发明的技术领域

本发明涉及用于电子器件监视系统的磁-声标识器，还涉及使用 这样的磁-声标识器的电子器件监视系统以及生产这样磁-声标识器 的方法。

现有技术与相关申请的描述

电子器件监视(EAS)的磁-声标识器典型地包括细长的磁致伸缩 无定形合金带，它是通过相邻的磁性半硬金属带用磁方法偏置的。

这样的EAS标识器的典型要求是：在一定的偏置场的一致的共振 频率，该频率主要是由适当选择的谐振器长度，线性磁滞回线决定 的，为的是避免谐波系统的干扰，而通过在与谐振器长轴垂直的磁场 中使无定形带退火可得到线性磁滞回线；共振频率对偏置场的低灵敏 度，除去偏置场时标识器可靠失活；以及除去激发驱动场时，(优选 地)高共振波幅可持续足够长的时间。

可以选择无定形的Fe-Co-Ni-Si-B合金制造这样的谐振器，该合 金已在施加与带轴垂直的磁场存在下和/或有沿带轴施加张应力时退 火。优选地卷对卷进行退火，在温度300-420℃的典型退火时间为几 秒钟。此后该带切成长方形的片，这样构成了谐振器。在1997年7 月9日申请的共同未决美国申请号08/890612(“低钴含量的无定形 磁致伸缩合金及其退火方法”G.Herzer)，和1997年11月2日申请 的共同未决美国申请号08/968653(“一种无定形带的退火方法与电 子器件监视标识器”G.Herzer)，都描述过这样的谐振器，还描述过 涉及磁-声标识器的物理和一般现有背景技术。这两份申请连同本申 请都转让给同一受让人(Vacuumschmelez GmbH)，而这两份共同未决 的申请都作为参考文献引入本文。

典型的EAS标识器使用单谐振器，它的长度约38毫米，厚度约 25微米，与宽度约12.7毫米或6毫米。较宽标识器一般产生的信号 波幅是窄标识器的两倍，但是，更希望较窄的标识器，因为它的尺寸 比较小。然而，在美国专利4510490中描述过使用两片或多片细长 的磁致伸缩铁磁材料带的磁致伸缩标识器。在其中描述的标识器中， 这些带并列放置在套中。在该参考文献中已指出，在这种已知标识器 中使用多个谐振器带的理由是为了使谐振器(即其各个多重带)以不 同频率共振，因此，提供有特定信号同一性的标识器。

本发明简要描述

本发明的一个目的是提供一种较小尺寸而又无恶化性能的磁-声 标识器。

更具体地，本发明的一个目的是提供一种磁致伸缩的无定形合 金，它可加入在磁机械监视系统中这样的标识器中，该合金可以切成 长方形的柔软磁致伸缩带，施加或移去预磁化场H可以使带活化或失 活，在活化条件下，该带可以被交变磁场激发，以致具有纵向的机械 共振振荡，共振频率为Fr，在激发之后，共振振动是高信号的波幅。

本发明的另一个目的是提供这样一种合金，其中偏置场改变时， 共振频率只是稍微变化，但当标识器谐振器从活化状态转到失活状态 时，共振频率变化非常大。

本发明的另一个目的是提供这样一种合金，在磁机械监视系统的 标识器中加入这样一种合金时，该合金不会触发谐波监视系统中的报 警器。

本发明另一个目的是提供一种包含这样谐振器的标识器，以及制 造适合在磁机械监视系统中使用的标识器的方法。

本发明最后一个目的是提供磁机械电子器件监视系统，它是用有 谐振器的标识器操作的，该共振器由这样一种无定形磁致伸缩合金组 成。

采用一种制造磁-声EAS标识器的方法可以达到上述这些目的， 该方法中，将两片(或多片)窄的无定形带的短长方形片配准放置在套 中，构成了双(多重)谐振器，各个谐振器片的相应共振频率落在约± 500Hz内，优选地在±300Hz内。让这些片具有相同的长度和宽度， 相同的组成和相同的退火处理，就可以达到这种频率范围。因此，有 利的是将连续切下(切到相同的长度)的两片(多片)放在一起。这样一 种发明的磁弹性标识器产生的共振信号波幅能够与现有技术两倍宽 度的一般磁弹性标识器相比。

如本文使用的片“配准”放置是指如果这些片不严格一致，这些 片也是一片在另一片上基本重叠放置。无论如何，该术语意在排除如 在现有技术中的并列排列。

对于双谐振器，选择其铁含量大于约15％、小于约30％的 Fe-Ni-Co-基合金是有利的，该合金在垂直与带轴的磁场存在下和/或有 沿带轴施加的张应力时进行退火。该合金组成在如上所描述的那样退 火时，得到的双谐振器具有在电子器件监视系统或鉴定系统的标识器 中使用的合适性能，该合金组成通式如下：

FeaCobNicSixByMz式中a、b、c、x、y和z是以原子％表示的，其中M是一种或多种促 进玻璃生成元素如C、P、Ge、Nb、Ta和/或Mo，和/或一种或多种过 渡金属如Cr和/或Mn，以及其中

15≤a≤30

6≤b≤18

27≤c≤55

0≤x≤10

10≤y≤25

0≤z≤5

14≤x＋y＋z≤25

并且a＋b＋c＋x＋y＋z＝100。

在优选实施方案中，该谐振器组件由两个带片配准组成，每个带 片的厚度是约20-30微米，宽度约4-8毫米，而长度约35-40毫米。

使用下面上式更精确的范围，可以特别有利的方式实现本发明的 目的：

20≤a≤28

6≤b≤14

40≤c≤55

0.5≤x≤5

12≤y≤18

0≤z≤2

15≤x＋y＋z≤20

并且a＋b＋c＋x＋y＋z＝100。

特别适合双谐振器的这样合金实例如下，该双谐振器的宽度约6 毫米，长度为35-40毫米。已试验的适合的合金是表I的3-9号合金， 即Fe24Co12.5Ni45.5Si2B16、Fe24Co12.5Ni45.5Si2B17、Fe24Co13Ni45.5Si1.5B16、 Fe24Co12Ni46.5Si1.5B16、Fe24Co11.5Ni47Si1.5B16、Fe24Co11Ni48Si1B16和 Fe27Co10Ni45Si2B16。为了优化在铁含量为24原子％的组成中硅和硼的 含量，还试验了其他各种组成。这些其它的组成实例是 Fe24Co12.5Ni45Si1.5B17、Fe24Co12.5Ni45Si2B16.5、Fe24Co12.5Ni45Si2.5B16、 Fe24Co11.5Ni46.5Si1.5B16.5、Fe24Co11.5Ni46.5Si2B16和Fe24Co11.5Ni46.5Si2.5B15.5。 类似的组成也试验了，其中在硼含量修改了约±1原子％(由上述各种 其它合金之一开始)，以镍含量为代价。如果进行无张应力退火，则 硼含量低于约0.5-1原子％的组成是比较适合的。

基于上述研究结果，优选的组成是Fe24Co11.5Ni46.5Si1.5B16.5， Js＝0.86T。

如果铁含量不保持在24原子％，其它特别适合的组成是 Fe25Co10Ni47Si2B16和Fe22Co10Ni50Si2B16。最后，由上述样品的数学分析 和其它试验数据，可预料下述(和类似)合金组成也是特别适合的： Fe22Co12.5Ni47.5Si2B16、Fe24Co10.5Ni48Si2B15.5、Fe24Co9.5Ni49.5Si1.5B15.5和 Fe24Co8.5Ni51Si1B16.5。这些合金应是特别适合的，因为钴含量进一步降 低，钴是这些合金中最贵的组分。

基于上述研究结果，甚至可以在经验上推导出再精确的式，该式 仍落在上面列出的更一般式的范围内。这个更精确的式如下：

Fe24－rCo12.5－wNi45＋r＋v＋1.5wSi2＋uB16.5－u－v－0.5w式中r＝-4至4原子％，u＝-1至1原子％，v＝-1至1原子％以及w＝ -1至4原子％。

使用这样的合金组成，例如在与带轴垂直取向的至少约800奥斯 特的磁场和约50-150兆帕张应力存在下，采用退火速度约15-50米/ 分、退火温度约300-400℃的连续退火(卷对卷方法)可以获得适合的 磁-声性质。该退火方法得到磁滞回线在直到磁合金达到铁磁饱和的 磁场中都是线性的。因此，在交变磁场中激发时，该材料实际上没有 产生任何谐频，于是也没有触发谐波监视系统的警报器。

优选地，退火时施加的磁场是基本垂直于带平面的，其强度是至 少约2000奥斯特。这导致其区域宽度小于带厚度的精细区域结构， 以及共振波幅比一般(横向磁场)退火带的共振波幅高至少10％。

特别适合的合金组成的饱和磁致伸缩为8-14ppm，按照如上所描 述的方法退火时，这些片的磁滞环能够在一起构成谐振器组件，磁滞 环具有有效的各向异性磁场Hk约8-12奥斯特。这样的各向异性场强 低得足以提供在偏置场小于约8奥斯特时出现最大共振波幅的优 点，这样例如降低了偏置磁体的材料成本，还避免了磁箝位。另一方 面，在标识器谐振器从活化状态转到去活化状态时，给定磁化场强变 化，即[dF/dH]＜750Hz/Oe，而同时共振频率Fr变化很大，至少约 1.6Hz，这样的各向异性场高到足以使活性谐振器的共振频率仅有相 对微小的变化。

通常多重谐振器标识符所优化的合金带不适合单谐振器的标识 器，反之亦然。然而，通过适当选择合金组成和热处理，有可能提供 可以适合单和双谐振器两者的退火合金带。为此目的特别适合的合金 具有饱和磁致伸缩约10-12ppm，这些退火合金如此退火，以致双谐 振器的各向异性场Hk是约9-11奥斯特。对上式作如下改变可以特别 有利的方式实现这个目的：

22≤a≤26

8≤b≤14

44≤c≤52

0.5≤x≤5

12≤y≤18

0≤z≤2

15≤x＋y＋z≤20

宽度为6毫米、长度为35-40毫米的单和/或双谐振器的特别适 合合金实例如下。这些合金包括表1中第3-8号合金，即 Fe24Co12.5Ni45.5Si2B16、Fe24Co12.5Ni44.5Si2B17、Fe24Co13Ni45.5Si1.5B16、 Fe24Co12Ni46.5Si1.5B16、Fe24Co11.5Ni47Si1.5B16和Fe24Co11Ni48Si1B16。下述 另外组成也特别适合双和/或单谐振器：

Fe24Co13Ni45.5Si1.5B16、Fe24Co12.5Ni45Si1.5B17、Fe24Co12.5Ni45Si2B16.5、 Fe24Co12.5Ni45Si12.5B16、Fe24Co11.5Ni46.5Si1.5B16.5、Fe24Co11.5Ni46.5Si2B16、 Fe24Co11.5Ni46.5Si2.5B15.5、Fe24Co11Ni47Si1B16、Fe24Co10.5Ni48Si2B15.5、 Fe24Co9.5Ni49.5Si1.5B15.5、Fe24Co8.5Ni51Si1B15.5和Fe25Co10Ni47Si2B16。

基于上述特别适合双和/或单谐振器的合金实例，更精确的式 是：

Fe24－rCo12.5－wNi45＋r＋v＋1.5wSi2+uB16.5－u－v－0.5w式中r＝-1至1原子％，u＝-1至1原子％，v＝-1至1原子％以及w＝ -1至4原子％。

为了得到沿带长度一致的性质，采用反馈控制进行退火是有利 的。为此，在带离开炉子之后测量磁性能(即磁滞回线)，并且如果得 到的试验参数偏离预定值时就调节退火参数。优选地，通过调整施加 的张应力水平，即增加或降低其张力以得到所要求的磁性能可完成这 种调节。这种反馈系统能够有效地补偿组成变化、厚度波动以及退火 时间与温度偏离对磁性质和磁弹性性质的影响。其结果是退火带的性 质极一致，重现性也很好，否则，这种带由于上述影响而会受到相当 强的波动。

为了将连续带的测量结果与谐振器的性质关联起来，当短谐振器 组件出现特性波动时，修正去磁化作用参数是非常重要的。作为实 例，当连续带的各向异性场加上两倍的单谐振器片去磁化场之和保持 在不变的预定值，该值优选地是约8-12奥斯特时，可以达到双谐振 器的一致的谐振器性质。

在本发明另一个实施方案中，两个以上的带片配准排列成多谐振 器，例如三谐振器。这样的多谐振器的优点是它可产生甚至更高的信 号波幅。在如上所述的退火时，可生产具有适合在电子器件鉴定系统 标识器中使用性质的多(即至少三)谐振器的合金组成通式如下：

FeaCobNicSixByMz式中a、b、c、x、y和z是以原子％表示的，其中M是一种或多种促 进玻璃生成的元素，例如C、P、Ge、Nb、Ta和/或Mo，和/或一种或 多种过渡元素，例如Cr和/或Mn，以及其中

30≤a≤65

0≤b≤6

25≤c≤50

0≤x≤10

10≤y≤25

0≤z≤5

15≤x＋y＋z≤25

并且a＋b＋c＋x＋y＋z＝100。

在优选实施方案中，使用上式在下述更精确的范围的退火期间施 加张应力，可以控制无定形合金带的各向异性：

45≤a≤65

0≤b≤6

25≤c≤50

0≤x≤10

10≤y≤25

0≤z≤5

15≤x＋y＋z≤25

特别适合宽度6毫米和长度35-40毫米的三谐振器的这种合金实 例是：

Fe46Co2Ni35Si1B15.5C0.5和Fe51Co2Ni30Si1B15.5C0.5。

由4个谐振器片(约35-40毫米长)构成的6毫米宽谐振器组件的 特别适合实例是组成为Fe53Ni30Si1B15.5C0.5。

一般地，下述组成对优化硅和硼含量是优选的，对于受让人 (Vaccumschmelzer GmbH)采用同时使用垂直磁场和张应力的退火方 法时使用的生产炉子也是最佳的，而这些合金对于进一步降低钴含量 也是有希望的候选者。这些优选的组成是Fe24Co13Ni45.5Si1.5B16、 Fe24Co12.5Ni45.5Si2B16、Fe24Co12.5Ni45Si2B16.5、Fe24Co11.5Ni46.5Si1.5B16.5、 Fe24Co10.5Ni48Si2B15.5、Fe25Co10Ni47Si2B16、Fe24Co9.5Ni49.5Si1.5B15.5和 Fe24Co8.5Ni51Si1B15.5。

最后，应该指出典型地作为金属锭生产结果，实际中得到的合金 会含有碳，其量直到约0.5原子％，相应地硼应减少这样的量。

附图说明

图1A是显示单谐振器标识器和具有本发明组合的两个谐振器的 标识器的共振频率Fr与偏置场H的关系图，所述标识器由相同的带 制成，该带组成为Fe24Co12.5Ni45.5Si2B16，在355℃、速度25米/分和 张力强度约80兆帕条件下进行退火。

图1B是显示单谐振器标识器和具有本发明组合的两个谐振器的 标识器的共振波幅A1与偏置场H的关系图，所述标识器由相同的带 制成，该带组成为Fe24Co12.5Ni45.5Si2B16，在355℃、速度25米/分和 张力强度约80兆帕条件下进行退火。

图2是38毫米长的双谐振器、38毫米长的单谐振器以及长带的 各自磁滞回线，它们具有相同的组成，并且在与图1所示实施例的相 同条件下退火。

图3A是根据本发明原理构建和生产的磁-声标识器元件分解图， 它有窄(6毫米)谐振器片。

图3B是图3A显示的本发明磁-声标识器的端视图。

图4A是具有宽(12.7毫米)谐振器片的通常的磁-声标识器的分 解图。

图4B是图4A显示的通常的磁-声标识器的端视图

图5是根据本发明原理构建和生产的磁-声标识器中，共振波幅 A1随激发AC场频率F与谐振器组件共振频率Fr之差的变化图。

图6是显示双谐振器的波幅与激发频率的关系图，该谐振器由两 个并列排列和谐振器片配准排列的窄(6毫米)谐振器片组成，两个片 分别具有不同的合金组成，因此在给定的偏置场中具有各自不同的共 振频率。

图7是显示双谐振器的波幅与激发频率的关系图，该谐振器由两 个并列排列和谐振器片配准排列的窄(6毫米)谐振器片组成，两个 片分别具有相同的合金组成(本文表1的2号合金)，因此在一定的偏 置场中具有相同的各自共振频率，以及为了参比，还显示了这种合金 的单谐振器曲线。

图8是显示双谐振器的波幅与激发频率的关系图，该谐振器由两 个并列排列和谐振器片配准排列的窄(6毫米)谐振器片组成，两个 片分别具有相同的合金组成(本文表1的3号合金)，因此在给定的偏 置场中具有相同的各自共振频率，以及为了参比，还显示出这种合金 的单谐振器曲线。

图9是显示两种合金(单谐振器片)各自的共振频率Fr与偏置场H 的关系曲线，这些合金是根据用于双谐振器组件的本发明原理退火， 而且分别具有不同的饱和磁致伸缩常数λs。

图10说明与在基本与带轴垂直并与带平面平行取向的，即横过 带宽度的磁场中的通常横向退火相比，具有根据本发明原理的组成的 谐振器在基本垂直于带轴和垂直于带平面的磁场中退火时所达到的 波幅增加。

本发明的优选实施方案

合金的制备

熔体快速淬火制成在Fe-Co-Ni-Si-B范围内的无定形金属合 金，呈典型25微米厚的薄带。表1列出已研究组成及其基本磁性质 的典型实例。该组成仅是标称的，各个浓度与标称值可能有点偏差， 并且合金可以含有像碳之类的杂质(如碳典型地可直到约1原子％)， 这是由于熔化过程和原料纯度所致。

所有铸件可用至少3公斤市场上购买的原料金属锭制得。试验使 用的带是6毫米宽(宽度12.7毫米的2号合金除外)，它们或者直接 浇铸成其最后宽度，或者由较宽的带切成其最后宽度。这些带坚硬且 韧性，上表面有光泽和某些下表面有较小光泽。

退火

让合金带从一个卷到另一个卷通过炉子以连续方式对该带进行 退火，在炉子中施加与带长轴垂直的磁场。

根据现有技术，该磁场与带轴横向取向，即横过带宽度，或另外， 磁场如此取向，以致它的主要分量与带平面垂直。在上述共同-未决 美国申请号08/890612中公开了后一技术，该技术的优点是较高的信 号波幅。在这两种情况下(横向与垂直)，退火场是与长带轴垂直的。

在2.80米长的磁轭中用永久磁体产生磁场。它的强度在试验中 是约2.8千奥斯特，该磁场的取向基本上垂直于带平面，为“横向” 磁场退火提供约1千奥斯特。

尽管使用其取向基本垂直于预定的带平面的退火场得到了在下 面给出的大多数实施例，但大部分结论也可应用于已试验的一般“横 向”退火。

在环境气氛下进行退火。退火温度的选择范围为约300-420℃。 退火温度下限是约300℃，为了感应磁各向异性，减少部分产生的固 有应力和提供足够的热能，这个温度是必需的。由居里温度和结晶温 度得到了退火温度上限。另一个退火温度上限是由带在热处理之后的 延展性足以能切成短带的要求得到的。最高的退火温度优选地应该是 低于材料特性温度的最低温度。因此，典型地，退火温度上限是约 420℃。

试验使用的炉子长约2.40米，加热区域长约1.80米，带在炉子 中受到上述退火温度处理。退火速度典型地是约5-30米/分，它分别 相应于退火时间是22秒以下至约4秒。

该带以直线路径通过炉子，为了避免由于磁场对带施加的力和扭 矩而使带弯曲和扭曲，可使用伸长的退火固定夹具支撑带。

使用能将待设定的磁性质达到预定值(如果适当选择合金组成) 的张力反馈控制方法进行退火。在上述共同未决美国申请号 08/968653中详细地公开了这种技术。

试验

退火的带切成典型38毫米长的短片。这些样品(“样品”是指单 带片或几个带片放在一起)用来测量磁滞回线和磁-弹性性能。

在约30奥斯特峰波幅的正弦曲线场中在频率60Hz下测量了磁滞 回线。各向异性场定义为磁化达到其饱和值的磁场Hk。对于横过带宽 度的易磁化轴，横向各向异性场可用式Hk＝2Ku/Js与各向异性常数关 联起来，式中Js是饱和磁化强度，Ku是磁化矢量从平行于易磁化轴的 方向旋转到垂直于易磁化轴的方向每体积单位所需要的能量。应该指 出Hk不仅取决于合金组成和热处理，而且由于去磁化作用，还取决 于样品的长度、宽度和厚度。

使用在峰波幅约18奥斯特的共振频率振荡的小交变磁场的单音 脉冲激发纵向共振振动，测定了例如共振频率Fr和共振波幅A1之类 的磁-声性能随叠加的dc偏置磁场H沿带轴变化的函数。脉冲工作时 间是约1.6毫秒，脉冲之间的暂停时间是约18毫秒。

伸长带的纵向机械振动的共振频率由下式给出：      $F_r=\frac{1}{2L}\sqrt{E_H/\rho }$ 式中L是样品长度，EH是在偏置场H中的杨氏模量，以及ρ是质量密 度。对于38毫米长的样品，共振频率典型地是约50-60Hz，这取决 于偏置场强。

通过磁弹性相互作用，与机械振动相关的机械应力产生磁化强度 J的周期变化，其平均值JH由偏置磁场H决定。磁通量的相关变化感 应电磁力(emf)，该电磁力可在带周围有约100圈的闭合-耦合的检测 线圈中测量到。

在EAS系统中，标识器的磁-声反应有利地在降低了噪声水平的 单音脉冲之间监测，因此例如允许较宽的门(激发和接受线圈分别置 于间隔的垂直的门的两侧)。该信号在激发之后，即单音脉冲完了之 后以指数衰减。衰减时间取决于合金组成和热处理，该时间可以是几 百微秒至几毫秒。至少约1毫秒足够长的衰减时间为提供单音脉冲之 间足够信号鉴定是重要的。

因此，在激发之后约1毫秒测量了感应的共振信号波幅；这种共 振信号波幅在下文中称之A1。如本文所测量的高A1波幅因此是良好 的磁-声反应和低信号衰减的显示。

结果

通常的EAS标识器使用单谐振器，它是长约38毫米，厚约25微 米和宽约12.7毫米或6毫米。表II中实施例1和2a是两种这样的 通常的组合物，以及适合EAS应用的磁性能和共振性能。

明显地，较宽的谐振器的信号波幅是窄带的约两倍。然而，窄带 的明显优点是允许构建更窄的，更倾斜的标识器。将窄的和宽的谐振 器的优点结合起来，即提供具有高信号波幅的窄标识器是特别希望 的。

通常的宽谐振器和窄谐振器材料(表II中实施例1和2a)之间的 信号波幅差，显然在每种情况下与带截面相关。较高截面似乎给出较 高的共振信号波幅。

在第一个试验中，试图通过增加带厚度造成更大的截面，以增加 窄带的信号波幅。该带以与实施例2a相同的方式进行退火。这个试 验结果以实施例2a列于表II。尽管截面较大，但信号波幅降低，这 可根据与较大截面带相关的涡流损失进行解释。

在第二个试验中，两个2号合金带片配准排列构成双谐振器。该 带以与实施例2a相同的方式进行退火。因此，共振波幅A1大大增加 (表II中实施例2c)。带的表面特征(例如像薄氧化物层)保证了带之 间的足够电绝缘，从而抑制涡流在两个带之间渗透。然而，波幅仍被 证明比12.7毫米宽带片低得多。而且，偏置场从6.5奥斯特降低到 2奥斯特时，频率位移ΔFr降低仅约1.2千Hz，这不足以保证标识器 可靠失活。

在另一试验中，由通常的组成通过降低合金中的钴含量而改变合 金组成。然后6毫米带与前述实施例同样地进行退火。另外两片6毫 米宽带放在一起构成双谐振器。表III列出这些结果(实施例3-9)， 并是本发明的优选实施方案。作为实施例，显示了实施例3的共振性 能(在图1A中频率与图1B中波幅)和磁滞回线(图2)，它们可以与实 施例1的12.7毫米宽谐振器相比，特别是高信号波幅。然而，组合 成双谐振器的较窄带现在允许使用窄得多的标识器。

正如由图2可以看到的，定义为磁滞回线接近饱和的场的各向异 性(或膝状曲线弯曲)场Hk按照下述顺序增加：HK(长带)＜HK(38毫米 长的信号谐振器)＜HK(38毫米长的双谐振器)。

图3A和3B说明了在根据本发明构建的双谐振器标识器实施方案 中的基本元件和这些元件的结构排列。该发明标识器包括窄套1，它 装有两个谐振器片2，每片的宽度为6毫米。谐振器片2用第一个盖 3盖住，盖3上放置偏置磁体4。偏置磁体4用第二个盖和粘合剂5 盖住，因此，封住含所有组件的套1。

图4A和4B显示了通常的(宽的)磁-声标识器的基本结构和组 件。这种通常的标识器包括套6，其宽足以容纳通常的宽(12.7毫米) 的谐振器片7，该片用第一个盖8盖住。在盖8上放置偏置磁体9， 并且用第二个盖和粘合剂10盖住。

图3A和3B的本发明标识器和图4A和4B的通常的宽标识器具有 相同的性能，但是，双谐振器的本发明标识器因其宽度较小而具有清 新外观和成本优点。图3A和3B还显示，有利的是谐振器片2有横向 卷曲(典型地约150-320微米)，顶朝向偏置磁体。这样一种卷曲可以 采用适当的退火固定设备进行退火(参见上述的共同未决美国申请号 08/968653)。    

应该补充，例如使用2号合金，通过在比较高的温度约420℃进 行退火，也可以达到所要求的性能。由于这个温度不是远离退火温度 上限，所以第3-9号合金是优选的，因它们允许较低的退火温度(典 型地350-380℃)，这样降低了变脆和/或结晶的危险性。

为了解释上述发现，首先应该指出可以用下式描述共振频率Fr 随偏置磁场H变化关系： $F_r\left(H\right)=\frac{1}{2L}\sqrt{\frac{E_s/\rho }{1+\frac{9{\lambda }_x^2{E}_s}{J_s{H}_K^3}{H}^2}}$ 式中λs是饱和磁致伸缩常数，Js是饱和磁化强度，Es是铁磁饱和状态 下的杨氏模量，Hk是磁滞环的膝状曲线弯曲场，ρ是质量密度以及L 是谐振器长度。

一个至关紧要的决定谐振器性能的参数是磁滞环的膝状曲线弯 曲。重要的是认识到与上述关系相关的膝状曲线弯曲场Hk不仅取决 于热诱导各向异性场(普遍共同看法)，而且还主要地取决于构成实际 谐振器组件的带片几何形状(长度、宽度、厚度)和带片数量。因此， Hk可以近似地用下式描述：

Hk＝HA＋pNJs/μo式中HA是热诱导各向异性场(＝根据非常长的带片记录的膝状曲线弯 曲场，Hk)，p是谐振器组件的带片数，而N是单个带片去磁化因数(μo 是真空渗透性和Js是饱和磁化强度)。

质量密度ρ、杨氏模量Es、饱和磁致伸缩常数λs和饱和磁化强度 Js主要取决于合金的组成。感应各向异性场HA取决于合金组成和热处 理两者。由于去磁化作用，有效的谐振器膝状曲线弯曲场Hk还取决 于谐振器几何形状和谐振器数量。因此，为了得到EAS标识器的优化 谐振器，需要一种合金组成、热处理和谐振器几何形状的良好精确组 合。

因此，适当选择给定合金组成的Hk，对于使标识器具有所要求的 性能，例如高波幅、在偏置场中对波动不灵敏和良好的失活都是至关 紧要的。Hk值太高例如导致失活不好，Hk值太低造成Fr与偏置曲线的 斜率太大。

作为实例，图5说明了由于偏置场稍微偏离其靶值约0.5奥斯 特，例如由于在地球磁场中不同的取向，共振频率Fr移开询问区的 激发频率时信号波幅的特性。实心圆点11表示[dFr/dH]＝200Hz/Oe， 实心圆点12表示[dFr/dH]＝600Hz/Oe，而实心圆点13表示 [dFr/dH]＝1000Hz/Oe。由图5可以得出，[dFr/dH]斜率太高，即约750 Hz/Oe以上时，信号波幅降低50％以上，这样大大降低了选取速度(即 合理的产生报警速度)，因此标识器失去了其信号同一性。

作为上面讨论研究结果，对指导选择如表I和III给出的特别适 合的合金组成的几个结论可以确定如下。

Hk应该具有约10奥斯特的值，该值保证了在低于8奥斯特的偏 置场中出现最大的波幅。为了得到谐振器组件的合适谐振器的适当性 能(即足够低的斜率和足够高的失活时的Fr位移)，该合金那么应该 具有约8-14ppm的磁致伸缩性。这可以使用铁含量小于30原子％的合 金组成达到。铁含量应该是至少约15原子％，以使该材料具有足够高 的磁致伸缩，以致可用磁-弹性方法激发。

为了通过典型热处理(即在温度约300-420℃处理几秒钟)达到所 要求的Hk值，Co和Ni含量也必须相应地进行选择。这样将Co和Ni含量限制在前面简要说明给出的范围内。因此，例如6毫米宽的双谐 振器，Co含量高于18原子％的合金产生所要求的频率位移ΔFr值太 小，Co含量小于6原子％的合金的频率斜率[dFr/dH]太高(太陡峭)。

为了使用张力反馈控制，各向异性场应该对退火期间施加张应力 足够灵敏。仅铁含量小于约30原子％或大于约45原子％的合金组成就 是这种情况。

还可能的是将两个以上的谐振器片组合起来可获得甚至更高的 波幅。在表IV中给出了实施例。对于三或四重谐振器，有利的是进 一步降低合金中的Co含量。适合这些多重谐振器的这样低的Co含量 合金是不适合双谐振器的。由这样合金制成的双谐振器总是显示不希 望的高斜率，约1000Hz/Oe，这使得谐振器对偏置场变化太灵敏。

因此，一个与成功生产双和多重谐振器相关的关键点是认识到， 对于一个优化的多重谐振器标识器，重要的是具有有效的非常确定的 总谐振器组件Hk值。从而，给定某种组成，只要在每种情况下Hk适 用于实际的谐振器组件，无论以单个、双或多重谐振器使用，有效的 Hk值应该总是相同的。然而，例如由于有优化的双谐振器，构成这种 谐振器的单个带片的Hk比整个组件小(例如6毫米宽的带，小约2奥 斯特)(参见图3A、3B和4A、4B)。因此，除了相同材料之外，制成 的单个谐振器的磁-声性能与双谐振器的不同(参见图1A、1B)。因 此，一般地，双谐振器的优化退火无定形合金带一般不太适合或不适 合单谐振器，反之亦然。

原则上，通过不同的退火处理，即例如通过调节在退火时的退火 温度、时间和张力，可以优化用于单、双或多重谐振器的给定的合金。 然而，在实际中，通过退火改变谐振器性能会受到限制。为了确保良 好的退火处理，优化的双(多)谐振器因此应一般地需要与优化的单个 谐振器有些不同的组成(假设谐振器片的宽度与长度相同)。因此，与 优化的单个谐振器相比，优化的双谐振器一般需要Co含量较低和/ 或(Si、B、C、Ni)含量较高的组成(尽管这种差可以仅为1原子％或1 原子％以下)。

与上述US 4 510 490举例说明的通常的并列排列相反，图6、7 和8证明了采用多重谐振器片配准放置所达到的优点。如上面所指 出，在US 4 510 490所描述的标识器中使用两个谐振器的主要理由 是，能够使用在给定偏置场中具有各自不同共振频率的谐振器，以致 使标识器具有唯一同一性。图6、7和8证明了，两个谐振器片配准 放置(在彼此上面)与两个谐振器片并列排列不是磁等效的。

图6比较了由两种具有不同合金组成，因此在给定偏置场H＝6.5 奥斯特中分别具有不同的共振频率，以并列方式排列与配准排列组成 的双谐振器的信号波幅。合金号见本文表1。在该表中的第2号合金 组成是Fe24Co18Ni40Si2B16和该表中的第3号合金组成是 Fe24Co12.5Ni45.5Si2B16。如由图6明显表明的，对于非本发明的这些类 型谐振器，每种都具有不同的各自共振频率，有利的是并列放置带， 因为如果配准放置带，则波幅就大大降低。

图7显示由两个单个谐振器片构成的双谐振器，但作为单个谐振 器使用时各个片进行过优化，并且相应于本文表1的2号合金。这两 谐振器片在偏置场H＝6.5奥斯特具有标称相同的共振频率。由图7 可以看到，如果这些谐振器配准放置，不是并列放置，波幅还是大大 降低。而且，由图7还可以看到，带以配准放置所构成的双谐振器显 示出，当除去偏置磁场(即标识器失活时)时频率变化ΔFr不足，另外 有不利地高Q。这些结果汇集于下表A1：

                         表A1：表1的2号合金(现有技术和对比实施例)   谐振器类型   A1(mV)     Q     Fr(kHz)   [dFr/dH](Hz/Oe)   ΔFr(kHz)     单的，1号     84    505     57.02     630     2.21     单的，2号     87    495     57.00     663     2.31     双的，并列     154    628     57.47     569     1.88 双的，彼此在上     115    984     58.08     410     1.32

图8显示了根据本发明原理制造的谐振器，其性能汇集于下表 A2。如由图8可以看到的，由于本发明的合金和热处理，有两个配准 谐振器片的双谐振器的波幅显示出只是波幅降低得很少，也达到了一 个良好标识器的与斜率、ΔFr、Q等相关的其它要求。另外，使用了 偏置场H＝6.5奥斯特。

图6、7和8中显示了谐振器片的结果，这些片都是宽6毫米、 长38毫米和厚25微米。

           表A2表I的3号合金(本发明实施例)   谐振器类型   A1(mV)     Q    Fr(kHz)   [dFr/dH](Hz/Oe)   ΔFr(kHz)     单的，1号     75   223    55.02     193     3.53     单的，2号     75   223    55.04     235     3.56     双的，并列    176   301    55.67     677     3.03  双的，彼此在上    163   508    56.79     581     2.09

适合双和单谐振器两者的特别实施例

正如表II实施例已经证明的，如上述所讨论的，单谐振器的优 化谐振器合金(参见实施例2)，如果用作双(多)谐振器(参见实施例 2c)时，则一般具有很差的性能，反之亦然。

因此，典型地，双(多)谐振器的优化合金带，如果用作单谐振器 时，则其斜率是约[dFr/dH]＝1000Hz/Oe，该斜率太高。斜率意味着谐 振器频率对偏置场强偶然波动(由于偏置磁体分散和/或标识器对地 球磁场的取向)的灵敏度，对于一个良好的标识器是不适当的过高， 因为谐振器频率提供了具有信号同一性的标识器。

表V列出了一个实施例(实施例9b)，该表显示用于双谐振器而优 化退火的9号合金的单谐振器性能(参见表I、III)。这个单谐振器 的斜率[dFr/dH]是接近900Hz/Oe，因此明显地高于可接受的斜率。 同样地，表V说明了样品10-11的三重谐振器具有不利的单谐振器性 能(高斜率和低波幅)。

本发明人虽然已发现有一些与这种一般化不一样的例外，但它们 限于特定的组成范围和特定的热处理，如表I中3-8号合金和表III 实施例3-8所表明的，它们都进行过双谐振器的优化退火。如表V中 实施例3b、5b和7b所说明的，这些特定带同时都具有用作单谐振器 的合适性能，尽管都进行过双谐振器的优化退火。这些性能不仅可以 与现有技术的6毫米单谐振器相比，而且甚至更是有利，因为斜率 [dFr/dH]较低和频率位移ΔFr较高。

低得多的斜率可以提高标识器的耦合速率，因为共振频率对偏置 场波动不灵敏。这种不灵敏性与具有较高波幅且较高斜率的标识符是 等效的，因为如果共振频率偏离激发AC磁场频率时波幅降低。换句 话说，与具有较高斜率的标识器比较(参见图5)，具有低斜率的标识 器具有较高的信号波幅，因此可用询问系统比较好地监测，如果激发 频率不是严格地与共振频率匹配的话。

第二，高得多的ΔFr提供甚至更多的保证，即如果因偏置磁体消 磁不完善而标识器失活不好，不会有任何假警报。

因此，这些特别的单谐振器比现有技术的单谐振器(例如表II的 实施例2a)甚至更适合于标识器。

这些特别的退火合金带(表I和III中实施例3-8)可以用于双谐 振器标识符以及单谐振器标识符的事实，是另外一个优点，因为这种 情况如果需要有利于在生产两类标识器中的后勤系统。因此表I和 III的实施例3-8是本发明非常优选的实施方案。

本发明另外关键之点是发现有可能作出有关合金组成和/或热处 理的特别选择，以便提供适合于单谐振器和双谐振器的窄的无定形合 金带。

图9说明了这种发现。图9是用作双谐振器的，且具有不同饱和 磁致伸缩常数λs的两种优化退火合金的共振频率与偏置场曲线图。更 确切地，图9显示了单带片，即单谐振器的共振频率曲线。虚垂直线 表示由磁体4(和9)产生的典型偏置场的范围。

为了双谐振器具有相同的性能，具有较高磁致伸缩(λs＝15ppm)的 合金比具有较低磁致伸缩(λs＝11ppm)的合金需要更高的各向异性场 Hk。因此，在较高偏置场约9奥斯特，高磁致伸缩合金处于最小共振 频率，而在较低偏置场约7奥斯特，较低的磁致伸缩合金处于最小共 振频率。

太高的偏置场因为偏置磁体与谐振器之间的磁引力是不适合 的，这种偏置场导致不希望的箝位，因此损失了信号。于是，小于约 8奥斯特的偏置场是优选的。

因此，在6-7奥斯特典型偏置场，高磁致伸缩单谐振器的斜率是 约1000Hz/Oe，这是不希望的，而较低的磁致伸缩合金具有稍低的斜 率，因为磁偏置场几乎与共振频率曲线最小值一致，即与[dFr/dH]＝ 0一致。

因此，优选的是具有饱和磁致伸缩小于约15ppm的合金组成，如 果合金的铁含量小于约30原子％，这种合金组成是可得到的。于是， 例如铁含量约24原子％的合金典型地具有饱和磁致伸缩常数约10- 12ppm，这些合金适合于具有接近偏置场约6-7奥斯特的最小共振频 率。

这样解释了为什么如果偏置场是约6-7奥斯特和如果退火带应同 时适合双谐振器标识器时，9号合金(27at％Fe，λs＝13ppm)由于其较 高的磁致伸缩，比3-8号合金(24at％Fe，λs＝11-12ppm)更不适合用作 单谐振器的原因。相应地，这种情况因较高磁致伸缩的合金(参见合 金10-12，λs＞20ppm)而变得更不好，此时多重谐振器的优化带如果 用作单谐振器时，斜率远超过1000Hz/Oe，其波幅也低。

因此，对于适合于双谐振器和单谐振器两者的退火合金带，由上 述研究结果得到的一些指导原则如下。

单谐振器共振频率有最小值的偏置场应该几乎是与由偏置磁体 产生的磁偏置场一致的，该偏置磁体典型地应该小于约8奥斯特，优 选地是约6-7奥斯特。同时地，双谐振器波幅A1有最大值的偏置场 应该接近单谐振器共振频率有最小值的这种偏置场。

因此，退火处理必须如此选择，以致单谐振器的膝状曲线弯曲场 Hk稍微(即高约10-30％)高于施加的偏置场。这可在下述条件下进行 合金退火达到：在基本与带轴垂直取向的磁场存在下，温度约300- 400℃、时间几秒钟，以及任选地同时施加张应力高达约200兆帕。 施加的磁场也应该基本与带平面垂直取向，这样退火产生了横过带宽 取向的细区域结构，平均区域宽度小于(大致)带厚度。

合金组成必须如此选择，以致感应的各向异性场能够产生双谐振 器的合适谐振器性能。

可通过例如选择具有磁致伸缩接近约10-12ppm的合金组成达到 这些性能。通过选择铁含量为约22-26原子％、钴含量为约8-14原子 ％、镍含量为约44-52原子％和生成玻璃的元素(Si、B、C、Nb、Mo等) 总含量为至少约15-20原子％的Fe-Co-Ni-Si-B合金达到这些性能。 这样一种特别的选择对于在偏置场约6-7奥斯特操作的标识器是优 选的。

如果标识器在低于6奥斯特的偏置场操作时，磁致伸缩不得不进 一步降低，组成不得不因此进行调整，例如铁含量降低到允许的下限 约15原子％。如果双谐振器本身的斜率必须进一步降低而不降低ΔFr 时，这种修改也是必要的，上述斜率降低可采取使双谐振器偏置在其 最小的共振频率处达到。尽管在后一种情况下，同时用作单谐振器的 适用性可能丧失，但这样一种有较低磁致伸缩合金的交变双谐振器提 供的优点是，对偏置场波动的频率灵敏度降低，也是本发明的另一实 施方案。

应该指出，与带平面垂直的退火对在最小共振频率下达到非常高 的波幅水平是至关紧要的。它还提高最大波幅水平达至少约10- 20％。通常的横向场退火材料在共振频率最小的偏置场具有几乎突然 消失的信号波幅，因此不适合这些本发明的优选实施方案。图10说 明了这种情况。

如果不需要同时适用于单谐振器和双谐振器，垂直的场退火是优 选的选择，但不是必需的。然后合金组成的范围有点宽，但铁含量还 应该低于约30原子％，为的是保证最大的信号波幅定位在适中的偏置 水平，以致低于约8奥斯特的偏置场可产生足够高的信号波幅。

表

表的符号：

·Hk谐振器组件的各向异性场

·A1在6.5奥斯特偏置场的谐振器波幅

·[dFr/dH]是斜率，即共振频率Fr对偏置场(在这些实施例中是 在6.5奥斯特)变化的灵敏度

·ΔFr是频率位移，即在2-6.5奥斯特偏置场之间共振频率的差， 它是一种标识器失活所需要频率变化的度量

表I：试验的合金组成。Js是饱和磁化强度，λs是饱和磁致伸缩

                            常数 合金号                       组成，原子％     Js     (T)     λs     (ppm)     Fe     Co     Ni     Si     B     1     24     16    42.5    1.5     16     0.93     11.7     2     24     18     40     2     16     0.95     11.7     3     24    12.5    45.5     2     16     0.86     11.4     4     24    12.5    44.5     2     17     0.84     11.0     5     24     13    45.5    1.5     16     0.89     11.4     6     24     12    46.5    1.5     16     0.87     11.2     7     24    11.5     47    1.5     16     0.88     11.3     8     24     11     48     1     16     0.88     11.4     9     27     10     45     2     16     0.91     12.9     10     46     2     35     1     16     1.22     24.2     11     51     2     30     1     16     1.32     28.0     12     53     0     30     1     16     1.33     28.6

表II

现技术状况(实施例1和2a)与对比实施例。(代表性的退火参 数：在退火温度约390℃下几秒钟，张应力是约80-120兆帕) 实施例 合金号 类型   宽度   (mm)   厚度  (μm)     HK    (Oe)     A1    (mV)     [dFr/dH]     (Hz/Oe)    ΔFr    (kHz)     1     1   单的   12.7     25    10.5     165     601     2.08     2a     2   单的     6     25    10.5     85     605     2.11     2b     2   单的     6     40    11.7     67     466     1.63     2c     2   双的     6     25    12.3     107     317     1.21

表III

本发明的实施例，双谐振器的宽6毫米，厚25微米和长40毫米。

(典型的退火参数：在退火温度约350-390℃下几秒钟，张应力是 约80-120兆帕) 实施例 合金号   类型     HK     (Oe)     A1     (mV)   [dFr/dH]   (Hz/Oe)   ΔFr(kHz)     3     3   双的     9.9     167     622     2.32     4     4   双的    10.0     160     581     2.15     5     5   双的     9.5     162     597     2.17     6     6   双的     9.6     158     629     2.24     7     7   双的     9.9     166     620     2.21     8     8   双的    10.0     150     555     1.98     9     9   双的    10.5     161     667     2.30

表IV

本发明的实施例，多重(＞2)谐振器的宽6毫米，厚25微米和长 35-40毫米。

(典型的退火参数：在退火温度约350-390℃下约6秒钟，张应力 是约80-120兆帕) 实施例 合金号   类型     HK     (Oe)     A1    (mV)   [dFr/dH]   (Hz/Oe)  ΔFr(kHz)     10     10   三的    15.2    181     597     1.90     11     11   三的    16.3    191     599     1.99     12     12    4    17.8    212     515     1.89

表V：

单谐振器的典型谐振器性能(参见表III和IV实施例)，该单谐 振器使用双(或多重)谐振器的优化材料 实施例 合金号   类型     HK    (Oe)     A1    (mV)   [dFr/dH]   (Hz/Oe)    ΔFr(kHz)     3b     3   单的     8.0     78     214      3.73     5b     5   单的     7.7     72     281      3.46     7b     7   单的     7.8     70     42      3.61     9b     9   单的     8.7     83     894      3.90    10b     10   单的    11.4     49     1386      5.52    11b     11   单的    12.4     55     1448      5.80

尽管对本文目前所描述的优选实施方案的各种改变和修改对于 本技术领域的技术人员来说应是显而易见的，但这样的改变和修改要 在不超出本发明的精神和范围及不会降低其随之而来的优点的条件 下进行。因此，权利要求书意在覆盖这样的改变和修改。

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