KR100484009B1 - Magnetic sensing and reading device - Google Patents

Abstract

자기 태그의 존재를 감지하기 위한 검출기는 (1) 사용시 자기 태그가 통과되는 공간 지역을 형성하기 위하여 배치된 자석 또는 자석들을 포함하는데, 상기 자석의 배치 및 결과적인 자기 필드 패턴은 공간 지역을 통해 또는 가로지르는 통과 경로에서 상기 자기 태그의 자화 극성 변화를 유발하고; 및 (2) 자기 태그가 상기 공간 지역을 통하여 또는 가로질러 통과할 때 자기 태그에 의해 방사된 자석 이극 방사선을 검출하기 위하여 배열된 수신기 코일 또는 코일들을 포함한다. 수신기 코일은 바람직하게 전도 트랙이 여러 층에 권선을 가지는 3차원 코일을 형성하기 위하여 상호접속된 프린팅 회로 보드의 어셈블리로서 구성된다.The detector for detecting the presence of a magnetic tag includes (1) a magnet or magnets arranged to form a spatial region in which the magnetic tag passes in use, the placement of the magnet and the resulting magnetic field pattern being through the spatial region or Induce a change in magnetization polarity of the magnetic tag in the transverse passage path; And (2) a receiver coil or coils arranged to detect magnetic dipole radiation emitted by the magnetic tag as the magnetic tag passes through or across the spatial zone. The receiver coil is preferably configured as an assembly of printed circuit boards interconnected to form a three-dimensional coil in which the conducting track has windings in several layers.

Description

자기 감지 및 판독 장치Magnetic sensing and reading devices

본 발명은 자기 감지 및 판독 장치, 특히 자기 태그(tag) 또는 엘리먼트에 저장된 정보를 판독하기 위한 검출기(또는 판독기)에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic sensing and reading device, in particular a detector (or reader) for reading information stored in a magnetic tag or element.

선행 특허출원(영국 9506909.2 및 PCT/GB96/00823-WO96/31790으로 공개됨)에는 자성 물질이 자기 널(null)을 포함하는 공간 지역을 통과할 때 자성 물질의 작용을 사용하는 것을 바탕으로 하는 공간 자기 질의(interrogation)에 대한 새로운 기술이 개시되어 있다. 특히, 선행 출원은 엘리먼트의 수 및 공간 배열이 정보를 나타내는 하나 이상의 자기 엘리먼트를 포함하는 수동(passive) 태그가 원격으로 판독할 수 있는 데이터 캐리어로서 어떻게 수행될 수 있는가를 개시한다.Prior patent applications (published as UK 9506909.2 and PCT / GB96 / 00823-WO96 / 31790) disclose a spatial magnetism based on the use of the action of a magnetic material as it passes through a spatial region containing magnetic nulls. A new technique for interrogation is disclosed. In particular, the preceding application discloses how a passive tag comprising one or more magnetic elements in which the number and spatial arrangement of elements can represent information can be performed as a remotely readable data carrier.

WO96/31790(1996년 10월 10일 공개됨)은 주어진 선형 방향에서 자기장의 성분이 0인 공간에서의 점, 선, 평면 또는 체적으로서 자기 널을 정의한다 - 상기 문헌의 3쪽 34줄 내지 4쪽 2줄을 참조.WO96 / 31790 (published 10 October 1996) defines magnetic nulls as points, lines, planes or volumes in a space where the component of the magnetic field is zero in a given linear direction-page 3, line 34 to page 4 of the document. See line 2.

선행 출원에서는, 자기 널을 형성하기 위하여 영구 자석 또는 전자석을 사용하는 다수의 가능한 시스템 실시예가 개시되어 있다. 특히 매우 낮은 보자력, 높은 투자율 자기 엘리먼트를 사용하는 태그에 적당한 몇몇 가능한 시스템 실시예가 개시되어 있다. 이들 실시예는 중첩된 작은 진폭 교류 질의 필드의 고조파를 검출했다. 그러나 선행 출원에 개시된 모든 구성은 어떠한 중첩된 교류 질의 필드도 요구하지 않고 자기 널을 태그가 통과함으로써 생성된 기저대역 신호에 의해 작동된다. 필요에 따라 널-주사 필드(null-scanning field)는 정적인 태그가 판독되도록 부가될 수 있다.In prior applications, a number of possible system embodiments are disclosed using permanent magnets or electromagnets to form magnetic nulls. Some possible system embodiments are disclosed which are particularly suitable for tags using very low coercivity, high permeability magnetic elements. These embodiments detected harmonics of superimposed small amplitude alternating alternating query fields. However, all of the configurations disclosed in the preceding application are driven by the baseband signal generated by the tag passing through its magnetic null without requiring any overlapping alternating query fields. If desired, a null-scanning field can be added to read static tags.

게다가, 상기에 개시된 기본적인 기술은 낮은 보자력 물질로 제한되지 않고, 본 출원은 (1 A/m 또는 그 이하의) 매우 낮은 범위에서 (30,000 A/m 또는 그 이상의) 높은 범위까지의 보자력을 가지는 자성 물질로 만들어진 엘리먼트를 포함하는 태그를 질의할 수 있는 검출기에 관한 것이다. 이런 형태의 실시예는 높은 보자력 물질에 요구되는 높은 진폭 a.c. 질의 필드를 필요로하지 않기 때문에 높은 보자력 물질에 매우 효과적이다. 다른 장점은 높은 데이터 속도, 및 단순성이다. 본 발명은 넓은 범위의 보자력을 가지는 물질로 만들어진 자기 엘리먼트를 포함하는 보안 서류 및 지폐 같은 아이템으로부터 정보를 추출하기에 적당하다. 그래서 여기에 사용된 용어 "태그" 는 보안 서류 및 지폐같은 아이템을 포함한다.In addition, the basic techniques disclosed above are not limited to low coercive materials, and the present application is directed to magnetics having coercivity from very low ranges (1 A / m or less) to high ranges (30,000 A / m or more). The present invention relates to a detector capable of querying a tag containing an element made of a material. Embodiments of this type have a high amplitude a.c. It is very effective for high coercive materials because it does not require a query field. Other advantages are high data rates, and simplicity. The present invention is suitable for extracting information from items such as bills and security documents containing magnetic elements made of a material having a wide range of coercive force. Thus the term "tag" as used herein includes items such as security papers and bills.

US-A-3 964 042(D1 - Garrott)에는 철 또는 다른 자성 물질로 만들어진 장치의 일부분이 파손되어 장치의 마초 처리(forage processing) 부분에 손상을 유발하는 경우, 특히 마초 수확 장치에서 너트 및 볼트 같은 철제 물체를 검출하기 위한 금속 검출기가 개시되어 있다. 상기 금속 검출기는 정적 자기장(static magnetic field)을 생성하기 위하여 영구 자석을 이용하고, 상기 영구 자석은 외부 금속 물체가 상기 장치쪽으로 통과할 때 교차하게 되는 제 1 평면으로 반대 극성의 극들 사이로 자기력선이 연장하도록 배열된다. 검출 코일은 상기 제 1 평면에 수직인 제 2 평면의 영구 자석 주위에 배열된다. 도시된 바와 같이, 코일은 수평 평면에 배치된다. 그러므로 코일은 (코일의 평면에 수직인)수직 평면내에서 발생하는 자속 변화에 민감하다. 도시된 실시예에서, 4개의 자석 극은 아래와 같이 배열된다 :US-A-3 964 042 (D1-Garrott) states that parts of a device made of iron or other magnetic material are damaged, causing damage to the forage processing part of the device, especially nuts and bolts in forage harvesting devices. A metal detector for detecting the same iron object is disclosed. The metal detector uses a permanent magnet to create a static magnetic field, the permanent magnet extending magnetic field lines between poles of opposite polarity in a first plane that intersects when an external metal object passes toward the device. Is arranged to. The detection coil is arranged around the permanent magnet of the second plane perpendicular to the first plane. As shown, the coil is arranged in a horizontal plane. The coil is therefore sensitive to magnetic flux changes that occur in the vertical plane (perpendicular to the plane of the coil). In the illustrated embodiment, four magnetic poles are arranged as follows:

상기와 같은 배열은 단면이 나란히 접촉하여 배치된 두 개의 말편자형 자석을 사용함으로써 달성된다. 그래서 두 자석 사이의 접촉 평면을 통과하는 수직 평면에 발생하는 두 개의 자기 불연속이 존재한다. 상기 배열은 (D1의 도 2 및 도 3의 구조를 가진 수직 평면에 놓인) 자기 널을 통과하는 자화용이 축을 가지는 자기 엘리먼트의 통과를 검출할 수 없다. 이것은 D1에 사용된 코일 엘리먼트 배열이 수직 방향의 자속 변화에 민감하지만, 수평 방향의 자속 변화에 민감하지 않기 때문이다. 대조적으로, 만약 자기 태그가 D1의 도 2에 도시된 화살표 방향으로 자기 배열을 통과하여 이동하면, 수직 방향으로 자속의 변화가 없는 반면 이동 방향으로(즉, 수평 평면에서) 자속 변화가 존재한다. 게다가, D1의 칼럼 6, 라인 1 내지 29에는 작은 대칭형 금속 물체가 자기 널을 통과하는 경우, 검출하기 어렵다는 것을 개시되어 있다.Such an arrangement is achieved by using two horseshoe-shaped magnets arranged side by side in contact with each other. Thus, there are two magnetic discontinuities that occur in the vertical plane passing through the contact plane between the two magnets. This arrangement cannot detect the passage of a magnetic element having a magnetization axis through the magnetic null (located in the vertical plane with the structures of FIGS. 2 and 3 of D1). This is because the coil element arrangement used in D1 is sensitive to changes in magnetic flux in the vertical direction, but not to changes in magnetic flux in the horizontal direction. In contrast, if the magnetic tag moves through the magnetic array in the direction of the arrow shown in FIG. 2 of D1, there is no magnetic flux change in the vertical direction while there is a magnetic flux change in the moving direction (ie in the horizontal plane). In addition, column 6, lines 1 to 29 of D1 discloses that when a small symmetrical metal object passes through the magnetic null, it is difficult to detect.

EP-A-0 295 085(D2 - Scientific Generics Ltd)에는 미리 선택된 자기 태그를 상기 자기 배열에 적용함으로써 물체의 존재를 검출하는 방법이 개시되어 있는데, 상기 자기 배열은 자기 질의가 물체의 존재를 결정하기 위하여 사용될 수 있도록 코드화된 형태로 배열된다. 상기 EP 출원은 본 출원에 사용된 바와 같은 질의 필드의 사용을 개시하지 않는다.EP-A-0 295 085 (D2-Scientific Generics Ltd) discloses a method for detecting the presence of an object by applying a preselected magnetic tag to the magnetic arrangement, wherein the magnetic arrangement determines the presence of the object. It is arranged in coded form so that it can be used for The EP application does not disclose the use of the query field as used in this application.

US-A-5 397 985(D3 - W. David Kennedy)에는 트랜스듀서가 케이스 내부에 도입되고 회전하는 동안 케이스 길이를 따라 이동하는 도전 케이스를 전자기적으로 이미지화하는 방법이 개시되어 있다. 여기서 자속 밀도 변화의 측정이 이루어진다.US-A-5 397 985 (D3-W. David Kennedy) discloses a method of electromagnetically imaging a conductive case that moves along the length of the case while the transducer is introduced inside the case and rotates. Here the measurement of the magnetic flux density change is made.

GB-A-2 071 336(Doduco)에는 두 개의 영구 자석 사이에 배치된 쌍안정 자기 엘리먼트를 사용하는 위치 인코더가 개시되어 있다. 쌍안정 자기 엘리먼트는 그 주위에 AC 필드를 전달하는 여기 코일 및 검출기 코일이 감겨진다.GB-A-2 071 336 (Doduco) discloses a position encoder using a bistable magnetic element disposed between two permanent magnets. The bistable magnetic element is wound around an excitation coil and a detector coil carrying an AC field around it.

도 1은 본 발명의 검출기를 바탕으로 하는 자기 작용을 도시한다.1 illustrates the magnetic action based on the detector of the present invention.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예를 도시한다.2 shows a first embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다.3 shows a second embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명에서 사용하기 위한 수신기 코일을 구성하기 위한 바람직한 방법을 도시한다.4 illustrates a preferred method for constructing a receiver coil for use in the present invention.

도 5는 본 발명에서 사용하기 위한 한가지 바람직한 코일 구조를 다이어그램으로 도시한다.5 diagrammatically illustrates one preferred coil structure for use in the present invention.

도 6은 본 발명에서 사용하기 위한 코일 및 자석 구성을 도시한다.6 illustrates a coil and magnet configuration for use in the present invention.

본 발명에 따라, (1) (i) 하나의 자석 또는 자성이 마주하게 배열된 (ii) 한 쌍의 자석을 포함하는데, 상기 자석 또는 자석들은 사용시 자기 태그가 통과하거나 가로지르는 공간 지역을 형성하도록 배치되고, 상기 자석(들)의 배치 및 상기 자석 배치로 형성된 자기장의 패턴은 상기 공간 지역내의 자기 널을 통과하는 통과 경로내에서 상기 자기 태그의 자화 극성 변화를 유발하고; 및 (2) (하나의 자석이 사용된) 상기 자석의 한쪽 극상에 인접하여 배치되거나 (두 개의 자석이 사용된) 상기 자석 쌍 사이에 배치되고, 이동 방향으로 향한 자화용이 축을 가진 자기 태그가 상기 자기 널을 통과될 때 자기 태그에 의해 복사된 자기 쌍극 복사선을 검출하도록 배열된 수신기 코일 또는 코일들을 포함하는, 자화용이 축을 가지는 자기 태그 존재를 감지하기 위한 검출기가 제공된다.According to the invention, it comprises (1) (i) one magnet or a pair of magnets (ii) with magnets arranged opposite each other, such that the magnets or magnets, in use, form a space region through which the magnetic tag passes or traverses. An arrangement of the magnet (s) and the pattern of the magnetic field formed by the magnet placement cause a change in magnetization polarity of the magnetic tag in a passage path through the magnetic null in the space region; And (2) a magnetic tag disposed adjacent to one pole of the magnet (with one magnet) or between the pair of magnets (with two magnets) and having a magnetic axis for magnetization in the direction of movement, wherein A detector is provided for detecting the presence of a magnetic tag with a magnetizing axis, comprising a receiver coil or coils arranged to detect magnetic dipole radiation radiated by the magnetic tag when passed through the magnetic null.

일 실시예에서, 상기 검출기는 자성이 마주하게 배열(magnetic opposition) 된 즉, 같은 극이 서로를 향하는 한 쌍의 영구 자석을 포함하고, 상기 자석들 사이의 공간은 공간 지역을 형성하고 사용시 자기 태그가 통과하는 슬롯 형태이다. 다른 실시예에서, 검출기는 하나의 영구 자석을 포함하고, 상기 공간 지역은 자석의 한 표면 위에 있는 공간의 지역에 의해 형성되고, 사용시 자기 태그는 상기 자석 표면에 인접하여 상기 자석 표면 위를 통과한다.In one embodiment, the detector comprises a pair of permanent magnets with magnetic opposition, ie the same poles facing each other, the space between the magnets forming a spatial area and in use magnetic tags Is in the form of slots that pass through. In another embodiment, the detector comprises one permanent magnet, the space zone being defined by a zone of space above one surface of the magnet, and in use a magnetic tag passes over the magnet surface adjacent to the magnet surface. .

하기될 바와 같이, 수신기 코일이 인쇄 회로 기판의 어셈블리로서 제조되는 것은 특히 바람직하고, 상기 코일 권선은 기판 상의 도전 경로에 의해 구성되며, 상기 기판은 3차원 코일을 생성하기 위하여 상호접속된다.As will be described below, it is particularly preferred that the receiver coil is manufactured as an assembly of a printed circuit board, the coil windings being constituted by a conductive path on the substrate, the substrates being interconnected to produce a three-dimensional coil.

본 명세서는 매체 또는 높은 보자율 물질을 포함하는 이동 태그 또는 엘리먼트를 이동시켜 정보를 비접촉 방식으로 판독하는데 적용가능한 장치에 대해 개시한다. 이런 장치는 태그 물질을 포화시키기 위하여 요구된 자기장이 보자력과 무관하게 높은 경우(예를 들어, 태그 엘리먼트가 충분치 않은 모양(poor shape)의 인자를 가지며 이로 인한 비자화 효과 때문에 낮은 투자율을 가지는 경우)에 적당하다. 상기 장치는 하나 이상의 강한 영구 자석에 의해 형성된 자기 널을 사용한다. 자석(들)의 세기는 좁은 중심 포인트 널 지역에 바로 인접한 지역의 피크 자기장이 태그 물질을 포화시키기에 충분하도록 선택된다. 높은 보자율 태그 물질을 위해, 이것은 강력한 자석을 요구한다. 이러한 부품은 통상적으로 사마륨 및 코발트같은 희토류 원소를 포함하는 합금으로 만들어지며, 여러 제조자로부터 통상적으로 이용된다.The present disclosure discloses an apparatus that is applicable to reading information in a non-contact manner by moving a moving tag or element that includes a medium or high coercivity material. Such a device has a high magnetic field required to saturate the tag material regardless of the coercivity (for example, the tag element has a poor shape factor and a low permeability due to the non-magnetizing effect). It is suitable to The device uses a magnetic null formed by one or more strong permanent magnets. The strength of the magnet (s) is chosen such that the peak magnetic field in the region immediately adjacent to the narrow center point null region is sufficient to saturate the tag material. For high coercivity tag materials, this requires a powerful magnet. Such parts are typically made of alloys containing rare earth elements such as samarium and cobalt and are commonly used from various manufacturers.

이동 방향으로 향한 자화가 손쉬운 축(즉, 자화용이 축)이 배열된 하나 이상의 자성 물질의 엘리먼트를 포함하는 이동 태그 또는 아이템이 널 지역을 통과할때, 자성 물질의 자화는 극성을 변화시킨다. 이런 자화 변화는 태그로부터 자기 쌍극 복사선 펄스를 유발하고, 이런 복사선은 적당하게 배치된 수신기 코일에 의해 쉽게 검출될 수 있다. 이런 실시예에서, 정적인 널 평면 및 이동 태그를 사용하는 경우, 수신기 코일에 유도된 신호의 크기가 자기 엘리먼트의 자화 변화율에 관련되기 때문에, 신호 크기는 태그 속도와 관련된다.The magnetization of the magnetic material changes its polarity when a moving tag or item comprising one or more elements of magnetic material arranged in an axis that is easy to magnetize in the direction of movement (ie, the magnetizing axis) passes through the null area. This magnetization change causes a magnetic dipole radiation pulse from the tag, which can easily be detected by a suitably placed receiver coil. In this embodiment, when using a static null plane and a moving tag, the signal size is related to the tag rate since the magnitude of the signal induced in the receiver coil is related to the rate of change of magnetization of the magnetic element.

본 발명의 바람직한 이해를 위하여, 하기에 첨부 도면을 참조하여 예로써 설명이 이루어질 것이다.For a better understanding of the invention, the following description will be made by way of example with reference to the accompanying drawings.

도면을 참조하여, 도 1a 및 도 1b은 자석 엘리먼트의 자화가 질의기의 널 지역을 통과할 때 어떻게 변화하는가, 및 수신기 코일에 유도된 신호 형태를 도시한다. 자기 널은 자기 엘리먼트가 포화되지 않는 공간 지역이다. 도 1a는 태그의 길이가 자기 널의 폭보다 작거나 같은 조건을 도시한다. 도 1b는 태그 엘리먼트 길이가 널 폭(도 1a에서 처럼)과 유사할 때 수신기 코일에 유도된 전압을 가리킨다. 보다 긴 태그 엘리먼트의 경우에, 태그 엘리먼트의 다른 부분은 태그 엘리먼트가 널 지역에 걸치는 시간동안 널 지역의 내외부로 이동될 것이다. 유도된 펄스의 지속 기간은 도 1c에 지시된 바와 같이 연장될 것이다.Referring to the drawings, FIGS. 1A and 1B show how the magnetization of a magnet element changes as it passes through the null region of the interrogator, and the signal shape induced in the receiver coil. Magnetic nulls are areas of space where magnetic elements are not saturated. 1A shows the condition that the length of the tag is less than or equal to the width of the magnetic null. FIG. 1B shows the voltage induced in the receiver coil when the tag element length is similar to the null width (as in FIG. 1A). In the case of longer tag elements, the other part of the tag element will be moved in and out of the null area for the time the tag element spans the null area. The duration of the induced pulses will be extended as indicated in FIG. 1C.

도 2는 슬롯 판독기 형태의 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 상기 실시예에서 간단한 수신기 코일 구조가 간략화를 위하여 도시된다. 이런 코일 구조는 특히 코일 영역이 작을 때 바람직하다. 그러나, 중요한 외부 자기 잡음 소스가 존재하거나(예를 들어, 만약 판독기가 보호되지 않은 전기 모터를 포함하는 장치의 일부분이면), 코일 영역이 큰 환경에서, 두 개의 동축(co-axial) 반대-위상 직렬-접속 코일을 포함하는 보다 복잡한 수신기 코일이 바람직하다. 이런 장치의 외부 코일은 동일하지만 마주하게 배치된 쌍극 모멘트(영역 x 권선 프로덕트)를 제공하기 위하여 내부 코일보다 작은 권선을 가진다. 이런 장치는 축상에서 외부로 멀리 떨어진 자기장 신호에 작은 감도를 가지지만, 코일 쌍의 중심에서 태그 엘리먼트에 대해 우수한 감도를 유지한다. 그러므로 단순한 하나의 코일보다는 간섭에 영향을 덜 받는다.2 shows one embodiment of the invention in the form of a slot reader. In this embodiment a simple receiver coil structure is shown for simplicity. Such a coil structure is particularly desirable when the coil area is small. However, in the presence of significant external magnetic noise sources (eg, if the reader is part of a device containing an unprotected electric motor), or in a large coil area, two co-axial anti-phases More complicated receiver coils comprising series-connected coils are preferred. The outer coil of such a device has a smaller winding than the inner coil to provide the same but oppositely arranged bipolar moment (area x winding product). Such devices have a small sensitivity to magnetic field signals distant on the axis, but maintain good sensitivity to tag elements at the center of the coil pair. Therefore, it is less affected by interference than a single coil.

도시된 바와 같이, "슬롯"을 형성하는 두 개의 자석은 서로 마주하는 자석이다 - (이 경우) S극은 서로를 향한다. 기본적인 자기 이론은 자력선이 각각의 S극에 바로 인접한 지역에서 압축되고, 두 개의 자석 사이 체적 사이에 널 지역이 배치되는 것을 도시한다. 이동 방향으로 정렬된 자화용이 축을 가지는 자기 엘리먼트가 화살표 방향으로 슬롯에 접근할 때, 상기 자기 엘리먼트는 이동 방향(도 2에 도시된 바와 같이 수평 평면)의 자기장 성분에 영향을 받음으로써 이동 방향으로 자화된다. 기본적인 자기 이론은 이런 성분의 자기장이 슬롯쪽으로 접근중 최대로 증가하고, 슬롯내 자기 널에서 영으로 감소할 것이다. 태그가 슬롯을 통하여 이동을 계속할 때, 상기 태그는 이동 방향의 자기장의 성분에 다시 영향을 받고, 이때 상기 성분의 방향은 태그가 슬롯에 접근할 때 영향을 받은 성분의 자기장과 비교하여 역전된다. 그래서 태그 자화의 극성은 자기 널을 통과하는 통로상에서 역전된다. 이런 자화 역전은 코일에 의해 검출되는 자석 쌍극 복사선의 복사를 유발한다.As shown, the two magnets forming a "slot" are magnets facing each other-in this case the S poles face each other. The basic magnetic theory shows that the magnetic field lines are compressed in the area immediately adjacent to each S pole, and a null area is placed between the volumes between the two magnets. When a magnetic element having an axis for magnetization aligned in the moving direction approaches the slot in the direction of the arrow, the magnetic element is magnetized in the moving direction by being affected by the magnetic field component in the moving direction (horizontal plane as shown in FIG. 2). do. The basic magnetic theory is that the magnetic field of this component will increase to the maximum approaching the slot and will decrease to zero at the magnetic null in the slot. As the tag continues to move through the slot, the tag is again affected by the component of the magnetic field in the direction of travel, with the direction of the component reversed relative to the magnetic field of the component affected when the tag approaches the slot. Thus the polarity of the tag magnetization is reversed on the path through the magnetic null. This magnetization reversal causes the radiation of the magnetic dipole radiation detected by the coil.

도 3은 단일 측면 판독기 형태인 본 발명의 제 2 실시예를 도시하고, 상기 판독기는 약 500 에르스텟(oersted)까지 보자력을 가진 약 1mm의 길이 이하의 자기 엘리먼트를 판독하는데 적당하다. 판독기의 감도는 코일의 표면으로부터 0-1mm의 범위에 걸쳐 대략 균일하고, 최대 이용 가능 범위는 대략 2mm이다. 이런 실시예에서 정적 자기장을 15mm길이 x5mm폭 x10mm두께를 가지는 완전-포화되고 소결된 NdFe 필드 및 c. 1.0 테슬러의 표면 필드에 의해 형성된다. 도 2와 관련하여 상기에 설명된 바와 같이, 높은 파워의 자석에 의해 형성된 자력선에 대한 고찰은 태그 또는 아이템의 자기 엘리먼트(들)이 어떻게 하나의 극성으로 우선 자화되고, 자석 표면상을 통과할 때 반대 극성으로 자화되는가를 도시할 것이다. 자석상의 태그 이동 중심점에서, 수평 자기장은 0이다 - 즉, 자석 엘리먼트(들)은 자기 널을 겪게 된다. 전체 수신기 코일은 두 개의 반대 위상 접속 코일, 즉 8자 모양의 구조를 갖는다. 각각의 코일은 1.6mm넓이 x 10mm길이 권형(former)상에 감겨지고, 0.1mm 직경 에나멜 구리 와이어가 70회 감겨진 권선을 포함한다. 이런 구조는 태그로부터의 자기 쌍극 복사선에 우수한 결합을 제공하고, 또한 코일로부터의 거리에 민감하게 빠른 감쇠를 제공한다. 상기 감도 프로파일은 중요한 외부 자기 잡음 소스가 존재하는 환경(예를 들어, 만약 판독기가 보호되지 않은 전기 모터를 포함하는 장치의 경우)에서 동작하기 위하여 요구된다. 수신기 코일로부터의 낮은 레벨 출력은 저잡음 증폭기(low-noise instrumentation amplifier)에서 1000배 증폭되고, 이러한 증폭기는 아날로그 장치 AMP-027 집적 회로같은 장치가 적합하다. 시스템의 대역폭은 저역 통과 필터에 의해 형성되고, 낮은 비용 동작 증폭기, 예를 들어 TL084를 바탕으로 하는 공지된 기술을 사용하여 실행된다. 최적의 신호 대 잡음 비율은 필터 대역폭이 최대 신호 대역폭과 매칭될 때 제공된다. 최대 1mm의 길이, 10m/sec의 속도로 움직이는 자기 엘리먼트를 가진 태그에 대해, 5Khz 대역폭이 적당하다.FIG. 3 shows a second embodiment of the invention in the form of a single side reader, which is suitable for reading magnetic elements up to about 500 mm in length and having coercive force up to about 500 oersted. The sensitivity of the reader is approximately uniform over a range of 0-1 mm from the surface of the coil, with a maximum usable range of approximately 2 mm. In this embodiment the static magnetic field is 15 mm long x 5 mm wide x 10 mm thick with a fully-saturated and sintered NdFe field and c. Formed by a surface field of 1.0 Tesla. As described above in connection with FIG. 2, a consideration of the lines of magnetic force formed by high-power magnets shows how the magnetic element (s) of a tag or item is first magnetized to one polarity and passes over the magnet surface. It will be shown if it is magnetized with the opposite polarity. At the tag movement center point on the magnet, the horizontal magnetic field is zero-that is, the magnetic element (s) suffer from magnetic nulls. The entire receiver coil has two opposite phase connection coils, i. Each coil was wound on a 1.6 mm wide by 10 mm long former and included a winding of 70 windings of 0.1 mm diameter enameled copper wire. This structure provides good coupling to magnetic dipole radiation from the tag, and also provides fast attenuation sensitive to distance from the coil. The sensitivity profile is required to operate in an environment where significant external magnetic noise sources exist (eg, in the case of a device in which the reader includes an unprotected electric motor). The low level output from the receiver coil is amplified 1000 times in a low-noise instrumentation amplifier, which is suitable for devices such as analog devices AMP-027 integrated circuits. The bandwidth of the system is formed by a low pass filter and implemented using known techniques based on low cost operational amplifiers, for example TL084. The optimal signal to noise ratio is provided when the filter bandwidth matches the maximum signal bandwidth. For tags with magnetic elements up to 1 mm long and moving at speeds of 10 m / sec, 5Khz bandwidth is adequate.

도 2에 도시된 태그는 3개의 자기 엘리먼트로 도시된다; 도 3의 태그는 4개의 자기 엘리먼트로 도시된다. 도 1a 내지 도 1c를 고려하여 도 2 및 도 3의 장치는 이들 태그를 판독하고, 태그에 존재하는 자기 엘리먼트 수와 같은 수에 대응하고, 그 특성이 자기 엘리먼트의 길이에 따르는(도 1b 및 도 1c와 비교) 신호를 제공한다. 그래서 상기 장치는 태그에 대한 판독기로서 기능한다.The tag shown in FIG. 2 is shown with three magnetic elements; The tag of FIG. 3 is shown with four magnetic elements. In view of FIGS. 1A-1C, the apparatus of FIGS. 2 and 3 reads these tags and corresponds to a number such as the number of magnetic elements present in the tag, the characteristics of which are dependent on the length of the magnetic element (FIGS. 1B and FIG. Compare to 1c). The device thus functions as a reader for the tag.

자석과 관련한 코일(들)의 이동으로 인한 유도 전압을 피하도록 구조물이 적당한 기계적 안전성을 갖게끔 구성되는 것이 중요하다. 예를 들어 수신기 코일(들), 코일 및 자석을 지지 구조에 결합한 솔리드 및 외부 진동으로부터 이런 구조물을 격리시키는 격리부와 직접 접촉하여 진입하는 태그를 방지하기 위한 수단과 같은 관련 기술은 산업용 금속 검출기에 이미 사용된다.It is important that the structure be configured to have adequate mechanical safety to avoid induced voltages due to the movement of the coil (s) relative to the magnet. Related technologies such as, for example, the receiver coil (s), solids incorporating the coils and magnets in the support structure, and means for preventing tags entering in direct contact with an isolator that isolates such structures from external vibrations, have been incorporated into industrial metal detectors. Already used.

상기된 실시예의 효과는 상기 구성의 특정 영역에 주목함으로써 증가될 수 있다. 이것은 코일의 형상 및 제조; 다중 채널 설계에서 다중 코일의 인터리빙(interleaving); 및 코일과 관련한 영구 자석의 배열과 관련된다. 이들 모두는 검출 성능을 향상시킨다. 특히, 적당한 자성 물질의 검출을 위한 FN(플라잉 널(flying null)) 헤드의 성능은 4개의 요소에 의해 제한된다. 즉 :The effect of the embodiment described above can be increased by paying attention to a specific area of the configuration. This is the shape and manufacture of the coil; Interleaving of multiple coils in a multichannel design; And an arrangement of permanent magnets in relation to the coil. All of these improve detection performance. In particular, the performance of a flying null (FN) head for the detection of a suitable magnetic material is limited by four factors. In other words :

1) 수신 코일 감도 - (수집된 신호를 한정하는) 안테나를 형성하는 코일의 권선수 대 (코일에 의해 형성된 내부 잡음을 설정하는) 코일의 전기 저항에 의해 결정된다;1) receiving coil sensitivity-determined by the number of turns of the coil forming the antenna (which defines the collected signal) versus the electrical resistance of the coil (setting the internal noise formed by the coil);

2) 원방(far-field)(주위 환경) 전자기 잡음 소스에 대한 코일의 둔감도 - 이것은 균형잡힌(balanced) 안테나 구조를 요구한다(4극 또는 보다 높은 차수의 응답);2) insensitivity of the coil to far-field (ambient environment) electromagnetic noise sources—this requires a balanced antenna structure (quadpole or higher order response);

3) 널 지역과 인접하는 지역에서 자기장의 세기, 및 널을 통과하는 자기장의 기울기; 및3) the strength of the magnetic field in the area adjacent to the board area, and the slope of the magnetic field passing through the board; And

4) 바이어스-필드 자석과 관련한 안테나의 구조적 강도.4) structural strength of the antenna in relation to the bias-field magnet.

이들 고려 사항을 바탕으로 하는 설계의 특징은 아래에서 설명될 것이다.Features of the design based on these considerations will be described below.

특히 바람직한 장치는 FN 헤드에서 요구된 코일을 구성하기 위하여 다중층 인쇄 회로 기판 또는 "PCB"(일반적으로 전자 회로를 실행하기 위하여 사용됨)를 사용하는 것이다. 상기 회로상의 패턴은 리소그래픽으로 형성되고, 매우 정밀한 코일 구조가 달성되고 형상 제조시 쉽게 생성된다. 이런 형태의 구조는 매우 정밀한 '코일 권선' 을 만들게 하고, 정밀한 3차원 공차를 이용한 다양한 특정 안테나가 제조될 수 있으며, 이는 다중층 리소그래픽 PCB 제조에 의해 달성될 수 있다. 코일 형성은 각각의 층상에 트랙의 특정 형상을 사용하고 추후에 이들 표준 쓰로우-층(through-layer) 상호접속 방법을 사용하여 접속함으로써 실현된다. 게다가, 다른 응용을 위해 코일의 비율을 정하는 것은 매우 간단하고, 통상적인 코일 권선 기술에 의해 달성하기 어려운 코일 구조물도 비교적 간단하게 이루어진다.A particularly preferred device is to use a multilayer printed circuit board or "PCB" (typically used to implement electronic circuits) to construct the coils required in the FN head. The pattern on the circuit is formed lithographically, a very precise coil structure is achieved and easily produced during shape production. This type of structure allows for the creation of very precise 'coil windings', and a variety of specific antennas can be fabricated using precise three-dimensional tolerances, which can be achieved by multilayer lithographic PCB fabrication. Coil formation is realized by using a specific shape of the track on each layer and later connecting using these standard through-layer interconnection methods. In addition, the ratio of coils for other applications is very simple, and even relatively simple coil structures are difficult to achieve by conventional coil winding techniques.

도 4는 상기 설명의 실시예이다. 이것은 상기 방법중 하나의 특정 실시예의 중요한 물리적 파라미터를 도시한다. 도 4a에서, 당업자는 리소그래픽 수단을 사용하여 구현되는 경우 금속 트랙(통상적인 코일에서 와이어와 동등물)의 기본적인 개념을 도시한다. 이들 트랙은 3차원 코일을 생성하기 위하여 상호접속되고, 각각의 층상의 트랙은 권선을 형성한다(도 4b). 실제로 당업자는 20 PCB 층 이상을 사용하여 코일을 구현하였다.4 is an embodiment of the above description. This shows the important physical parameters of one particular embodiment of the method. In FIG. 4A, those skilled in the art show the basic concept of metal tracks (equivalent to wires in conventional coils) when implemented using lithographic means. These tracks are interconnected to create a three-dimensional coil, with each layered track forming a winding (FIG. 4B). In practice, those skilled in the art have implemented coils using more than 20 PCB layers.

중첩된 구조는 특정 응용에서 장점을 가진다. 예를 들어, 하나의 균형잡힌 코일 장치는 그것이 외부 간섭에 과도하게 민감하기 때문에 큰 영역상에서 검출하기에 적당하지 않다. 다수의 작은 코일들이 검출 지역에서 중첩되어 목표된 영역을 커버함으로써 상기 문제가 극복된다. 도 5는 다중층 기판의 여러 층위에 에칭된 코일 패턴을 사용하여 상기 문제를 해결하는 한가지 방식을 도시한다.Nested structures have advantages in certain applications. For example, one balanced coil device is not suitable for detection on large areas because it is excessively sensitive to external interference. The problem is overcome by multiple small coils overlapping in the detection zone to cover the desired area. 5 illustrates one way of solving the problem using coil patterns etched over several layers of a multilayer substrate.

PCB 구조는 본래 단단하고, 이것은 자석과 관련한 코일 권선의 이동을 방지하는데 바람직하다. 헤드상에서 우연한 충돌에 의해 유발된 이런 임의의 움직임은 코일에 원하지 않는 잡음 전압을 생성하여 성능을 감소시킨다.The PCB structure is rigid in nature, which is desirable to prevent movement of the coil windings in relation to the magnet. This random movement, caused by accidental collision on the head, creates unwanted noise voltages in the coil, reducing performance.

다른 개선된 구조는 코일의 중심을 통하여 위쪽으로 영구 자석의 표면을 연장시키는 것이다. 이것은 관심있는 지역에서 자기장 세기 및 자기장 기울기를 증가시키고, 자석 표면이 코일 레벨 바로 아래에 있는 구조와 비교하여 증가된 해상도 또는 신호 레벨, 또는 양쪽 모두를 제공한다. 연장된 극 부분을 가진 자석을 사용하는 실시예는 도 6에 도시된다. 이것은 PCB 코일을 사용하지만, 통상적인 방식으로 감겨진 코일을 사용하여 구현될 수도 있다.Another improved structure is to extend the surface of the permanent magnet upwards through the center of the coil. This increases the magnetic field strength and magnetic field slope in the region of interest and provides increased resolution or signal level, or both, compared to structures where the magnet surface is directly below the coil level. An embodiment using a magnet with an extended pole portion is shown in FIG. 6. This uses a PCB coil, but can also be implemented using a coil wound in a conventional manner.

Claims (10)

자화용이 축을 갖는 자기 태그의 존재를 감지하기 위한 검출기로서,A detector for detecting the presence of a magnetic tag having an axis for magnetization, (1)( i )하나의 자석 및 ( ii )동일한 극이 서로 마주하게 배치된 한 쌍의 자석 중 하나 - 상기 하나의 자석 또는 상기 한 쌍의 자석은 사용시 상기 자기 태그가 통과하거나 가로지르는 공간 지역을 한정하도록 배치되며, 상기 자석의 배치로 형성된 자기장 패턴은 제 1 방향으로 분해되는 자기장의 성분이 0인 제 1 지역을 포함하고 상기 제 1 지역에 인접한 지역들에서 상기 제 1 방향으로 분해된 상기 자기장의 성분이 상기 자기 태그 또는 상기 자기 태그의 일부분을 포화시키기에 충분하며, 상기 자석의 배치로 형성된 자기장 패턴은 상기 자기 태그가 상기 공간 지역내 자기장을 통과하는 중에 상기 자기 태그의 자화 극성을 변화시킴 - ; 및(1) (i) one magnet and (ii) one of a pair of magnets in which the same poles are disposed opposite each other, wherein the single magnet or the pair of magnets is a space area through which the magnetic tag passes or traverses in use The magnetic field pattern formed by the arrangement of the magnets includes a first region in which the component of the magnetic field decomposed in the first direction is 0 and is decomposed in the first direction in regions adjacent to the first region. A component of the magnetic field is sufficient to saturate the magnetic tag or a portion of the magnetic tag, and the magnetic field pattern formed by the placement of the magnet changes the magnetization polarity of the magnetic tag while the magnetic tag passes through the magnetic field in the spatial zone. Sikkim-; And (2)역상 배치(antiphase arrangement)되어 접속된 하나 이상의 코일 쌍들을 갖는 수신기 코일들 - 상기 수신기 코일들은 상기 하나의 자석이 사용되는 경우 상기 하나의 자석의 한 극의 위로 인접하여 위치하고 또는 상기 한 쌍의 자석이 사용되는 경우 상기 한 쌍의 자석 사이에 위치하며; 상기 수신기 코일들은 상기 자기 태그가 상기 자기 태그의 자화용이 축이 이동 방향으로 향한 채 상기 자기장을 통과함에 따라 상기 자기 태그에 의해 복사된 자기 쌍극 복사선을 검출하도록 배치됨- 을 포함하는 자기 태그 존재 감지용 검출기.(2) receiver coils having one or more coil pairs connected in antiphase arrangement, wherein the receiver coils are located adjacent one pole of the one magnet when the one magnet is used or the pair Is located between the pair of magnets when a magnet is used; And the receiver coils are arranged to detect magnetic dipole radiation radiated by the magnetic tag as the magnetic tag magnetizes the magnetic tag and passes through the magnetic field with its axis directed in the direction of movement. Detector. 제 1항에 있어서, 상기 검출기는 동일한 극성이 서로 마주하게 배치된 한 쌍의 영구자석을 포함하며, 상기 한 쌍의 영구자석 사이의 공간은 상기 공간 지역을 한정하고 사용시 상기 자기 태그가 통과하는 슬롯 형태인 것을 특징으로 하는 자기 태그 존재 감지용 검출기.2. The apparatus of claim 1, wherein the detector comprises a pair of permanent magnets having the same polarity disposed opposite each other, wherein a space between the pair of permanent magnets defines the spatial area and slots through which the magnetic tag passes in use. Detector for detecting the presence of a magnetic tag, characterized in that the form. 제 1항에 있어서, 상기 검출기는 하나의 영구자석을 포함하며, 상기 공간 지역은 상기 영구자석의 하나의 표면 위에 있는 공간 지역에 의해 형성되고, 사용시 상기 자기 태그가 상기 영구자석의 하나의 표면 위로 인접하여 통과하는 것을 특징으로 하는 자기 태그 존재 감지용 검출기.2. The detector of claim 1, wherein the detector comprises one permanent magnet, wherein the spatial zone is formed by a spatial zone above one surface of the permanent magnet, and in use the magnetic tag rests on one surface of the permanent magnet. Detector for detecting the presence of a magnetic tag, characterized in that passing through adjacent. 제 1항, 제 2항 및 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신기 코일들은 기하학적으로 중첩된 구조로 배치된 다수의 상호접속된 코일들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 태그 존재 감지용 검출기.4. A detector as claimed in any of claims 1, 2 and 3, wherein the receiver coils comprise a plurality of interconnected coils arranged in a geometrically overlapping structure. 제 1항, 제 2항 및 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신기 코일들은 인쇄 회로 기판의 어셈블리 형태이고, 코일 권선들은 상기 인쇄 회로 기판들 상의 도전 경로들에 의해 구성되며, 상기 인쇄 회로 기판들은 3차원 코일을 형성하도록 상호접속된 것을 특징으로 하는 자기 태그 존재 감지용 검출기.The printed circuit board of claim 1, wherein the receiver coils are in the form of an assembly of a printed circuit board, the coil windings are constituted by conductive paths on the printed circuit boards. Substrates are interconnected to form a three-dimensional coil. 제 1항, 제 2항 및 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석 또는 상기 각각의 자석은 상기 수신기 코일 또는 코일들의 권선들 사이로 연장하는 하나의 극 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 태그 존재 감지용 검출기.4. The magnetic tag according to any one of claims 1, 2 and 3, wherein the magnet or each magnet comprises one pole portion extending between the receiver coil or the windings of the coils. Presence detection detector. 제 1항, 제 2항 및 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기는 상기 수신기 코일에 접속된 신호 처리 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 태그 존재 감지용 검출기.4. The detector according to any one of claims 1, 2 and 3, wherein the detector further comprises signal processing means connected to the receiver coil. 제 7항에 있어서, 상기 신호 처리 수단은 상기 자기 태그에 저장된 정보와 대응하거나 상호관련된 출력 신호를 생성하도록 구성 및 배열된 것을 특징으로 하는 자기 태그 존재 감지용 검출기.8. The detector according to claim 7, wherein said signal processing means is configured and arranged to generate an output signal corresponding to or correlated with information stored in said magnetic tag. 제 8항에 있어서, 상기 신호 처리 수단은 입력이 상기 수신기 코일들에 접속되고 출력이 저역 필터에 접속된 저잡음 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 태그 존재 감지용 검출기.9. A detector as claimed in claim 8, wherein said signal processing means comprises a low noise amplifier having an input connected to said receiver coils and an output connected to a low pass filter. 제 1항, 제 2항 및 제 3항 중 어느 한 항에 따른 검출기를 포함하는 지폐 판독기.A banknote reader comprising a detector according to any of the preceding claims.