疑問5.聲磁標簽作用原理
答:根據磁致伸縮效應的可逆性，結合鐵鎳合金的磁致伸縮和磁機械耦合系數，圍繞產生共振的三要素 : 材料、結構和磁場，解析聲磁系統的識別原理。提出 聲磁標簽的共振信號是一種聲磁復合信號，以及諧振曲線是卓越性能的基礎。
所謂聲磁系統（ Acoustic Magnetic ， AM ），是利用音叉原理產生的共振現象，實現幾乎零誤報的操作，原理示意如圖 1 所示。當發射信號（交變磁場）頻率與聲磁標簽振蕩頻率一致時，聲磁標簽類似于音叉會引起共振，產生共振信號（交變磁場） ; 當接收器檢測到連續 4-8 次（可調）的共振信號（每 1/50 秒一次）后，接收系統就會發出報警。
聲磁系統的特性是防盜檢測率高、幾乎零誤報、不受金屬錫箔紙屏蔽、抗干擾性好、保護的出口寬 ( 單套系統最寬可保護 4 米 ) 。
一、聲磁原理
1. 磁致伸縮效應
磁致伸縮效應 : 在外磁場作用下，鐵磁性物質尺寸變化 ; 在去掉外磁場后，其又恢復原來的長度。由于在磁場作用下，磁致伸縮材料長度線性變化，發生位移 ; 或在交變磁場作用發生反復變化，從而產生振動或聲波 ; 這種材料可將電磁能轉換成機械能或聲能，相反也可以將機械能轉換成電磁能 ; 前者稱為磁致伸縮效應，后者稱為壓磁效應。
在一定磁場強度作用下，鐵氧體磁性金屬產生長度變化，可以理解是由于磁化而導致原子間距的微小改變。在一個交變磁場中，可以看到磁致伸縮的金屬條按照交變磁場的頻率在振動。若交變磁場的頻率與金屬條諧振頻率一致的話，其振幅最大，即產生共振，這一效應對坡莫合金（或稱鐵鎳合金）尤其明顯。
另一方面，這種磁致伸縮效應又具有可逆性，即壓磁效應。因此，當交變磁場頻率與聲磁標簽中的金屬條諧振頻率一致時，其中坡莫合金條開始振動。當關斷交變磁場時，聲磁標簽就會像音叉一樣維持一定時間的阻尼振動，并產生共振信號，作為交變磁場的空間延伸，可通過接收器檢測到這種共振信號。
用磁致伸縮系數 λ 來描述磁致伸縮效應， λ ＝（ LH-L0 ） /L0 ， L0 為物質原有長度， LH 為在外磁場作用下物質變化后的長度。由于坡莫合金具有高磁致伸縮系數，如 : Ni50 坡莫合金 λ=25×10-6 ， Ni80 坡莫合金 λ= （ 0.1~0.5 ） ×10-6 ，所以，坡莫合金的磁致伸縮系數均較大，標簽產生的共振信號也較大。
2. 磁機械耦合系數 k
當坡莫合金薄帶在偏磁場下受到交變磁場的激勵時，由于磁致伸縮效應與壓磁效應，薄帶內產生磁能與機械能之間的交替轉換，這種能量的轉換稱為磁機械耦合，用磁機械耦合系數 k 來衡量其大小，并用下述方法確定 k 值。聲磁標簽內核心元件是坡莫合金薄帶。
根據唯象理論，磁機械耦合系數 k 表示為 :
上式中 fr 為共振頻率， fa 為反共振頻率。
根據聲磁標簽測試的諧振曲線，如圖 2 所示。當激勵信號頻率為 57.9kHz 時，諧振曲線達到最大值，即 fr=57.9kHz ; 當激勵信號頻率為 59.7kHz 時，諧振曲線達到最小值，即 fa=59.7kHz 。因此，計算磁機械耦合系數 k=0.251 。
顯然，聲磁標簽存在共振點和反共振點，在很小的激勵磁場的作用下，它能產生較大的共振信號，而且兩點間電壓差較大，說明標簽有較大的磁機械耦合系數。尖銳諧振曲線表明標簽有較高的 Q 值和較窄的帶寬以及較強的選擇性。因此，若設置適當偏置磁場，使其工作在特性較好的區域，可以獲得較高的共振信號和較強的頻率穩定性。
3. 音叉效應
聲磁標簽是由小塑料盒組成，長約為 40mm ，寬為 8~14mm ，厚為 1mm （現有更薄的）。在小盒中，由兩種金屬條構成類似于音叉的結構，一種是固定在塑料盒上的硬磁金屬條，另一種是能自由振動的軟磁坡莫合金條。根據標簽的特殊材料和結構，導致其具有一定的諧振頻率 ; 當外加交變磁場頻率與標簽諧振頻率一致時，就會產生共振。由于存在磁致伸縮效應與壓磁效應，當外加交變磁場消失后，標簽仍會產生阻尼振蕩，形成磁場能與機械能交替轉換模式，產生衰減型共振信號，這是一種聲磁復合信號。典型聲磁標簽的工作頻率為 58kHz ，音叉共振信號類似于超聲波，因此，抗干擾能力和穿透力極強，這是區別于其他標簽的最大優點。
在利用音叉效應識別過程中，實際上是電磁能與機械能相互轉換的過程，但是，由于磁敏器件的換能效率低，需要強大的發射功率，如最小激活磁場強度的典型值大于 16A/m ，所以，聲磁系統的天線檢測器較為龐大。
二、聲磁系統
聲磁系統的原理 : 檢測系統的發射器以 1/75 秒間斷的發射 58kHz 的低頻磁波，在周圍形成檢測區。當由兩片特殊的非晶體金屬片組成的標簽進入檢測區域時，由于對電磁場形成干擾或其他形式的感應，即共振信號，此信號會被配套的接收器收到，從而引起系統報警。
1. 聲磁系統組成
如圖 3 所示，聲磁防盜系統由三部分組成 : 一是檢測器位于圖中左右兩邊。包括發射器和接收器兩部分。基本原理是利用發射天線將一交變磁場發射出去，在發射天線和接收天線之間形成一個感應區，利用電磁波的共振原理來搜尋特定范圍內，有否有效標簽存在（即未經過解碼器解碼的標簽存在），當出現有效標簽即觸發報警。二是聲磁標簽位于圖中間。是由無序排列的非晶體金屬準確地切割成 58kHz 的尺寸，通過進入檢測區與偏磁片產生共振并反射到接收支座。三是圖中未標的解碼器，它是軟標簽解碼失效的非接觸式裝置。當收銀員收銀時，電子標簽無須接觸消磁區域即可解碼 ; 或將解碼器和激光條碼掃描儀合成一體的設備，一次性完成商品收款和解碼。
2. 聲磁識別原理
聲磁防盜系統屬于單比特射頻識別系統，采用的調制方式是振幅鍵控（ ASK ）的數字調制法。天線發射的交變磁場如圖 4 虛線部分所示，其中調制信號為二進制編碼信號，由 0 和 1 兩個狀態的單比特序列組成，脈沖維持時間為，脈沖關斷時間為，脈沖周期為 20ms ，需要的脈沖振幅較大 ; 載波信號為 58kHz （或 60 kHz 、 68kHz ）低頻正弦信號 ; 已調信號就是調幅系數為 100% 的 ASK 信號。
當聲磁標簽進入 ASK 激勵的交變磁場（檢測區），且標簽諧振頻率與載波頻率一致時，因為磁致伸縮效應，標簽內會產生共振現象。當關斷激勵的交變磁場時，根據標簽的壓磁效應，共振信號會維持一段時間，出現圖 4 中的阻尼振蕩 ; 另外，由于機械能與磁場能是交替轉換的，因此共振信號是一種聲磁復合信號，正是聲磁系統的含義所在。共振信號不僅作為激勵磁場的空間延伸，而且具有超聲波的特性。因此，接收器中的感應線圈很容易檢測到共振信號，從而驅動系統的報警裝置。
聲磁識別原理 : 一是信號的中心頻率為 58kHz ，帶寬為 57.8kHz 至 58.2kHz (0.4kHz) ，是目前所有電子防竊系統中最窄的，所以極不可能受到干擾而造成誤報。二是系統判定標簽信號的過程。當發射信號關斷后，接收器連續收到 6 次（可調）共振信號，如每次共振信號的功率及頻率都相同，則認定為標簽信號 ; 如為外界干擾信號不可能一秒內產生 6 次完全相同信號 ; 反復以上識別過程，可精確判定標簽信號，實現幾乎零誤報的操作。
三、聲磁系統應用
當出口公司獲得歐美訂單時，一般都要用防盜標簽 ; 特別是歐美連鎖超市 100 強，大部分都用 58kHz 聲磁防盜系統。只有在商品上貼 AM 防盜標簽，才能進入歐美超市。
聲磁系統有軟硬兩種防盜標簽。
標準型聲磁系統具有較高的檢測率，接近零誤報的卓越性能 ; 數字技術、軟件驅動的智能技術 ; 系統與支座集成一體， 1.4 米的保護出口 ; 具備聲光報警。消磁設備可分為接觸式和非接觸式兩大類型。接觸式要求聲磁標簽與消磁器表面接觸，而非接觸式可在距聲磁標簽 12-20cm 處為標簽消磁。
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