленный.
[0043] Фиг.7 иллюстрирует форму предварительно обработанного аналогового сигнала от такого маркера, которую можно наблюдать на выходе полосового усилителя 33, изображенного на Фиг.5, в сравнении с формой сигнала тока в передающей катушке. Ток в катушке изображен на верхнем графике 710, а сигнал маркера - на нижнем графике 720. Синусоидальная форма сигнала использована на чертеже для простоты, в то время, как действительная форма сигнала в передающей катушке может быть любого подходящего вида.
[0044] Полосовой фильтр 33 подавляет компоненты основной частоты и гармоник низких порядков в принимаемом сигнале Rx. Эти компоненты менее информативны, поскольку они являются типичными также и для обычных ферромагнитных объектов. В частном примере реализации в соответствии с настоящим изобретением выбрано значение основной частоты 200 Гц, а полоса частот усилителя 33 - от 2 до 12 кГц.
[0045] На фиг.7 можно видеть, что отклик маркера, наблюдаемый на входе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 33, имеет характерные пики 730 и 740 противоположных полярностей в каждой половине периода основной частоты. Этот сигнал 720 оцифровывается АЦП и затем обрабатывается цифровым сигнальным процессором 35. Предпочтительно, метод обработки данных основан на сравнении принимаемого сигнала с предварительно заданной или эмпирически полученной модельной функцией отклика маркера. Для экспериментального построения такой модели отклик маркера измеряется и усредняется для большого числа маркеров или типов маркеров на реальном образце системы, когда маркер помещен в зоне обнаружения. Подход на основе сравнения с предварительно определенной моделью позволяет использовать большую часть энергии принятого сигнала, в отличие от относительно низкой энергии, содержащейся в одной или нескольких гармониках, как это принято в существующей технике.
[0046] Выборки оцифрованных данных сигнала производятся в нескольких периодах для каждого фазового состояния ("ортогонального", "плоского", или "фронтального"). Затем вычисляется корреляция сигнала с заранее определенной моделью, например, с помощью метода "скользящего окна". В этом методе данные, выбранные в каждом из периодов, аппроксимируются заранее определенной модельной функцией на предварительно заданном временном интервале (окне), который приблизительно равен длительности перемагничивания маркера. Это окно передвигается вдоль периода, и вычисления повторяются. Ясно, что масштабный коэффициент аппроксимации будет максимальным, когда окно совпадает с пиком маркера, и будет почти нулевым в других положениях окна. Далее, фазы пиков маркера в нескольких последовательных периодах одного и того же фазового состояния ("орт", "плоского" или "фронтального") очень близки в привязке по времени (скорость перемещения маркера по проходу мала в сравнении с отношением ширины антенны к периоду основной частоты). Поэтому корреляционные критерии могут накапливаться для окон одной и той же фазы, если пики маркера присутствуют в этих окнах. В противоположность этому, пики помех вряд ли появятся в каждом периоде с идентичными фазами, если только не имеется периодическая помеха, связанная с основной частотой. Последний случай может быть обработан как фон, и оцифрованные данные будут соответственно исправлены.
[0047] Когда статистические критерии обнаружения маркера станут больше, чем предварительно установленное пороговое значение, цифровой сигнальный процессор 35 активирует блок сигнализации.
[0048] Принципы, изложенные в настоящем изобретении, могут с очевидностью применяться в других типах систем ЭЗК, таких как радиочастотные (РФ) или акустико-магнитные (AM) приемопередающие системы.
[0049] Следует понимать, что данное изобретение не ограничено тем, что было описано выше просто для примера. В то время, как здесь было описано то, что в настоящее время считается предпочтительными реализациями этого изобретения, для специалистов, квалифицированных в данной области техники ясно, что другие разнообразные реализации, изменения и модификации могут быть сделаны, не отступая от духа и смысла этого изобретения, и что оно по этой причине направлено на то, чтобы покрыть все такие изменения и модификации, каковые подпадают под истинный дух и смысл настоящего изобретения, для чего и подана заявка на патент.
1. Устройство обнаружения присутствия маркера в зоне контроля, содержащее
две практически параллельные антенные решетки, образующие зону контроля между ними, причем каждая решетка содержит, по меньшей мере, два копланарных антенных элемента, а каждый антенный элемент содержит, по меньшей мере, передающую катушку, при этом, по меньшей мере, один из антенных элементов содержит также приемную катушку; устройство задания фазы, присоединенное передающим катушкам и приспособленное для питания их током в соответствии с множеством изменяемых схем фазировки для создания изменяющейся пространственной ориентации магнитного поля в зоне контроля между антенными решетками; в котором устройство задания фазы выполнено с возможностью переключения схем фазировки в заданной временной последовательности.
2. Устройство по п.1, содержащее также приемник, приемная катушка подключена ко входу приемника, причем приемник содержит сигнальный процессор, приспособленный для анализа сигналов, принимаемых приемной катушкой, чтобы определить, находится ли маркер в зоне контроля.
3. Устройство по п.2, в котором сигнальный процессор приспособлен для детектирования сигналов, генерируемых вследствие намагничивания маркеров, имеющих низкую коэрцитивную силу и высокую магнитную проницаемость.
4. Устройство по п.1, в котором каждый антенный элемент содержит приемную катушку и компенсационную катушку, причем приемная катушка расположена на заданном расстоянии от передающей катушки, а компенсационная катушка расположена ближе к передающей катушке, чем приемная катушка, приемная катушка и компенсационная катушка соединены между собой в противоположной полярности, образуя приемный элемент.
5. Устройство по п.4, в котором приемная катушка характеризуется наличием большего числа витков, чем у компенсационной катушки.
6. Устройство по п.4 или 5, содержащее приемник и сигнальный процессор, приемный элемент подключен ко входу приемника, приемник приспособлен для обработки входного сигнала от приемного элемента и подачи обработанного сигнала на сигнальный процессор, приспособленный для анализа обработанного сигнала, чтобы определить, находится ли маркер в зоне контроля.
7. Устройство по п.6, содержащее модель, отражающую ожидаемый отклик маркера, и в котором сигнальный процессор сконструирован так, чтобы выполнять сравнение между обработанным сигналом и моделью.
8. Устройство по п.7, в котором сравнение выполняется с использованием метода скользящего окна.
9. Устройство по п.6, в котором приемник объединен с сигнальным процессором.
10. Устройство по п.6, в котором сигнальный процессор содержит цифровой сигнальный процессор.
11. Устройство по п.6, в котором входные сигналы принимаются от множества приемных элементов, входные сигналы усиливаются и складываются друг с другом, чтобы получить сигнал, содержащий сумму абсолютных значений входных сигналов, которая подается на сигнальный процессор для анализа.
12. Устройство по п.6, в котором сигнальный процессор приспособлен для обнаружения маркера, характеризуемого низкой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью.
13. Передающая система для обнаружения присутствия маркера в зоне контроля, содержащая две практически параллельные антенные решетки, образующие зону контроля между ними, причем каждая решетка содержит, по меньшей мере, два копланарных антенных элемента, а каждый антенный элемент содержит по меньшей мере одну передающую катушку; устройство задания фазы, присоединенное к передающим катушкам и приспособленное для питания их током в соответствии с множеством изменяемых схем фазировки для создания изменяющейся пространственной ориентации магнитного поля в зоне контроля между антенными решетками; в которой устройство задания фазы выполнено с возможностью переключения схем фазировки в заданной временной последовательности.
14. Передающая система по п.13, в которой устройство задания фазы содержит также блок обработки и программное обеспечение для управления блоком обработки, чтобы управлять работой устройства задания фазы.
15. Передающая система по п.14, в которой блок обработки содержит компьютер.
16. Передающая система по п.13 или 14, в которой схемы фазировки выбираются так, чтобы создать ориентацию магнитного поля, выбираемую из группы, включающей ортогональную ориентацию, фронтальную ориентацию, плоскую ориентацию.
17. Способ обнаружения маркера в зоне контроля, содержащий следующие этапы:
подачу тока на множество передающих катушек с меняющимися схемами фазировки, в котором первая пара передающих катушек организована в первой антенной решетке, а вторая пара передающих катушек организована во второй антенной решетке, практически параллельной первой антенной решетке, антенные решетки образуют зону контроля между ними, причем схемы фазировки выбираются так, чтобы создать различные пространственные ориентации магнитного поля в зоне контроля для конкретных различных схем фазировки; чередование схем фазировки во времени; слежение за возмущениями магнитного поля, вызываемыми присутствием маркера в зоне контроля; анализ сигналов, полученных в результате слежения, и включение индикации, если на этапе анализа определено присутствие маркера в зоне контроля.
18. Способ по п.17, в котором этап слежения выполняется с использованием приемной катушки, расположенной на заданном расстоянии от передающей катушки, и компенсационной катушки, расположенной на меньшем расстоянии от передающей катушки, чем приемная катушка, в котором компенсационная катушка имеет меньшее число витков, чем приемная катушка, и в котором выход приемной катушки присоединен к выходу компенсационной катушки в противоположной полярности.
19. Способ по любому из пунктов 17 или 18, в котором этап анализа содержит также этап сравнения принятых возмущений магнитного поля с компьютерной моделью ожидаемого отклика маркера, находящегося в зоне контроля.
20. Способ по п.17, в котором этап слежения выполняется с использованием множества приемных катушек, включая последующий этап сложения абсолютных значений выходных сигналов с приемных катушек и результат этапа сложения используется как входной сигнал для этапа анализа.
