SE512488C2 - Metod och system för fjärrdetektering av markörer - Google Patents

Description

W Ü 20 25 30 35 512 .488 2 materialet, benämnd delta-E-effekten, beror vidare resonansfrekvensen hos varje element även av den magnetiska fältstyrkan eller flödesintensiteten längs elementets huvudriktning (längdriktning). Denna materialegenskap används enligt WO88/01427 för att möjliggöra samtidig detektering av flera identiska markörer. En spolanordning är anordnad att alstra ett heterogent magnetiskt förspänningsfält, varvid två samtidigt i detekteringszonen förekommande markörer kommer att utsättas för olika magnetiska fältstyrkor och kommer därför även att uppvisa olika resonansfrekvenser för de i markörerna ingående magnetiska elementen.

WO93/14478 visar ett liknande system, där markörerna emellertid är försedda med en eller flera elektriska resonanskretsar, vilka var och en är induktivt kopplad till ett respektive magnetiskt givarelement. Det magnetiska elementets relativa permeabilitet pp påverkas av det heterogena magnetfältet, och pga den induktiva kopplingen mellan det magnetiska elementet och resonanskretsen påver- kas även resonanskretsens resonansfrekvens av det hetero- gena magnetfältet. Markörerna i WO93/14478 exciteras och detekteras genom elektromagnetiska eller magnetiska signaler.

De magnetiska elementen hos varje markör är anordnade att representera en viss informationsmängd, såsom en iden- titet för respektive markör, ett artikelnummer osv. För markörer, där de magnetiska elementen är anordnade i vinkelförhållanden med avseende på varandra, representeras informationen av de respektive vinklarna mellan par av magnetiska element, och för markörer, där de magnetiska elementen är anordnade parallella med varandra, med fasta avstånd mellan angränsande element, representeras infor- mationen av avstånden. Ytterligare information kan rep- resenteras genom att utnyttja element av olika slag, exempelvis av olika längder eller med olika massor. Ett 10 15 20 25 30 35 512 438 3 sätt att uppnå magnetiska givarelement med olika massor, och följaktligen olika resonansfrekvenser, är känt genom WO95/29534.

En metod för samtidig detektering av flera markörer är känd genom WO95/29467. Markörerna och de däri ingående magnetiska elementen utsätts för en följd av olika magnet- fältsituationer. Resonansfrekvenserna för alla i detek- teringszonen förekommande element detekteras för varje magnetfältsituation, och komposanten hos den magnetiska fältvektorn längs varje elements längdriktning bestäms ur motsvarande-detekterade resonansfrekvens. Alla möjliga kombinationer av vinkelförhàllanden mellan par av element i en markör bestäms, och för en sådan kombination beräknas resulterande magnetfältvektorer ur olika par av de fast- ställda komposanterna för en given magnetfältsituation genom användning av vinkelförhällandena för den givna kombinationen. Varje kombination elimineras, som inte uppvisar identiska resulterande magnetfältvektorer vid beräkning för olika par av element, och proceduren upprepas, till dess endast sådana kombinationer kvarstår, vilka motsvarar verkliga elementkombinationer hos markörer inom detekteringszonen.

Metoden enligt WO95/29467 är fördelaktig på så vis, att den samtidigt förmår bearbeta och identifiera flera identiska markörer i detekteringszonen. Om det totala antalet möjliga kodvärden (antalet olika vinkelelement- arrangemang) är stort, blir emellertid det totala antalet beräkningar som måste utföras väldigt stort, och iden- tifieringsprocessen kan behöva fortgå under en ansenlig tid, till dess samtliga i detekteringszonen förekommande element har identifierats korrekt. Det föreligger därför ett behov av en snabbare detekteringsmetod och ett snabbare detekteringssystem, vilka fortare förmår identifiera markörerna.

N U 20 25 30 35 r-stf-za; äfea a Samanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att möjlig- göra snabbare detektering av markörer för fjärrdetektering av föremål. Syftet uppnås genom en metod och ett system enligt bifogade självständiga patentkrav. Syftet har väsentligen uppnåtts genom insikten att en markör mycket snabbt kan identifieras genom att utsätta densamma för ett roterande magnetfält, vars magnetfältvektor roterar 360°, medan man kontinuerligt övervakar en variation hos de frán respektive magnetelement härrörande resonansfrekvenserna för att kunna detektera det ögonblick, vid vilket resonans- frekvensvariationen när ett extremvärde, såsom ett minimi- värde. Magnetfältvektorns verkliga orientering registreras vid det ögonblick, då extremvärdet detekteras, och orien- teringen för det respektive magnetiska elementet bestäms ur den momentana magnetfältorienteringen.

När magnetfältvektorn roteras 360°, kommer i korthet fältvektorn att bli mer och mer samriktad med ett första element hos markören och kommer senare att bli parallell med detta element, varvid extremvärdet detekteras och orienteringen bestäms för det första elementet. När fält- vektorn vrids vidare, kommer den att bli mindre och mindre samriktad med det första magnetiska elementet men istället bli mer och mer samriktad med ett andra magnetiskt element.

Orienteringen för det andra magnetiska elementet bestäms, när magnetfältvektorn är samriktad med det andra elementet, och proceduren upprepas för återstående element hos markören. När sà de korrekta elementorienteringarna har bestämts, kan man enligt en föredragen utföringsform bestämma typen för varje element under ett andra steg, där ett magnetfält med varierande fältstyrka appliceras längs varje fastställd elementorientering i syfte att detektera en global minimi-/maximiresonansfrekvens för varje element samt bestämma dess typ genom att jämföra denna resonans- frekvens med en uppsättning i förväg lagrade data. 10 15 20 25 30 512v188, 5 Andra syften, särdrag och fördelar med föreliggande uppfinning framgår av följande detaljerade beskrivning, av ritningarna samt av underkraven. Översiktlig beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: FIG 1 är en översiktsvy av ett fjärrdetekterings- system enligt föreliggande uppfinning, FIG 2 är en översiktlig illustration av metoden enligt uppfinningen, FIG 3 är ett frekvensdiagram, som illustrerar metoden enligt uppfinningen, FIG 4 illustrerar ett andra steg hos metoden enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen samt FIG 5 är ett frekvensschema, som illustrerar det andra steget i FIG 4.

Detaljerad redogörelse för uppfinningen FIG 1 illustrerar ett detekteringssystem enligt en illustrerande utföringsform av föreliggande uppfinning.

Detekteringssystemet innefattar exciteringsorgan 15, detek- teringsorgan 16, vilka bägge är operativt anslutna till en systemstyrenhet 17, samt ett magnetfältalstrande organ 18.

En markör 10 är försedd med fyra magnetiska givarelement 13, I den illu- strerade utföringsformen är dessa magnetiska element av någon i sig känd magnetoelastisk (magnetostriktiv) typ och är exempelvis bildade som tunna remsor, band eller trådar vilka är anordnade i ett vinkelarrangemang. av en amorf metallegering med särskilda magnetiska egen- skaper. Uppfinningen är emellertid lika tillämplig för markörer, till vilka ett respektive magnetiskt element 13 är kopplat.

Markörer av dessa tvà slag beskrivs i exempelvis WO88/01427 som innefattar elektriska resonanskretsar, 10 15 20 25 30 35 512 “(433 och WO93/14478, vilka hänvisas till ovan och införlivas häri genom hänvisning.

(FIG 2) är av olika typer och uppvisar olika resonansfrekvenser. De De individuella magnetiska elementen 13a-d olika typerna kan väljas bland element av olika längder och/eller element med olika massor, former osv.

Exciteringsorganet är anordnat att alstra magnetiska eller elektromagnetiska exciteringssignaler, vilka försätter de magnetiska elementen 13 i ett tillstànd av magnetisk resonans. De av de självsvängande magnetiska elementen 13 alstrade magnetiska signalerna detekteras av detekteringsorganet 16 och tillförs systemstyrenheten 17.

Det magnetfältalstrande organet 18 är vidare anordnat att alstra ett varierande magnetfält H, vilket kommer att beskrivas närmare nedan. Materialegenskaperna hos de mag- netiska elementen 13 kommer som följd av variationerna i den magnetiska fältstyrkan H att förorsaka en motsvarande variation i resonansfrekvensen fæs för respektive element 13.

Systemstyrenheten 17 är anordnad att driva det magnetfältalstrande organet 18, så att detta alstrar ett magnetfält med roterande fältvektor. Fältvektorn roterar företrädesvis 360°. Magnetfältvektorns rotation illustreras i FIG 2, för ett respektive magnetiskt element 13 illustreras i FIG och resulterande variation i resonansfrekvens fms 3. När magnetfältets fältvektor H börjar vridas från 0° mot 360°, tad med ett första magnetiskt element 13a hos markören 10. kommer fältvektorn först att bli mer och mer samrik- När fältvektorn H blir mer och mer samriktad med detta magnetiska element, kommer elementets resonansfrekvens fms att minska i värde (illustreras av en pil I i FIG 3), eftersom projiceringen av den magnetiska fältvektorn H längs det första magnetiska elementets l3a längdriktning blir större och större. Vid en viss vridningsvinkel agmloæl kommer den projicerade fältvektorn H att nä maximum (idealt 10 l5 20 25 30 35 ~ES 1' 2f*~~~4ï8 8 7 fullständigt parallell med det första magnetiska elementet l3a), varvid resonansfrekvensen f}$ när ett minimivärde f¿m IWÜ. En vidare vridning av fältvektorn H kommer att göra den mindre perfekt samriktad med det första elementet l3a, varvid resonansfrekvensen f;æ börjar öka, vilket illustre- ras av en pil II i FIG 3. I det ögonblick, då resonansfre- kvensen när sin lokala minimipunkt fwnlæa, registreras den momentana vinkelvridningen aåmlofilhos fältvektorn H. Efter- som den lokala minimiresonansfrekvensen kommer att upp- träda, när fältvektorn H och det första magnetiska elemen- tet l3a är parallella med varandra, erhålls elementets l3a orientering direkt ur fältvektorns H momentana orientering, dvs amin local - När fältvektorn H vrids kontinuerligt, kommer den att bli mindre och mindre samriktad med det första elementet l3a men mer och mer samriktad med det andra elementet 13b.

Vid en viss vinkelvridning kommer fältvektorn H att bli parallell med det andra magnetiska elementet l3b, varvid dess orientering bestäms i likhet med ovan. Därefter görs en motsvarande bestämning av orienteringen hos de tredje respektive fjärde magnetiska elementen l3c respektive l3d.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är markören 10 försedd med magnetiska element l3a-d av olika typer, dvs som uppvisar resonansfrekvenser inom olika (men eventuellt överlappande) frekvensband. För en sådan markör bestäms typen för varje magnetiskt element l3a-d på följande vis, sä snart orienteringarna har bestämts enligt ovan för de respektive elementen l3a-d. För varje enligt ovan fastställd elementorientering styr systemstyrenheten 17 det magnetfältalstrande organet 18, så att detta alstrar ett magnetfält H med varierande styrka längs respektive orientering, vilket illustreras i FIG 4 och 5. När den magnetiska fältstyrkan varieras längs ett respektive magnetiskt elements l3a-d längdriktning, kommer dess resonansfrekvens att minska och slutligen nä ett 10 15 20 25 30 35 1s12«4sa globalt minimivärde fflngkmfl vid en magnetisk fältstyrka Hnm1flwfl. Den globala minimiresonansfrekvensen är direkt förknippad med en respektive elementtyp, och förhållandet mellan en global minimiresonansfrekvens och en viss elementtyp representeras av en uppsättning referensdata, som i förväg lagrats i en med systemstyrenheten 17 opera- tivt förbunden lagringsenhet. Så snart den globala minimi- resonansfrekvensen f¿ngumü har fastställts, kommer styr- enheten 17 att jämföra detta värde med den i förväg lagrade uppsättningen referensdata samt välja den särskilda ele- menttyp, för vilken motsvarande frekvensvärde eller band sammanfaller med den detekterade globala minimiresonans- frekvensen. För vissa markörtyper är det möjligt att detek- tera ett globalt maximum för resonansfrekvensen istället för dess globala minimum.

Tack vare föreliggande uppfinning kan man snabbt och tillförlitligt detektera markörer, som representerar ett respektive kodvärde bland ett mycket stort antal möjliga kodvärden. För en markör liknande den, som illustrerats på ritningarna och som innehåller fyra olika magnetiska element, vilka vart och ett väljs bland fyra olika typer och anordnas i något av 15 möjliga vinkellägen, blir exem- pelvis det totala antalet olika kodvärden lika med 327 600.

Om de fyra elementen väljs bland totalt tio olika typer, kan varje markör representera ett av 13 628 160 olika kod- värden för samma antal olika vinkellägen.

Inom ramen för föreliggande uppfinning är det möjligt att detektera mer än en markör samtidigt, även om elementen är identiskt orienterade pà markörerna. För att samtidigt detektera exempelvis tvâ markörer, av vilka den ena är vriden en viss vinkel relativt den andra, är det möjligt att skilja de bägge markörerna àt genom att betrakta den följd av absoluta vinkellägesvärden, som erhållits för samtliga element hos de två markörerna. Om man antar att de respektive första elementen hos de två markörerna har 0° i) 10 15 20 25 30 s w ras 9 orientering i förhållande till en given referensoriente- ring, medan de andra elementen har 10° och de tredje ele- menten har 25° orientering, kan följande exemplifierande följd av absoluta vinkellägesvärden erhållas under vrid- ningen av magnetfältet: {O°, 7°, l0°, 17°, 25°, 32°, ...} Ur ovanstående följd drar man slutsatsen, att vart- annat värde är förskjutet 7° från föregående värde. Detta antyder att en av markörerna är förskjuten 7° relativt den andra, vilket möjliggör att de två markörerna kan särskil- jas från varandra.

Om å andra sidan de två markörerna är helt parallel- la, kan de ändå identifieras individuellt genom att appli- cera en fältgradient hos det roterande magnetfältet. Den roterande fältvektorn har således inte likformig styrka utan växande amplitud, varvid de tvà markörerna kommer att uppvisa olika variationer i resonansfrekvens, när de utsätts för det roterande magnetfältet.

Uppfinningen har av exemplifierande men ej begränsan- de skäl beskrivits ovan med hänvisning till en illustre- rande utföringsform. En fackman inom området torde enkelt inse, att andra utföringsformer än den här visade är möjliga inom ramen för uppfinningen, såsom denna definieras av bifogade självständiga patentkrav.

I en situation där det plan, i vilket markörelementen är orienterade, är påtagligt skilt från magnetfältets rota- tionsplan, kan det exempelvis vara lämpligt att utsätta markören för en följd av tvà eller flera olika roterande magnetfält, vilkas rotationsplan är icke-parallella (företrädesvis: ortogonala), för att säkerställa en tillförlitlig bestämning av elementorienteringarna.

Claims (11)

W U 20 25 30 35 s12É1aa 10 PATENTKRAV

1. Metod för fjärrdetektering av markörer (10), där varje markör innefattar åtminstone två magnetiska element (13), som är anordnade i ett förutbestämt förhållande, vilket ger markören en identitet, genom att antingen exci- (13), så att det eller excitera en elektrisk reso- tera ett respektive magnetiskt element självsvänger mekaniskt, nanskrets, till vilken det respektive magnetiska elementet (13) är kopplat, så att resonanskretsen självsvänger ) hos det respektive magnetiska elementet eller hos den elektriska (H), elektriskt, varvid en resonansfrekvens (fæs resonanskretsen beror av ett pàlagt magnetfält kânnetecknad av att magnetfältet (H) ges varierande orientering, en motsvarande variation i resonansfrekvensen (fæQ övervakas, ett extremvärde (f¿n1Wu) detekteras hos variationen, en momentan orientering (amnlæfl) bestäms för magnet- fältet som följd av detekteringen av nämnda extremvärde samt en orientering bestäms för respektive element (13) genom nämnda momentana fältorientering.

2. Metod enligt krav l, där den momentana fältorien- teringen är väsentligen parallell med en längsgående axel hos respektive magnetiska element (13).

3. Metod enligt krav 1 eller 2, där orienteringen hos respektive element (13) bestäms vara väsentligen parallell med den fastställda momentana fältorienteringen.

4. Metod enligt något av föregående krav, där nämnda extremvärde är ett maximi- eller minimivärde.

5. Metod enligt något av föregående krav, vidare innefattande stegen att efter bestämning av respektive I0 15 20 25 30 35 '5121-.488 ll elementorientering fastställa en typ för respektive element (13) genom att: alstra ett magnetfält (H) med varierande fältstyrka längs en respektive bestämd elementorientering, detektera ett minimi- eller maximivärde hos resonans- frekvensen för respektive element (13), jämföra nämnda detekterade minimi- eller maximivärde hos resonansfrekvensen med en i förväg lagrad uppsättning referensdata, som kopplar samman ett flertal frekvensvärden eller frekvensband med respektive elementtyper, samt välja en viss sådan typ bland de förlagrade element- typerna, för vilken tillhörande förlagrade frekvensvärde eller frekvensband sammanfaller med det detekterade minimi- eller maximivärdet hos resonansfrekvensen.

6. Metod enligt något av föregående krav, där de magnetiska elementen (13) innefattar en amorf metallege- ring.

7. Metod enligt något av föregående krav, där de magnetiska elementen (13) är bildade som remsor, band eller trådar.

8. Metod enligt något av föregående krav, där åtminstone två av de magnetiska elementen (13) är anordnade enligt ett inbördes vinkelförhållande med avseende på en längdriktning hos elementen (13).

9. Metod enligt något av föregående krav, där åtminstone två av de magnetiska elementen (13) är anordnade enligt ett visst avståndsförhållande.

10. System för fjärrdetektering av markörer (10), där varje markör innefattar åtminstone två magnetiska element (13), som är anordnade i ett förutbestämt förhållande, där 10 20 5,12 54,88 12 systemet innefattar exciteringsorgan (15, 17), detekte- ringsorgan (16, 17) samt magnetfältalstrande organ (18) och är anordnat att detektera en resonansfrekvens (fms), som hör samman med respektive magnetiska element och beror av ett magnetfält (H), vilket alstras av det magnetfält- alstrande organet, kânnetecknat av att (18) är anordnat att alstra ett roterande magnetfält (H), samt att (16, 17) är anordnat att detekte- det magnetfältalstrande organet detekteringsorganet ra ett extremvärde (f¿n1Wn) hos en variation i resonans- frekvensen (fms), vilken variation förorsakats av det roterande magnetfältet (H), samt att ur en momentan orientering (dmnlæa) hos det roterande magnetfältet (H) bestämma en orientering hos respektive magnetiska element (13).

11. ll. System enligt krav 10, där det magnetfält- alstrande organet (18) vidare är anordnat att alstra ett magnetfält med varierande fältstyrka för att bestämma en respektive typ för respektive magnetiska element (13).