VDI 4471 Blatt 3-2002 Electronic article surveillance systems (EAS) - Electro-magnetic EAS technology.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREWarensicherungssystemeKompatibilitt von elektronischen Artikelsicherungssystemen (EAS)Elektromagnetische TechnologieElectronic article surveillance systems (EAS)Electro-magnetic EAS technologyVDI 4471Blatt 3 / Part 3Ausg. 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 innerbetrieb

3、liche 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; 35.240.60July 2002Juli 2002The dra

4、ft 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 Aufbauvon elektronischen Artikelsicherungs-systemen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 Die elektromagnetische Technologie . . . . 41.2 Deaktivierung von EM-Sicherungs-systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.3 Aktivierung von

6、 EM-Sicherungselementen 72Kompatibilittsproblematik. . . . . . . . . . . 8 3Definition der relevanten Parameter. . . . . . 8 3.1 Maximale Signalamplitude Umax. . . . . . 93.2 Signalanstieg t. . . . . . . . . . . . . . . . 93.3 Schaltfeldstrke HS. . . . . . . . . . . . . 93.4 Etikettenfaktor EF. . .

7、. . . . . . . . . . . 103.5 Mindestdeaktivierfeldstrke HDder Deaktivatoren . . . . . . . . . . . . . . . . 103.6 Restsignalamplitude UR. . . . . . . . . . . 103.7 Deaktivierfestigkeit HF. . . . . . . . . . . 103.8 Mindestaktivierfeldstrke HAder Aktivieranlagen . . . . . . . . . . . . . . . 113.9 Abk

8、lingcharakteristik . . . . . . . . . . . . 114Leistungsklassen der elektromagnetischenTechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115Ausprgung der Parameter. . . . . . . . . . . 11Anhang A Messeinrichtung . . . . . . . . . . . . 13Anhang B Messmethodik . . . . . . . . . . . . . 14Contents Page

9、Preliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Basic comments on the structure of electronic article security systems. . . . . . . 21.1 Electromagnetic technology . . . . . . . . . 41.2 Deactivation of EM security systems . . . . 61.3 Activation of EM security elements . . . . . 72Problems

10、 of compatibility. . . . . . . . . . . . 83Definition of the relevant parameters . . . . . 83.1 Maximum signal amplitude Umax. . . . . . 93.2 Signal rise . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.3 Switching field strength HS. . . . . . . . . 93.4 Label factor EF . . . . . . . . . . . . . . . 103.5 Minim

11、um deactivation field strength HDof deactivators . . . . . . . . . . . . . . . . 103.6 Remanent signal amplitude UR. . . . . . . 103.7 Deactivation strength HF. . . . . . . . . . . 103.8 Minimum activation field strength HAof the activation systems. . . . . . . . . . . 113.9 Decay characteristic . .

12、 . . . . . . . . . . . 114Performance classes of the electromagnetic technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115Value of the parameters . . . . . . . . . . . . . 11Annex A Measuring equipment. . . . . . . . . . . 13Annex B Measurement method. . . . . . . . . . . 14FrhereAusgabe:1.98Entwur

13、f,deutschFormeredition:1/98draft, inGermanonlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20022 VDI 4471 Blatt 3 / Part 3VorbemerkungZiel der Richtlinie ist es, die am Markt befindlichenWarensicherungssysteme technolo

14、gisch zu beschrei-ben (Stand der Technik) 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

15、 werden. Da je-doch fr die heute existierenden 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 wnsch

16、ens-wert, dass der Handel sich auf ein 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 Sicheru

17、ngsmittel auf drei unterschiedlichezu 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 d

18、er Ent-wicklung durch die Vorgehensweise verhindert.Dieses Blatt enthlt die spezifischen Beschreibungenund Definitionen hinsichtlich der akustomagneti-schen Technologie und ist an Hersteller von Siche-rungssystemen, Etiketten- und Verpackungsprodu-zenten sowie an Produkthersteller gerichtet. Das vor

19、-liegende Blatt 3 bezieht sich hinsichtlich der Anfor-derungen und allgemeinen Aussagen auf Blatt 1 die-ser Richtlinie.1Prinzipielle Anmerkungen zum Aufbauvon elektronischen ArtikelsicherungssystemenDie Detektionsanlagen bestehen grundstzlich aus ei-nem Sender (Transmitter Tx), einem Empfnger (Re-ce

20、iver Rx) und dem Sicherungselement (Bild 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 Sende

21、r enthlt eine Spule, an die eine Wechsel-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

22、 the art) and todefine minimum standards. 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 versio

23、ns of the three tech-nologies that currently 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 be

24、cause of the different requirements ex-pressed 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 mi

25、nimum standards. In spite of these minimumrequirements 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 secur

26、ity systems and label andpackaging producers as well as product manufactur-ers. This Part 3 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 tran

27、s-mitter (Tx), a receiver (Rx) and the security 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

28、 contains a coil to which an a.c. volt-age 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 3 / P

29、art 3 3 Ampere (A) in der Spule, der wiederum 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 berproport

30、ional ab.Das elektromagnetische Feld HTxselbst 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 d

31、ie Feldlinien orthogo-nal (bei AM parallel) 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 Siche

32、rungselements ab.Der induzierte Fluss im 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 proportion

33、al ist.Die letztendlich resultierende induzierte 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 Freque

34、nz be-legt.(A) in the coil which in turn 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 elect

35、romagneticfield HTxitself induces in the 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 imping

36、e or-thogonally (when AM parallel), we obtain 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.

37、The induced flux in the security element 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

38、is calculated as follows:USE f SEin which 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.

39、 Simplified structure of an EAS systemSender (Transmitter)SicherungselementEmpfnger (Receiver)transmittersecurity elementreceiverB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20024 VDI 4471 Blatt 3 / Part 31.1 Die elekt

40、romagnetische Technologie Die EM-Technologie nutzt das charakteristische Ver-halten von magnetischen Materialien bei Ummagne-tisierungsvorgngen zur Signalerzeugung. Dabeimssen folgende prinzipielle berlegungen vorange-stellt werden. Die Betrachtung von Bild 2 mge zurErluterung beitragen.In einem amo

41、rphen, weichmagnetischen Materialsind Bereiche verschiedener magnetischer Ausrich-tungen vorhanden. Durch die Vielzahl dieser Berei-che und deren statistische Verteilung ist nach auenkeine magnetische Flussdichte B festzustellen.Wird dieses Material mit einem ueren WechselfeldH beaufschlagt, dann nd

42、ert sich die magnetischeFlussdichte B anfangs sehr schnell, dann immer lang-samer, bis sich bei Erreichung der Sttigung HS(St-tigungsfeldstrke) keine nderung mehr feststellenlsst. Dieses nicht-lineare Verhalten liegt darin be-grndet, dass einige magnetische Bereiche leichter zubeeinflussen sind als

43、andere. Ab einer bestimmtenFeldstrke sind dann jedoch alle Bereiche parallelzum ueren Feld ausgerichtet (Sttigung). Bei-spielsweise kann durch mechanische Vorspannungdie Ausrichtung der Bereiche bis zu einer bestimmtenFeldstrke verhindert werden. Ab dieser Feldstrkeerfolgt die Orientierung dann aber

44、 sprunghaft, was zueiner rechteckigen Hysteresekurve (siehe Bild 3)fhrt. Dieser Effekt wird Barkhausen-Effekt genannt. ndert sich die Feldorientierung (Wechselfeld), wirddie nderung der Flussdichte B durch den Teil derKurve beschrieben, der durch die Quadranten I, IIund III verluft.Ist das uere Feld

45、 H gleich 0, dann stellt sich diebleibende Magnetisierung BR (Remanenz) ein. Umdas Material aus der Remanenz auf B gleich 0 zu fh-1.1 Electromagnetic technologyEM technology uses the characteristic behaviour ofmagnetic materials during magnetic reversal to gene-rate signals. The following fundamenta

46、l principlesmust be considered first, and Figure 2 should assistan understanding of these.An amorphous, magnetically soft material containsregions of different magnetic orientation. No magne-tic flux density B can be detected externally becauseof the large number of such regions and their statisti-c

47、al distribution.If this material is exposed to an external alternatingfield H then its magnetic flux density B will initiallychange very rapidly and then increasingly slowly un-til a state of saturation HS(saturation field strength) isreached and no further change takes place. This non-linear respon

48、se is due to the fact that some magneticregions are easier to influence than others. Above acertain field strength however all regions are orientedparallel to the external field (saturation). The orienta-tion of the regions can be prevented up to a certainfield strength by, for example, mechanical p

49、restres-sing. Above that field strength however, orientationtakes place suddenly, leading to a square hysteresiscurve (see Figure 3), and this is known as the Bark-hausen effect.When the field orientation changes (alternating field)the change in flux density B is described by that por-tion of the curve that runs through quadrants I, II andIII.If the external field H equals 0, then the remanent ma-gnetism BR(remanence) ensues. To bring the mate-rial from remanenc