DE69834282T2

DE69834282T2 - Amorphe magnetoresistriktive Legierung und elektronisches Warenüberwachungssystem unter Benützung dieser Legierung

Info

Publication number: DE69834282T2
Application number: DE69834282T
Authority: DE
Inventors: Giselher Herzer
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2018-07-02
Also published as: DE69831492D1; DK1562160T3; WO1999013442A1; KR20010021607A; ES2263146T3; KR100582580B1; PT1562160E; EP1562160B1; ATE304197T1; EP0996942B1; EP1562160A1; DE69831492T2; US5841348A; JP4101307B2; JP2002510417A; DE69834282D1; EP0996942A1; ATE323925T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine amorphe magnetostriktive Legierung zum Gebrauch in einem Marker, der in einem magnetomechanischen elektronischen Artikelüberwachungssystem zum Einsatz kommt. Die vorliegende Erfindung richtet sich auch auf ein magnetomechanisches elektronisches Artikelüberwachungssystem, das solch einen Marker einsetzt, wie auch auf ein Verfahren zur Herstellung der amorphen magnetostriktiven Legierung und ein Verfahren zur Herstellung des Markers.
Beschreibung zum Stand der Technik
Es sind verschiedene Arten von elektronischen Artikelüberwachungssystemen bekannt, die das gemeinsame Merkmal des Einsatzes eines Markers oder Etiketts aufweisen und die an einem Artikel, wie zum Beispiel einer Handelsware in einem Warenhaus angebracht sind, der vor Diebstahl geschützt werden soll. Wenn ein rechtmäßiger Kauf dieses Artikels durchgeführt wird, kann der Marker entweder von dem Artikel entfernt, oder von einem aktivierten Zustand in einen deaktivierten Zustand konvertiert werden. Solche Systeme setzen eine Detektionsanordnung ein, die üblicherweise an allen Ausgängen eines Warenhauses vorhanden ist und wenn ein aktivierter Marker durch die Detektionsanordnung hindurch tritt, wird dies von der Detektionsanordnung erkannt und es wird ein Alarm ausgelöst.
Eine Art eines elektronischen Artikelüberwachungssystem ist als ein harmonisches System bekannt. In einem solchen System ist der Marker aus ferromagnetischem Material zusammengesetzt und die Detektionsanordnung erzeugt ein elektromagnetisches Feld bei einer vorgegebenen Frequenz. Wenn der magnetische Marker durch das elektromagnetische Feld hindurch tritt, stört er dieses Feld und bewirkt, dass Harmonische der vorgegebenen Frequenz erzeugt werden. Die Detektionsanordnung ist abgestimmt, um bestimmte harmonische Frequenzen zu detektieren. Wenn solche harmonischen Frequenzen detektiert werden, wird ein Alarm ausgelöst. Die harmonischen Frequenzen, die erzeugt werden, hängen von dem magnetischen Verhalten des magnetischen Materials des Markers ab, im Besonderen von dem Ausmaß, in dem die B-H Schleife des magnetischen Materials von einer linearen B-H Schleife abweicht. Wenn sich die Nichtlinearität der B-H Schleife des magnetischen Materials erhöht, werden im Allgemeinen mehr Harmonische erzeugt. Ein System dieser Art wird zum Beispiel im United States Patent Nr. 4,484,184 offenbart.
Solche harmonischen Systeme weisen jedoch zwei grundlegende, mit diesen Systemen verbundene Probleme auf. Die von dem Marker erzeugten Störungen in dem elektromagnetischen Feld weisen eine relativ geringe Reichweite auf und können daher nur innerhalb relative naher Umgebung zu dem Marker selbst detektiert werden. Wenn solch ein harmonisches System in einem kommerziellen Geschäft verwendet wird, bedeutet dies deshalb, dass der durch den elektromagnetischen Transmitter auf der einen Seite und den elektromagnetischen Empfänger auf der anderen Seite festgelegte Durchgang auf einen Maximalwert von etwa 1 m limitiert ist. Ein weiteres mit solchen harmonischen Systemen verbundenes Problem ist die Schwierigkeit, durch das ferromagnetische Material des Markers erzeugte Harmonische von solchen zu unterscheiden, die von anderen ferromagnetischen Gegenständen, wie zum Beispiel Schlüsseln, Münzen, Gürtelschnallen usw. erzeugt werden.
Infolgedessen ist eine weitere Ausführungsform eines elektronischen Artikelüberwachungssystems entwickelt worden, das als ein magnetomechanisches System bekannt ist. Ein solches System wird zum Beispiel im United States Patent Nr. 4,510,489 beschrieben. In dieser Ausführungsform des Systems ist der Marker aus einem Element eines magnetostriktiven Materials zusammengesetzt, das als ein Resonator bekannt ist und angrenzend zu einem Streifen aus magnetisierbarem Material angeordnet ist, das als Vorspannelement bekannt ist. Typischerweise (aber nicht notwendigerweise) ist der Resonator aus amorphem ferromagnetischem Material zusammengesetzt und das Vorspannelement ist aus kristallinem ferromagnetischem Material zusammengesetzt. Der Marker wird durch Magnetisierung des Vorspannelements aktiviert und wird durch Entmagnetisierung des Vorspannelements deaktiviert.
In solch einem magnetomechanischen System umfasst die Detektoranordnung einen Transmitter, der Pulse in der Form von HF Signalfolgen bei einer Frequenz im niederfrequenten Hochfrequenzbereich, wie zum Beispiel bei 58 kHz überträgt. Die Pulse (Signalfolgen) werden mit einer Wiederholrate von zum Beispiel 60 Hz mit einer Pause zwischen aufeinander folgenden Pulsen ausgesandt (übertragen): Die Detektoranordnung umfasst einen Empfänger, der mit dem Transmitter synchronisiert (gekoppelt) ist, so dass er nur während der Pausen zwischen den von dem Transmitter ausgesandten Pulsen aktiviert ist. Der Empfänger "erwartet" in diesen Pausen zwischen den Pulsen nichts zu detektieren. Wenn sich jedoch zwischen dem Transmitter und dem Empfänger ein aktivierter Marker befindet, wird der darin enthaltene Resonator durch die übertragenen Pulse erregt und wird dazu veranlasst, bei der Transmitterfrequenz, das heißt bei 58 kHz in dem obigen Beispiel, mechanisch zu schwingen. Der Resonator sendet ein Signal aus, das mit einer exponentiellen Abklingzeit ("ring-down time") bei der Resonatorfrequenz "klingelt". Das von dem aktivierten Marker ausgesandte Signal wird, wenn sich dieser zwischen dem Transmitter und dem Empfänger befindet, von dem Empfänger in den Pausen zwischen den übertragenen Pulsen detektiert und der Empfänger löst dementsprechend einen Alarm aus. Um falsche Alarme zu minimieren, muss der Detektor ein Signal in mindestens zwei und vorzugsweise vier aufeinander folgenden Pausen detektieren.
Um falsche Alarme, wie zum Beispiel solche auf Grund von Signalen, die von anderen HF Quellen erzeugt werden, weiter zu minimieren, verwendet der Empfängerschaltkreis zwei Detektionsfenster innerhalb jeder Pause. Der Empfänger integriert jedes 58 kHz Signal (in diesem Beispiel), das in jedem der Fenster auftritt und vergleicht die Ergebnisse der Integrationen der entsprechenden, in den Fenstern integrierten Signale. Da das von dem Marker erzeugte Signal ein abklingendes Signal ist, wenn das detektierte Signal von einem Resonator in einem Marker herrührt, weist es eine abnehmende Amplitude (Integrationsergebnis) in den Fenstern auf. Im Gegensatz dazu ist zu erwarten, dass ein HF Signal von einer anderen HF Quelle, die zufälliger Weise bei der vorbestimmten Resonanzfrequenz liegt oder dort Harmonische aufweist, in jedem Fenster im Wesentlichen die gleiche Amplitude (Integrationsergebnis) aufweist. Daher wird nur dann ein Alarm ausgelöst, wenn das in beiden Fenstern einer Pause detektierte Signal das zuvor beschriebene abnehmende Verhalten der Amplitude in jeder einer Anzahl von aufeinander folgenden Pausen aufweist.
Zu diesem Zweck wird die Empfängerelektronik wie weiter oben beschrieben mit Hilfe eines Synchronisationsschaltkreises mit der Transmitterelektronik synchronisiert. Die Empfängerelektronik wird durch den Synchronisationsschaltkreis aktiviert, um nach dem Ende jedes übertragenen Pulses in einem ersten Aktivierungsfenster der Dauer von etwa 1,7 ms das Vorhandensein eines Signals bei der vorbestimmten Resonanzfrequenz zu überprüfen. Um das in diesem ersten Fenster integrierte Signal (wenn es von dem Resonator erzeugt wurde) zuverlässig von dem in dem zweiten Fenster integrierten Signal zu unterscheiden, ist eine hohe Signalamplitude im ersten Fenster wünschenswert. Darauf folgend wird die Empfängerelektronik deaktiviert und wird dann in einem zweiten Detektionsfenster zu einem Zeitpunkt von etwa 6 ms nach der ursprünglichen Anregung des Resonators erneut aktiviert, um erneut nach einem Signal bei der vorbestimmten Resonanzfrequenz zu suchen und dieses zu integrieren. Wenn ein solches Signal mit ungefähr dem gleichen Ergebnis integriert wird wie in dem ersten Detektionsfenster, geht die Auswerteelektronik davon aus, dass das in dem ersten Fenster detektierte Signal nicht von einem Marker erzeugt wurde, sondern anstatt dessen von Rauschen oder einer anderen externen HF Quelle herrührt. Daher wird kein Alarm ausgelöst.
Die PCT Anmeldungen WO 96/32731 und WO 96/32518, die dem United States Patent Nr. 5,469,489 entsprechen, offenbaren eine glasige Metalllegierung, die sich im Wesentlichen aus der Formel Co_aFe_bNi_cM_dB_eSi_fC_g zusammensetzt, wobei M aus Molybdän oder Chrom ausgewählt wird und a, b, c, d, e, f und g Angaben in Atomprozent sind und a sich im Bereich von etwa 40 bis etwa 43 bewegt, b sich im Bereich von etwa 35 bis etwa 42 bewegt, c sich im Bereich von etwa 0 bis etwa 5 bewegt, d sich im Bereich von etwa 0 bis etwa 3 bewegt, e sich im Bereich von etwa 10 bis etwa 25 bewegt, f sich im Bereich von etwa 0 bis etwa 15 bewegt und g sich im Bereich von etwa 0 bis etwa 2 bewegt. Die Legierung kann durch schnelle Verfestigung in ein Band gegossen werden, wärmebehandelt werden um deren magnetische Eigenschaften zu verbessern und in einen Marker ausgeformt werden, der besonders geeignet ist zum Gebrauch in magnetomechanisch angesteuerten Artikelüberwachungssystemen. Der Marker zeichnet sich durch ein relativ lineares Ansprechverhalten auf Magnetisierung in einem Frequenzbereich aus, in dem harmonische Markersysteme magnetisch arbeiten. Die von diesem Marker detektierten Spannungsamplituden sind hoch und eine Interferenz zwischen Überwachungssystemen, die auf mechanischer Resonanz und harmonischer Strahlungswiedergabe basieren wird verhindert.
Das United States Patent Nr. 5,469,140 offenbart einen bandförmigen Streifen aus einer amorphen magnetischen Legierung die wärmebehandelt wird, während ein transversales, sättigendes magnetisches Feld aufgebracht wird. Der behandelte Streifen wird in einem Marker zur gepulsten Abfrage in einem elektronischen Artikelüberwachungssystem verwendet. Ein bevorzugtes Material für den Streifen wird aus Eisen, Kobalt, Silikon und Bor ausgeformt, wobei der Anteil an Kobalt 30 Atomprozent übersteigt.
Das United States Patent Nr. 5,252,144 schlägt vor, dass verschiedene magnetostriktive Legierungen wärmebehandelt werden, um deren Eigenschaften der Abklingzeit zu verbessern. Dieses Patent offenbart jedoch nicht das Aufbringen eines magnetischen Feldes während der Wärmebehandlung.
Ungeachtet dieser Ansätze muss ein magnetostriktiver Marker zum Gebrauch in einem magnetomechanischen Artikelüberwa chungssystem, der optimale Eigenschaften zum Gebrauch in solch einem System aufweist und der für ein harmonisches System "unsichtbar" ist, erst noch entwickelt werden.
Ein Problem mit den Eigenschaften von konventionellen Resonatoren, die vordem in solchen magnetomechanischen Systemen eingesetzt wurden ist es, dass sie dazu entworfen wurden, sofort im Zuge der Ansteuerung durch den übertragenen Puls eine relative hohe Signalamplitude zu erzeugen, um eine Integration im ersten Detektionsfenster zu ermöglichen. Dies hat zur Folge, dass das Resonatorsignal eine relativ lange Zeitdauer für den ring-down (Abklingen) aufweist und das Resonatorsignal daher immer noch eine relativ hohe Amplitude aufweist zu dem Zeitpunkt, zu dem das zweite Detektionsfenster auftritt. Die Empfindlichkeit der Detektion (Zuverlässigkeit) des gesamten Überwachungssystems ist direkt abhängig von der Differenz in der Amplitude (Ergebnis der Integration) des Resonatorsignals in diesen zwei aufeinander folgenden Detektionsfenstern. Wenn die Abklingzeit des Signals relativ hoch ist, kann die Differenz der Amplituden (Ergebnis der Integration) des Resonatorsignals in den beiden Detektionsfenstern klein genug werden, so dass sie in den normalen Variationsbereich für Störsignale fällt. Wenn die Detektionsanordnung so eingestellt ist (abgestimmt ist), dass sie solch kleine Differenzen als ein einen Alarm auslösendes Kriterium ignoriert, dann würde ein Signal, dass in Wahrheit von einem Marker erzeugt wurde und daher einen Alarm auslösen sollte, versagen dieses zu tun. Wenn dem gegenüber das System so abgestimmt ist, dass solch relativ kleine Unterschiede als Bedingung für das Auslösen eines Alarms behandelt werden, wird dies die Häufigkeit falscher Alarme erhöhen.
Da in kommerziellen Umgebungen sowohl harmonische wie auch magnetomechanisches System zum Einsatz kommen, ist ein weiteres als "Verschmutzung" bekanntes Problem vorhanden, welches das Problem ist, dass ein für den Gebrauch in der einen Art von System entworfener Marker einen falschen Alarm in dem anderen Typ von System hervorruft. Dies tritt im Allgemeinen meist dadurch auf, dass ein für den Gebrauch in einem magnetomechanischen System beabsichtigter Marker einen falschen Alarm in einem harmonischen System auslöst. Dies rührt wie weiter oben beschrieben daher, dass der Marker in einem harmonischen System die detektierbaren Harmonischen auf Grund der Verwendung einer nicht linearen B-H Schleife erzeugt. Ein Marker mit einer linearen B-H Schleife wäre für ein harmonisches Überwachungssystem "unsichtbar". Eine nicht lineare B-H Schleife jedoch ist der "normale" Typ von B-H Schleife, den magnetisches Material aufweist; besondere Maßnahmen müssen vorgenommen werden, um ein Material zu erzeugen, das eine lineare B-H Schleife aufweist.
Eine weitere wünschenswerte Eigenschaft eines Resonators zum Gebrauch in einem Marker in einem magnetomechanischen Überwachungssystem ist, dass die Resonanzfrequenz des Resonators eine geringe Abhängigkeit von der Feldstärke der Vormagnetisierung aufweist, die von dem Vorspannelement erzeugt wird. Das Vorspannelement wird verwendet, um den Marker zu aktivieren und zu deaktivieren und ist auf diese Weise leicht magnetisierbar und demagnetisierbar. Wenn das Vorspannelement magnetisiert wird um den Marker zu aktivieren, kann die exakte Feldstärke des von dem Vorspannelement erzeugten magnetischen Feldes nicht gewährleistet werden. Es ist daher wünschenswert, dass sich die Resonanzfrequenz des Resonators zumindest innerhalb eines vorgesehenen Feldstärkebereichs für verschiedene Magnetisierungsfeldstärken nicht wesentlich verändert.
Dies bedeutet dass df_r/dH_b klein sein sollte, wobei f_r die Resonanzfrequenz bezeichnet und H_b die Stärke des Magnetisierungsfeldes bezeichnet, das von dem Vorspannelement erzeugt wird.
Im Zuge der Deaktivierung des Markers ist es jedoch wünschenswert, dass bei der Entfernung des Magnetisierungsfeldes eine sehr große Veränderung in der Resonanzfrequenz auftritt. Dies stellt sicher, dass ein deaktivierter Marker, wenn er mit einem Artikel verbunden bleibt, wenn überhaupt dann bei einer Resonanzfrequenz schwingen wird, die weit entfernt liegt von der Resonanzfrequenz, zu deren Detektion die Detektoranordnung entworfen ist.
Schließlich muss das Material, das für die Herstellung des Resonators verwendet wird, mechanische Eigenschaften aufweisen, die es ermöglichen, das Resonatormaterial in großen Mengen herzustellen, üblicherweise unter Einbeziehen einer Wärmebehandlung (Tempern) um die magnetischen Eigenschaften festzulegen. Da amorphes Metall für gewöhnlich als ein fortlaufendes Band gegossen wird, bedeutet dies, dass das Band eine ausreichende Biegbarkeit aufweisen muss, so dass es fortlaufend in einem Heizofen zur Härtung verarbeitet werden kann, was bedeutet, dass das Band von einer Versorgungsrolle abgerollt werden muss, durch den Heizofen zur Härtung hindurch geleitet werden muss und unter Umständen nach dem Tempern wieder aufgewickelt werden muss. Darüber hinaus wird das wärmebehandelte Band üblicherweise in kleine Streifen geschnitten, um diese Streifen in die Marker einzubringen, was bedeutet, dass dieses Material nicht übermäßig spröde sein darf und dass seine magnetischen Eigenschaften, wenn sie einmal durch den Prozess des Temperns festgelegt sind, durch das Schneiden des Materials nicht verändert oder verschlechtert werden dürfen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine magnetostriktive amorphe Metalllegierung zur Einbeziehung in einem Marker in einem magnetomechanischen Überwachungssystem zur Verfügung zu stellen, die in einen länglichen, biegbaren magnetostriktiven Streifen geschnitten werden kann, der aktiviert und deaktiviert werden kann, in dem ein Vormagnetisierungsfeld H_b aufgebracht oder entfernt wird und der im aktivierten Zustand durch ein alternierendes magnetisches Feld erregt werden kann, so dass er longitudinale, mechanische Resonanzschwingungen bei einer Resonanzfrequenz f_r aufweist, die anfänglich nach der Erregung eine relativ hohe Signalamplitude aufweisen aber danach relativ schnell abklingen.
Im Besonderen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, solch eine magnetostriktive amorphe Legierung zur Verfügung zu stellen, die, wenn sie erregt wird, bei der Resonanzfrequenz Schwingungen einer ausreichend hohen Amplitude erzeugt, welche in einem ersten Detektionsfenster in dem magnetomechanischen Überwachungssystem zuverlässig detektiert werden und welche in ihrer Amplitude in einem ausreichend großen Maß abgeklungen sind zu einem Zeitpunkt, zu dem das zweite Detektionsfenster auftritt, so dass die von dem Marker herrührenden Schwingungen zuverlässig von Störsignalen unterschieden werden können.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine solche Legierung zur Verfügung zu stellen, bei der in Anbet racht einer Veränderung der Magnetisierungsfeldstärke nur eine geringe Veränderung in der Resonanzfrequenz f_r auftritt.
Ein weiteres Ziel ist es eine solche Legierung zur Verfügung zu stellen, bei der sich die Resonanzfrequenz f_r wesentlich verändert, wenn der Resonator des Markers von einem aktivierten Zustand in einen deaktivierten Zustand geschaltet wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es eine solche Legierung zur Verfügung zu stellen, die, wenn sie in einem Marker für ein magnetomechanisches Überwachungssystem eingebracht ist, in einem harmonischen Überwachungssystem keinen Alarm auslöst.
Das obige Ziel wird in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 erreicht.
Bevorzugte Ausführungsformen der Legierung zur Herstellung von Bändern mit einer Breite von einem halben Zoll sind Fe₂₄Co₁₆Ni₄₂Si₂B₁₆ und Fe₂₄Co₁₆Ni_42,7Si_1,5B_15,5C_0,3 und Fe₂₅Co₁₅Ni_43,5Si₁B_15,5 und bevorzugte Ausführungsformen zur Herstellung von Bändern mit einer Breite von 6 mm sind Fe₂₄Co₁₈Ni₄₀Si₂B₁₆ und Fe₂₄Co₁₈Ni_40,7Si_1,5B_15,5C_0,3 und Fe₂₅Co₁₇Ni_40,5Si_1,5B₁₆. (Kohlenstoff wird in der zunächst beschriebenen allgemeinen erfindungsgemäßen Mischung nicht aufgeführt, kann aber in geringen Mengen vorhanden sein. Da es sich wie Bor verhält, kann es als in den bezeichneten Bor-Bestandteilen enthalten betrachtet werden.)
Der obige Resonator erzeugt ein Signal, welches zusätzlich zu den oben beschriebenen Merkmalen zu einem Zeitpunkt von 1 ms nach der Erregung des Resonators im Vergleich zu der Amplitu de sofort nach der Erregung um nicht mehr als 15 dB und vorzugsweise um nicht mehr als 10 dB gedämpft (abgeklungen) ist.
Die Legierung wird zubereitet durch schnelles Abschrecken der Schmelze, um ein amorphes Band zu erzeugen, wobei das Band dann durch Tempern des Bandes für eine Zeitdauer von weniger als 60 Sekunden in einem Temperaturbereich von 300°C bis 400°C einer Wärmebehandlung unterzogen wird, während das Band gleichzeitig einem transversalen magnetischen Feld ausgesetzt wird, das heißt einem magnetischen Feld, das eine Ausrichtung aufweist, die im Wesentlichen senkrecht verläuft zu der longitudinalen (längsten) Ausdehnung des Bandes und in der Ebene des Bandes.
Wie weiter oben angemerkt, weist die wärmebehandelte Legierung, die einen Resonator ausformt, der die obige Zusammensetzung aufweist, bis in den Bereich der Sättigung eine lineare B-H Schleife auf und die Anisotropiefeldstärke H_k beträgt mindestens ungefähr 80 A/m, welches ungefähr 10 Oe ergibt. Dies resultiert in einem Marker, der von dem Band geschnittene Streifen aufweist und der in einem harmonischen Überwachungssystem keinen Alarm auslöst, da die magnetische Anisotropie transversal zu dem Streifen eingestellt ist.
Das mechanische Schwingungssignal A(t), das von einem Streifen erzeugt wird, der von einem solchen Band geschnitten wurde, weist, wenn es von einem in einem magnetomechanischen Überwachungssystem übertragenen Puls angesteuert wird, die nachfolgende Form auf A(t) = A(0)·exp(–t·π·fr/Q) wobei A(0) eine anfängliche Amplitude bezeichnet und Q die Qualität des Resonators bezeichnet. Die erfindungsgemäße Legierung wurde entwickelt basierend auf der Erkenntnis, dass, damit das von dem Resonator erzeugte Signal anfänglich die gewünschte hohe Amplitude, gefolgt von einem relativ schnellen Abklingen aufweist, Q unterhalb ungefähr 500 bis 600 liegen sollte, aber mindestens 100, vorzugsweise 200 betragen sollte. Die Grenze des oberen Bereiches für Q bestimmt die maximale Abklingzeit (ring-down time) die zulässig ist, um eine ausreichende Signalabschwächung in dem zweiten Detektionsfenster zur Verfügung zu stellen und die Grenze des unteren Bereichs gewährleistet eine ausreichende Signalamplitude in dem ersten Detektionsfenster (wenn t sehr klein ist). Eine Legierung, die die oben bezeichnete Zusammensetzung aufweist, weist ein Q in diesem Bereich auf und hat einen Abfall in der Signalamplitude von ungefähr 15 dB zwischen der Amplitude in dem weiter oben erwähnten ersten Detektionsfenster und der Amplitude in dem weiter oben erwähnten zweiten Detektionsfenster zur Folge.
Resonatoren, die mit einer Legierung gemäß der obigen Zusammensetzung erzeugt wurden, weisen in Anbetracht von Veränderungen der Feldstärke der Vormagnetisierung nur eine geringe Veränderung in der Resonanzfrequenz auf. Bei einer gegebenen Feldstärke H_b in einem Bereich zwischen 6 und 7 Oe, beträgt die Veränderung der Resonanzfrequenz f_r (ausgedrückt in Einheiten von absoluten Werten) für Legierungen der obigen Zusammensetzung |df_r/dH_b| < 700 Hz/Oe.
Die Resonanzfrequenz f_r von gemäß der obigen Formel erzeugten Legierungen verändert sich um mindestens 1,2 kHz wenn der Marker vom aktivierten Zustand in den deaktivierten Zustand geschaltet wird. Dies ist ausreichend groß, um den Marker daran zu hindern, im deaktivierten Zustand ein detektierbares Signal zu erzeugen.
Darüber hinaus ist ein aus einer Legierung gemäß der obigen Formel zusammengesetztes Band ausreichend biegbar, um es zu ermöglichen, dass das Band aufgewickelt und abgewickelt wird und dass es in Streifen geschnitten wird, ohne die zuvor erwähnten Eigenschaften wesentlich zu verändern.
Ein Marker zum Gebrauch in einem magnetomechanischen Überwachungssystem weist einen aus einer Legierung zusammengesetzten Resonator auf, der die obige Formel und Eigenschaften aufweist und in einem Gehäuse benachbart zu einem Vorspannelement untergebracht ist, das aus einem ferromagnetischen Material zusammengesetzt ist. Solch ein Marker ist geeignet zum Gebrauch in einem magnetomechanischen Überwachungssystem, das nachfolgendes aufweist: einen Transmitter, der aufeinander folgende HF Signalfolgen bei einer zuvor festgelegten Frequenz mit Pausen zwischen den Signalfolgen aussendet, einen Detektor, der abgestimmt ist um Signale bei dieser zuvor festgelegten Frequenz zu detektieren, einem Synchronisationsschaltkreis, der den Betrieb des Transmitterschaltkreises und des Empfängerschaltkreises synchronisiert, so dass der Empfängerschaltkreis aktiviert wird um in den Pausen zwischen den Signalfolgen nach einem Signal bei der zuvor festgelegten Frequenz zu suchen und einen Alarm, der ausgelöst wird, wenn der Detektionsschaltkreis ein Signal detektiert, das innerhalb mindestens einer der Pausen zwischen den aufeinander folgenden Pulsen als von einem Marker herrührend identifiziert wird. Vorzugsweise wird ein Alarm erzeugt, wenn in mehr als einer Pause ein Signal detektiert wird, welches als von einem Marker herrührend identifiziert wird. Auf Grund der durch die die weiter oben beschriebene Formel aufweisende Le gierung erzeugten Eigenschaften des Markers, weist die Abklingzeit des Markers entsprechende Eigenschaften auf, so dass das System eingestellt werden kann einen Alarm auszulösen, wann immer es angebracht ist dies zu tun, während gleichzeitig das Auslösen von falschen Alarmen wesentlich minimiert wird.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 stellt im Zusammenhang mit einem schematisch dargestellten magnetomechanischen Artikelüberwachungssystem einen Marker dar, mit dem oberen Teil seines Gehäuses teilweise entfernt, um die internen Komponenten darzustellen, der einen Resonator aufweist, der in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
2 veranschaulicht die von verschiedenen Markern mit verschiedenen Werten für Q erzeugten Signale, während diese in einem magnetomechanischen elektronischen Überwachungssystem angesteuert und detektiert werden.
3 stellt das Verhältnis des Quotienten zwischen der Signalamplitude in dem ersten Fenster und der Signalamplitude in dem zweiten Fenster als Funktion der Qualität Q des Resonators dar.
4 stellt die Beziehung der Signalamplitude in dem ersten Detektionsfenster zur Qualität Q des Resonators dar, mit einer gestrichelten Linie, die die Beziehung darstellt, wenn Q durch künstliche Maßnahmen reduziert wird und mit Werten für verschiedene Zusammensetzungen der Legierung, die durch verschiedene Symbole bezeichnet werden.
5 veranschaulicht eine typische B-H Schleife, wie sie ein gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestelltes, amorphes magnetostriktives Band nach der Wärmebehandlung in einem transversalen magnetischen Feld aufweist, mit einer in gestrichelten Linien gezeigten idealen Kurve und zur Erläuterung der Definition der Anisotropiefeldstärke H_k.
6 stellt für einen gemäß der Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestellten Resonator die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz und der Signalamplitude als eine Funktion des angelegten Vorspannfeldes dar.
7 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Qualität Q des Resonators und des angelegten Vorspannfeldes in einem gemäß der Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestellten Resonator.
8 stellt für gemäß der Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestellte Resonatoren die Beziehung zwischen der Signalamplitude und der Frequenz bei einem Vorspannfeld von 6,5 Oe und Vorspannfeldern mit 0,5 Oe oberhalb und unterhalb dieses Wertes dar.
9 veranschaulicht die Überlappung der Resonanzkurven bei unterschiedlichen Vorspannfeldern zur Veranschaulichung der Bedeutung der Trennung von 1,2 kHz in den aktivierten und deaktivierten Zuständen eines gemäß der Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestellten Resonators.
10 stellt die Beziehung zwischen dem Quotienten aus der Signalamplitude in einem Signalfolgemodus und der Signalamplitude in einem kontinuierlichen Modus und die Qualität Q des Resonators dar um zu veranschaulichen, warum Werte für Q zwi schen 200 und 500 für einen Resonator besonders geeignet sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 veranschaulicht ein magnetomechanisches elektronisches Überwachungssystem, das einen Marker 1 verwendet, der ein Gehäuse 2 aufweist, das einen Resonator 3 und ein magnetisches Vorspannelement 4 umfasst. Der Resonator 3 ist aus einem Band aus wärmebehandeltem amorphem magnetostriktivem Metall geschnitten, das eine Zusammensetzung aufweist gemäß der Formel Fe_aCo_bNi_cSi_xB_y wobei a, b, c, x und y Atomprozent sind und wobei in einer bevorzugten Zusammensetzung der Lagierung
15 < a < 30
79 < a + b + c < 85
b > 12
und 30 < c < 50 sind, wobei x und y den Rest umfassen, so dass a + b + c + x + y = 100 ist und wobei der aktivierte Resonator eine Qualität des Resonators von 100 < Q < 600 aufweist und ein Signal erzeugt, das nicht mehr als etwa 15 dB Abnahme aufweist zu einem Zeitpunkt von 1 ms nachdem der Resonator zum Schwingen erregt wurde und das im Vergleich zu der Amplitude zu einem Zeitpunkt von etwa 1 ms nach der Erregung zu einem Zeitpunkt von etwa 7 ms nach der Erregung mindestens eine Abnahme um 15 dB aufweist. Der Resonator 3 weist eine Qualität Q in einem Bereich zwischen 100 und 600, vor zugsweise unterhalb 500 und vorzugsweise oberhalb 200 auf. Das Vorspannelement 4 erzeugt ein Vormagnetisierungsfeld H_b, das eine Feldstärke aufweist, die typischerweise in einem Bereich zwischen 1 und 10 Oe liegt. Bei einer durch das Vorspannelement 4 erzeugten Feldstärke H_b zwischen ungefähr 6 und 7 Oe, weist der Resonator 3 eine Veränderung in seiner Resonanzfrequenz von |df_r/dH_b| < 700 Hz/Oe auf. Wenn das Vorspannelement 4 demagnetisiert wird, wodurch der Marker 1 deaktiviert wird, ändert sich die Resonanzfrequenz des Resonators 3 um mindestens 1,2 kHz. Der Resonator 3 weist ein Anisotropiefeld H_k von mindestens 10 Oe auf.
Darüber hinaus weist der Resonator 3 eine magnetische Anisotropie auf, die transversal zur längsten Ausdehnung des Resonators 3 festgelegt ist durch Tempern des Bandes, von dem der Resonator 3 geschnitten ist, in einem transversalen magnetischen, im Wesentlichen zu der longitudinalen Ausdehnung des Bandes senkrecht und in der Ebene des Bandes verlaufenden Feldes. Dies hat zum Ergebnis, dass der Resonator 3 eine lineare B-H Schleife in dem erwarteten Arbeitsbereich zwischen 1 und 8 Oe aufweist.
Zusätzlich erzeugt der Resonator 3 ein Signal, das in dem in 1 dargestellten Überwachungssystem im Wesentlichen als eindeutig von dem Marker 1 herrührend identifiziert werden kann.
Das in 1 dargestellte magnetomechanische Überwachungssystem arbeitet auf eine bekannte Weise. Das System umfasst zusätzlich zu dem Marker 1 einen Transmitterschaltkreis 5, der eine Spule oder Antenne 6 aufweist, die bei einer festgelegten Frequenz, wie zum Beispiel 58 kHz, HF Signalfolgen bei einer Wiederholrate von zum Beispiel 60 Hz mit Pausen zwi schen jeder Signalfolge aussendet (überträgt). Der Transmitterschaltkreis 5 wird, um die zuvor erwähnten HF Signalfolgen auszusenden, durch einen Synchronisationsschaltkreis 9 gesteuert, der auch einen Empfängerschaltkreis 7 steuert, der eine Empfangsspule oder Antenne 8 aufweist. Wenn sich ein aktivierter Marker 1 (das heißt ein Marker 1, der ein magnetisiertes Vorspannelement 4 aufweist) zwischen den Spulen 6 und 8 befindet und wenn der Transmitterschaltkreis 5 aktiviert ist, steuert die von der Spule 6 ausgesandte HF Signalfolge den Resonator 3 an, so dass dieser bei der Resonanzfrequenz von 58 kHz (in diesem Beispiel) schwingt, wodurch dieser ein Signal der Art erzeugt, wie es in 2 dargestellt ist. 2 stellt verschiedene Signale für unterschiedliche Werte der Qualität Q des Resonators dar.
Der Synchronisationsschaltkreis 9 steuert den Empfängerschaltkreis 7 so, dass der Empfängerschaltkreis 7 aktiviert wird, um in einem ersten, mit window1 in 2 bezeichneten Detektionsfenster nach einem Signal bei der festgelegten Frequenz von 58 kHz (in diesem Beispiel) zu suchen. Ein Referenzzeitpunkt von t = 0 ist willkürlich in 2 dargestellt, zusammen mit dem um eine HF Signalfolge mit einer Dauer von etwa 1,6 ms auszusenden durch den Synchronisationsschaltkreis 9 aktivierten Transmitterschaltkreis 5. Der Zeitpunkt t = 0 wurde in 2 so gewählt, dass er mit dem Ende dieser Signalfolge zusammen fällt. Zu einem Zeitpunkt bei ungefähr 0,4 ms nach t = 0 wird der Empfängerschaltkreis 7 in window1 aktiviert. Während der Dauer des wimdow1 (welches etwa 1,7 ms dauert), integriert der Empfängerschaltkreis 7 jedes Signal bei der zuvor festgelegten Frequenz, wie zum Beispiel bei 58 kHz, das vorhanden ist. Damit das Signal in diesem window1 ein signifikantes Integrationsergebnis erzeugt, sollte das von dem Marker 1 ausgesandte Signal eine relative hohe anfängliche Amplitude zum Zeitpunkt der Erregung aufweisen, vorzugsweise oberhalb ungefähr 100 mV und sollte zu einem Zeitpunkt von 1 ms nach der Erregung im Vergleich zu seiner anfänglichen Amplitude um nicht mehr als etwa 15 dB abklingen, vorzugsweise um nicht mehr als etwa 10 dB. Dies bedeutet, dass das Signal eine minimale Amplitude von etwa 40 mV in der Nähe der Mitte des window1 aufweisen sollte. Der erfindungsgemäße Resonator erzeugt ein Signal, das alle diese Kriterien erfüllt. Signale, die entsprechend durch Resonatoren erzeugt werden, die ein Q = 50, Q = 400 beziehungsweise Q = 800 aufweisen, sind in 2 eingetragen. Zu Testzwecken wurde ein für das Signal des window1 repräsentatives Signal (A1) 1 ms nach der Erregung und ein für das Signal des window1 repräsentatives Signal (A2) 7 ms nach der Erregung gemessen. Dies sind Zeitpunkte, die in die Mitten der entsprechenden Fenster fallen.
Anschließend deaktiviert der Synchronisationsschaltkreis 9 den Empfängerschaltkreis 7 und reaktiviert den Empfängerschaltkreis 7 während eines zweiten Detektionsfensters, das ebenfalls 1,7 ms andauert und in 2 mit window1 bezeichnet ist. Während der Dauer von window1 integriert der Empfängerschaltkreis 7 wiederum alle Signale bei der zuvor festgelegten Frequenz (58 kHz). Wenn das bei dieser Frequenz in window1 integrierte Signal ein Integrationsergebnis erzeugt, das anzeigt, dass es sich (zu diesem Zeitpunkt) um ein nicht abklingendes Signal handelt, geht der in dem Empfängerschaltkreis 7 enthaltene elektronische Schaltkreis davon aus, dass das Signal von einer anderen Quelle als dem aktivierten Marker 1 herrührt.
Es ist daher wichtig, dass die Amplitude des Signals in dem zweiten Detektionsfenster eine optimale Größe aufweist, das heißt, es darf nicht zu groß sein, so dass es als von einer anderen Quelle als dem Marker 1 herrührend missverstanden wird, sondern es muss ausreichend klein sein, so dass es leicht von dem Signal in dem ersten Fenster unterscheidbar ist. Wie aus der 2 ersehen werden kann, weist das von einem ein Q = 50 aufweisenden Resonator erzeugte Signal eine solch starke Abnahme (Abklingzeit) auf, dass es bereits im ersten Detektionsfenster eine extrem niedrige Amplitude aufweist. Ein Resonator, der ein Q = 800 aufweist, weist jedoch, wie in 2 dargestellt, immer noch eine relative hohe Amplitude in dem zweiten Detektionsfenster auf. Ein von dem erfindungsgemäßen Resonator 3, der ein Q = 400 aufweist, erzeugtes Signal weist sowohl in window1 wie auch in window2 eine Signalamplitude auf, die ausreichend groß ist, um eine zuverlässige Erkennung des Signals als von einem aktivierten Marker 1 herrührend zu ermöglichen.
2 veranschaulicht das Verhältnis zwischen der Qualität Q des Resonators und dem Quotienten aus den in window1 beziehungsweise window2 detektierten Signalen. Während dieses Verhältnis abnimmt, nimmt die Gewissheit zu, dass sich eine optimal hohe Detektionsrate und ein Minimum von falschen Alarmen ergeben. In der Praxis ist eine minimale Abschwächung des Signalverhältnisses zwischen den sich in window1 und window2 ergebenden Signalen von ungefähr 15 dB zu bevorzugen. Dies bedeutet, dass die Qualität Q des Resonators unterhalb 600 und vorzugsweise unterhalb 550 sein sollte. Es wird jedoch eine Qualität Q des Resonators von mindestens 100 und vorzugsweise 200 benötigt, um eine hinreichende Signalamplitude in dem ersten Detektionsfenster zu erzielen.
Wenn der Empfängerschaltkreis 7 in jedem der Fenster window1 und window2 eine Signal detektiert, dass den oben genannten Kriterien entspricht, wird ein Alarm 10 ausgelöst. Als ein weiterer Schutz gegenüber falschen Alarmen kann festgelegt werden, dass der Empfängerschaltkreis 7 die Anforderung aufweist, Signale, die die weiter oben genannten Kriterien erfüllen, in einer vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Pausen zwischen den von dem Transmitterschaltkreis 5 ausgesandten Signalfolgen zu detektieren, wie zum Beispiel für vier aufeinander folgende Pausen.
Falsche Alarme können auch erzeugt werden auf Grund eines Markers 1, der unwirksam deaktiviert wurde. Dies rührt daher, weil die Qualität Q des Resonators extrem hoch wird in der Gegenwart von sehr niedrigen Feldstärken für die Vormagnetisierung, wie sie auftreten, wenn der Marker 1 deaktiviert wird, das heißt, wenn das Vorspannelement 4 demagnetisiert wird. Unter solchen Umständen weist die Qualität Q des Resonators Werte oberhalb 1000 auf, was bedeutet, dass die einer Signalfolge nachfolgende Schwingung extrem lange anhält. Dies bedeutet, dass die Signalamplituden eines unwirksam deaktivierten Markers in window1 und window2 die oben genannten Kriterien für die Detektion nicht erfüllen und daher kein Alarm ausgelöst wird.
Die Qualität Q des Resonators kann durch eine Anzahl von verschiedenen Maßnahmen reduziert werden, einschließlich "künstlicher" Maßnahmen, wie zum Beispiel das Anwenden mechanischer Reibung, das Erzeugen einer schlechten Qualität des Bandes für den Resonator 3 (wie zum Beispiel durch Löcher in diesem) oder die Dicke des Resonators kann sehr groß gemacht werden, zum Beispiel 30 bis 60 μm, was dazu führt, dass Wirbelströme induziert werden.
Solche künstlichen Maßnahmen weisen jedoch nachteilige Nebeneffekte auf, zum Beispiel einschließlich gleichzeitiger hoch negativer Auswirkungen auf die Signalamplitude. Die in 4 dargestellte gestrichelte Linie stellt den typischen Abfall in der Signalamplitude dar, der eintritt, wenn die Qualität Q des Resonators durch solche Maßnahmen künstlich oder gewaltsam verringert wird. Eine solche Verringerung der Signalamplitude verringert jedoch gleichzeitig die Empfindlichkeit der Detektion des Überwachungssystems.
Amorphe Bänder verschiedener Zusammensetzungen mit einer Breite des Bandes von 6 mm und einer typischen Dicke des Bandes von 25 μm wurden gegossen, in einem transversalen magnetischen Feld wärmebehandelt und ihr Resonanzverhalten wurde in einem vormagnetisierenden, konstanten Feld von 6,5 Oe untersucht. Zu diesem Zweck wurden Streifen mit einer Länge von 38 mm mit alternierenden Feldpulsen der Dauer von 1,6 ms mit Pausen der Dauer von 16 ms zwischen den Pulsen erregt. Dies bewirkte, dass die Streifen Resonanzschwingungen in einem Bereich zwischen 55 und 60 kHz aufwiesen, was durch kleine Änderungen in der Länge der Streifen zur Abstimmung auf 58 kHz geeignet war. Die Qualität Q wurde sowohl aus dem Abklingverhalten des Schwingungssignals wie auch aus der Signalamplitude (bezeichnet mit „signall amplitude" in 4) zu einem Zeitpunkt von 1 ms nach dem Entfernen des erregenden alternierenden Feldes gemessen. Das Signal wurde detektiert mit einer Aufnahmespule, die 100 Windungen aufwies.
Die beispielhaften Ausführungsformen I.A bis I.J in Tabelle I stellen eine Anzahl von Legierungen dar, die zu Beginn eine niedrige Qualität Q des Resonators aufwiesen. Diese Proben erfüllen jedoch nicht die anderen Anforderung, die an das Material des Resonators gestellt werden.
Die Beispiele I.A und I.B repräsentieren kommerziell erhältliche Legierungen, die keine messbare Signalamplitude erzeugten. Dies ist vermutlich zuordenbar zu einer Qualität Q, die zu niedrig ist, das heißt Q < 100 und zu einem geringen Wert des Anisotropiefeldes H_k, obwohl dies bei H_k = 5,5 bis 6 A/cm (ungefähr 7 bis 8 Oe) sogar gerade oberhalb der Testfeldstärke H_b = 5,2 A/cm (= 6,5 Oe) liegt.
Die Beispiele I.C bis I.J weisen eine höhere Anisotropiefeldstärke H_k und eine hohe Signalamplitude in Kombination mit einer niedrigen Qualität auf. Ein Nachteil von diesen Proben ist jedoch eine hohe Abhängigkeit der Resonanzfrequenz f_r von dem exakten Wert des Vormagnetisierungsfeldes H_b. Bei diesen Proben ändert sich die Resonanzfrequenz f_r um 1 kHz oder deutlich mehr, wenn sich die Testfeldstärke H_b um ungefähr 1 Oe verändert. Solch eine Änderung in dem Vorspannfeld H_b kann zum Beispiel allein dadurch auftreten, wenn ein Marker in dem Magnetfeld der Erde anders ausgerichtet wird. Die damit einher gehende Verstimmung der Resonanzfrequenz verschlechtert die genaue Detektion eines Markers unter Anwendung eines solchen Streifens beträchtlich.
Der Wert von |df_r/dH_b| kann im Allgemeinen durch Anpassung der Temperatur des Temperns und der Zeitdauer des Temperns verändert werden. Bei der gleichen Temperatur des Temperns führt eine längere Zeitdauer des Temperns im Allgemeinen zu niedrigeren Werten von |df_r/dH_b|. Dies gilt jedoch nur innerhalb bestimmter Grenzen. Die Legierungsproben in Tabelle 1 zum Beispiel waren bereits für die Dauer von 15 Minuten bei 350°C wärmebehandelt, was in einem sehr nahe bei dem erreichbaren Minimum liegenden Wert von |df_r/dH_b| resultierte.
Für eine ökonomisch durchführbare Implementierung des Wärmebehandlungsverfahrens, zum Beispiel für ein fortlaufendes Wärmebehandlungsverfahren, sind Zeitdauern der Wärmebehandlung wünschenswert, die wesentlich unterhalb 1 Minute und vorzugsweise in einem Bereich von Sekunden liegen. Solche kurzen Zeitdauern der Wärmebehandlung stellen auch sicher, dass das wärmebehandelte Material nach der Wärmebehandlung immer noch ausreichend dehnbar ist, so dass es auf Länge geschnitten werden kann.
Die Tabellen II und III stellen Proben von Legierungen dar, für die es möglich war, die erwünschte, niederfrequente Änderung von |df_r/dH_b| zu erzielen. Für alle von diesen Proben wurden die Parameter der Wärmebehandlung so gewählt, dass |df_r/dH_b| einen zulänglich niedrigen Wert von 550-650 Hz/Oe bei 6,5 Oe aufwies.
Wie aus den in den Tabellen II und III dargestellten Proben ersehen werden kann, treten niedrigere Werte für die Qualität Q auf, wenn der Eisengehalt der Legierung geringer wird und wenn sich der Gehalt der Legierung an Kobalt und/oder Nickel erhöht. Ein bestimmter minimaler Eisengehalt von ungefähr 15 Atomprozent ist jedoch notwendig, damit das Material noch erregt werden kann, um magnetoelastische Schwingungen mit ausreichend hoher Amplitude zu erzeugen. Legierungen mit Eisen von weniger als ungefähr 15 Atomprozent weisen keine, oder nahezu keine magnetwiderstandsbeständige Resonanz auf, wie beispielhaft zu ersehen an den Proben I.K bis I.N in Tabelle I.
Keine der Legierungen in Tabelle I ist verwendbar zum Gebrauch für den Resonator 3, da ihnen eine oder mehrere der weiter oben diskutierten Eigenschaften fehlen.
Von den in den Tabellen II und II dargestellten Proben repräsentieren die nachfolgenden Legierungsproben vorteilhafte beispielhafte Ausführungsformen, die geeignet sind zum Gebrauch als ein Resonator 3, weil sie gleichzeitig eine Qualität Q unterhalb 500 bis 600 erzielen, einen Wert für |df_r/dH_b| unterhalb 700 Hz/Oe und eine hohe Signalamplitude aufweisen.
Die Proben II.1 bis II.12 gemäß Tabelle II sind Proben reich an Kobalt, die sich durch eine sehr hohe Signalamplitude auszeichnen. Die Proben II.1 bis II.7 werden bevorzugt.
Die Beispiele III.1 bis III.31 gemäß Tabelle III weisen alle die weiter oben genannten erwünschten Eigenschaften auf, wobei die Beispiele III.1 bis III.22 bevorzugt werden.
Die Beispiele II.A bis II.C gemäß Tabelle II und die Proben III.A bis III.M gemäß Tabelle III sind nicht geeignet, weil sie eine Qualität Q aufweisen, die größer ist als 600.
Zum Vergleich mit der weiter oben erwähnten Kurve der gestrichelten Linie, die eine "künstliche" Verringerung von Q darstellt, zeigt 4, dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen der Legierung ein verringertes Q ohne maßgeblichen Verlust an Signalamplitude gleichzeitig erzielt werden können. Alle der in 4 dargestellten Ergebnisse weisen eine höhere Signalamplitude auf, als die weiter oben erwähnten ungeeigneten Proben, wenn ihre Qualität Q "künstlich" verringert wird durch mechanische Dämpfung oder durch andere Maßnahmen, die in keiner Beziehung zu der Zusammensetzung der Legierung stehen.
Tabelle I
Tabelle II
Tabelle III
Weitere Proben, die die Zusammensetzungen Fe₂₄CO₁₆Ni₄₂Si₂B₁₆ (Beispiel III.7) und Fe₂₄CO₁₆Ni_42,7Si_1,5B_15,5C_0,3 und Fe₂₅Co₁₅Ni_13,5SiB_15,5 aufweisen sind geeignet für Bänder, die etwa eineinhalb Zoll in der Breite aufweisen und Fe₂₄CO₁₆Ni₄₀Si₂B₁₆ (Beispiel III.8) Und Fe₂₄CO₁₈Ni_40,7Si_1,5B_15,5C_0,3 und Fe₂₅Co₁₇Ni_40,5Si_1,5B₁₆ sind geeignet für Bänder, die etwa 6mm in der Breite aufweisen. Jede von diesen Zusammensetzungen ergibt einen Resonator, der die anfangs beschriebenen erwünschten Eigenschaften aufweist.
Aus den obigen Tabellen können die nachfolgenden verallgemeinerten Formeleigenschaften festgestellt werden. Alle entsprechend dieser Verallgemeinerung hergestellten Legierungen weisen die weiter oben erwähnten erwünschten Eigenschaften auf.
Darüber hinaus basieren alle der nachfolgenden Verallgemeinerungen auf der weiter oben erwähnten allgemeinen Formel Fe_aCo_bNi_cSi_xB_y.
Der Gehalt an Kobalt kann ein Minimum von 32 Atomprozent betragen und der Gehalt an Eisen kann bei mindestens 15 Atomprozent liegen. Eine bevorzugte Ausführungsform in dieser verallgemeinerten Beschreibung weist einen Gehalt an Kobalt von mindestens 43 Atomprozent und maximal 55 Atomprozent auf. Eine weitere allgemeine Reihe von Legierungen, die die weiter oben erwähnten Eigenschaften aufweisen, weist einen Gehalt an Eisen zwischen 15 Atomprozent und 40 Atomprozent auf. Eine bevorzugte Ausführungsform in dieser verallgemeinerten Reihe weist einen Gehalt an Eisen von maximal 30 Atomprozent, einen Gehalt an Kobalt von mindestens 15 Atomprozent, und einen Gehalt an Nickel von mindestens 10 Atomprozent auf. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform in dieser verallgemeinerten Reihe weist einen Gehalt an Kobalt zwischen 12 und 20 Atomprozent und einen Gehalt an Nickel zwischen 30 und 45 Atomprozent auf.
Eine dritte verallgemeinerte Reihe von Legierungen weist einen Gehalt an Nickel zwischen 30 Atomprozent und 53 Atomprozent auf, mit einem Gehalt an Eisen der mindestens 15 Atomprozent beträgt und einem Gehalt an Kobalt der mindestens 12 Atomprozent beträgt. Bevorzugte Ausführungsformen in dieser verallgemeinerten Reihe von Legierungen weisen einen Gehalt an Eisen von maximal 40 Atomprozent auf.
Schließlich weist eine weiter Reihe erzeugter Legierungen einen Gehalt an Nickel von mindestens 10 Atomprozent, einen Gehalt an Eisen von mindestens 15 Atomprozent, aber maximal 42 Atomprozent und einen Gehalt an Kobalt zwischen 18 und 32 Atomprozent auf.
Obwohl die hierin offenbarten Resonatoren unter der Verwendung von Legierungen hergestellt wurden, die nur aus Eisen, Kobalt, Nickel, Silikon und Bor zusammengesetzt sind, wird es von denjenigen, die erfahren sind auf dem Gebiet amorpher Metalle, verstanden werden, dass andere Elemente, wie zum Beispiel Molybdän, Niob, Chrom und Mangan in kleinen atomaren Prozentsätzen eingeschlossen sein können, ohne die weiter oben erwähnten magnetischen Eigenschaften wesentlich zu verändern und dass daher gemäß der Prinzipien der vorliegenden Erfindung Legierungen gegossen werden können, die sehr geringe Prozentsätze solcher zusätzlicher Elemente umfassen. Darüber hinaus ist es bei jenen aus dem Gebiet der amorphen Metalle auch bekannt, das andere Elemente als Silikon, wie zum Beispiel Kohlenstoff und Phosphor angewendet werden können, um die Ausformung von Glas zu fördern und die hierin offenbarten Resonatoren und Legierungen schließen daher das Beisein solcher anderer, die Ausformung von Glas fördernder Elemente nicht aus.
Insbesondere, obwohl in den weiter oben bezeichneten Zusammensetzungen nicht angezeigt, kann erwartet werden, dass die in Übereinstimmung hiermit hergestellten Legierungen Kohlenstoff in einer Größenordnung zwischen 0,2 und 0,6 Atomprozent enthalten. Diese geringe Menge an Kohlenstoff wird eingebracht auf Grund des eisenhaltigen Bor, welches Kohlenstoff als eine Verunreinigung beinhaltet und durch die chemische Reaktion der Schmelze mit dem Material des Schmelztiegels, welches Kohlenstoff enthält. Da sich Kohlenstoff in Bezug auf die Bildung von Glas und magnetische Eigenschaften ähnlich verhält wie Bor, können diese sehr kleinen Mengen an Kohlenstoff als in dem Mengenwert für Bor beinhaltet betrachtet werden.
Alle der Bänder, von denen die obigen Proben geschnitten wurden, wurden auf konventionelle Weise unter Verwendung eines rotierenden Kühlrades gegossen, wobei Schmelze mit den weiter oben erwähnten Zusammensetzungen über eine Düse auf den Umfang des rotierenden Rades zugeführt wurde. Die gegossenen Bänder wurden in einem 40 cm langen Laborofen mit einem homogenen Temperaturbereich von etwa 20 cm Länge kontinuierlich wärmebehandelt (Tempern von Bandrolle zu Bandrolle), bei einer typischen Geschwindigkeit des Temperns von etwa 0,2 m/min bis 4 m/min und bei Temperaturen in einem Bereich zwischen etwa 300°C und etwa 400°C. Dies entspricht typischen Zeitdauern des Temperns von zwischen etwa 3 Sekunden und etwa 60 Sekunden bei der Temperatur für das Tempern. In einem Heizofen mit Produktionsgrößenordnung und mit einem homogenen Temperaturbereich von etwa 1 Meter Länge kann die Geschwindigkeit des Temperns entsprechend höher liegen (etwa 1 m/min bis 20 m/min).
Die Parameter für das Tempern der Proben gemäß der Tabellen II und I11 wurden so eingestellt, dass die Steigung zwischen 6 und 7 Oe zwischen 550 Hz/Oe und 650 Hz/Oe fiel. Typische Bedingungen für das Tempern der Proben gemäß der Tabellen II und I11 bewegten sich in einem Bereich zwischen etwa 340°C bis etwa 380°C, mit einer Geschwindigkeit des Temperns von etwa 1 bis 3 m/min in dem kurzen Laborheizofen oder 5 m/min bis 15 m/min in einem Produktionsheizofen mit einem einen Meter langen Temperaturbereich.
Nur die Proben gemäß Tabelle 1 wurden in Chargen für eine wesentlich längere Zeitdauer wärmebehandelt, das heißt mit 15 Minuten bei einer Temperatur von 350°C, da das Tempern von Bandrolle zu Bandrolle eine Steigung ergab, die zu hoch war. Sogar dieses verlängerte Tempern war jedoch nicht dazu in der Lage, die erwünschte Steigung zu erzeugen.
Das während des Temperns angewendete magnetische Feld verlief transversal zur longitudinalen Richtung des Bandes und in der Ebene des Bandes. Das magnetische Feld wies eine Stärke von etwa 2 kOe in dem Laborheizofen und 1 kOe in dem Produktionsheizofen auf. Die wesentliche Bedingung für die Feldstärke ist, dass diese ausreichend ist, um das Band transversal zu seiner Bandachse (longitudinal) zu sättigen. Beurteilt auf Grundlage des typischen Faktors der Demagnetisierung über die Breite des Bandes sollte eine Feldstärke von mindestens etwa einigen Hundert Oe ausreichend sein.
Wie weiter oben beschrieben wurden alle Untersuchungen an Proben ausgeführt, die 38 mm lang, 6 mm breit und etwa 25 μm dick waren. Alle Bänder gemäß der Tabellen II und III waren ausreichend dehnbar, so dass sie ohne Probleme auf die gewünschte Länge geschnitten werden konnten.
Die Stärke des Anisotropiefeldes H wurde, wie in 5 dargestellt, bestimmt von der B-H Schleife, die mit einem Messfühler für B-H Schleifen aufgenommen wurde. Das Prüfspulensystem kompensierte den Luftfluss, so dass B = J angenommen werden kann.
Um die magnetoakustischen Eigenschaften zu bestimmen, wurden die Proben durch Signalfolgen von Wechselspannungsfeldern mit etwa 18 mOe Spitzenamplitude erregt (angesteuert), um bei verschiedenen Vorspannfeldern mitzuschwingen. Die Einschaltzeit der Signalfolgen betrug etwa ein Zehntel der 60 Hz Wiederholrate, das heißt etwa 1,6 mm. Die Resonanzamplituden wurden zu Zeitpunkten von 1 ms und 2 ms nachdem eine individuelle Signalfolge beendet wurde unter Verwendung einer fest gekoppelten Empfängerspule mit 100 Windungen gemessen. Die Werte A1 bezeichnen die Signalamplitude zu einem Zeitpunkt von 1 ms nach der Beendigung der Signalfolge. Im Wesentlichen gilt A1 δ N·W·H_ac, wobei N die Anzahl der Windungen der Empfängerspule ist, W die Breite des Resonators ist und H_ac die Feldstärke des erregenden (ansteuernden) Feldes ist. Die genaue Zusammensetzung dieser Faktoren, die A1 erzeugen, ist nicht bedeutsam.
Die Qualität des Resonators wurde gemäß nachfolgender Beziehung errechnet unter der Annahme eines exponentiellen Abfalls des Signals (welcher verifiziert wurde) der entsprechenden Amplituden A1 und A2, die zu einem Zeitpunkt von 1 ms und 2 ms nach der Beendigung jeder Signalfolge auftraten: Q = πfr/In(A1/A2).
Die Steigung der Frequenz über der Vorspannung wurde zwischen 6 und 7 Oe bestimmt und die Frequenzverschiebung während der Deaktivierung wurde bestimmt durch Betrachtung der Resonanzfrequenz bei 6,5 Oe (im aktivierten Zustand) und 2 Oe (obere Feldgrenze für den deaktivierten Zustand) und wurde errechnet als die Differenz zwischen den Resonanzfrequenzen bei diesen Feldstärken.
Die 5 bis 8 veranschaulichen die typischen Eigenschaften der magnetischen und magnetoelastischen Eigenschaften eines in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellten Resonators. Diese Kurven beziehen sich auf eine für etwa 6 Sekunden bei 360°C in einem transversalen Feld wärmebehandelte Legierung aus Fe₂₄Co₁₈Ni₄₀Si₂B₁₆. Die Probe ist 6 mm breit und 24 μm dick. Die Länge wurde auf 37,1 mm angepasst, um eine Resonanzfrequenz bei exakt 58 kHz bei 6.5 Oe zu erzeugen. Zum Zweck der Veranschaulichung wurden die Bedingungen für das Tempern absichtlich so gewählt, dass sich die Steigung zwischen 6 und 7 Oe Vorspannfeld an der oberen Grenze von etwa 700 Hz/Oe befindet und das Anisotropiefeld H_k sich um die untere Grenze von etwa 10 Oe bewegt. Eine Veränderung der Temperatur des Temperns auf etwa 34G°C würde leicht eine wünschenswertere Steigung von etwa 600 Hz/Oe bei der gleichen Geschwindigkeit für das Tempern ergeben.
5 stellt die bei 50 Hz aufgenommene B-H Schleife dar. Die in 5 dargestellte gestrichelte Linie repräsentiert eine ideale Schleife für eine transversale Anisotropie zur Definition des Anisotropiefeldes H_k und zur Darstellung der Linearität der Schleife bis hinauf in das Erreichen der magnetischen Sättigung, die bei etwa 10 Oe auftritt.
6 stellt die Resonanzfrequenz und die Resonanzamplitude A1 dieser Probe als eine Funktion des Vorspannfeldes dar. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Wert Q dieser Probe gegenüber dem Vorspannfeld.
In seinem aktivierten Zustand wird der Resonator mit einem magnetischen Feld vorgespannt, das typischerweise zwischen 6 und 7 Oe liegt. Bei dieser Feldstärke der Vorspannung weist der Resonator eine hohe Amplitude und ein Q auf, das geringer ist als 550. Typischerweise wird die Amplitude unter den oben beschriebenen Untersuchungsbedingungen bei einem Minimum von etwa 40 mV liegen, um, wie oben beschrieben, auf diese Weise eine gute Detektion in einem Überwachungssystem zur Verfügung zu stellen.
Der Marker wird durch Verminderung oder Entfernen des Vorspannfeldes deaktiviert, wodurch die Resonanzfrequenz erhöht wird, die Amplitude verringert wird und Q erhöht wird. Dies wird erreicht durch die Demagnetisierung des Vorspannelements 4.
Wie aus der 6 ersehen werden kann, hängt die Resonanzfrequenz von der Feldstärke der Vorspannung ab. In der Praxis können typische Abweichungen des Vorspannfeldes von einem Zielwert (welcher hierin als 6,5 Oe angenommen wird) etwa +/-0,5 Oe betragen. Diese Abweichungen können herrühren von den unterschiedlichen Ausrichtungen des Markers in Bezug auf das magnetische Feld der Erde, oder von der Streuung der Eigenschaften des Vorspannelements 4. Das Material des Resonators selbst unterliegt ebenfalls einer Streuung und kann bei dem Zielwert des Vorspannfeldes möglicherweise nicht exakt den Zielwert der Frequenz aufweisen. Aus diesen Gründen muss der Resonator 3 so entworfen werden, dass seine Steigung als Darstellung in der Frequenz über der Vorspannung nicht zu steil ist.
8 stellt die Resonanzamplitude A1 über der Frequenz bei einem Vorspannfeld von 6,5 Oe dar sowie bei Vorspannfeldern 0,5 Oe oberhalb und unterhalb dieses Zielwertes. Auf Grund der endlichen Bandbreite der Resonanzkurve (die weitgehend bestimmt wird durch die Einschaltzeitdauer der Wechselspannungssignalfolgen und auch durch das Q des Resonators), zeigt der Resonator 3 immer noch ein ausreichendes Signal bei der Transmitterfrequenz von 58 kHz, sogar wenn die Resonanzfrequenz nicht präzise getroffen wird. Wie in 8 dargestellt, liegt das Resonanzsignal immer noch oberhalb ungefähr 40 mV, wenn die Schwankung der Frequenz etwa 700 Hz je 1 Oe Änderung im Vorspannfeld beträgt. Größere Schwankungen in der Frequenz sind nachteilig, geringere Schwankungen in der Frequenz sind günstig. Dementsprechend sollten die Resonanzkurven der aktivierten Marker um nicht mehr als etwa die Hälfte ihrer Amplitudenbandbreite auseinander liegen. Daher liegt die Steigung der Kurve der Frequenz über dem Vorspannfeld |df_r/dH_b| vorzugsweise unterhalb etwa 700 Hz/Oe.
Die Schwankung der Frequenz in Abhängigkeit von dem Vorspannfeld ist auch einer der Gründe, weswegen das Vorspannfeld zur Aktivierung des Resonators 3 zwischen etwa 6 und 7 Oe beträgt. Das Vorspannfeld sollte so gewählt werden, dass das magnetische Feld der Erde mindestens geringer ist als ungefähr 10% der Feldstärke des Vorspannelements 4. Dabei gibt es auch eine obere Grenze für den Wert von H_b. Um einen höheren Wert von H_b zu erzeugen, ist mehr magnetisches Vorspannungsmaterial für das Vorspannelement 4 notwendig, wodurch der Marker teurer wird. Zum Zweiten hat ein höheres H_b eine größere magnetisch anziehende Kraft zwischen dem Vorspannelement 4 und dem Resonator 3 zur Folge, die in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Markers (magnetische Anziehungskraft gegenüber Schwerkraft) eine wesentliche Dämpfung zur Folge haben kann. Die optimalen Vorspannfelder befinden sich daher in einem Bereich von ungefähr 6 bis 7 Oe.
Wie weiter oben ausgeführt, sollte sich die Resonanzfrequenz des Resonators 3 wesentlich verändern, wenn der Marker durch Entfernen des Vorspannfeldes H_b deaktiviert wird. Wie in 9 veranschaulicht, ist die Überlappung der Resonanzkurven bei unterschiedlichen Vorspannfeldern ausreichen getrennt, wenn sich die Resonanzfrequenz bei der Verminderung des Vorspannfeldes um mindestens etwa 1,2 kHz verändert. Die zwei Kurven werden für den deaktivierten Zustand dargestellt und entsprechen zwei verschiedenen Pegeln des Feldes aus Wechselspannungssignalfolgen. Die gestrichelte Kurve bezeichnet die Feldstärke bei 18 mOe, wie sie typischerweise in den weiter oben erwähnten Standarduntersuchungen verwendet wird, während die andere Kurve (für den deaktivierten Zustand) einem erhöhten Pegel eines Ansteuerungsfeldes entspricht, wie es in dem Abtastbereich eines magnetomechanischen Überwachungssystems nahe zu der Transmitterspule 6 auftreten kann. Die für den aktivierten Zustand dargestellte Kurve wurde bei der für die Ansteuerung üblichen Feldstärke von 18 mOe aufgenommen.
In der Praxis wird die Reaktivierung durch die Demagnetisierung des Vorspannelements 4 erreicht. Praktisch gesprochen kann ein "demagnetisiertes" Vorspannelement 4 immer noch eine geringe Magnetisierung aufweisen, wodurch ein Vorspannfeld H_b von etwa 2 Oe erzeugt wird. Daher sollte als ein Untersuchungskriterium die Frequenzverschiebung der Resonanzfrequenz bei 2 Oe im Vergleich gegenüber der Resonanzfrequenz bei 6,5 Oe mindestens 1,2 kHz betragen, um sicher zu stellen, dass der Resonator 3 richtig abschaltbar ist.
Aus den weiter oben erwähnten Daten ist jedoch zu entnehmen, dass während die Steigung |df_r/dH_b| flacher wird, die Frequenzverschiebung bei der Deaktivierung ebenfalls geringer wird. Eine Steigung, die zu steil wird, verringert die Erkennungsrate, weil die Resonanzfrequenz zu weit vom zuvor festgelegten Wert entfernt zu liegen kommt, eine Frequenzverschiebung jedoch, die bei der Deaktivierung zu gering ist, wird falsche Alarme zur Folge haben. Daher muss ein optimaler Kompromiss erzielt werden und ein solcher Kompromiss wurde hierin ausgewählt durch Anpassung der Zusammensetzung der Legierung und der Wärmebehandlung, so dass die Steigung etwa 550 Hz/Oe bis 650 Hz/Oe beträgt, das heißt, sich ausreichend unterhalb der Grenze von 700 Hz/Oe befindet, bei der sich die Erkennungsrate stark zu verschlechtern beginnt. Dies stellt sicher, dass eine Frequenzverschiebung erreicht wird, die größer ist als 1,6 kHz, welche sich wesentlich oberhalb des wichtigen Wertes für falsche Alarme von 1,2 kHz befindet, der korrelieren würde mit einer Steigung von etwa 400 Hz/Oe.
10 stellt weitere Informationen zur Verfügung, warum das Q eines Resonators zwischen etwa 200 und 550 ganz besonders für den Resonator 3 geeignet ist.
Wie bereits beschrieben, bestimmt das Q des Resonators die Abklingzeit des Resonators 3 gemäß A(t) = A(0) exp(–t π fr/Q).
Während der Erregung benötigt das Signal des Resonators die gleiche Zeitkonstante für den Anstieg, das heißt das Signal A(0) sofort nach der Erregung wird beschrieben zu A(0) = A∞ (1 – exp(–ton π fr/Q))wobei t_on den Zeitpunkt des Einschaltens des Transmitters der Signalfolge bezeichnet und A die Signalamplitude bezeichnet, die nach einer unendlichen Zeitdauer für die Erregung erzielt würde. In der Praxis bedeutet „unendlich" einen Zeitbereich sehr viel größer als Q/π f_r (typischerweise einige Millisekunden). Die Amplitude A bezeichnet die Amplitude des Resonators die gemessen wird, wenn der Resonator in einem fortdauernden Modus erregt wird im Gegensatz zu einem Signalfolgemodus, wie er in einem magnetomechanischen Überwachungssystem angewendet wird.
Die Kombination von beiden der obigen Gleichungen ergibt den Wert für die Amplitude A1, das heißt die Amplitude, die 1 ms nach der Erregung auftritt: A(1 ms) = A∞ (1–exp(–ton π fr/Q))exp(–1 ms π fr/Q)
10 stellt diese Beziehung dar, das heißt, A(1 ms)/A_∞ gegenüber Q (für t = 1,7 ms) und zeigt, dass sich für Werte von Q zwischen 200 und 550 ein Maximum ergibt. Dies bedeutet, dass solche Werte für Q sicher stellen, dass die Abklingzeit (und damit ebenfalls die Anstiegszeit) ausreichend gering wird, so dass der Resonator durch Wechselspannungssignalfolgen ausreichend erregt wird, während zur gleichen Zeit sicher gestellt wird dass die Abklingzeit lang genug andauert, um ein ausreichendes Signal für die Integration in dem ersten Detektionsfenster zur Verfügung zu stellen.
Die magnetoakustischen Eigenschaften reagieren empfindlich auf die Zusammensetzung und die Bedingungen beim Tempern. Schwankungen im Material, das heißt leichte Abweichungen von den Zielzusammensetzungen, können durch Veränderung der Parameter des Temperns kompensiert werden. Es ist höchst wünschenswert, dies auf eine automatisierte Weise durchzuführen, das heißt, die Eigenschaften des Resonators während des Temperns zu messen und die Parameter des Temperns entsprechend anzupassen. Es ist jedoch zu Beginn nicht klar, wie man aus der Beobachtung der Eigenschaften eines fortlaufenden Bandes darauf schließen kann oder es abschätzen kann, wie die magnetoakustischen Eigenschaften eines kurzen Resonators ausfallen werden.
Trotzdem zeigen die obigen Daten, dass das Anisotropiefeld des Resonators eng mit den Eigenschaften des Resonators korreliert. Das Anisotropiefeld des Resonators und das in einem fortlaufenden Band gemessene Anisotropiefeld unterscheiden sich nur durch das demagnetisierende Feld. Daher kann das Anisotropiefeld H_k des fortlaufenden Bandes überwacht werden, genauso wie seine Breite und Dicke und auf dieser Grundlage kann das Anisotropiefeld H_k des Resonators durch Addition des demagnetisierenden Effektes errechnet werden. Dies ermöglicht die Anpassung der Parameter des Temperns, zum Beispiel der Geschwindigkeit des Temperns auf eine automatisierte Weise, was in höchst reproduzierbaren Eigenschaften des wärmebehandelten Materials des Resonators resultiert.

Claims

Ein Resonator zum Gebrauch in einem Marker in einem magnetomechanischen elektronischen Artikelüberwachungssystem, wobei der Resonator eine wärmebehandelte amorphe magnetostriktive Legierung aufweist, mit einer Zusammensetzung Fe_aCo_bNi_cSi_xB_y, wobei a, b, c, x und y in Atomprozent gefasst sind und a + b + c + x + y = 100 sind, und wobei die Legierung aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) a ist zwischen 15 und 30, b ist zumindest 12, c ist zwischen 30 und 50 und 79 < a + b + c < 85; oder (ii) a ist zumindest 15 und b ist zumindest 32; oder (iii) a ist zwischen 15 und 40; oder (iv) a ist zwischen 15 und 42, b ist zwischen 18 und 32 und c ist zumindest 10; oder (v) a ist zumindest 15, b ist zumindest 12 und c ist zwischen 30 und 53, und – eine lineare B-H-Schleife bis zu einer minimalen Feldstärke von 8 Oe; – eine Qualität Q zwischen 100 und 600; – ein Anisotropiefeld H_k von zumindest 10 Oe; und – wenn die Legierung zur Resonanz in der Gegenwart eines magnetischen Vorspannfeldes H_b angeregt ist, ein Signal bei einer mechanischen Resonanzfrequenz f_r mit einer Amplitude ungefähr 1 ms nach Anregung, welche nicht mehr als 15 dB unterhalb einer Amplitude desselben Signals unmittelbar nach Anregung liegt, und mit einer Amplitude ungefähr 7 ms nach Anregung, welche zumindest 15 dB unter der Amplitude bei 1 ms nach Anregung liegt, aufweist; – wobei sich die mechanische Resonanzfrequenz f_r in Abhängigkeit von der Feldstärke des Vorspannfeldes H_b ändert, und |df_r/dH_b| niedriger ist als 700 Hz/Oe, wobei H_b zwischen 6 und 7 Oe liegt; und – die Resonanzfrequenz f_r sich mindestens um 1,2 kHz verändert, wenn das Vorspannfeld entfernt wird.
Resonator nach Anspruch 1, wobei die Legierung aus der Gruppe (ii) ausgewählt ist und der Kobaltgehalt zumindest 43 Atomprozent und höchstens 55 Atomprozent ist.
Resonator nach Anspruch 1, wobei die Legierung aus der Gruppe (iii) ausgewählt ist, der Eisengehalt höchstens 30 Atomprozent, der Kobaltgehalt mindestens 15 Atomprozent und der Nickelgehalt zumindest 10 Atomprozent ist.
Resonator nach Anspruch 1, wobei die Legierung aus der Gruppe (iii) ausgewählt ist, der Kobaltgehalt zwischen 12 und 20 Atomprozent und der Nickelgehalt zwischen 30 und 45 Atomprozent ist.
Resonator nach Anspruch 1,bei dem die Legierug ausgewählt ist aus der Gruppe von Legierungen mit den folgenden Zusammensetzungen (in Atomprozent):
Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei |df_r/dH_b| zwischen 550 und 650 Hz/Oe liegt.
Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Qualität Q, die größer als 200 ist.
Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Qualität Q, die kleiner als 550 ist.
Resonator nach Anspruch 1, der eine Breite von ungefähr 1/2 Zoll aufweist und wobei die wärmebehandelte amorphe magnetostriktive Legierung eine Zusammensetzung Fe₂₄Co₁₆Ni₄₂Si₂B₁₆ oder Fe₂₄Co₁₆Ni_42.7Si_1.5B_15.5C_0.5 oder Fe₂₄Co₁₆Ni_43.5Si₁B_15.5 aufweist.
Resonator nach Anspruch 1 mit einer Breite von ungefähr 6 mm, wobei die wärmebehandelte amorphe magnetostriktive Legierung eine Zusammensetzung Fe₂₄Co₁₈Ni₄₀Si₂B₁₆ oder Fe₂₄Co₁₈Ni_40.7Si_1.5B_15.5C_0.3 oder Fe₂₅Co₁₇Ni_40.5Si_1.5B₁₆ aufweist.
Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonator ein Signal mit einer Amplitude von zumindest 40 mV bei ungefähr 1 ms nach Anregung des Resonators produziert.
Marker zum Gebrauch in einem magnetomechanischen elektronischen Artikelüberwachungssystem, wobei der Marker aufweist: – ein vorspannelement, welches ein magnetisches Vorspannfeld bis zu 10 Oe produziert; – einen Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der in der Nähe des Vorspannelements angeordnet ist; und – ein Gehäuse, das das Vorspannelement und den Resonator umgibt.
Magnetomechanisches elektronisches Artikelüberwachungssystem, das folgendes umfasst: – einen Marker nach Anspruch 12; – eine Transmittervorrichtung zum Erregen des Markers, um in dem Marker den Resonator zu einer mechanischen Resonanz anzuregen und ein Signal bei der Resonanzfrequenz zu emittieren; – eine Empfängervorrichtung zum Empfang und zum Integrieren des vom Resonator bei der Resonanzfrequenz ausgesandten Signals; (iv) Synchronisationsvorrichtung, die mit der Transmittervorrichtung und der Empfängervorrichtung verbunden sind, zum Aktivieren der Empfängervorrichtung beim Empfangen und Integrieren des Signals bei der Resonanzfrequenz von dem Resonator in einem ersten Detektionsfenster, das bei ungefähr 0,4 ms nach Anregung des Resonators durch die Transmittervorrichtung beginnt, und in einem zweiten Detektionsfenster, das bei ungefähr 7 ms nach Anregung des Resonators durch die Transmittervorrichtung beginnt; und – einen Alarm, wobei die Empfängervorrichtung Einrichtungen zum Auslösen des Alarms umfasst, wenn das Signal bei der Resonanzfrequenz von besagtem Resonator, der in dem zweiten Detektionsfenster integriert ist, im wesentlichen unter dem Signal bei der Resonanzfrequenz von dem Resonator liegt, der in dem ersten Detektionsfenster integriert ist.
Verfahren zum Herstellen eines Resonators zum Gebrauch in einem magnetomechanischen elektronischen Artikelüberwachungssystem, das die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen einer amorphen magnetostriktiven Legierung, die eine Zusammensetzung für den Resonator nach Anspruch 1 aufweist; und – Wärmebehandeln der amorphen magnetostriktiven Legierung in einem transversalen Magnetfeld und bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen 300°C und 400°C für eine Dauer von weniger als einer Minute.
Verfahren zum Herstellen eines Markers zum Gebrauch in einem magnetomechanischen elektronischen Artikelüberwachungssystem, welches die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen eines Resonators mit dem Herstellverfahren nach Anspruch 14; – Platzieren des Resonators in die Nähe eines magnetisierten ferromagnetischen Vorspannelements; und – Verkapseln des Resonators und des Vorspannelements in einem Gehäuse.
Verfahren zum Herstellen eines Markers nach Anspruch 15, das weiteren folgenden Verfahrensschritt aufweist: Magnetisieren des Vorspannelements zum Produzieren eines Vorspannfeldes mit einer Stärke bis zu 10 Oe.