VDI 4471 Blatt 2-2002 Electronic article surveillance systems (EAS) - Acousto-magnetic EAS technology.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREWarensicherungssystemeKompatibilitt von elektronischen Artikelsicherungssystemen (EAS)Akustomagnetische TechnologieElectronic article surveillance systems (EAS)Acousto-magnetic EAS technologyVDI 4471Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft

2、Frdertechnik Materialfluss LogistikAusschuss VerpackungVDI-Handbuch Materialfluss und Frdertechnik, Band 6VDI-RICHTLINIENZubeziehendurch/Available from Beuth VerlagGmbH,10772 BerlinAlleRechtevorbehalten /All rightsreserved VereinDeutscher Ingenieure,Dsseldorf 2002Vervielfltigung auchfr innerbetriebl

3、iche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 55.020; 35.240.60Juli 2002July 2002The draf

4、t of this guideline has been subject to public scrutiny afterannouncement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVo r b e m erkung . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . 21Prinzipielle Anmerkungen zum Aufbau vonelektronischen Artikelsicherungssystemen . 2 1.1 Die akustomagnetische Technologie . . . . 41.2 Deaktivierung von AM-Sicherungselementen . . . . . . . . . 41.3 Aktivierung von AM-Sicherungselementen 42Definition der relevanten Parameter

6、. . . . . . 52.1 Mittenfrequenz f0. . . . . . . . . . . . . . 52.2 Frequenztoleranz f0. . . . . . . . . . . . 52.3 Q-Faktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.4 Das effektive Volumen Veffund das magnetische Dipolmoment m . . . . . . . . 52.4.1 Das magnetische Dipolmoment m . . 52.4.2 Das effek

7、tive Volumen Veff. . . . . . 62.5 Mindestdeaktivierfeldstrke HDder Deaktivatoren . . . . . . . . . . . . . . . . 62.6 Eigenschaften nach Deaktivierung . . . . . 62.7 Maximale Feldstrke Hmaxbis zur Reaktivierung . . . . . . . . . . . . . . . . 62.8 Mindestaktivierfeldstrke HAfr Aktivieranlagen . . .

8、. . . . . . . . . . . . 63Ausprgung der Parameter. . . . . . . . . . . 7Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Basic comments on the structure of electronic article security systems. . . . . . . 21.1 Acoustomagnetic technology . . . . . . . . 41.2 Deactivation of AM se

9、curity elements . . . . . . . . . . . . 41.3 Activation of AM security elements. . . . . 42Definition of the relevant parameters . . . . . 52.1 Centre frequency f0. . . . . . . . . . . . . . 52.2 Frequency tolerance f0. . . . . . . . . . . 52.3 Q Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.4 The

10、 effective volume Veffand the magnetic dipole moment m . . . . . . . . . 52.4.1 Magnetic dipole moment m. . . . . . 52.4.2 Effective volume Veff. . . . . . . . . 62.5 Minimum deactivation field strength HDofdeactivators. . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.6 Characteristics after deactivation . . .

11、 . . . 62.7 Maximum field strength Hmaxuntil reactivation. . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.8 Minimum activation field strength HAfor acitivation systems . . . . . . . . . . . . . . 63Value of parameters . . . . . . . . . . . . . . . 7FrhereAusgabe:1.98Entwurf,deutschFormeredition:1/98draft, inG

12、ermanonlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20022 VDI 4471 Blatt 2 / Part 2VorbemerkungZiel der Richtlinie ist es, die am Markt befindlichenWarensicherungssysteme technologisch zu beschrei-ben (Stand der Tech

13、nik) und zum anderen Minimal-standards zu definieren. Notwendig wird diese Arbeitdurch die Forderung des Einzelhandels nach der sogenannten Quellensicherung. Hierbei soll ein Siche-rungsmittel bereits whrend der Produktion beimHersteller in das Produkt integriert werden. Da je-doch fr die heute exis

14、tierenden drei Technologienweitere inkompatible Varianten vorhanden sind,wrde dies bedeuten, dass der Hersteller zehn ver-schiedene Sicherungsmittel in sein Produkt einbrin-gen msste. Daraus ergbe sich eine Verelffachungder Artikelzahl im Lager. Es wre also wnschens-wert, dass der Handel sich auf ei

15、n standardisiertesSystem einigen wrde. Dies ist auf Grund der unter-schiedlichen Anforderungen seitens des Handels undder Industrie sowie der sehr unterschiedlichen Leis-tungsmerkmale nicht mglich.Daher wird durch die Richtlinie ermglicht, die An-zahl der Sicherungsmittel auf drei unterschiedlichezu

16、 beschrnken und damit eine Verbesserung derWirtschaftlichkeit zu gewhren.Auf der Grundlage von Minimalstandardisierungenerfolgt die Reduzierung der Etikettenzahl. Trotz derFestschreibung dieser Minimumanforderungen wirdeine Verlangsamung oder gar ein Stillstand der Ent-wicklung durch die Vorgehenswe

17、ise verhindert.Dieses Blatt enthlt die spezifischen Beschreibungenund Definitionen hinsichtlich der akustomagne-tischen Technologie und ist an Hersteller von Siche-rungssystemen, Etiketten- und Verpackungsprodu-zenten sowie an Produkthersteller gerichtet. Dasvorliegende Blatt 2 bezieht sich hinsicht

18、lich der An-forderungen und allgemeinen Aussagen auf Blatt 1dieser Richtlinie.1Prinzipielle Anmerkungen zum Aufbauvon elektronischen ArtikelsicherungssystemenDie Detektionsanlagen bestehen grundstzlich aus ei-nem Sender (Transmitter Tx), einem Empfnger (Re-ceiver Rx) und dem Sicherungselement (Bild

19、1). DieSystemantennen knnen entweder den Sender, denEmpfnger oder aber auch beide Komponenten(Transceiver) enthalten. Fr alle folgenden Betrach-tungen werden Transmitter und Receiver getrenntdargestellt, da es sich um prinzipielle berlegungenhandelt.Der Sender enthlt eine Spule, an die eine Wechsel-

20、spannung U in Volt (V) bestimmter Frequenz ange-legt wird. Die Spannung erzeugt einen Stromfluss I inPreliminary noteThis guideline has a dual purpose: to provide a tech-nological description of the anti-theft systems forgoods that are on the market (state of the art) and todefine minimum standards.

21、 This work is necessarybecause of the retail trades demand for so-calledsource protection, a concept in which a security de-vice is incorporated into the product during produc-tion by the product manufacturer. However becauseof the various incompatible versions of the three tech-nologies that curren

22、tly exist, this would require themanufacturer to fit ten different security elements tohis product and vastly increase the number of articlesin stock. It would therefore be desirable if the tradecould agree to a standardised system, but this is notpossible because of the different requirements ex-pr

23、essed by trade and industry and the very differentperformance features.The guideline is designed to help limit the number ofsecurity devices to three different ones and in thisway to enhance viability.The number of labels will be reduced on the basis ofthe minimum standards. In spite of these minimu

24、mrequirements being specified as guidelines, the ap-proach will prevent development work slowing downor coming to a standstill.This part contains the specific description and defini-tion for the acoustomagnetic technology and is aimedat manufacturers of security systems and label andpackaging produc

25、ers as well as product manufactur-ers. This Part 2 refers to Part 1 of this guideline in re-gard to the requirements and general statements.1Basic comments on the structureof electronicarticle security systemsThe detection systems consists primarily of a trans-mitter (Tx), a receiver (Rx) and the se

26、curity element(Figure 1). The system antennas can contain eitherthe transmitter, the receiver or both (transceiver). Thetransmitter and receiver will be dealt with separatelyfor the following considerations as fundamental as-pects are involved.The transmitter contains a coil to which an a.c. volt-ag

27、e U is applied in volts (V) of a certain frequency.The voltage generates a flow of current I in amperesB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2002 VDI 4471 Blatt 2 / Part 2 3 Ampere (A) in der Spule, der wied

28、erum ein elektro-magnetisches Feld H in Ampere pro Meter (A/m) umdie Spule herum und damit zwischen den Antennenerzeugt. Dieses elektromagnetische Feld H ist proportionalder eingespeisten Transmitterwechselspannung UTx,nimmt aber mit der Entfernung berproportional ab.Das elektromagnetische Feld HTxs

29、elbst induziert ineinem Sicherungselement die magnetische Fluss-dichte B in Tesla (T), die sich nach folgender Formelberechnet: B = 0rHDabei ist das Produkt 0rdie materialabhngigePermeabilitt. Multipliziert man B mit der Flche desSicherungselements, auf die die Feldlinien orthogo-nal (bei AM paralle

30、l) auftreffen, ergibt sich der mag-netische Fluss in Voltsekunden (Vs) im Siche-rungselement. Der induzierte magnetische Fluss hngt von derGre sowie der Position des Sicherungselementszum Feld (beachte: lagenabhngige Detektionsraten)und dem Material des Sicherungselements ab.Der induzierte Fluss im

31、Sicherungselement SEfhrtzu einer Vernderung von HTx, so dass der Receivermit einem Feld HTx,SEbeaufschlagt wird. Dieses Felderzeugt in der Receiverspule wiederum einen magne-tischen Fluss Rx, der in der Spule eine SpannungURxerzeugt, die dem Signal proportional ist.Die letztendlich resultierende ind

32、uzierte Spannungberechnet sich wie folgt:USE f SEwobei f in eins durch Sekunde (1/s) die Frequenz desWechselfeldes ist.Ein wesentlicher Aspekt dabei ist, dass nur eineFlussnderung mit der Zeit berhaupt eine Spannunginduzieren kann, wie der Einfluss der Frequenz be-legt.(A) in the coil which in turn

33、sets up an electromag-netic field H in amperes per metre (A/m) around thecoil and hence between the antennas.This electromagnetic field H is proportional to the ap-plied transmitter a.c. voltage UTx, but decreases su-perproportionally with distance. The electromagneticfield HTxitself induces in the

34、security element themagnetic flow density B in tesla (T) which is calcu-lated with the following formula:B = 0rHin which the product 0ris the material-dependentpermeability. If we multiply B by the area of the se-curity element on which the field lines impinge or-thogonally (when AM parallel), we ob

35、tain the mag-netic flux in volt seconds (Vs) in the security ele-ment.The induced magnetic flux depends on the size andposition of the security element relative to the field(note: position-dependent detection rates) and on thematerial of the security element.The induced flux in the security element

36、SE bringsabout a change in HTxsuch that the receiver sees afield HTx,SE. This field in turn sets up a magnetic fluxRxin the receiver coil which generates a voltageURxthat is proportional to the signal.The induced voltage that finally results from thisprocess is calculated as follows:USE f SE,in whic

37、h f in one over a second (1/s) is the frequencyof the alternating field.One essential aspect of this process is that only achange in flux over time can induce a voltage, as theeffect of the frequency shows.Bild 1. Vereinfachter Aufbau eines EAS-Systems Fig. 1. Simplified structure of an EAS systemSe

38、nder (Transmitter)SicherungselementEmpfnger (Receiver)transmittersecurity elementreceiverB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20024 VDI 4471 Blatt 2 / Part 21.1 Die akustomagnetische Technologie Die AM-Technolo

39、gie basiert auf dem Resonanzprin-zip. Dabei wird ein weichmagnetisches Plttchen mitmagnetostriktivem Verhalten in Resonanzschwin-gung versetzt. Die Betrachtung von Bild 2 soll zurErluterung beitragen.Bild 2. Schwingung eines magnetostriktiven PlttchensDie Bewegung des amorphen Plttchens erfolgt inx-

40、Richtung. Zur Gewhrleistung einer freien Schwin-gung muss das Plttchen mglichst reibungsfrei gela-gert werden. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeiteines dreidimensionalen Etiketts. Die Schwingung des Plttchens ergibt sich aus denmagnetostriktiven Eigenschaften des Materials, dasbei Ummagnetisierung

41、 in Abhngigkeit von der Fre-quenz einer Lngennderung unterworfen wird. Die Eigenfrequenz f0lsst sich ber folgendes Mo-dell darstellen:mechanische Eigenfrequenz(1)L StreifenlngeE Elastizittsmodul Dichte des Materialswenn fmag= 0,5 f0Die Eigenfrequenz ist 58 kHz, wobei die Fertigungs-genauigkeit des S

42、icherungselementes eine Toleranzvon 0,5 % ergibt.1.2 Deaktivierung von AM-SicherungselementenZur Deaktivierung der Sicherungselemente muss derResonanzfall verhindert werden. Dies geschieht ent-weder durch die Entmagnetisierung des hartmagneti-schen Plttchens, durch die gerichtete Aufmagneti-sierung

43、(in y-Richtung) oder durch die Aufmagneti-sierung in alternierende Richtung entlang der x-Rich-tung.1.3 Aktivierung von AM-SicherungselementenZur Aktivierung der Sicherungselemente wird derhartmagnetische Anteil in (x-Richtung) magnetisiert. f01L-E-=1.1 Acoustomagnetic technologyAM technology is bas

44、ed on the resonance principle,in which a magnetically soft plate with magnetostric-tive characteristics is made to oscillate in sympathy.Figure 2 should assist an understanding of thisprocess.Fig. 2. Oscillation of a magneto-strictive plateThe amorphous plate moves on the x axis. The platemust be su

45、pported with as little friction as possible toensure free oscillation, hence the need for a three-di-mensional label.The plate oscillates as a result of the magnetostrictiveproperties of the material which undergoes a changein length during magnetic reversal as a function of thefrequency.The natural

46、 frequency f0can be represented by thefollowing model:mechanical natural frequency(1)L strip lengthE modulus of elasticity density of the materialwhen fmag= 0.5 f0The natural frequency is 58 kHz, with the manufac-turing accuracy of the security element giving a toler-ance of 0.5 %.1.2 Deactivation o

47、f AM security elementsThe security element must be deactivated by prevent-ing the resonance condition. This done either by de-magnetising the magnetically hard plate or by direc-tional magnetising (on the y-axis) or by magnetizingin alternating direction along the x-direction.1.3 Activation of AM se

48、curity elementsThe security element is activated by magnetising themagnetically hard proportion (x-axis).f01L-E-=B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2002 VDI 4471 Blatt 2 / Part 2 5 2Definition der relevan

49、ten ParameterUngeachtet der Tatsache, dass zur Diskriminierungeines Signals je nach Systemkonzeption eine VielzahlParameter zur Auswertung herangezogen wird, ist esdas Ziel, innerhalb dieser Richtlinie ein Set vonwenigen charakteristischen Parametern zu definie-ren.Die zur Beschreibung des Sicherungselementes not-wendigen Parameter sollen im Folgenden hergeleitetwerden.2.1 Mittenfrequenz f0Wie aus den allgemeinen Ausfhrungen zur Techno-logie ersichtlich w