具有增强的频率稳定性和信号强度的磁致机械标记物的制作方法

磁致机械谐振器是众所周知的，并且已经用于零售安全应用数十年。此外，磁致机械谐振器(mmr)由于其低成本、薄型和柔性部件也适用于内埋的基础结构。磁致机械谐振器(mmr)可被构造为独立式标记物或物理地附接到地下管或公用设施。磁致机械谐振器(mmr)可用于准确地识别内埋的资产和其位置。例如，参见us2012/068823；us2012/0325359；us2013/0099790；以及us2016/030756；这些中的每个全文以引用方式并入本文。

然而，此类mmr的检测范围和频率稳定性可被限制。例如，性能可受到用于标记物中的金属带状物的长度的限制，并且标记物的频率稳定性可受地球的磁场的影响。

技术实现要素：

在本发明的第一方面中，磁致机械谐振器(mmr)设备包括铁磁谐振器元件，铁磁谐振器元件具有基本上等于铁磁谐振器元件的谐振频率的1/2波长的整数倍(n)的长度，铁磁谐振器元件由无定形金属材料形成，并且其中n为至少2。mmr设备也包括至少一个偏置磁性元件，至少一个偏置磁性元件沿着铁磁谐振器元件的横向侧设置。

本发明的上面的概述不旨在描述本发明的每个示出的实施方案或每个具体实施。图及其后的详细描述更特别地举例说明这些实施方案。

附图说明

在下文中将引用本发明的非限制性示例且参考附图对本发明进行部分描述，在附图中：

图1a是根据本发明的第一方面的磁致机械标记物的部件的等轴视图。

图1b是根据本发明的另一方面的磁致机械标记物的部件的等轴视图。

图1c是根据本发明的另一方面的磁致机械标记物的部件的等轴视图。

图1d是根据本发明的另一方面的磁致机械标记物的部件的等轴视图。

图2a是根据本发明的另一方面的磁致机械标记物的部件的等轴视图。

图2b是根据本发明的另一方面的磁致机械标记物的部件的等轴视图。

图3a是根据本发明的另一方面的磁致机械标记物的部件的等轴视图。

图3b是根据本发明的另一方面的磁致机械标记物的部件的等轴视图。

图4是根据本发明的另一方面的磁致机械标记物的壳体和部件的分解等轴视图。

图5a和图5b示出了具有传统设计的mmr设备(图5a)和差分偏置mmr设备(图5b)的增益和频率稳定性。

图6示出另一差分偏置mmr设备的增益和频率稳定性。

虽然本发明可修正为各种修改形式和另选形式，但其具体形式已在附图中以举例的方式示出，并且将详细描述。然而，应当理解，本发明不将本发明限制于所描述的特定实施方案。正相反，本发明覆盖落入如由所附权利要求书所限定的本发明的范围内的所有修改、等同物和另选方案。

具体实施方式

在以下描述中，将引用形成描述的一部分的附图，并且在附图中以说明的方式示出可实践本发明的具体实施方案。就这一点而言，方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“在前面的”、“向前”和“尾部”等参考所描述的(多个)附图的取向来使用。因为本发明的实施方案的部件可定位成多个不同取向，所以方向性术语用于说明的目的，并且绝不是限制性的。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可利用其它实施方案，并且可进行结构性或逻辑性的改变。因而，以下的详细描述不被视为具有限制意义，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。

本文描述了具有用于定位和识别内埋的资产的延伸的信号范围的磁致机械谐振器(mmr)标记物。特别地，本文描述的mmr利用具有为对应的谐振频率的半波长的整数倍(n，其中整数n为至少2)的长度的无定形金属带状物的差分交流偏置结构。这样的磁致机械谐振器可由于其低成本、薄型和柔性部件适用于内埋的基础结构。mmr标记物可为独立式标记物，mmr标记物可物理附接到地下资产，诸如盘管或棒状管或其他公用设施，或者mmr标记物可附接到位于地下资产处或附近的另一设备或载体，诸如警示或警告带。特别地，与传统mmr标记物相比，本文描述的mmr标记物可提供频率可调性、高频率稳定性、高能量存储和薄型，所有这些与延伸的检测范围组合。

图1a示出本发明的第一方面(mmr标记物100的一部分)。mmr标记物100包括一个或多个铁磁元件150(本文中也称为谐振器条带或带状物)。在该实施方案中，铁磁元件包括单一谐振器条带150。另选地，mmr标记物可包括设置在堆叠布置中的多个谐振器元件，诸如图2a所示、下面另外详细地描述的。

在一个方面，铁磁元件150具有基本上矩形条带形式，铁磁元件150具有相对的横向侧151和横向侧152、第一纵长端部153和第二纵长端部154。在另选实施方案中，铁磁元件可具有另一形状，诸如基本上椭圆形形状。

在本发明的该方面，(多个)谐振器条带150包括具有磁致伸缩属性的铁磁材料，诸如磁性无定形合金或结晶材料诸如购自德国哈瑙的真空熔炼公司或南卡罗来纳州的哥伦比亚市的美特格拉斯股份有限公司(vacuumschmelzegmbhofhanau,germanyormetglas,inc.ofconway,s.c)的那些。(多个)谐振器条带的物理尺寸诸如长度(l)、宽度(w)和厚度可基于包括期望的响应频率的多个因素来选取。带状物可退火或不退火。带状物可为扁平的，或者带状物可具有一些程度的卷曲。商业合金和退火技术是已知的且在例如以下中进行描述：us5841348；us6018296；us6011475；us6299702；us6551416；us2010/358950；us6254695；us6359563；和us2009/677245。

在本发明的一个方面，谐振器条带150具有对应的谐振频率的半波长的整数倍的长度。在另一方面，整数(n)为至少2(例如，n＝2、3、4、.....)。如下面另外解释的，在另一优选的方面，n等于2或更大(例如，n＝2、4、6、....)的偶数。当使用偶数个1/2波长段时，在环境磁场(诸如地球的磁场)下，将存在更高的谐振频率稳定性。

具有基本上纵向磁场偏置h的无定形金属的长矩形带状物的纵向机械振动的基本谐振频率(fr)可定义为如下：

fr＝[1/(2l)]*sqrt(eh/ρ)；其中l是样本长度，eh是在偏置场h处的杨氏模量，并且ρ是质量密度。

由于fr与λr成反比，然后(1/λr)与[1/(2l)]成比例，这导致谐振带状物l的长度与1/2λr或谐振带状物的半波长成比例。如图1a所示，谐振器条带150具有总体长度l，总体长度l对应于半波长段(这里段155a和段155b)的总和，其中段155a具有长度l1，并且段155b具有长度l2。

与通常提供设置在一个谐振器条带或多个谐振器条带下方或上面的偏置磁体的传统mmr标记物构造相比，mmr标记物100包括设置在铁磁元件150的侧边缘151或相对侧边缘152处的一个或多个偏置磁性元件。

在本发明的该方面，将谐振器条带偏置到产生磁致机械能量传递和存储的最高水平的h场是有利的。因而，为了将检测范围增加到以期望频率fr操作的mmr，以将允许长带状物n*l长度(基本上基本1/2λr波长的整数倍n(其中n＝2、3、4、5、....))的方式影响谐振器条带的偏置以在期望的更短的波长处振动是有利的。在该方面，该效应可通过沿着带状物的长度在基本上每1/2λr波长处使偏置场h的方向交替来实现。

对于较长的带状物，在检测器的天线和谐振器带状物之间的磁场耦合大大增加，最多至小几何形状的带状物的长度增加的平方。还有，在本发明的该方面，由于所有1/2λr节段实际上连接且构成单一长带状物，所以实现简化检测算法的单一频率谐振器。

在该方面，如图1a所示，第一偏置磁性元件140a沿着侧边缘151设置在距第一端部部分153和第二端部部分154等距的位置处。此外，第二偏置磁性元件140b沿着侧边缘152设置在也距第一端部部分153和第二端部部分154等距的相对位置处。在该构造中，两个偏置磁性元件具有彼此面向的其相应的北(n)极。同样地，来自磁性元件的h场线在如图1a中所示的箭头148、箭头149的方向上对准，其中段155a在段155b被偏置的方向149相反的方向148上偏置。以该方式，每个1/2λr段在相反的纵向方向上偏置。当所有的交替节段基本上相等偏置且在长度上基本上相等，所有节段将具有匹配的频率，并且因此可实现最大相干性和能量存储。

在该示例中，相当于具有相对的纵向偏置的两个1/2λr段的长度l的带状物将呈现出每个在1/2λr处的两个振动段，但当经受来自检测器的外部交变磁场时，该带状物在机械上异相。这是由于磁致伸缩效应的偏置方向反转不敏感，借此磁性材料当沿着具体方向经受正场或负场时始终拉伸。因而，即使偏置改变方向，带状物也在所有段中通过偏置场相等地拉伸。

当施加外部ac激励场时，在每个1/2λr段中的偏置场根据外部场方向相对于偏置场同相还是异相受增加或减小的影响。由于带状物段已经通过其相应的偏置场拉伸，所以当分别经受偏置场方向的同相或异相的外部场时，带状物段将呈现拉伸量的增加或减小。因而，两个相对偏置的相邻段将机械上异相地振动，其中一个将拉伸更多，而另一个将拉伸较少，基本上相等的量，从而通过基本上消除相邻1/2λr带状物的加载允许和增强1/2λr振动模式。

从上面，示出了具有交替偏置方向的两个(1/2λr)段的长度为l的带状物的谐振模式保持为1/2λr。相同的分析可延伸到大于2的n，前提条件是偏置方向每1/2λr反转。

而且，图1a的示例性谐振器构造具有单一主谐振模式，单一主谐振模式是偏置幅度、偏置反转距离和带状物的总体长度的函数。

在段不匹配的情况下，能量存储仍然发生，但在基本上谐振节段的平均频率下，具有取决于不匹配量的幅度减少。

在该构造的情况下，当在特定频率下暴露于外部磁场时，(多个)谐振器条带耦合到外部磁场，并且以(多个)谐振器条带的磁致机械振荡的形式将磁能转换成机械能。在操作中，mmr标记物100在交变磁场调谐到该频率的情况下询问(使用例如便携式定位器)时在其特性频率(fr)下谐振。在该询问周期期间，将能量以磁能和机械能(表现为谐振器振动)的形式存储在标记物中。当询问场被移除时，谐振器继续以其谐振频率振动，因为它消耗所存储的能量，生成其自己的交流磁场，可用合适的检测器远程感测交流磁场，合适的检测器可并入相同的便携式定位器内。因此，mmr标记物100可通过用外部交变磁场激励mmr标记物100且然后检测由mmr标记物在mmr标记物100以其自己的谐振频率指数地消耗其存储的能量时生成的磁场来定位，其中能量存储在标记物中。这样的响应警示定位技术人员mmr标记物100的存在。

mmr天线长度(或孔径)和增益(或谐振质量)直接影响最大检测范围，连同定位器传输功率和接收器。所接收的信号越高，检测范围将越高，如预期的。然而，如由研究人员观察的，传统的mmr性能对环境条件高度敏感。

在一个示例中，40mm长带状物对应于大约55khz基本频率机械谐振器。在另一示例中，通过在每40mm段处反转纵向偏置，可使80mm长带状物在55khz(而不是27.5khz)处谐振，诸如图1a所示。

可选地，在另一示例中，通过沿着带状物的长度每40mm反转纵向偏置，可使160mm长带状物在55khz(而不是13.75khz)处谐振。在图2a和图2b中示出、下面另外描述这样的示例较长带状物。当然，根据预计的谐振频率，可利用其他谐振器条带长度。

在操作中，当具有交变信号h场的定位器设备耦合到铁磁元件150时，交变信号h场将用代数方法加到偏置场，因此增加谐振器条带的1/2λr段(例如，段155a)上的偏置，同时减小谐振器条带的相邻1/2λr段(例如，段155b)上的偏置。由于磁致伸缩效应，具有增加偏置的段将沿着场拉伸，并且具有减小偏置的段将相对于由偏置引起的正常拉伸收缩。因此，该差分偏置构造可使非常长的带状物如同独立振动的较短波长节段的聚类一样实行，其中交替机械振动相位由偏置场被反转的距离确定。

如上面提及的，偏置磁体元件沿着谐振器条带的长度横向放置是mmr设备操作中的重要因素。此外，考虑的另一重要因素是距谐振器条带的侧边缘放置每个偏置磁性元件的距离。如将在下面另外讨论的，(多个)偏置磁性元件的正确间距可帮助提供变平的频率响应。而且，当与单一底部或顶部偏置构造对比时，该侧边缘差分偏置磁性元件取向可帮助减少重力对铁磁元件或元件堆叠的影响，其中带状物可显著地靠近偏置磁体移动，使得当偏置和重力成直线时夹紧是可能的。还有，堆叠中的带状物由于相同的磁极性而趋于彼此排斥，并且与侧向空间相比，需要更多的上/下大气空间用于移动。由此，对于带状物具有侧边缘偏置和侧移动约束是有利的。当使用偶数个1/2波长段时，在环境磁场(诸如地球的磁场)下，将存在更高的谐振频率稳定性。当n(1/2λr段的总数)为偶数时，然后当偏置在线性区域(h对f)时，平均频率基本上保持相同。

对于图1a所示的实施方案，偏置磁体元件140a、偏置磁体元件140b可以约0.5mm-10mm(优选地，约4mm-6mm)的距离与(多个)带状物的相应的侧边缘151、152间隔开。

偏置磁性元件140a、偏置磁性元件140b可每个包括永磁体或磁性硬或半硬金属条带。本文可利用不易于改变的磁性硬磁偏置材料，因为磁性硬磁偏置材料的偏置特性不可能在内埋地下时改变。磁性偏置元件可由任何磁性材料制成，任何磁性材料在磁化时具有足够的剩磁以适当地偏置谐振器并且具有足够的矫顽磁性以便在正常运行环境中不被磁性更改。适用于偏置的可商购获得的磁性材料是钕铁硼磁体(ndfeb)。例如，在一个特定方面，偏置磁体(购自k&j磁性元件公司(k&jmagneticsinc.)的钕磁体)的尺寸可为约1/16"(厚度)、1/8"(高度)，和1/4"(宽度)，其中磁化通过厚度。当然，偏置磁体尺寸可基于谐振器元件尺寸和宽度变化。与线性或条形磁体一样，偏置磁性元件140a、偏置磁性元件140b可每个具有磁极，每个端部处一个磁极，如由图1a中所示的n(北)和s(南)名称指示的。在本文所述的构造中的任一个中，可示出通过用n取代s且用s取代n，可反转所有偏置磁体，而不影响mmr谐振器的谐振频率或增益。

在使用中，谐振器条带150和偏置磁性元件140a、偏置磁性元件140b可设置在坚固的壳体中，如将在下面另外详细描述的。

因此，图1a中描述的差分偏置谐振器构造允许使用具有单一频率谐振(而非多个单独的谐振器频率)的更长的单一带状物谐振器。此外，耦合到定位器设备的磁场可增加最多至n²，其中n为1/2λr段的数量。可减少由于沿着轴线的外部磁场(例如，来自地球的磁场)而造成的频移。当使用偶数个1/2λr段时，由于相反的偏置方案，所以发生抵消每个1/2λr段中增加/减小的传播速度，维持关系l＝n*1/2λr，并且因此维持相同的谐振频率。抵消取决于在偏置场级周围的带状物材料的线性度(f对h)。

在另选的方面，为了增加检测范围，使用较长的带状物是有利的。在另外的另选方案中，较短带状物的聚类可需要用于实践性原因(诸如内埋的资产形状等)。当多个mmr标记物被用于放大响应时，通过高度稳定的标记物以及mmr构造实现更高的增益，mmr构造以可预测的方式变化，其中聚类中的所有mmr将基本上偏移相同的量并继续相加作为聚类中标记物的数量的函数，而不是在更坏的情况下，由于相位反转而彼此相减。

存在与特性相关的若干个具体性能，诸如可用mmr标记物定位器系统优化的频率、信号和q，其中根据具体的应用和检测标准，每个具有其自己的优点。在许多应用中，mmr标记物的取向和旋转不被控制。地球的磁场加到带状物偏置场作为矢量，使其增加或减少最多至+/-0.6oe。当使用高阶的谐振器堆叠时，这引起更少的频移。如观察的，悬置带状物的地球万有引力对长带状物具有更大的影响，这对于一些频率范围是必要的。因而，如本文所述的构建和构造mmr标记物以在所有取向上获得一致的性能是有利的。

图1b示出了本发明的另一方面(mmr标记物100‘)。mmr标记物100‘包括一个或多个铁磁元件150，在该实施方案中，仅示出了单一谐振器条带。在一个方面，铁磁元件150具有基本上矩形条带形式，铁磁元件150具有相对的横向侧151和横向侧152、第一纵长端部153和第二纵长端部154。在另选实施方案中，铁磁元件可具有另一形状，诸如基本上椭圆形形状。

在该另选方面中，如图1b所示，单一偏置磁性元件140a沿着侧边缘151设置在距第一端部部分153和第二端部部分154等距的位置处。附加的偏置磁性元件不是必要的。在该构造中，偏置磁性元件具有面向谐振器条带150的其北(n)极。同样地，来自磁性元件的h场线在如图1b所示的箭头148、箭头149的方向上对准，其中段155a在与段155b被偏置的方向149相反的方向148上偏置。以该方式，每个1/2λr段在相反的纵向方向上偏置。当所有节段相等偏置且长度相等时，可实现所有振动节段的匹配频率，并且因此实现最大的相干性和能量存储。

mmr标记物100‘的其他方面可与相对于图1a所描述的那些相同。

图1c示出了本发明的又一方面(mmr标记物100“)。mmr标记物100“包括一个或多个铁磁元件150，在该实施方案中，仅示出了单一谐振器条带。在一个方面，铁磁元件150具有基本上矩形条带形式，铁磁元件150具有相对的横向侧151和横向侧152、第一纵长端部153和第二纵长端部154。在另选实施方案中，铁磁元件可具有另一形状，诸如基本上椭圆形形状。

在该另选方面，如图1c所示，多个偏置磁性元件设置在与铁磁元件150的第一端部节段和第二端部节段处于同一位置的侧边缘位置处。例如，第一偏置磁性元件140a和第二偏置磁性元件140b沿着侧边缘151和侧边缘152彼此相对设置在第一端部部分153处。此外，第三偏置磁性元件140c和第四偏置磁性元件140d沿着侧边缘151和侧边缘152彼此相对设置在第二端部部分154处。偏置磁性元件140a-偏置磁性元件140d都具有面向谐振器条带150的其北(n)极。同样地，来自磁性元件的h场线在如图1c所示的箭头149、箭头148的方向上对准，其中段155a在与段155b被偏置的方向148相反的方向149上偏置。以该方式，每个1/2λr段在相反的纵向方向上偏置。当所有节段相等偏置且长度相等时，可实现所有振动节段的匹配频率，并且因此实现最大的相干性和能量存储。

mmr标记物100“的其他方面可与相对于图1a所描述的那些相同。

图1d示出了本发明的又一方面(mmr标记物100“‘)。mmr标记物100“‘包括一个或多个铁磁元件150，在该实施方案中，仅示出了单一谐振器条带。在一个方面，铁磁元件150具有基本上矩形条带形式，铁磁元件150具有相对的横向侧151和横向侧152、第一纵长端部153和第二纵长端部154。在另选实施方案中，铁磁元件可具有另一形状，诸如基本上椭圆形形状。

在该另选方面，如图1d所示，多个偏置磁性元件设置在侧边缘位置处，其中多个偏置磁性元件中的一些与铁磁元件150的第一端部节段和第二端部节段处于同一位置，并且其中多个偏置磁性元件中的其他的距铁磁元件150的第一端部节段和第二端部节段等距。例如，第一偏置磁性元件140a和第二偏置磁性元件140b沿着侧边缘151和侧边缘152彼此相对设置在第一端部部分153处。此外，第三偏置磁性元件140c和第四偏置磁性元件140d沿着侧边缘151和侧边缘152彼此相对地设置在沿着谐振器条带150的长度的中心纵向位置处，其中每个偏置磁性元件140c、偏置磁性元件140d被定位成距第一端部部分153和第二端部部分154等距。另外，第五偏置磁性元件140e和第六偏置磁性元件140f沿着侧边缘151和侧边缘152彼此相对地设置在第二端部部分154处。

偏置磁性元件140a、偏置磁性元件140b和偏置磁性元件140e、偏置磁性元件140f具有面向谐振器条带150的其南(s)极，并且偏置磁性元件140c、偏置磁性元件140d具有面向谐振器条带150的其北(n)极。同样地，来自磁性元件的h场线在如图1d所示的箭头148、箭头149的方向上对准，其中段155a在与段155b被偏置的方向149相反的方向148上偏置。以该方式，每个1/2λr段在相反的纵向方向上偏置。当所有节段相等偏置且长度相等时，可实现所有振动节段的匹配频率，并且因此实现最大的相干性和能量存储。

mmr标记物100“‘的其他方面可与相对于图1a所描述的那些相同。

如图4的分解图所示，mmr标记物100(或mmr标记物100’)还可包括壳体105。壳体105可包括基板115和覆盖物110。壳体105优选地为坚固的，并且被设计成安装和固定本文所述的谐振器构造。

如图4所示，mmr标记物100可包括用于支撑mmr标记物的(多个)谐振器条带150和一个或多个偏置磁性元件的基板115，以及用于包封mmr标记物部件的覆盖物110。在该方面，基板和覆盖物中的至少一个可包括侧限护特征部(诸如侧壁114)，侧限护特征部(诸如侧壁114)沿着(多个)谐振器条带的每侧定位以约束(多个)谐振器条带的侧面移动。

而且，在该方面，基板和覆盖物中的至少一个可包括一个或多个狭槽，一个或多个狭槽沿着(多个)谐振器条带的每侧定位且沿着(多个)谐振器条带的长度定位在端部和/或中心位置处(如图4所示，覆盖物110包括六个此类狭槽112)。在一个方面，一个或多个偏置磁性元件可(例如，通过使用摩擦配合或粘合剂)固定在一个或多个狭槽内。因此，壳体105可被构造成用于维持(多个)偏置磁体元件距铁磁元件侧面151、铁磁元件侧面152和端部部分153、端部部分154的正确距离。基板115可由柔性塑料材料形成，使得mmr标记物可弯曲(诸如当附连到柔性管时)。在另一方面，基板115可包括被提供以减少与振动带状物接触的表面积的一个或多个基座(这里示出了基座117a和基座117b)。根据具体情况，这些基座117a、基座117b被设计成在壳体中在中性节点的大约位置处以支撑带状物或带状物的堆叠。

此外，如图4所示，壳体还可包括被构造成用于包封前面提及的mmr部件的覆盖物110。覆盖物110和基板115可由塑料或任何其他不导电材料(诸如pvc或其他聚合物)形成。在一个方面，壳体105可使用传统的真空成形工艺形成。在优选的方面，壳体材料可维持其形状和在(多个)谐振器条带和(多种)偏置材料周围的间距。此外，或由于材料成分，或由于壳体壁的厚度，壳体105可形成为非刚性或柔性结构(例如，壳体105可为波纹形的)。再者，壳体105可具有薄型。例如，波纹形壳体可提供比扁平壳体更高的强度，并且可挠曲，使产品适用于直接内埋应用和塑料管应用。在另一方面，壳体可包括薄的垂直肋，薄的垂直肋可减少与壳体的侧面横撑的带状物摩擦，其中肋优选地与每个带状物的节点对准。

在本发明的另选方面，本文所描述的mmr标记物可放置在被设计成承受坚固条件的保护性封装或外壳体内。保护性封装可由诸如高密度聚乙烯(hdpe)的坚固材料形成。

本文所述的mmr标记物构造中的任一个可设置在地下资产(诸如管、导线管或其他设施)上或附近。例如，mmr标记物(诸如mmr标记物100)可为独立式标记物，mmr标记物(诸如mmr标记物100)可物理附接到地下资产(诸如管或其他公用设施)，或者mmr标记物(诸如mmr标记物100)可附接到位于地下资产处或附近的另一设备，诸如警示或警告带。此外，本文描述的mmr标记物可用于非地下环境，诸如用于定位和识别以其他方式隐藏而无法看到的(诸如在容器中或在建筑物墙壁、天花板或地板内的)地面上资产。

而且，mmr标记物可具体设计成在不同的频率下操作，不同频率与诸如不同的公用设施基础结构的独特资产类型(例如，水、废水、电、电话/电缆/数据和气体)相关联。例如，在一个方面，mmr标记物具有从约34khz至约80khz的频率范围。应当注意，对于一些应用，例如对于塑料管定位，频移是不期望的，其中多个mmr标记物可组合以实现附加的检测深度。于是，本文公开的mmr标记物可具有较长的长度，或者被聚类用于附加深度。此外，尤其对于管定位应用，mmr标记物可被采用用于不仅提供资产位置，而且还提供资产方向性。

在本发明的另一方面，图2a示出mmr标记物200，mmr标记物200被构造成为具有较长的长度和多个谐振器条带的设备。mmr标记物200包括多个铁磁元件250(本文中也称为谐振器条带或带状物)。在该实施方案中，铁磁元件包括六个谐振器条带250a-谐振器条带250f，六个谐振器条带250a-谐振器条带250f以堆叠布置直接放置在彼此的顶部上，而不需要任何隔离物或其他分离结构。用五个谐振器条带，设备可提供增加的信号和频率稳定性。虽然五个谐振器条带被示出为包括铁磁元件堆叠250，但是根据条件，多个铁磁元件可包括2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个，或更多个谐振器条带的堆叠。

在一个方面，每个铁磁元件250具有基本上矩形条带形式，铁磁元件250具有相对的横向侧251和横向侧252、第一纵长端部253和第二纵长端部254。在另选实施方案中，铁磁元件可具有另一形状，诸如基本上椭圆形形状。

在本发明的该方面，谐振器条带250每个包括具有磁致伸缩属性的铁磁材料，诸如磁性无定形合金或结晶材料，诸如购自德国哈瑙的真空熔炼公司或南卡罗来纳州的哥伦比亚市的美特格拉斯股份有限公司(vacuumschmelzegmbhofhanau,germanyormetglas,inc.ofconway,s.c)的那些。谐振器条带的物理尺寸诸如长度(l)、宽度(w)和厚度可基于包括期望的响应频率的多个因素来选取。带状物可退火或不退火。

在本发明的该方面，谐振器条带250每个具有为对应的谐振频率的半波长的整数倍的长度，具体地，谐振器条带的总体长度为四个1/2λr段。如图2a所示，谐振器条带250具有对应于每个半波长段(这里是段255a、段255b、段255c和段255d)的长度的总体长度，其中段255a具有长度l1，段255b具有长度l2，段255c具有长度l3，并且段255d具有长度14。

虽然相对于长度2l(其中在另选方面中，l是两个1/2λr段的长度)的谐振器条带堆叠描述了图2a的实施方案，但是如本说明书给出的本领域普通技术人员将理解，也可利用具有3l或4l的总体长度的mmr标记物。

与先前所述的实施方案一样，将谐振器条带偏置到产生磁致机械能量传递和存储的最高水平的h场是有利的。因而，为了将检测范围增加到以期望频率fr操作的mmr，影响谐振器条带的偏置是有利的，这将允许较长带状物长度。在该方面，该效应可通过沿着带状物的长度在基本上每1/2λr波长处使偏置场h的方向交替来实现。

在该方面，如图2a所示，第一偏置磁性元件240a沿着侧边缘251设置，并且第二偏置磁性元件240b沿着侧边缘252设置在相对位置处，其中偏置磁性元件240a、偏置磁性元件240b中的每个偏置磁性元件距第一端部部分253等距。此外，第三偏置磁性元件240c沿着侧边缘251设置，并且第二偏置磁性元件240d沿着侧边缘252设置在相对位置处，其中偏置磁性元件240c、偏置磁性元件240d中的每个偏置磁性元件定位成更靠近第二端部部分254且距第二端部部分254等距。在该构造中，偏置磁性元件具有面向彼此的其相应的北(n)极。同样地，来自磁性元件的h场线在如图2a所示的箭头248、箭头249的方向上对准，其中段255a和段255c在与段255b和段255d被偏置的方向249相反的方向248上偏置。以该方式，每个交替1/2λr段在相反的纵向方向上偏置。当所有节段相等偏置且长度相等时，可实现所有振动节段的匹配频率，并且因此实现最大的相干性和能量存储。

偏置磁性元件240a-偏置磁性元件240d可包括上面相对于图1a所述的相同材料。

在另一方面，图2b示出另一延伸长度mmr标记物200’。mmr标记物200‘包括具有修改的偏置磁体构造的单一铁磁元件250(本文中也称为谐振器条带或带状物)。如将理解的，在另选方面，多个铁磁元件也可与该偏置磁体构造一起使用

在图2b的实施方案中，铁磁元件250包括基本上矩形条带形式，铁磁元件250具有相对的横向侧251和横向侧252、第一纵长端部253和第二纵长端部254。在另选实施方案中，铁磁元件可具有另一形状，诸如基本上椭圆形形状。

在本发明的该方面，谐振器条带250包括具有诸如上面描述的那些的磁致伸缩属性的铁磁材料。谐振器条带250具有为对应的谐振频率的半波长的整数倍的长度，具体地，谐振器条带的总体长度为四个1/2λr段。

在该方面，如图2b所示，第一偏置磁性元件240a沿着侧边缘251设置在距第一端部部分253对应于1/2λr的距离处。第二偏置磁性元件240b沿着侧边缘设置在距第一端部部分253和第二端部部分254两者等距的位置处。此外，第三偏置磁性元件240c沿着侧边缘251设置且定位在距第二端部部分254对应于半波长的距离处。在该构造中，偏置磁性元件240a和偏置磁性元件240c具有面向谐振器条带250的其相应的北(n)极，并且偏置磁性元件240b具有面向谐振器条带250的其南(s)极。同样地，来自磁性元件的h场线在如图2b所示的箭头248、箭头249的方向上对准，其中段255a和段255b在与段255b和段255d被偏置的方向249相反的方向248上偏置。以该方式，每个交替1/2λr段在相反的纵向方向上偏置。当所有节段相等偏置且长度相等时，可实现所有振动节段的匹配频率，并且因此实现最大的相干性和能量存储。

偏置磁性元件240a-偏置磁性元件240c可包括如上所述的相同材料。

在本发明的另选方面，除了沿着侧边缘偏置之外或代替沿着侧边缘偏置，mmr标记物可利用端部偏置。例如，在另一方面，图3a示出mmr标记物100^iv。mmr标记物100^iv包括一个或多个铁磁元件150，在该实施方案中，仅示出了单一谐振器条带。在一个方面，铁磁元件150具有基本上矩形条带形式，铁磁元件150具有相对的横向侧151和横向侧152、第一纵长端部153和第二纵长端部154。在另选实施方案中，铁磁元件可具有另一形状，诸如基本上椭圆形形状。

在该另选的方面，如图3a所示，偏置磁性元件140a和偏置磁性元件140b分别定位在第一端部部分153和第二端部部分154处。在该构造中，偏置磁性元件140a和偏置磁性元件140b具有面向谐振器条带150的其南(s)极。同样地，来自磁性元件的h场线在如图3a所示的箭头148、箭头149的方向上对准，其中段155a在与段155b偏置的方向149相反的方向148上偏置。以该方式，每个1/2λr段在相反的纵向方向上偏置。在该方面，端部偏置可被采用用于具有一个波长的总体长度的谐振器条带。

因为偏置磁性元件具有面向彼此的其s极，所以mmr设备还可包括一个或多个抑制元件，抑制元件被构造成用于使(多个)带状物保持远离两端定位的磁性元件。例如，(多个)谐振器条带150还可包括沿着谐振器条带的长度形成在中性节点位置处的至少一个孔。在该另选方面，设备壳体还可包括将插入到(多个)孔中的至少一个固定销，至少一个固定销将防止(多个)谐振器条带的位移。

mmr标记物100^iv的其他方面可与相对于图1a所描述的那些相同。

在又一方面，图3b示出mmr标记物100^v。mmr标记物100^v包括一个或多个铁磁元件150，在该实施方案中，仅示出了单一谐振器条带。在一个方面，铁磁元件150具有基本上矩形条带形式，铁磁元件150具有相对的横向侧151和横向侧152、第一纵长端部153和第二纵长端部154。在另选实施方案中，铁磁元件可具有另一形状，诸如基本上椭圆形形状。

在该另选方面，如图3b所示，偏置磁性元件140a和偏置磁性元件140b分别定位在第一端部部分153和第二端部部分154处，而偏置磁性元件140c沿着侧边缘151设置在距第一端部部分153和第二端部部分154等距的位置处，并且偏置磁性元件140d沿着侧边缘152设置在与偏置磁性元件140c相对位置处，该相对位置也距第一端部部分153和第二端部部分154等距。在该构造中，偏置磁性元件140a和偏置磁性元件140b具有每个面向谐振器条带150的其南(s)极，并且偏置磁性元件140c和偏置磁性元件140d具有面向彼此的其相应的北(n)极。同样地，来自磁性元件的h场线在如图3b所示的箭头148、箭头149的方向上对准，其中段155a在与段155b被偏置的方向149相反的方向148上偏置。以该方式，每个1/2λr段在相反的纵向方向上偏置。在该方面，端部偏置可被采用用于具有一个波长的总体长度的谐振器条带。

与上面相对于图3a描述的实施方案一样，mmr设备还可包括一个或多个抑制元件，一个或多个抑制元件被构造成用于使(多个)带状物保持远离两端定位的磁性元件。

mmr标记物100^v的其他方面可与相对于图1a和图3a所描述的那些相同。

如上所述，mmr标记物可具体设计成在不同的频率下操作，不同频率与诸如不同的公用设施基础结构的独特资产类型(例如，水、废水、电、电话/电缆/数据和气体)相关联。

便携式定位设备可用于检测本文所述的mmr标记物。在us2012/068823中描述了示例性便携式定位设备，其全文以引用方式并入本文。这样的定位设备可包括单一天线，单一天线用于生成电磁场并检测mmr标记物100(或其他)的响应。在另选方面，便携式定位设备可包括多个天线，其中一个天线可用于生成电磁场，并且第二天线可用于检测mmr标记物对所生成的场的响应。为了更好的便携性，定位设备可为电池供电的。集成显示器可向用户提供关于定位的mmr标记物和mmr标记物与其相关联的资产的多种信息。例如，显示器可提供关于标记物和资产深度、方向的信息，或关于mmr标记物的其他信息。示例性便携式定位设备包括3m^tmdynatel^tm1420定位器和3m^tmdynatel^tm7420定位器，两者由明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompanyofst.paul,minn)分销。在一个实施方案中，定位设备固件可被编程，以便调谐定位器天线以辐射特定或若干个特定期望的频率。

在另选方面，本文所述的mmr标记物可用作提供时间、温度和/或化学信息的灭菌指示器系统的一部分。在另外的另选方面，本文描述的mmr标记物可用作提供时间和温度信息的易腐坏(例如，食物腐败)指示器系统的一部分。在另外的另选方面，本文描述的mmr标记物可用作泄漏检测系统的一部分，该泄漏检测系统为地面上或地面下公用设施提供泄漏信息。另选地，本文描述的mmr标记物可被设计成在物理上受改变条件的影响，使得信号响应可随时间推移或条件变化，从而向用户指示某些信息。

实验

进行实验，比较根据上面描述的构造中的一个或多个设计的mmr标记物与具有传统底部偏置磁体设计的mmr标记物(诸如在us2012/068823中描述的)的各种特性。

除非另外指示，否则谐振器材料被选择用于在约55khz下操作。用于实验样本的谐振器材料由德国哈瑙的真空熔炼公司(vacuumschmelzegmbhofhanau,germany)(退火的11.9mm扁平vc4613m13(11.9mmflatvc4613m13,annealed))供应。相对于每个相应实验指示谐振器条带尺寸。

mmr标记物用大约30hz(或33ms周期)的重复率在谐振频率下用220个循环的脉冲串进行激励。使用具有大约12"(或0.305m)的半径以及每个子线圈30匝的亥姆霍兹线圈(下面所示的)完成激励和检测。亥姆霍兹设置也用于使测试样本经受相当于地球的磁场的直流(dc)磁场。

沿着x轴线的中心中的b场公式如下：

b＝(5/4)^3/2×(μoni)/r

其中b为磁场密度(特斯拉)；

μ0为磁导率(1.26×10–6tm/a)；

n为每个子线圈的匝数(匝)；

i是通过每个线圈的电流(a)；

r为线圈半径和线圈之间的距离(m)。

亥姆霍兹线圈布置在中心区域周围维持基本上恒定的场，并且适用于测试样本的几何形状。使用ac电流源完成激励，该ac电流源可被构造成用于用可调节重复率在具体频率下生成220个循环脉冲串。示波器被用作收集数据的电压采集仪器。

通过用平均和滤波重复捕获，可遏制外部噪声。在这些实验中，对所接收的信号进行滤波和平均以减少噪声影响，然后以相对标度(例如，如db)记录所接收的信号。该标度与内埋电子标记物检测相关，由于它用于可商购获得的检测设备。由于随着距检测器的距离大的信号变化，使用对数标度，来自谐振标记物设备的返回信号与距离的反向六次方成比例(单程反向三次，往返变成为反向六次方)。相当于大约0.1moeac或更小的信号被用于模拟来自在3’-4’的距离处的典型标记物定位器的激发场。

如对于本说明书中给出的本领域的普通技术人员将显而易见的，存在用于将ac和dc源耦合在一起以及测量来自亥姆霍兹线圈的mmr标记物的所接收的信号的若干种另选方法。

为了模拟地球磁场的影响，用高斯计测量环境磁场是重要的。将亥姆霍兹线圈放置在沿着线圈的x轴线存在很少或不存在环境直流场的地方是重要的。如果这是不可能的，则沿着x轴线的环境直流场必须当模拟地球的场时用代数方法加到诱导的直流场。

步骤1：测试样本沿着x轴线放置，用于最大耦合到亥姆霍兹线圈且用于准确模拟地球的磁场。

步骤2：以频率扫描固定幅度ac信号电流，同时对来自mmr标记物的返回信号进行采样。测量并记录每个频率下的返回信号。最大返回信号的绝对频率和相对幅度被记录，被称为频率(hz)和增益(db)。

步骤3：将dc信号电流设定为电流以模拟-1.5oe至+1.5oe之间的地球磁场的具体幅度。

步骤4：用0.3oe步长重复步骤2与3。

实验1

图5a和图5b示出了具有差分偏置的实验mmr设备(mmr样本1-图5b)与传统底部偏置mmr设备(图5a)的比较(谐振频率(hz)对磁场偏离(oe))。mmr样本1包括单一谐振器条带，单一谐振器条带具有类似于上面相对于图1a所述的mmr标记物100的构造。谐振器条带具有以下尺寸—约80mm(l)×11.9mm(w)。侧边缘偏置磁体是块形(t1/16"、h1/8"、w1/4")的kj磁性ndn42sh超级磁体(kjmagneticsndn42shsupermagnets)，其中磁化通过厚度。侧面磁体间距被调节到使来自mmr设备的返回最大化，如图1a所示，mmr设备包括一个带状物，该带状物是谐振频率的整个波长(即，具有相反偏置方向的两个1/2波长)。

相比之下，传统设计包括偏置磁体条带、塑料隔离物和两个相同的40mm长带状物的堆叠。带状物每个具有谐振频率的1/2波长的长度。两个mmr设备由于其谐振波长在55khz范围中的频率处进行调谐，该谐振波长在大约40mm长度处是相同的。来自mmr设备的最大增益或返回信号是偏置场的函数，该偏置场主要沿着纵向轴线耦合到带状物。隔离物被调节以使返回信号最大化。

图5b示出了与传统mmr设备相比mmr样本1具有显著更高的频率稳定性和更高的增益。在两者中使用相同量的谐振器带状物材料的情况下，与传统构造相比，mmr样本1示出相当于功率超过4x的超过+6db的增益增加，以及在+/-0.6oe地球的磁场范围内的mmr谐振频移的接近10x减少，消除了由传统mmr谐振器经历的大于1％的频移。实验设计mmr样本1的频率稳定性的增加给出了检测器—标记物系统和范围的增加的检测效率。它也使得能够更广泛地使用这样的稳定的谐振器设备，这样的稳定的谐振器设备呈现高能量传递效率以被用作精密材料传感器，而不需要内部电源。

实验#2

图6示出了具有差分偏置的另一实验mmr设备(mmr样本2)的增益和频率稳定性(谐振频率(hz)对磁场偏离(oe))。mmr样本2包括具有3l的长度(3个全波长@55khz)的五个谐振器条带的堆叠(类似于图2a所示的)的谐振器。每个谐振器条带具有以下尺寸：240mm(l)×11.9mm(w)。偏置磁体布置为具有3对磁体的侧面偏置磁体，其中中心磁体与相邻磁体对纵向间隔一个全波长。侧边缘偏置磁体与实验#1中所使用的相同。

图6示出了mmr样本2具有比传统mmr谐振器增加约28db的显著更高的净增益，在更宽的外部dc场内具有优异的频率稳定性。注意，图6的频率垂直标度是50hz/格，50hz/格是图5中使用的频率垂直标度的1/10，图5中使用的频率垂直标度为500hz/格。也注意，与图5中使用的5db/格(或78％/格)的增益垂直标度相比，图6的增益垂直标度是1db/格(或12％/格)。

传统构造的mmr谐振器中的较高增益导致在外部磁场下增加的频移。这是由于传统构造的非差分偏置布置。在实验设计中，使用整个波长(即，同一带状物中偶数个1/2波长)长带状物的差分对提供了对外部场的强效阻隔。阻隔的程度取决于带状物材料的b-h曲线的线性度。换句话讲，在操作点附近材料的传播速度的改变与偏置场的改变为线性关系，并且对于偏置的正改变或负改变将相等地偏移。由此，当一对带状物经受差分偏置构造(沿着纵向方向相反)时，带状物的一个段将经历传播速度的减少，而另一半将经历传播速度的增加，导致通过全波长带状物的恒定的传播速度。当带状物被偏置到mmr谐振器中f对b的基本线性区中时，获得甚至更合适的线性度结果。

因此，本文所述的mmr标记物可用于许多不同的识别和位置应用。例如，mmr标记物可为独立式标记物，它可物理附接到地下资产，诸如管或其他公用设施，或者它可附接到位于地下资产处或附近的另一设备，诸如警示或警告带。若干种谐振器条带构造可用于识别内埋在地表面下面4’到6’的深度处的资产。差分偏置构造也可显著减少地球的磁场对检测的信号的负面影响。此外，本文描述的mmr标记物可用于非地下环境，诸如用于定位和识别以其他方式隐藏而无法看到的(诸如在容器中或在建筑物墙壁、天花板或地板内的)地面上资产。

另外的实施方案提供设备，该设备可将磁性上同相且机械上异相的所有谐振耦合在单一长谐振器条带中。此外，可使用简单的矩形形状，从而消除对昂贵带状物切割仪器的需要。

一个波长或高阶的堆叠聚类可用于可挠曲或弯曲的表面，而长的多波长带状物将更适用于扁平表面。这些可弯曲谐振器的优点在于它们在弯曲时不会被损坏，并且将正常地在扁平位置中工作。

当应用于诸如塑料管的圆柱形表面时，使偏置磁体倾斜并使它们移位以便减少曲面上mmr谐振器的轮廓是有利的。只要带状物在高增益偏置点处被偏置，谐振器将以与磁体在与带状物相同的平面中的相同方式起作用。

为了这些谐振器构造工作，每个1/2波长段中的偏置场不必是均匀的，然而使用偏置磁体并将它们定位以获得基本均匀的偏置场是有利的。该均匀度将致使甚至更高的信号，并且可针对每个目标应用进行优化，以降低成本或增加性能。

现已参考若干独立的实施方案描述了本发明。上述详细描述已被给出仅用于清楚地理解本发明。不应将之理解为或用作不必要的限制。在不脱离本发明范围的情况下，在所描述的实施方案中进行许多修改对本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围不应受本文所述细节和结构的限制，而是仅受权利要求的语言描述的结构及其那些结构的等同物的限制。