NL9002120A - Pulsdeactivator. - Google Patents

Description

Pulsdeactivator Hr. P. Reebers Hr. K. Fockens

De uitvinding betreft een inrichting om deactiveerbare RF winkel-diefstaldetectielabels te deactiveren.

Een electronisch winkeldiefstaldetectiesysteem bestaat uit een aantal componenten, te weten: 1. labels, die aan de te beveiligen goederen worden bevestigd; 2. detectiezuilen, die aan de uitgang van een winkel worden geplaatst en die tot doel hebben de passerende labels te detecteren; 3. een paktafeldetector, die tot doel heeft labels te detecteren, die bij verkoop van de goederen moeten worden verwijderd.

Naast labels, die bij de verkoop van de goederen moeten worden verwijderd, zijn er ook labels, de zgn. plaklabels, die niet behoeven te worden verwijderd, maar moeten worden gedeactiveerd, d.w.z onwerkzaam gemaakt als detectielabel. Zo'n plaklabel bestaat uit isolerend substraat, waarop een sporenpatroon van geleidend materiaal is aangebracht. Dit sporenpatroon vormt een spoel en een condensator, welke samen een resonantiekring vormen. Het resonantieëffect wordt benut om de aanwezigheid van de label te kunnen detecteren. Om een plaklabel te kunnen deactiveren moet dit resonantieëffect worden verstoord. In de praktijk wordt daartoe electrische doorslag in het diëlectricum tussen de condensatorplaten gebruikt. Door de doorslag treedt als gevolg van de electrische energie, opgeslagen in de condensator, zeer plaatselijk een sterke verhitting op, waardoor er een gat in het diëlectrisch materiaal ontstaat en enig geleidermateriaal verdampt, welk materiaal weer neerslaat op de randen van het gat in het diëlectricum. Hierdoor ontstaat een geleidende verbinding tussen de twee condensatorplaten, waardoor de condensator effectief wordt kortgesloten en het resonantleëffect verdwijnt. Om de benodigde energie voor het deactiveren te verminderen, wordt bij de productie van de plaklabels op enigerlei wijze een zwak punt aangebracht in de condensator, zodat de voor doorslag benodigde spanning over de condensator in de orde van grootte van 20 V komt te liggen.

Een zgn. deactivator is de inrichting die de energie moet leveren om een plaklabel te deactiveren. Het is zinvol een deactivator te combineren met een paktafeldetector, omdat na de deactiveeractie moet worden vastgesteld of de label inderdaad ook gedeactiveerd is; een functie waarin door bestaande paktafeldetectoren al wordt voorzien. In octrooiaanvraag NL9000186 van aanvraagster is reeds een deactivator beschreven. Deze hoogfrequente deactivator wekt, nadat eerst de resonantiefrequentie van de te deactiveren label is gemeten, kortstondig een sterke hoogfrequente draaggolf op met een frequentie, die gelijk is aan die resonantiefrequentie. Deze deactivator bestaat in principe uit een oscillator, die een draaggolf opwekt van de gewenste frequentie, en een vermogensversterker, die zodanig gedimensioneerd is, dat voldoende vermogen wordt opgewekt om de meest ongevoelige labeltypen, d.w.z. die met de hoogste doorslagspanning, op voldoende grote afstand te kunnen deactiveren. Hoewel dit wer-kingsprincipe technisch goed voldoet, kan de complexe samenstelling van deze deactivator soms bezwaarlijk zijn. Met name in die toepassing waar plaklabels worden toegepast met een goede deactiveringsge-voeligheid en waar geen grote deactlveringsafstanden worden gevraagd, is er behoefte aan een meer economische oplossing. Dit is bijzonder relevant, wanneer wordt gevraagd bestaande paktafeldetec-tieapparatuur uit te breiden met een deactiveringsfunctie.

De uitvinding beoogt (onder meer) een oplossing te bieden voor de hierboven genoemde situatie.

Hieronder zal de onderhavige vinding aan de hand van figuren worden beschreven.

Figuur 1 geeft het principeschema van een deactivator volgens de uitvinding weer. De werking is als volgt: Een antennespoel L2, be- staande uit een enkelvoudig draadraam, is enerzijds via diode Dl en spoel LI aangesloten op een voedingsbron met een voedingsspanning, bijvoorbeeld van ca. 25 V. Anderszijds is L2 aangesloten op transistor Tl, welke hier als schakelaar functioneert. L2 is in electrische resonantie gebracht d.m.v. de condensatoren C2, C3, C4 en C5. Indien een deactiveeractie wordt gestart, wordt als stuursignaal 2 een symmetrische blokspanning aangeboden met een frequentie van 10 Hz, ter lengte van 10 perioden. Pulsvormer 1 genereert daaruit een puls-trein van 10 pulsen met elk een lengte van 2 ps. Met deze pulsen wordt transistor Tl kortstondig in geleiding gebracht.

In het volgende wordt de werking als gevolg van één puls beschouwd. Gedurende een periode van 2 ps gaat transistor Tl geleiden. Via LI, Dl en L2 gaat er een stroom I lopen vanaf de voeding naar massa. De stroom wordt begrensd door de zelfinducties van de spoelen LI en L2, zodat dl/dt ca. 5.E+6 A/s bedraagt. Op het moment dat de puls afgelopen is en Tl dus weer gaat sperren, loopt door LI en door L2 een stroom van ca. 10 A. Daarmee is op dat moment in het magnetische veld van L2 een hoeveelheid energie opgeslagen van ca. 60.E-6 J. Zodra Tl gaat sperren, zal door de zelfinductie van L2 de stroom door willen blijven lopen, doch stroom I kan uitsluitend nog naar de condensatoren C4 en C5. De spanning op aansluitpunt b stijgt totdat de energie uit L2 volledig is overgegaan naar C3, C4 en C5. De spanning op punt a, die de neiging heeft negatief te worden, wordt vastgehouden via diode Dl aan de spanning over Cl.

Figuur 2a geeft de spanning op de gate van transistor Tl weer en figuur 2b toont het verloop van de spanning op het aansluitpunt b. Figuur 2c geeft vervolgens de geïnduceerde spanning weer over de condensator in de label. Nadat de stroom door L2 nul geworden is, zal deze stroom in omgekeerde richting gaan lopen als gevolg van de spanning op C4 en C5. Daardoor worden C4 en C5 ontladen en stijgt de spanning over C2. Na de tweede kwart periode is de spanning tussen punt a en punt b nul en de stroom door L2 maximaal. Vervolgens zal deze stroom als gevolg van de zelfinductie van L2 door blijven lopen en de spanning over C2 verder doen stijgen en de spanning over C4 en C5 verder doen dalen. Op een gegeven moment zal deze spanning nul zijn en vervolgens negatief worden. Diode D2, geïntegreerd in transistor Tl, zal dan in geleiding gaan. De spanning over C4 en C5 kan nu niet verder negatief worden en de stroom door L2 gaat vervolgens door D2 lopen en komt retour via C2, totdat de stroom nul is en C2 maximaal is opgeladen. In de laatste kwart periode ontlaadt C2 zich weer over L2, waarbij C4 en C5 weer positief worden opgeladen totdat de stroom I door L2 weer maximaal is. Daarna begint een nieuwe periode. Condensator C3 is een instelbare condensator van een relatief geringe capaciteitswaarde, bedoeld om de resonantiefrequen-tie van het antennecircuit te kunnen fijnregelen. Deze condensator speelt in de energieoverdracht een ondergeschikte rol. Als gevolg van eindige bandbreedte van de resonantiekring in de label duurt het een aantal perioden, voordat de spanningsuitslingering over de condensator van de label maximaal wordt, zoals in figuur 2c te zien is. Het is dus van belang dat de 8 MHz wisselstroom door antennespoel L2 gedurende meerdere perioden maximaal is. Piet circuit L1-C1-D1 voorziet daarin. Na het afschakelen van de stroom door Tl stijgt de spanning over Cl doordat de energie in het veld van LI overgaat naar Cl. LI en Cl zijn echter zo gedimensioneerd dat de resonantiefre-quentie van LI en Cl 1 MHz bedraagt, een factor 8 lager dan die van L2/C4. De stijging van de spanning over Cl gaat dus langzamer dan de stijging van de spanning over C4 en is dus na twee volle perioden van de slingering over L2 maximaal. De hoeveelheid magnetische energie, opgeslagen in LI op het moment van afschakelen van de stroom I, bedraagt ca. 235.E-6 J, beduidend meer dan er in de antennespoel L2 opgeslagen is. Deze energie wordt omgezet naar electrische energie, opgeslagen in condensator Cl in de eerstvolgende 250 ns na het afschakelen van transistor Tl, waarin de antennekring met L2 twee complete uitslingeren maakt. Op de momenten dat de spanning over C2 lager is dan de spanning over Cl, zal er lading stromen van Cl naar C2 via diode Dl. Een deel van de energie, opgeslagen in de kring

Ll-Cl, gaat dus over naar de antennekring C2-L2-C4-C5. Dit heeft tot gevolg dat in de eerste drie perioden van de slingering in de antennekring energie wordt nagevuld uit de kring Ll-Cl.

In figuur 3 wordt het verloop van de stroom door de antennespoel, I(L2) en van de stroom door de Dl, I(D1), afgebeeld. Daarin is te zien dat in de twee perioden na de eerste periode de stroom door Dl bijdraagt aan de stroom door L2 in de vorm van twee pulsen 3 en 4. Ook figuur 4 toont dit effect aan de hand van de spanningen over Cl, V(2), en over C2, V(3). Daar waar V(3) lager dreigt te worden dan V(2) gaat Dl in geleiding en gaat een deel van de stroom door LI niet naar Cl, maar via Dl naar C2. In het verloop van de spanning over Cl is dat effect te zien aan de deuken, die ontstaan, daar waar in figuur 4 V(3) gelijk wordt aan V(2). Deze tijdstippen zijn gelijk aan de momenten waarop de stroompulsen door Dl optreden en zijn dus eveneens aangegeven met de markeringen 3 en 4. Deze energieover-dracht van de kring Ll-Cl naar het antennecircuit heeft tot gevolg, dat vanaf het moment van afschakelen van Tl gedurende enkele perioden een maximale hoeveelheid energie beschikbaar is in de vorm van een magnetisch wisselveld afkomstig van antennespoel L2. In de reso-nantiekring van een plaklabel, die zich in het veld bevindt, zal daarmee voldoende inductiespanning kunnen worden opgebouwd om die condensator te doen doorslaan en daarmee de label te deactiveren. Doordat de totale energie, beschikbaar voor de deactiveeractie in LI en in L2, vanwege de resonantie van circuit C2-L2-C3-C4-C5 door antenne L2, wordt omgezet in een wisselveld met een spectrale ener-gieverdeling, welke spectrale verdeling nauw is geconcentreerd rond de resonantiefrequentie van de plaklabels, wordt deze energie effectief gebruikt. Het resultaat daarvan is, dat slechts weinig vermogen behoeft te worden betrokken uit de gelijkspanningsvoeding, zodat aankoppelen op een bestaande paktafeldetector geen consequenties heeft voor de voeding. Verder zal door concentratie van de energie in een zeer beperkt frequentiegebied de stoorstraling ook tot dat frequentiegebied beperkt zijn.

De antennespoel L2 wordt geïntegreerd in de antenne van een pakta-feldetector. In patentaanvraag NL 8802914 van aanvraagster is een antenne, bedoeld voor gebruik in een paktafeldetector, beschreven. Deze vierkante antenne met twee diagonale aansluitingen vormt een dubbele achtvormige lus, bedoeld voor gelijktijdig gebruik op twee verschillende frequenties. Door nu antennespoel L2 eveneens de vorm van een vierkant te geven en concentrisch te plaatsen in het vlak van paktafeldetectorantenne, heeft L2 geen koppeling met de achtvormige lussen van deze paktafeldetectorantenne. Daarmee verstoort het toevoegen van de deactiveerfunctie de werking van de paktafeldetector niet. Zie hiervoor figuur 5 waarin 5 samen met de diagonalen 6 de antenne vormt van de paktafeldetector. De antennespoel L2 van de deactivator wordt aangegeven met 7. De antennespoel L2 is echter afgestemd op de resonantie-frequentie van de labels en een zeer zwakke residue koppeling tussen L2 en de paktafeldetectorantenne doet een vals labelpuls ontstaan in de paktafeldetector.

De onderhavige uitvinding verschaft tevens een oplossing voor bovengeschetst probleem. Transistor Tl, van het groot vermogen MOSFET-type, bezit intern een grote parasitaire capaciteit tussen source en drain, in figuur 1 aangegeven met C5. De grootte van deze capaciteit is in hoge mate afhankelijk van de spanning over deze condensator. In rust, dus wanneer de paktafeldetector functioneert, is Tl gesperd, zodat de spanning over C5 gelijk is aan de voedingsspanning, in dit voorbeeld dus 25 V. De capaciteit van C5 is dan groot, zodat de kring C2-L2-C4-C5 op een lage frequentie is afgestemd. Wordt de deactivator gestart, dan wordt eerst gedurende 2 ps Tl geleidend, waardoor de spanning over C5 nul wordt en nadat Tl opnieuw spert, slingert de spanning over C5 op tot 500 V, zodat gedurende de deac-tiveeractie de gemiddelde spanning over C5 250 V bedraagt. De capaciteit van C5 is dan veel geringer, zodat de resonantiefrequentie hoger wordt. De kring C2-L2-C3-C4-C5 wordt nu zodanig gedimensioneerd, dat tijdens de deactiveeractie deze kring is afgestemd op de resonantiefrequentie van de labels en dat tijdens de rustperioden, wanneer de paktafeldetector moet functioneren, deze resonantiefre-quentie lager, d.w.z. buiten het werkgebied van de paktafeldetector, valt. Er ontstaat dan geen valse labelpuls.

Claims (5)

1. Een deactivator voor het deactiveren van winkeldiefstaldetectie-labels, met het kenmerk, dat de energie, benodigd voor het deactiveren van een label, voorafgaand aan de deactiveeractie, wordt opgeslagen als magnetische energie in de voor de deactiveeractie benodigde antennespoel.

2. Een deactivator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de antennespoel deel uit maakt van een resonantiekring zodat tijdens de deactiveeractie de opgeslagen energie wordt omgezet in een electromagnetische trilling met een frequentiespectrum dat nauw aansluit bij de resonantiefrequentie van de te deactiveren label.

3. Een deactivator volgens de conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat aanvullende energieopslag plaats vindt in een hulpspoel, welke spoel in combinatie met een condensator energie blijft naleveren aan de antennekring tijdens de eerste perioden van de electromagnetische trilling, welke energie benodigd is voor de deact iveeract ie.

4. Een deactivator volgens de conclusies 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de resonantiefrequentie van de antennekring tijdens de deactiveeractie gelijk is aan de resonantiefrequentie van de te deactiveren labels en dat de resonantiefrequentie van de antennekring buiten de deactiveeractie zover van de resonantiefrequentie van de labels afwijkt, dat bij combinatie met een paktafeldetector-circuit geen storende invloed van de resonantie van de antennekring meer wordt ondervonden.

5. Een deactivator volgens de conclusie 4, met het kenmerk, dat voor het omschakelen van de resonantiefrequentie van de antennekring gebruik wordt gemaakt van de spanningsafhankelijkheid van de parasitaire drain-source capaciteit van de schakeltransistor.