本发明涉及磁标签或标志、用于在这种标签中存储数据并接着远距 离地检索该数据的系统以及使用该标签和系统的方法。

这种标签和系统具有各种各样的应用。其应用包括货物清单检验、 售票、自动购物系统、监控工作进展、安全标签及进入检验、防伪造 及物品检验。

目前可以得到多种无源数据标签系统。最广泛使用的是基于光阅读 的印刷条图案，俗称为条形码。这种系统的标签单元成本很低，通常 仅需要油墨及纸的费用。阅读器成本也相当低，通常使用扫描激光束。 对于许多主要应用，条形码的唯一真正缺点是需要阅读器和标签之间 的视线对应。

对于不可能视线对应的应用，开发出不使用光发送的系统。最通常 是使用标签和询问电子装置之间耦合的磁感应。这些通常用频率范围 为50KHz和1MHz的交变磁场工作，并通常使用集成电子电路(“芯 片”)来处理接收和发送功能，及提供数据存储和操作。为了避免需 要电池，芯片的电能是通过对由天线线圈接收的询问信号的整流来获 得的。为了增加功率传递及提供抗不希望信号和干扰的鉴别，该线圈 通常和一电容器在询问信号载频的频率上谐振。该类型的典型产品是 由Texas仪器有限公司制造的TIRIS系统。

另外的多位数据标签系统使用了传统的高频无线电技术或基于表 面声波或磁致伸缩现象的技术。

本发明涉及新型的无源数据标签系统，它使用少量的很高导磁率的 磁材料及用于询问的交变磁场。因为磁材料能为薄箔、线或膜的形式， 它可以直接粘在纸或塑料上以形成自支持标签。

更具体地，根据本发明的一个方面，提供了一种磁标志或标签，它 包括(a)其特征为高导磁率、低矫顽力及非线性B-H特性的第一磁材 料；及(b)能被永久磁化的第二磁材料，其特征在于：所述第二磁材料 是以非均匀磁场图案磁化的。

对于该新标签的合适制造技术是在传统标签制造中公知的，具体地 在制造零售货物的保安应用的1位(1-bit)标签中是公知的。另一方 式是，磁单元可在制造期间直接地装入待安标签的物品内。

在这种标签中，第二材料中磁场图案其幅值和/或方向和/或极性是 可变化的。第二磁材料可有利地由磁偏置材料的离散的磁化部分形 成，例如是涂以铁磁层或膜如铁氧体层的塑料材料衬底。所需的磁场 图案可写在磁偏置材料的条或带上。因此可以使用音频或视频记录带 作为偏置材料。

磁场图案可在所述条或带的宽度上及沿其长度变化。

最好，第一磁材料具有大于103的非本征相对导磁率及大于10A/m 的矫顽力。在一个实施例中，第一磁材料是细长条或线的形状，在另 一实施例中，它是薄膜的形状。当使用条形第一磁材料时，最好它具 有尺寸范围：宽度从0.1mm到10mm，更好为从0.5mm到5mm；及 厚度从5μm到500μm，更好为：从10μm到100μm。当以薄膜形式 时，第一磁材料最好为一个或多个小块的形式，每个具有面积范围： 从1mm2到500mm2，最好从10mm2到100mm2。这种小块每个可有 的厚度范围可为：从0.1μm到10μm。

如果需要，所述第一及第二磁场可被由纸或塑料材料作成的衬底支 持。但是这种衬底也可不需要。该标签通常用于固定在一物品上，用 于作为对该物品的识别标签。例如，它可用作防偷窃或防伪标签。它 也可变换地用于检验标签。在这方面，它例如可用来在分类分配程序 中确认物品已被分配到它的正确位置上。

根据另一方面，本发明提供了一种数据存储及检索系统，它包括多 个根据权利要求1所述的磁标志或标签，及检测系统包括：(i)用于产 生交变磁场的第一装置；(ii)用于检测通过第一磁材料和使用第一装置 产生的交变磁场之间的相互作用产生的谐波的第二装置；及(iii)用于使 所述第二装置的谐波检测与所述第一装置产生的交变磁场相关的第三 装置。

在这种数据存储及检索系统中，第三装置最好设置来确定由标签的 第一材料与交变磁场的相互作用产生的谐波幅值和相位，有用的谐波 通常从2至100次谐波的范围中选择。第三装置可设置来确定由该标 志产生的谐波特性，并将检测的特性与一个数据库的信息相比较，该 信息用于使检测特性与涉及一清单上物品的已知特性相关。

在一个实施例中，第三装置设置来确定产生的交变磁场的每周期检 测到的谐波脉冲数。另一方式是，第三装置设置来确定当谐波脉冲被 检测到时交流磁场每周期内的一个点或多个点。

在优选的实施例中，该检测系统设置来检测由该标签或标志产生的 谐波脉冲的特性，及将检测特性与一个数据库中的信息相比较，该信 息用于使检测特性与涉及一清单上物品的已知特性相关。该用于分析 的选择特性可包括所述谐波脉冲的包络线。

用于产生交变磁场的装置这样有利地设置，即在使用中产生第一高 频交变磁场及第二低频交变磁场。例如，该高频交变磁场的频率范围 在从250Hz到20KHz的范围内，最好在从3KHz到10KHz的范围中； 低频交变磁场的频率范围在从1Hz到250Hz的范围中，最好在从5Hz 到50Hz的范围中。

目前优选的询问系统适于产生频率在从1KHz到10KHz，例如从 4KHz到8KHz范围中的高频交变磁场，及频率在从8Hz到50Hz，例 如从10Hz到20Hz范围内的低频交变磁场。

典型地，该系统将以范围为1KHz-10KHz的高频交变磁场和 范围为1-100Hz的低频磁场一起工作。

另一方式是，可使用单个交变磁场。这种磁场具有的频率范围为从 50Hz到20KHz。但是这种设置需要更复杂的数据处理，将如下所述。

本发明的一些实施便提供了多位数据标签系统，它使用低频感应磁 场询问，并避免了需要复杂、昂贵的标签。

该标签由高导磁率、低矫顽力磁合金单元结合能永久磁化的中等矫 顽力的铁磁单元组成。如上所述，第一或高导磁率磁单元最好具有＞103 的非本征相对导磁率，最好至少为104，其矫顽力＜10Amps/m。这通 常需要具有高本征导磁率及低矫顽力的材料，其形式如为长的薄条或 薄膜，它能免于主要的内部去磁化作用。带材料易于从供应商在商业 上获得，例如从Vacuumschmeltze(德国)、Allied信号公司(美国) 及Unitika(日本)来获得。该膜材料目前被IST(比利时)大批量地 生产，用于零售货物的保安标签。

作为磁偏置材料工作的第二磁材料最好具有中等矫顽力材料，及它 的特性不太苛刻；它例如可为钢、镍、铁氧体等。基于铁氧体的材料 如通常用于制造录音带及录像带的材料尤其能便利地用于薄膜高导磁 率材料，因为它能直接地淀积在支持膜的塑料层背面。这有利于非常 简单及低成本的生产。

如上所述的这种标签在结构和材料上与在零售货物保安应用中使 用的某些类型的标签很相似，它们由这些公司如Sensormatic(美国)、 Knogo(美国)、3M(美国)及Esselte Meto(德国)提供。在这 些类型的标签中，当产品售出时，中等矫顽力层被磁化，通过将它偏 置到饱和或在磁性上将标签切成短的低导磁率部分而使标签无效。

在本发明中，第二磁材料或偏置单元用其幅值和/或符号和/或方向 在空间变化的磁场图案来磁化。这可以使用偏置层材料的离散磁化部 分或使用如磁记录头在连续层上写偏置图案来达到。该标签最好由低 频交变磁场和同时出现的低幅度高频交变磁场来询问。低频磁场具有 足够幅度来克服由标签磁化层产生的局部偏置。显然，如果偏置层在 不同区域为不同，则在低频场扫描时，偏置将在不同点(时间)上被 克服。

高频询问磁场具有低幅值、通常比低频磁场低3倍。当局部偏置已 被低频磁场克服时，将由高导磁率材料的非线性B-H特性产生高频 谐波。它们能容易地被适当调谐的接收机检测出来。通过检测在低频 周期时的谐波脉冲图案，可检测出标签的具体磁化图案。

售货保安系统业已存在，它使用适于所述编码标签的询问方案。例 如，Esselte Meto出售的产品使用16Hz的低频扫描及6.25KHz的高 频询问，并检测二次谐波。在另外的产品中使用5KHz和7.5KHz的高 频和16Hz扫描，及使用在12.5KHz上相互调制分量的检测。在这两 种情况下，可检测本发明的编码标签，及这仅需要改变软件来解码标 签的数据内容。

如果在标签中使用的磁化幅值用+1，0及-1来代表，则信号脉 冲能在低频周期中的三点上产生。原则上，这将允许至少3种单独的 标签“特征”(3脉冲/周期，2脉冲/周期及1脉冲/周期)。如果脉冲 出现的时间也能被使用，还可以区分另外的码。但是脉冲时间依赖于 低频询问磁场的幅值，并因此依赖于标签的定向。为此原因，定时信 息难以可靠地使用。

利用多个磁化幅值，可以提供许多码(即磁特征(magnetic signatures))，其极限来自于所需标签的尺寸及检测系统的分辨率。 如已描述的，也需要考虑定向的作用，因为，当标签在询问磁场中转 动时，标签的各向异性特征意味作用于标签上的有效磁场幅度将改 变，信号脉冲的位置将移动。

最便利的是与其中不同的独立特征的有无对应于数据位的编码方 案的联系。但是这不是实质性的。通过标签上磁场图案的适当构型可 产生出各种各样复杂的任意信号形状。这些形状在制造上具有高重复 率，并易于被信号接收机中的图案适配软件识别。该类型编码使码数 目扩展，这些码可用少量的偏置幅值来产生，它特别适于需要高区别 性码的应用，如防伪造应用。

标签的尺寸依赖于检测系统的灵敏度并更基本地依赖于能提供适 当高导磁率的薄膜材料的最小带长或面积(考虑形状的去磁化性)。 对于当前可自由获得的最窄、最薄的条状材料(接近1mm宽×20μm 厚)，最小带长为约20mm。如上所述的标签提供了3种单独的明确 图案，因此需要约60mm长。

具有约1μm厚的有源层的薄膜材料对于约5mm×5mm的小块能 容易地维持高导磁率，因此使用该材料可以做成15mm×5mm的3码 标签。

为了更好地理解本发明及说明使它如何能得以实现，现在将参照 附图以例子的方式来进行说明，其附图为：

图1a概要地表示根据本发明第一实施例的磁标签；

图1b概要地表示根据本发明第二实施例的磁标签；

图2概要地表示对于根据本发明的磁标签的两位数据的应用；

图3及4表示检测根据本发明的磁标签存在并从上阅读数据的一种 方式；

图5概要地表示根据本发明的5种简单标签的磁响应信号，其中每 个标签包括三个区或偏置区域；

图6概要地表示根据本发明的另外一种简单标签的磁响应，其中每 个标签包括两个区或偏置区域并携有两种可能磁化幅值的磁图案；

图7概要地表示适用于本发明标签的第一标签询问或阅读系统；

图8概要地表示适用于本发明标签的第二标签询问或阅读系统。

现在参照附图，图1a表示根据本发明的标签的一种形式。该标签 包括第一磁材料1，其形式为其特征为高导磁率、低矫顽力及非线性B -H特性的材料的细长条。用于此用途的合适材料包括非晶磁性合金 材料，例如Vacuumschmeltze公司牌号6025或6066的材料。但是该 磁性材料不需要是非晶的；合适的替换物易于从坡莫合金材料中来选 择。因为它的磁特性，该材料可被称为软磁条。

磁性条1例如可借助压合式粘合剂(未示出)被固定在第二磁材料 2上，后者的形式为能被永久磁化的材料的矩形薄片；该材料最好具有 高剩磁及中等矫顽力。对于每个附图，这两个材料1及2被表示为稍 微分离开。

各种材料可用于构成薄片2，例如包括钢、镍或镍合金作成的箔； 及包含携带磁层或磁膜如铁氧体膜的衬底的带。这种带可在录音或录 像商业领域中获得。在该实施例中，使用载有铁氧体的聚合物带。该 带近10μm厚并具有300奥斯特的矫顽力，它是从Kurz Foils(英国) 有限公司作为部件B920224D获得的(它通常用于卡如信用卡、刷卡 或类似卡，其中所述材料组成所述磁带)。

当标签已准备好用于使用时，薄片2携带可相对简单或相对复杂的 磁图案形式的数据。为了易于图解及有助解释本发明的工作方式，仅 在附图中表示了简单的磁图案。但是可以理解，复杂的磁图案可施加 于薄片2，例如通过使用一个磁记录头或一系列这种磁头来写入。通 过这种简单的装置，可产生复杂的磁图案并存储在标签上。通过适当 的协议，该磁图案可用于表示数据-尤其是(但不是唯一的)用于识 别附着标签的物体的数据。

在使用时，薄片影响软磁材料1的磁性能；因此方便地称中等矫顽 力材料为偏置材料，而薄片2为偏置元件。

图1b表示标签的一个替换形式，其中第一(软)磁材料是由IST (比利时)公司生产的用于零售安全标签类型的磁材料薄膜3的形式。 它例如借助压合式粘合剂(未示出)被固定在偏置元件2’上。为了便 于图解，这两个材料被表示为稍微分离开。薄片2’的材料同图1a中的 薄片2的材料相同，但这里它是5mm×5mm的方形。

图2表示其中数据由根据本发明的标签携带的方式。偏置元件2 在第一区域A被磁化而在第二区域B未被磁化。区域A中的磁化方向 是由极N-S来指示的。

图3和4表示对如图1的标签进行询问的适用方式。图3表示施加 磁场H对时间的关系图；所施加的磁场包括两个分量，第一个是高频、 低幅值磁场(未分开表示，但从磁场H的形状可明显看出)；第二个 是低频、高幅值磁场-在图3中由三角形波L表示的。这种型式的磁 场是有利的，因为它允许在检测系统中使用相对简单的技术；一种替 换方案的使用将依赖相对大幅度的交变磁场并使用本身公知的数据处 理及图案识别技术来建立更复杂的检测。

当本发明的标签，例如图1a的标签被放置在施加图3交变磁场H 的询问区域中时，软磁带1与施加磁场相作用并产生可检测的响应信 号，它表示整个标签的磁性能。这些材料在磁场中的性能本身是公知 的。软磁材料产生磁响应，其中出现所施加的磁场信号的谐波，响应 的详细磁特性代表标签的磁特性。通过非常简单的标签如图2的标签 (它具有两个不同的磁区域A和B，为两位标签)，适合的检测器(以 下将给出其例子)将产生出图4中所示形状的输出。为了清楚起见， 图3和4中的时间轴的刻度不相同。响应的形式被表示为检测信号S 对时间的曲线图。连接图3和4的虚线T表示图3中的瞬时磁场，在 此时图4中的信号S与时间轴相交-也即，在瞬时施加磁场为零的时 刻，瞬时输出信号强度为零。

图3和4有助于说明标签的工作方式。当瞬时磁场强度为零时，在 偏置元件2区域B上面的带1中的软磁材料部分能象其在自由状态下 一样地响应，因为区域B未带磁性；因此它产生出图4中右面正弦波S 所示的谐波脉冲。带1的其它部分、即偏置元件2的上区域A产生出 类似的响应，但不是在相同的时间-即这样的时间，在该时间上施加 磁场H与带1的区域A上设有的磁场相抵消。因此元件2的区域A引 起图4中信号S左方的正弦波-在此情况下是在获得来自部分B的信 号前。

图5表示具有三个区域A、B和C的标签，及表示用于这三个区 域各种磁图案的检测信号S’1-S’5。在图5中绘出的检测信号S’的曲线 类似于图4中的曲线。

第一曲线S’1表示其中所有三个区域A-C均未磁化的一种控制。 这里，覆盖的软磁带1未受到元件2的磁偏置，并实际上表现为好象 不具有薄片2；及信号S’1扫过相对大的区域。曲线S’2表示，偏置元 件的三分之二(即区域A和B)具有零磁化值，这导致扫过信号S’1 的三分之二区域的正弦响应SSa+b。磁化区域C引起了正弦波信号分量 SSc，它扫过信号S’1的三分之一区域。信号曲线S’3是S’2的镜象曲线； 这是由于区域C的极性在曲线S’3上已反相。

类似的考虑导致在S’4和S’5曲线情况下检测信号的图示结构；将 可以看到这两个曲线-分别代表磁化状态+1/0/-1及-1/0/+1-是冗余 的。

图6表示由偏置元件2中有两个区域A和B但具有两个偏置级、 即共有五种磁化状态(+2…0…-2)所获得的响应。所产生的信 号曲线可根据类似以上图3、4和5的说明来理解。

在以上所述的例中，在任何给定区域中的磁化记录是均匀的；因此 所看到的检测信号图形是简单的几何图形，即为正弦波，它扫过的区 域正比于(一次近似地)产生响应的带材料1的长度或相应于作用在 软磁材料长度上的薄片2中的区域A、B、C。但是，它不一定需要 使用这种简单的磁场图案；相反地，在许多情况下在薄片2的正交方 向上变化的磁场图案是有利的，由此构成用于标签的磁特性的偏置。 当使用具有更复杂磁场图案的标签时，必须使用更复杂的检测系统； 但是，当任何给定标签被适当的磁场询问时，可使用公知的数据处理 及图案识别技术来鉴别所获得的特性。

现在参照图7，它表示检测系统目前的一个优选形式。它包括分别 工作在频率f1及nf2上的两个交变电流源71和72，它们通过求和放大 器74相组合，但电流源72的频率先被分频器73以n分频。求和放大 器74的输出被放大器75放大，并通过具有截止频率f2的低通滤波器 76到达发射线圈77。对根据本发明的任何标签或标志在询问区域中出 现的询问信号产生的谐波响应被接收线圈77’接收，后者可以是与发射 线圈77相同的线圈。带通滤波器78滤除落在预定带宽如nf2±m·f1 外的任何接收信号，然后使剩余信号通过低噪音放大器79输入到相位 检测器80，该检测器使信号相位与电流源72的相位相关。然后该信 号通过具有截止频率为m·f1的低通滤波器81到模-数转换器83， 并由那里再到数字信号处理器84，该处理器将分析由于在询问区域中 标签的出现引起的在m·f1边带上的谐波响应信号。该信息可作为以 低频f1重复的、特殊形状的时间域信号来获得。所产生的数据在85输 出。处理器84包括其本身为公知的图案识别电路；如果时间域信号的 形状在可接收界限内相应于已知为预定标签的“磁特性”的形状，通 过使用数据库或查找表就获得了符合状态，于是就能给出对标签所附 物品的识别。

图8表示一种替换的询问系统，其中在交变频率f3上的单个电流 源被供给低噪音放大器92，再通过低通滤波器93供给发射线圈94。 对根据本发明的任何标签或标志在询问区域中出现的询问信号产生的 谐波响应被接收线圈94’接收，后者可以是与发射线圈94相同的线圈。 宽带滤波器95滤除来自94’的信号中的不需要频率范围，及其输出通 过低噪音放大器96，再从那里到多通道或梳状滤波器97(nf3-mf3)， 该滤波器允许谐波数n-m被分析。滤波器97的输出通过检测器98并 从那里到达模-数转换器99。来自转换器99的输出被数字处理器100 处理，它以与上面涉及图7所述的处理器84相似的方式工作，以产生 输出101。