磁力学传感器元件及其在电子物品监视和检测系统中的应用技术方案

本发明专利技术涉及用于电子物品监视标识器或传感器元件的磁力学共振元件或标识器带材，所述磁力学共振元件或标识器带材基于具有类线形表面图案的非晶磁致伸缩合金条带，并且具有有利的性能。在条带制造期间引入的磁各向异性方向以80度和90度之间的角度偏离条带的长度方向且位于条带的平面内，这在磁力学电路中且更加特别地在使用了多个共振元件或标识器带材的标识器或传感器元件中以最小损失增加了共振性能。标识器或传感器元件是使用一个共振元件或多个共振元件制成的且用于电子物品监视和识别系统中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在电子物品监视系统和电子物品识别系统中使用的铁磁非晶合金条带(ribbon)和磁力学(magnetomechanical)传感器元件(也称作标识器或标签)，该传感器元件包括一个或多个基于这种非晶磁致伸缩材料的矩形带材(strip)，该非晶磁致伸缩材料以随着施加的静电场变化的共振频率在交变(AC)磁场中机械振动，由此有效地利用标识器的磁力学效应。本专利技术还涉及利用这种传感器的电子物品监视系统和电子物品识别系统。
技术介绍
磁性材料的磁致伸缩是一种在磁性材料上施加外部磁场时发生尺寸变化的现象。若材料被磁化时以伸长的方式进行尺寸变化，该材料被称为“正磁致伸缩材料”。若材料是“负磁致伸缩材料”，该材料在被磁化时收缩。因此，无论哪种情况，当磁性材料处于交变磁场中时，磁性材料就会振动。当连同交变磁场一起施加静磁场时，磁性材料的机械振动频率通过磁弹性耦合(magneto-elastic coupling)随着施加的静态场变化。这通常被称为△E效应，例如，在S.Chikazumi的《Physics ofMagnetism》(纽约：约翰威立国际出版公司，1964，第435页)中对其进行了说明。在这里，E(H)代表杨氏模量，其是所施加的磁场H的函数。材料的振动频率或共振频率fr通过下面的方程式与E(H)相关：fr＝(1／2l)[E(H)／ρ]1/2    (1)其中，l是材料的长度，且ρ是材料的质量密度。在美国专利4,510,489和4,510,490(在下文中，称为专利′489和′490)中首次提出在电子物品监视系统中利用上述磁弹性或磁力学效应。这种监视系统的优势在于它们提供了高检测灵敏度、高操作可靠性与低操作成本。这种系统中的标识器是一个或多个由已知长度的铁磁材料形成的带材，这些带材由硬磁性铁磁体(具有高矫顽性的材料)封装，该铁磁体提供被称为偏置场的静态场以建立磁力学耦合。铁磁标识器材料优选是磁致伸缩非晶合金条带，这是因为这些磁致伸缩非晶合金内的磁力学耦合的效率非常高。如上述方程式(1)所示，基本上通过合金条带的长度和偏置场强度来确定机械共振频率fr。当在电子物品监视系统中遇到被调整到共振频率的询问信号时，标识器材料以大的信号场来应答，该大的信号场被系统中的接收器检测到。在专利′489和′490中考虑了多种非晶铁磁材料以用于基于上述磁力学共振的电子物品监视系统，这些非晶铁磁材料包括非晶的Fe-Ni-Mo-B、Fe-Co-B-Si、Fe-B-Si-C和Fe-B-Si合金。在这些合金中，市售的基于非晶Fe-Ni-Mo-B的2826MB合金得到广泛使用，但基于磁性谐波生成／检测的其他系统的由磁力学共振标识器导致偶然触发。这是因为当时使用的磁力学共振标识器有时呈现非线性BH特性，导致了激励场频率的高次谐波的生成。为了避免有时被称为系统“污染问题”的这一问题，专利技术了一系列新的标识器材料，美国专利495231、5539380、5628840、5650023、6093261和6187112披露了这些新的标识器材料的示例。尽管新的标识器材料通常优于最初的专利′489和′490的监视系统中使用的材料，但是在例如美国专利6299702(在下文中，称为专利′702)中公开的标识器材料中发现了略微更好的磁力学性能。这些新的标识器材料需要复杂的热处理工艺来实现例如在专利′702中公开的期望磁力学性能。显然，需要不需要如此复杂的后条带(post-ribbon)制造工艺的新的磁力学标识器材料，并且美国专利7205893(在下文中，称为专利′893)、7320433(在下文中，称为专利′433)和7561043(在下文中，称为专利′043)的专利技术提供了这类不会导致上述“污染问题”且具有高磁力学性能的标识器材料。如美国专利6359563所披露，专利′702的标识器带材广泛地用于具有两个带材的标识器。由于这两个带材在沿着带材的宽度方向上具有相同的曲率半径(这是因为恰好它们是以完全相同的方式处理的)的这一事实，根据专利′702，这两个带材在带材表面上的多个点处彼此接触，使得带材上的磁力学振动衰减，因此减少了标识器的有效性。这种缺陷在使用专利′893、′433和′043的条件下得到减轻。在使专利′893、′433和′043所基于的磁力学共振效应最大化时，发现了控制该效应的新方式，该新方式是本专利技术的基础。因此，本专利技术进一步增强了专利′893、′433和′043中利用的磁力学共振效应。此外，还需要一种利用这种标识器的有效电子物品监视系统。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，将软磁性材料用于基于磁力学共振的电子物品监视和识别系统的标识器或传感器元件。具有增强的整体磁力学共振特性的标识器材料由非晶合金条带制成。如在美国专利No.4142571(在下文中，称为专利′571)中教导的那样，将具有磁力学共振能力的条带形磁性标识器材料铸在旋转基板上。当铸态的条带的宽度比标识器材料的预定宽度宽时，将所述条带切至预定宽度。如此制备的条带被切成具有预定长度的易延展的矩形非晶金属标识器带材，以使用一个或多个所述标识器带材以及用于提供偏置静磁场的至少一个半硬磁体带材来制造磁力学共振标识器。电子物品监视系统使用根据本专利技术实施例的标识器或传感器元件。该系统具有物品询问区，在物品询问区中，本专利技术的磁力学标识器或传感器元件经受在标识器带材的共振频率处的询问磁场，响应于询问磁场激励的信号由具有位于物品询问区中的天线线圈对的接收器检测。所接收到的磁力学共振信号然后由用于识别标识器的信号检测电路进行处理。根据本专利技术的实施例，提供了一种磁力学共振电子物品监视系统的传感器元件或标识器，其包括：从非晶铁磁合金条带切割成的至少一个易延展的磁致伸缩带材。所述条带具有条带长度方向、条带平面和类线形表面图案，所述表面图案具有表面线方向。所述至少一个标识器带材的磁各向异性方向以80度和90度之间的角度偏离所述条带长度方向位于所述条带平面中，且所述表面线方向与所述磁各向异性的方向一致，所述磁各向异性方向是通过调整铸造条件在条带铸造期间引入的。所述至少一个标识器带材在具有静态偏置场的交变磁场激励下表现出磁力学共振。根据本专利技术的实施例，所述非晶铁磁合金条带具有处于0.8特斯拉到1.0特斯拉的范围内的饱和磁感应强度。根据本专利技术的实施例，所述非晶铁磁合金条带具有处于9ppm到14ppm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁力学共振电子物品监视系统的传感器元件，所述传感器元件包括：从非晶铁磁合金条带切割成的至少一个易延展的磁致伸缩标识器带材，其中，所述条带具有条带长度方向、条带平面和类线形表面图案，所述表面图案具有表面线方向，所述至少一个标识器带材的磁各向异性方向以80度和90度之间的角度偏离所述条带长度方向且位于所述条带平面中，所述表面线方向与所述磁各向异性方向一致，所述磁各向异性方向是通过调整铸造条件在条带铸造期间引入的，并且所述至少一个标识器带材在具有静态偏置场的交变磁场激励下表现出磁力学共振。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.29 US 13/171,9681.一种磁力学共振电子物品监视系统的传感器元件，所述传感器元
件包括：
从非晶铁磁合金条带切割成的至少一个易延展的磁致伸缩标识器带
材，
其中，所述条带具有条带长度方向、条带平面和类线形表面图案，
所述表面图案具有表面线方向，
所述至少一个标识器带材的磁各向异性方向以80度和90度之间的
角度偏离所述条带长度方向且位于所述条带平面中，
所述表面线方向与所述磁各向异性方向一致，
所述磁各向异性方向是通过调整铸造条件在条带铸造期间引入的，
并且
所述至少一个标识器带材在具有静态偏置场的交变磁场激励下表现
出磁力学共振。
2.如权利要求1所述的传感器元件，其中，所述非晶铁磁合金条带
具有处于0.8特斯拉到1.0特斯拉的范围内的饱和磁感应强度。
3.如权利要求2所述的传感器元件，其中，所述非晶铁磁合金条带
具有处于9ppm到14ppm的范围内的饱和磁致伸缩。
4.如权利要求2所述的传感器元件，其中，所述非晶铁磁合金条带
具有基于Fea-Nib-Moc-Bd的成分，其中，35≤a≤42、38≤b≤45、0≤c
≤5、11≤d≤17且a+b+c+d=100，多达3原子％的Mo可选地由Co、Cr、
Mn和／或Nb代替，且多达1.5原子％的B可选地由Si和／或C代替。
5.如权利要求4所述的传感器元件，其中，所述非晶铁磁合金条带
是具有下述成分之一的合金：Fe41.3Ni38.2Mo3.6B16.3Si0.6、
Fe37.6Ni44.9Mo4.4B11.5Si1.35Co0.1Cr0.15、Fe37.2Ni41.2Mo3.6B16.1Si0.9C0.6Co0.1Cr0.3、
Fe37.1Ni42.2Mo3.7B16.3Si0.7、Fe36.9Ni42.0Mo3.9B16.2Si0.7Co0.1Cr0.2、Fe36.4Ni42.6
\tMo3.9B15.9Si0.9Cr0.3、Fe36.0Ni42.3Mo3.9B16.6S...

【专利技术属性】
技术研发人员：留苏克·哈塞戛瓦，罗纳德·约瑟夫·马尔蒂斯，
申请(专利权)人：梅特格拉斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US