磁性数据标识的制作方法

专利名称：磁性数据标识的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁性标记上的数据存储领域，该磁性标记特别(但不是排它地)用作光学条形码的替代物。
各种形式的商品标志或标识已为人们众所周知。包括光学条形码，RFID(射频标志)，EAS(电子商品保证物)，磁性数据记录和磁性传感器。
光学条形码被广泛应用，并具有成本低，通过使用标准印刷技术易于生产的优点。但是，条形码阅读器系统要求在阅读器和物品标记上的条形码之间存在直接的光学通路。
RFID是一种成本相当高的技术，尽管可广泛应用于许多应用，包括动物标识和机场行李标记。该技术以附着在感应(交流电磁性)天线上的硅芯片为基础。该硅芯片包括有一个简单的接收器和发射器，以及处理器和数据存储器。RFID标记由外部交流电磁场询问，外部交流电磁场另外可用于给该装置供提供动力。RFID装置和系统的生产商很多，包括GEM Plus，Texas Instruments和Philips。
EAS(电子商品保证物)和出于安全目的附着在零售物品上的标记或标签的应用有关。可由询问系统检测该标记的存在，并且当检测到时，触发警报。询问系统通常被布置在商店和店铺的出口附近，以预防并阻止入店行窃。大多数EAS系统使用交流电磁场(感应磁场)，该标记装有专用的磁性材料，该磁性材料提供有效或者无效的器件。
磁性EAS系统后面的原理是一种磁性标记的检测方法。EAS系统中使用的磁性材料主要有三种形式旋转熔融材料(spin meltmaterial)的带状物，薄膜材料和非晶态丝线。用于检测该磁性元件的物理性质主要有三种。第一种使用材料的磁致伸缩性能(长度随着施加的磁场强度的改变而变化)。询问交流磁性询问场被用于以其固有的机械共振频率激发该磁性元件。当该磁性元件机械共振时，借助其发出的磁场，检测该磁性元件。这可被描述为声磁检测方式。例如，US-A-5420569描述了一种机械共振磁性数据标记。
使用的第二种效应是磁性材料的非线性B-H回线特征。空间均匀的直流(偏移)磁场被施加在询问区域上。该磁场随着时间(缓慢地)被改变。同时通常在几千kHz下施加一个交流磁场。当标记由直流磁场偏移到正确的水平时，产生所施加的交流磁场的谐波，该谐波由接收装置检测。或者向该标记施加单一频率，通常约为200Hz，并检测高次谐波。这些方法被称为‘谐波检测’或者‘E.M.’方法。
第三种检测方法使用‘Barkhausen’效应。对磁性元件施加一个直流偏移磁场，并且该磁场随着时间缓慢地被改变。磁性材料具有材料中的净磁化(M)发生极端非线性变化的性质。施加的磁场(H)的细微变化导致磁化(M)的巨大(跳跃)变化。注意磁化M指的是磁性元件和施加在该材料上的磁通量B。利用外部线圈可检测该磁性元件的净磁化方面的巨大并且快速的变化，该线圈检测由线圈中磁通量的快速变化速率引起的电动势(‘尖头信号’)。该方法被称为‘Barkhausen’效应，并且最佳‘材料’具有方形B-H回线。当产生‘尖头信号’时，磁性元件有效地从正饱和转变为负饱和。例如，US-A-4660025描述了一种基于表现出Barkhausen效应的单丝或带状磁性材料的EAS磁性标记。
下面将简要说明已知的各种类型EAS标记的其它例子。US-A-4960651描述了使用薄膜磁性材料的EAS标记。US-A-5083112描述了包括薄膜材料的层状迭层结构的EAS磁性标记。层状结构的目的是产生一种标记，其中所有各层的磁化的易磁化轴均被对准，从而所有薄膜作为单个实体彼此相反，于是产生明显的，易于识别的响应。该专利还公开了双向标记，其中各层被叠层为使彼此的易磁化轴方向互成90°。这确保对于所有询问场方向，都可获得响应。US-A-5605768描述了一种备选磁性EAS标记，其中可借助平面元件上的平行丝线元件的排列存储数据，平面元件的易磁化轴被布置成与丝线元件的易磁化轴成特定的角度，以产生较大的Barkhausen效应。US-A-5005001描述了一种使用旋转磁场来询问铁磁体标记的EAS系统。
和供EAS系统使用的标记相反，数据或识别标记需要区别若干离散的磁性元件的能力，所述若干离散的磁性元件对数据编码。例如，在US-A-5204526中，借助磁性元件的不同的矫顽力，区别磁性元件。作为另一例子，US-A-5594229描述了包括大量的随机分散的双稳态磁性元件的磁性标记，当利用线性磁场梯度询问时，双稳态磁性元件产生特殊的特征，从而可用于检测伪造物品。PCT公开WO96/31790公开了一种呈细带状磁性区域或线性阵列磁性区域形式的磁性数据标记，利用沿线性空间方向延伸的线性磁场梯度询问该磁性数据标记。PCT公开WO 98/26312公开了一种由带状磁性材料构成的磁性数据标记，磁性材料被布置成线性阵列的平行元件，或者成‘横断’排列，其中条状磁性材料被布置成圆或球的直径。这些类型的标记的缺点是尺寸较大，并且数据密度较低。
根据本发明，提供一种存储数据的磁性标记，它包括若干磁性层，每一层对施加的磁场表现出指向性响应，其中相应各层的指向性响应的相对定向确定要存储的数据。
层状结构提供了紧致并且空间利用率高的装置，该装置具有相当高的存储容量。意想不到的是，在所描述的实施例中，该结构在层与层之间只表现出较小的有害磁相互作用。
每个磁性层可包含位于非磁性层上的一层薄膜磁性材料，从而可产生具有相当高的数据存储容量的紧致装置。
该标记还可包括用于提供偏移磁场，从而使该标记是可编程的硬磁层。
在一种存储数据的同时，有利地改进误差容限的方案中，按照预定的级数，例如以诸如对数-间隙代码(logarithimic-gap code)之类的递增级数的形式安排相邻层之间指向性响应的定向的角距。
根据本发明的另一方面，提供了用于存储数据的可编程磁性标记，该标记包括若干软磁元件，每个软磁元件对施加的磁场表现出指向性响应，还包括用于提供偏移磁场，从而使该标记可编程的一层硬磁层。可与硬磁元件中的剩磁磁场的方向有关地存储数据。
本发明还提供了对磁性标记编程的方法，包括对硬磁元件施加定向磁场，随后除去该磁场的步骤。
根据本发明，还提供了制造磁性数据标记的方法，包括相对于彼此以一定的角定向布置多层磁性层，每一层对施加的磁场表现出指向性响应，从而相应各层的指向性响应的相对定向确定要存储的数据。
根据本发明的另一方面，磁性数据标记制造方法包括把磁性标记薄片分割成两部分或更多部分，以形成多个标记，该薄片包含多个平面磁性层，每一层对施加的磁场表现出指向性响应，其中各层相对于彼此被定向，以便各层的相应指向性响应的相对定向确定要存储的数据。
这是本发明关于大批量制造的一个显著优点，特别地，由于它提供了由大张的标记材料克隆(clone)大量低成本标记，以产生全部具有相同数据特征的标记的能力。
根据本发明，还提供了一种磁性数据标记阅读器，包括在询问体积中产生旋转磁场的装置，检测询问体积中的磁性数据标记的接收线圈结构，该线圈结构包括布置在该询问体积周围的第一和第二接收线圈对，每个线圈对被布置成平衡，以便不存在由旋转磁场在线圈对两端之间感应产生的净电动势。
本发明还提供一种用于阅读多层磁性数据标记的磁性标记阅读器，包括被构造成细且扁平的螺线管的发射线圈，用于在询问体积中产生旋转磁场，以及安装在螺线管的平面的周围，基本上与旋转磁场零耦合的接收线圈结构。
根据本发明，还提供了使用旋转询问磁场询问多层磁性数据标记的方法，其中对于该询问磁场的每个360度旋转，该标记的各层产生两个响应，该两个响应由标称间隙分隔，该方法包括根据这两个响应之间的标称间隙，确定来自同一层的两个响应之间的间隙的偏差。
根据本发明，还提供了一种读取存储在磁性标记上的数据的方法，该磁性标记包括多个磁性元件，每个元件对施加的磁场表现出指向性响应，其中相应元件的指向性响应的相对定向确定当沿一个方向阅读该标记时，代表该数据的代码序列，以及当沿另一方向阅读该标记时，代表该数据的相反代码序列，该方法包括处理该代码序列和该相反代码序列，以产生相同的数据输出的步骤。由于询问体积中标记的定向可能未知，因此从沿任一方向阅读的代码产生相同的数据输出，使标记可以在询问体积中以任一方式朝上放置。
根据本发明，还提供了阅读磁性数据标记的设备，该磁性数据标记包括多个磁性元件，每个元件对施加的磁场表现出指向性响应，该设备包括产生阅读该标记的询问磁场的装置，检测标记对询问磁场的响应的装置，及确定询问磁场在标记平面中的定向的装置。
下面将参考附图举例说明本发明的实施例，其中

图1图解说明了构成本发明的物理物品。
图2图解说明了本发明的主要部件和组件。
图3图解说明了在‘2-D’实施例中使用的电线圈的布置。
图4表示了‘2-D’实施例中询问线圈的布置。
图5表示了一个接收线圈组。
图6图解说明了由本发明产生的磁场图形。
图7表示了单个磁性元件，及它与询问磁场的交互作用。
图8表示了构成磁性元件的磁性材料的B-H回线特征。
图9图解说明了来自一个磁性元件的检测信号。
图10图解说明了磁性数据标记。
图11表示了来自原型磁性数据标记的输出信号。
图12图解说明了从磁性数据标记检测到的接收信号。
图13是接收电路的示意图。
图14是来自校准标记的输出。
图15是‘发射’电路的示意图。
图16是2-数位磁性数据标记的17是磁性元件定向角的制造容限的表。
图18是对于代码00-50，标记中使用的绝对定向角的表。
图19是对于代码51-99，标记中使用的绝对定向角的表。
图20表示了一种大量制造磁性数据标记的方法。
图21是单面阅读器的示意方框图。
图22表示了单面天线组件。
图23表示了衅22的组件中使用的印刷电路接线线圈的细节。
图24表示了来自7-层标记的模拟输出信号。
图25是阅读器采用的‘锥形’扫描的图。
图26是单面阅读器处理算法的流程图。
图27是处理算法的数据采集部分的流程图。
图28是把数据转换为定向角的流程图。
图29是2-数位标记解码算法的流程图。
图30是4-数位标记解码算法的流程图。
图31是可变长度数据解码算法的流程图。
图32图解说明了可编程标记。
图33图解说明了与阅读可编程标记相关的磁性矢量场。
图34图解说明了从可编程标记检测到的信号。
图35是对可编程标记数据解码的流程图。
图36表示了可编程标记的另一实施例。
图37表示了3-D阅读器实施例中接收线圈的布置。
图38图解说明了接收线圈的物理布置。
图39表示了3-D阅读器实施例中发射线圈的布置。
图40表示了发射线圈的物理布置。
图41表示了所有线圈的物理布置。
图42是‘3-D’阅读器系统的示意方框图。
图43表示了询问驱动波形和接收信号。
图44表示了处理过程中使用的卷积函数。
图45是3-D解码处理算法的顶层流程图。
图46是数据采集算法的流程图。
图47是磁场方向算法的流程图。
图48是‘尖头信号’检测算法的流程图。
图49是极小化算法的流程图。
图50是间隙角的最佳确定的流程图。
图51是阅读器的备选磁场发生装置。
图52是磁性数据标记的一个备选实施例。
参见图1，根据本发明的系统包括磁性数据标识1，询问器2和通过电缆4与询问器相连的处理电子器件3。图2图解说明了在下面的正文中发明人使用的主要元件和术语。标记1被附着在被标注或标识的物品5上，并被放置询问体积6内。下面描述标记1的结构。标记1由磁场7询问，磁场7由‘发射’线圈组8产生。标记1响应询问(或发射)磁场7，产生可检测的磁场响应9。磁场响应9由‘接收’线圈10检测。发射线圈8和接收线圈9构成称为天线11的组件。询问体积6和天线11构成询问器2。产生的信号由电子处理器3处理，可在输出端12得到标记上存储的数据。电子处理器由电输入端13供电。
2-D读孔器图3图解说明了‘2-D扫描询问系统’的原理。这种系统可询问询问体积6中的一个标记，其取向基本上在一个平面内。这种类型的系统是一种简单形式，一开始将用于说明询问系统操作。标记1由二对‘发射’线圈15和16，17和18产生的磁场询问。发射线圈对15和16产生H-场HY19。该磁场将基本均匀地穿过阅读小孔。术语“均匀”用于描述在空间体积内具有基本相同的幅度和方向的矢量场。线圈17和线圈18产生磁场Hx20。接收线圈21和22都被布置成使它们的磁轴(定义为冲击磁场矢量沿其方向产生最大电动势-emf的矢量)分别对准Hv和Hx方向。
每个接收线圈21或22包括直径不同的两个短螺线管。图5中这两个螺线管被表示为26和27。在所描述的实施例中，线圈26的直径为119毫米，长度为25毫米，并包括60匝直径0.355毫米的上釉铜导线(ecw)。线圈27的直径为86毫米，长度为25毫米，并包括110匝0.355毫米的ecw。这两个线圈26和27被串联连接，从而形成组合的接收线圈22。接收线圈22具有约为1mH的电感和8ohm的电阻。线圈21与之类似，不过直径稍小，以便当线圈21装入线圈22中时，能够关于相同的中心点，使这两个线圈正交。
现在来描述接收线圈的操作。包括线圈26和27的接收线圈对21被设计成在存在发射磁场20时，由线圈26和27产生的电动势彼此相等并且相反。这种安排被描述为‘平衡’，并且由对本领域技术人员来说显而易见的多种技术实现。方法包括改变线圈之间的匝数比，封闭线圈面积的轻稍变形，或者非常细微的取向变化。当把标记或者任意其它磁性材料放入线圈27内时，其导磁性特性使磁场通量线与磁性材料接合。其效果是和不具有磁性材料的情况相比，使更多的通量进入线圈27中。线圈21输出电动势正比于接合的通量的变化速率，并且当使用交流磁场时，当把具有导磁性的磁性材料放入线圈27中时，观察到来自于线圈对26和27的净输出电压。该特征是已知技术，并且磁力计，用于表征磁性材料特性的仪器使用了该特征。本发明中使用的接收线圈21或22的特征是它们检测标记材料中的导磁性变化，同时不受发射磁场的影响。当由于‘平衡’，接收线圈21不受发射磁场20影响时，接收线圈21也不受发射磁场19影响，因为其磁轴正交于磁场19。
下面将关于图4来说明发射线圈的操作。发射线圈成对布置，每对发射线圈产生一个正交磁场。线圈对15和16被串联电连接。本例中，线圈15包括90匝缠绕成3层的1毫米上釉铜导线，是长度为30毫米，直径为150毫米的短螺线管。线圈对15和16的合成电感为3.3mH。线圈对15和16沿其磁轴相距110毫米。线圈孔是‘圆角方形(rounded square)’。这使第二线圈对17和18可安放在另一发射线圈的直径内，线圈对17和18类似地间距110毫米。重要特征是在标记周围产生的磁场19和20是均匀的，并且是正交的。由每个线圈对产生的磁场均为2.75kA/m。每个线圈对由电流波形驱动。
发射电流波形被设计成产生使每对线圈产生磁场Hx＝Acos(wt)Hy＝Asin(wt)产生的合成场矢量是垂直于平面23，并且围绕z轴，以ω弧度/秒的速率旋转25的均匀磁场24。在所描述的实施例中，ω被设定为144Hz(磁场每秒旋转144周)。该频率的上限由该材料倒转磁性状态的速度设定。下限由由所需的数据读取速率，Barkhausen跳跃的增大程度及低的旋转速率(例如20Hz)下，磁性材料中转换点(switching point)不稳定性设定。
图6是来自一组发射线圈15和16的二维磁场模型的输出。线圈15和16沿着它们的磁轴物理间隔一定的距离28。在该模型中，配置有软磁屏蔽29。线圈的布置类似于‘Helmholtz布置’。线圈在询问体积内产生包括矢量24的‘均匀磁场’。
磁性元件的检测方法下面参考图7和8来描述单一元件数据标记的操作。标记元件30的材料是在PET塑料基体上溅射的磁性材料涂层。由Belgium，Zulte的IST生产的，并以Atalante商标销售的材料是恰当的(件号-SPR97017A)。该材料具有在23微米PET膜上溅射的0.9微米磁性材料。在一个实施例中，标记元件30为10毫米见方。磁性材料的体积影响接收的信号水平。该磁性材料具有对施加的磁场的方向敏感的性质。具体如图7中所示，在存在正交于材料定向方向31的‘横轴’磁场24的情况下，软磁材料将不饱和。下面相对于图8来说明材料特性。当沿着定向方向31施加H-场时，在克服材料矫磁力(约为5A/m)之前，不存在材料磁化(由材料产生的B-场)。在点35，材料开始产生磁化，迅速增大到点36。点35和36之间的直线的斜率是标记的导磁率(直流下，定向方向上的材料导磁率为50000)。该标记应具有高的导磁率。点36之外，材料完全磁饱和，朝着点37进一步增大施加的磁场不会产生更大的磁化。导致饱和的施加H-场约为40A/m(对比，地球磁场约为80A/m)。该材料具有极好的方向性。横轴饱和场被定义为必须使正交于材料定向方向31的场饱和的值。该值均为3kA/m。如果施加的横轴场方向被旋转，例如1°，则将沿材料定向方向31产生一个分量。如果工作场水平刚好低于3kA/m的横轴饱和值，则偏离准确的横轴方向1°的偏差导致大约1/60或沿材料定向方向50A/m的场。该场水平足以使材料磁饱和。可看出标记磁性元件可被做成灵敏的磁场方向探测器。
换句话说，标记元件材料具有由易磁化轴31说明的方向性。易磁化轴被定义为沿该方向，材料最易于被外部施加磁场磁化的方向。正交于易磁化轴施加的磁场沿该易磁化轴方向的净分量为零，并在该元件中导致零磁化M。正交场饱和点被定义为导致该材料饱和的正交于易磁化轴的磁场的量值。
下面关于询问系统来说明标记元件读操作。使发射场24以144Hz的速率旋转。每次旋转，场24将两次正交于材料定向方向，或者易轴化轴31，标记元件的磁化将具有零交点。在所有其它时刻，标记材料保持饱和状态。当磁场24转过垂直于材料定向方向31的方向时，标记材料将转变通过点33，34，35，36和37。其它零交点完成B-H回线38的其它部分。当沿着材料定向轴31分解的施加发射场从点34通过点36时，则接收线圈对将检测标记元件中的磁化变化(速率)。图9表示了该系统的接收信号输出。轴39代表来自于接收电路(图13所示)的测量电压，轴40代表时间。线条41代表发射线圈的驱动电流波形，并表示发射场的一个完整的360°‘旋转’。线条42代表当发射场通过正交于材料定向方向31的方向时，从标记元件接收的‘尖头信号，。注意当发射场矢量24旋转180°时，该‘尖头信号’在43处被重复。
系统取得的‘分辨率’(尖头宽度)是标记元件材料(及形状)的函数。具体地说，当材料横轴(cross-axis)饱和场较高，并且材料导磁率较高时，获得更好的角分辨率。其它需要考虑的条件是标记元件平面相对于发射场平面的方向，杂散直流和交流场及系统接收工作带宽。
薄膜磁性层的其它材料及制造方法的细节，参见US-A-5083112。
多元件磁性数据标记图10图解说明了根据本发明的多元件数据标记的结构。以给定的角度设置具有定向方向45的一块方形磁性薄膜材料，并将其放在具有定向方向47的一块类似材料46上。例如，薄膜材料44和用于上面描述的单一元件标记的材料相同。在本发明的一个实施例中，用于代表每个可能的位的角位移恒定，为3.75°。类似地，其它各层薄膜材料48和49被加入该标记，以形成具有不同定向方向的叠层结构。在图10中的标记中，通过在特定的定向方向上具有一些材料来代表数据‘1’，并通过在特定定向方向上没有任何材料来表示数据‘0’。180°在‘数据编码’空间内，3.75°间距对应于48个二进制位。理论数据容量为248-1或2.4×1014编码。
实际上，数据密度将较小。标记相对于发射场的绝对旋转取向将是不受控制的(把数据容量减少到原量的48分之一，同时由于方向不明确，顺时针或反时针，进一步降低二分之一)。允许自动时钟复原(clock recovery)的编码方法将对数据的短期‘跳动’给予更大的容限。主要的误差源是生产的材料中材料定向方向的可再现性，发射场恒定的旋转速率的失常，制造过程中层对准方面的误差，外源对询问场的磁性干扰，以及标记相对于询问场平面的‘倾斜’。图11图解说明了原型标记的真实测量结果，该原型标记10毫米见方，厚0.5毫米。使用‘喷涂安装’把材料层粘结结合在一起，并光学手动对准材料方向，构成该标记。修整该标记，以形成圆形剖面。在二进制位位置1-9，16和40存在材料的情况下，编码方案和上面描述的一样。‘尖头信号’50代表一层磁性材料，在发射场已旋转180°之后，该元件产生类似的响应51，在1/144秒之后，在发射场旋转一周之后，再次产生类似的响应52。
接收线圈结构图12图解说明了由接收线圈21和22产生的信号。标记元件输出53和54由接收线圈21接收。正效接收线圈22产生由55图解说明的输出。线圈是正交的，从而各个通道中的接收信号被线圈‘方向灵敏性’幅度56a和56b加权。标记阅读器询问系统将‘用三角学方法’结合这两个接收通道，以产生幅度恒定的信号。这有效地综合了随着发射场以相同的速率物理旋转，同时灵敏的磁轴正交于瞬时发射场方向的接收线圈结构(线圈26和27)。
处理电子器件下面将参考图13说明实施例中使用的接收电路，并参考图15说明实施例中使用的发射电路。图13中，平衡的接收线圈26和27与放大和滤波电子器件57相连，产生输出信号58。电路57的特征是300Hz左右的高通滤波器(HPF)和20kHz的低通滤波器(LPF)。发射磁场以144Hz的频率旋转，从而不需要直流耦合。HPF特征消除由有害的接收线圈不平衡引起的从发射器进入接收器的残余串扰，并进一步改进发射器与接收器的隔离。LPF特征限制高频噪声，噪声源是热噪声及电子噪声(放大器)，并防止干扰交流磁性源。最佳性能应是由接收器线圈的热噪声限制的，屏蔽外部干扰，并具有与由发射器引起的标记元件脉冲响应的特征匹配的接收器带宽的接收器。在实际应用中，可采用20kHz的LPF滤波器。电路57的接收机增益约为50倍。对正交接收线圈组复制该电路。
图14中表示了接收器放大器输出58处，两个正交接收方向的测量幅度。该标记是具有间距22.5°的8层结构的10毫米圆形校准标记。图11中图解说明的标记响应的峰值约为50mV，系统的均方根噪声输出为7μV。从而，利用原型系统，获得探测的信噪比超过65dB的标记(对比，对于合理的数据误差率，通信信道中通常要求15dB的信噪比)。
借助该实施例，从接收电路得到下列接收信号对于直径22毫米的标记，得到130mV的信号，对于6毫米见方的标记，得到30mV的信号，对于2.5毫米见方的标记，得到2mV的信号。
图15中表示了发射驱动结构。交流信号源59产生由两个无源网络分离并滤波的144Hz信号，这两个无源网络被设计成产生约90°的微分相位。标准的家用25W/信道信频放大器60为两个正交发射线圈对15和16，17和18提供驱动。加入并行匹配电容器61，以降低从放大器所需的电流。设定驱动电流，以获得适当的发射磁场强度(即，低于材料的正交场饱和度)。测得的线圈驱动电压的峰-峰幅值约为35V。这产生约为4A rms的发射电流，得到幅度约为3kA/m的旋转发射场。在跟着抑制对数据编码的急速磁化转变的情况下，该场水平的上限由沿横轴方向饱和的标记材料确定。对于Atalante膜，该上限约为4.5kA/m。由于磁化转变变得不太急剧，并且另外标记中的其它各层的磁化变得更重要，似乎将使窄的角间隙更大，从而形成下限。
借助数据处理把接收的信号解码为数据。在例证实施例中，由可从Radio Spares获得的‘PICOSCOPE’将获得的两个接收信道信号数字化。用MathCAD完成数据处理，以实现线性和非线性处理，以便进一步过滤，恢复数据时钟并对标记数据解码。该程序在IBM PC机上运行。这些技术在本领域中众所周知。
编码方案和从标记恢复数据可使用本领域中已知的各种技术。发明人建议的一些相似方法包括光学条形码数据编码。这些方法被用来克服由编码的‘环绕(wraping)’引起的接收信号的失真。如果数据由模拟参数表示，则根据信息理论(Shannon)，数据容量变得有限，并且是信噪比的函数，当然也是系统角分辨率的函数。这些函数是标记结构和系统工作带宽的函数。
备选的标记编码方案发明人已测量并说明了将影响编码系统的选择的多种误差源。材料和标记制造将导致所得到的定向方向的细微变化，导致短期‘数据’跳动。如果在询问系统中使标记平面倾斜，则这种情况下的几何形状将导致测量的标记元件位置方面的误差。这是简单几何形状的问题，10°的倾斜将导致1.5％的峰值位置改变，20°的倾斜将在‘尖头信号’角位置中形成6°的峰值误差。注意该误差缓慢地变化，并是发射场旋转速率的(空间位置)谐函数。一种可能的解决办法是使用如下面详细说明的标记元件间距的几何或其它增量级数。例如，2位二进制数据可由间距3.75°，5.5°，7.6°和10.1°的元件编码。在可用的180°‘数据空间’内，约有20块可被编码(40个二进制位)。直流磁场是又一个可能的空间谐波误差源，不过可证明系统完全能够容许这些误差源。
图16图解说明了利用‘对数-间隙’代码对二个十进制数位编码构成的标记。该标记由4层直径为10毫米的‘Atalante’薄膜材料62，63，64和65构成。每层薄膜材料由PET层66和具有磁性定向方向(本领域中也称为‘易磁化轴’)68的活性磁性层67组成。方向69是材料定向方向68在水平面上的投影。层63，64和65具有材料定向方向70，71和72。相对于层65，以99°的排列方向对准层67。并以17°和43°的角度对准其它各层。‘间隙(gap)’被定义为相邻各层之间的相对角度，并且在以层65为起始点的情况下，分别为17°，26°和56°。磁性数据标记具有180°的‘数据空间’，81°间隙74被称为‘大间隙’。‘大间隙’通常是最大间隙，并是用于确定根据其对数据解码的基准层的状态。
通过分析制造和读取标记时最可能的误差，确定连续间隙之间的逐渐增大的增量。‘对数-间隙’代码是算术和几何级数的组合，并且以上面描述的主要系统误差为基础。根据间隙的大小，这些误差具有不同的影响。对于较小的间隙，最重要的误差与材料和层定位，及标记中其它层与驱动场之间的磁相互作用相关。这些因素设定最小间隙，以及间隙之间的最小容许增量。对于较大的间隙，主要的误差是由倾斜标记以及询问场矢量的不稳定旋转速率引起的几何误差。当标记不在询问体积的中心时，并因阅读器发射驱动器中的容限而产生后一效果。这些大间隙误差一阶正比于间隙大小。最终约束条件是必须把最长的标记物理地放入可用的180°数据空间中。从而，为了实现最有效的编码方案，忽略导致特别大的总角度的代码。这使得能够在仅仅稍微降低数据容量的情况下，使用较大的角度。这是编码方案中大多数细节和复杂性的起源。较低数据容量的标记能够具有较大的递增间隙，同时对上面描述的误差具有更好的容限。
图17是用于图16中所示的标记中的‘间隙’确定的制造数据。7种不同的‘间隙’状态(数字)和如图所示的标称间隙一起使用。还显示了制造容限和有效的读取数据容限。状态6是‘大间隙’。状态0-5定义了每个测量‘间隙’的数据。图18和19表示了对于100个可能的代码，所需的四层薄膜材料的绝对材料定向方向。图16中所示的例证标记是‘77’。三个‘间隙’状态是‘2’，‘3’和‘5’。该方案还需要相反的‘间隙’序列‘5，3，2’对77解码，总之，该特征使标记可以朝上放入询问体积中。
标记制造方法在制造时，确定数据标记的数据内容。该标记具有当被再分时，例如对切成两半时，材料定向方向不改变，并且当读取时，这两个标记具有相同的数据代码的性质。费用低廉的标记制造是基本特征，图20图解说明了一种生产大量具有相同代码的数据标记的方法。把在约1米宽的连续输送带上制造的多片材料75切割成25厘米×25厘米见方。胶粘这些片状材料，产生包含在定向方向中的所需代码。通过利用涂敷规定的12微米厚的粘结剂层的辊式涂抹器，涂敷可从UK，Essex，Purfleet的Adhesive Technical Services获得的AD2222型液体压合式粘合剂，粘结这些片状材料。使粘合后的各层片状材料得以干燥并可利用绘图桌和精密量角器光学定位各层片状材料。可使用适当的冲压裁剪机，把叠层片状材料切割成更小的单个标记76。随后在‘校准’阅读器上测量这些标记，并依据确定的容限检查测得的机械对准。
标记形状可以是圆形，方形，矩形，六边形或者不包括锐角的其它形状。限制形状的因素是‘形状导磁率’，并且由于磁性元件的形状的缘故，包含该标记的磁性元件可具有不同的振幅响应。上面的基本技术可恰当地推广到大批生产。
或者，可按定单生产定制标记。上面的技术也可应用于较小的材料宽度，以生产特殊的单独标记。例如可借助利用所需代码编程的机械切割以并要求的角度安置大卷筒上的宽度1厘米的材料。可对单独各层测量材料定向方向，以改进定位精度。发明人已发现‘Atalante’薄的热压粘接是可能的。在270℃下通过施加约3N/cm2的力，可焊接1厘米见方的标记层。磁性材料不受该温度的影响。
单面阅读器实施例上面描述的本发明的2-D小孔实施例的缺点是必须把数据标记放置在线圈环绕的询问体积内。下面描述的实施例结合了改进的扫描和处理特征，以避免当检测到错误时，显示读出标记数据。
下面将说明阅读器14的另一实施例，其中天线11基本上是扁平结构，询问体积位于天线的一侧。检测倾斜(未对准的)标记的特征和检测并避免数据的错误读取的先进处理算法被结合在一起。
图21中表示了单面阅读器方框示意图。在可变增益级的控制下，天线77由立体音频放大器78以输出电平驱动。发射信号计时由微处理器80产生，并在模拟滤波82为130Hz交流电压之前，由数字定时电路81缓存。相位网络98和99为发射驱动电路提供正交驱动波形。天线77提供两个空间定向正交接收器输出，这两个输出由同样的低噪声放大器100放大和滤波。在模拟混频器(analogue mixer)101中，正交分解器102和103使每个接收信道乘以来源于发射波形的正弦和余弦加权信号。在模拟加和放大器和微分电路104中，这两个接收信道被相加并被求微分。图12中用虚线56a和56b图解说明了每个接收信道的加权函数振幅。微分之前合成的信号包括振幅恒定的‘尖头信号’。微分被用于把‘尖头’峰值转变为零交点。
模拟信号由ADC 105数字化为8位分辨率，1024个样本代表一个发射询问场旋转。每个样本对应于约0.352°旋转。数字信号被缓存在FIFO106中，供8位8051系列微处理器80进行后续处理。通过串行数据端口108，在LCD显示器107上显示标记解码数据。
图22图解说明了构成单面阅读器天线77的部件。天线包括两个接收天线和两个正交发射天线。发射天线包括缠绕在镍铁高导磁合金板111上的正交线圈109和110。镍铁高导磁合金板70毫米见方，厚1毫米。在备选实施例中，可使用4毫米厚的铁氧体板代替镍铁高导磁合金板。线圈109和110均是如图所示正交缠绕的总共220匝的三层0.5毫米上釉铜导线。接收天线包括安装在发射镍铁高导磁合金/线圈组件两侧的两个相同的印刷电路板(PCB)112和113。图23图解说明了PCB的铜图案。每个PCB是双面的，两个侧面114和115上具有铜轨迹图案。在侧面114上，包括按照图中118所示方向连接的圈116和117，并具有均串联连接的25个圈的‘8字’回路形成四磁极。连接回路116和117，以便在方向119上由交流磁场感应产生的电动势。和侧面114一样，PCB侧面115包括圈120和121，但是该图案旋转了90°。两个相同的接收PCB112和113被连接在一起，以形成具有正交空间灵敏性的两个相同的接收天线。包含位于一个PCB112的侧面114上的回路116和117的‘8字形’天线与另一PCB 113上的相同回路连接。以这样的方法连接，以便任一发射天线109或110产生的场在包括发射线圈任一侧的线圈的接收天线信道中感应产生零净电压。这可借助物理对称实现。‘8字形’接收天线构形(回路116和117)拒绝均匀的H-场干扰(来自较远的场源)。可看出回路116和117对电路板上方沿方向119的磁偶极子敏感，而对正交方向的磁偶极子不敏感。回路120和121对沿方向119的磁偶极子不敏感。天线77合成所需的询问磁场7，并且如由图3中所述的线圈结构实现的一样，在询问体积6内提供对标记引起的磁场9的接收器灵敏性。
放置标记1，使它们的磁性元件平行于由PCB平面112确定的天线平面。有效的读取体积是以PCB112为中心，直径约为3厘米，并从PCB112或113延伸大约1厘米距离的区域。
图24图解说明了进入ADC 105的模拟信号，该信号来自于7层(4-数位)数据标记，并表示了360°的发射场旋转。
天线77包括有第三询问线圈122，第三询问线圈包含缠绕在发射线圈上的120匝0.25毫米的铜线，同时PCB起侧板的作用。在微处理器的控制下，线圈由标准的电动开关IC 123供电。电流可沿任一方向流动，或者可被关闭。这种结构用于产生如图25中所示的‘锥形扫描’磁场矢量。由线圈122在z方向产生的均匀磁场使瞬时磁场询问矢量124描出圆125。‘锥形’扫描询问场矢量使相对于询问(x-y)平面倾斜的标记可被确定，下面将说明。均匀的z轴场可由永磁体产生，虽然不能禁用该场。例如0.5毫米厚，70毫米见方的各向异性粘合铁氧体片将产生所需的锥形扫描。线圈122传导0.3A的电流，并在z方向产生500A/m的磁场。
单面阅读器处理算法本发明的实施例把若干特征引入接收器信号的处理中，以降低错误读取概率。参考图26-图31说明这些特征，图26-图31是描述处理算法的流程图。这些图没有表示出标准的实际应用良好的编程技术的细节，例如确保数组下标在上下限之内。这些解说明了已使用的算法的一般形式。所有数组由带有方括号[]的元素指示，并从零开始附以索引。在某些地方，利用图表举例说明数组内容。没有明确地表示出错处理技术。依据误差进行恢复，以及误差的报告是该算法在其上实现的系统的细节功能。
图24图解说明了微处理器输入数据，每个数据样本由间隔0.352°采样的8位振幅组成。对于询问场的每次旋转，获得1024个样本。
图26表示了顶层处理。该图表示了阅读器从有缓冲的(FIFO)数据采集系统读取数据的连续操作。存在许多用户可编程选项。
图27表示了数据采集过程。在当数据值可用时，从数据采集FIFO取得数据值的情况下，可实时进行数据解码过程。在单面阅读器实施例中，对于发射场的各个完整的旋转，存在1024个数据点。使用了一个非常简单的零交点探测器，该探测器按顺序查找低于负门限值的信号，零交点及超过正门限值的信号。如果没有找到该序列，则忽略接收的瞬变状态。零交点时间索引被插值为取样间隔的几分之一，连续的数值被存入数组POS中。该数组应含有偶数个元素-例如，对于7层标记，数组中将存在14项条目。
图28表示了把原始的零交点时间索引转换为角度间隙的算法。对于各个询问场旋转，每个磁性层间隔180°产生两个零交点信号，并且这两个信号被一同处理。这两个值的平均值产生受外部磁场影响降低的值。差值给出关于外部磁场水平的信息。这些数值被转换为度数(根据样本数目/分辨率)，并分别存储在GAP和DEV数组中。
图29-31表示了对于2-数位，4-数位，及一直到10-数位数据标记的三种不同解码算法。就所有情况而论，处理过程中的第一步骤是循环GAP数组中的元素，直到第一元素最大(‘大间隙’)为止。确定这是否满足由编码方案规定的大间隙标准。
随后各个标记值解码算法把所有剩余间隙与间隙大小的列表容许值进行比较。来自该列表的匹配元素的索引形成base-6(或base-5)数位。在2-数位方案中，三个间隙形成三个base-6数位，这三个base-6数位被组合成跨越0-215(十进制)范围的单个数字。可能的216个代码中只有一部分是可用的，该数字用于给216-元素查寻表加索引，该查寻表含有所有有效正向和反向base-6代码的值。无效状态产生标记错误。通过搜索“Base 6(Fwd)”和“Base 6(Rev)”寻找每个连续的base 6数字，并使该数字与第一列中的“Tag No”交叉引用，可根据图18和19中的表产生该查寻表。如果base-6数字未被列出，则无效。
在4-数位算法中，前三个base-6数位形成一个数字(称为LH)，反转后三个base-6数位的顺序，形成第二数字(称为RH)。显然，如果倒转阅读该标记，则LH和RH被颠倒。借助查寻表转换RH和LH，该查寻表依据216个可能值确定的角度的物理长度，对这216个可能值分类。编码规定RH始终小于或等于LH(值和角度两方面)，从而如果必要，RH和LH被交换。这意味着即使标记被颠倒，标记值也将被正确解码。较小的数字给偏移数数组加索引。通过把LH和RH之间的差值和该偏移值相加，产生标记值。
在10-数位算法中，每组三个base-5数被用于产生一个两位十进制数。这些十进制数被连接在一起，形成最终的十进制标记代码。标记代码中数位的数目总是2-10之间的偶数，取决于标记中的元件数目。
错误读取抑制技术阅读器结合了许多用于改进错误读取性能的特殊特征，下面将说明这些特征。
当标记处于水平状态，并且被正确读取时，标记的每层产生间隔180°的两个尖头信号。直流或交流外部干扰磁场将改变瞬时询问磁场矢量，并使这些尖头信号不再间隔180°。处理器检查尖头信号间距，并舍弃超出容限4°以上的那些读数。注意‘标记处于水平状态’指的是当标记总是正交于询问磁场矢量的旋转轴时的状态。
线圈122可产生正交于两个发射线圈，并位于发射场旋转轴方向的(直流)磁场。这导致图25中图解说明的锥形扫描。非‘水平’标记将受到该直流磁场的分量的作用，该分量随着标记偏离‘水平’的倾斜角的增大而增大。该分量的作用是修改检测的空隙间隔(gapspacing)。处理器80确认来自各层的尖头信号之间的空隙间隔，并且如果与预期的180°的变化超过4°，则舍弃该读数。
通过改变施加的直流偏移磁场的方向，并监视180°层错误方面的变化，处理器区别由标记倾斜或/和外部磁场引起的‘180°层错误’。
在处理器控制下，发射驱动场水平是可控的。这使得当标记读取距离和材料变化时，可在标记上形成最佳的询问场。在低的驱动场水平和低的间隙情况下，每个标记层的磁化偶极子可局部改变标记上的询问场方向。其效果是在低的激励电平下，空隙移开。较大的激励场水平补偿该效果，虽然如果超过了正交场饱和度，该标记将停止发生作用。
处理器结合了其它处理特征，以确保不显示任何错误读数。这些特征为标记编码方案检查探测的峰值数目是否正确，接收的振幅是否正确，以及接收信号‘形状’是否正确(例如，最小值和最大值之间的时间，及关于零对称)。
可编程数据标记上面描述的数据标记是只读的，并且数据内容是在制造时确定的。数据标记的备选实施例能够构造可编程的数据标记。上面描述的单面阅读器可借助下面描述的一种修改后的处理算法阅读可编程数据标记。
图32表示了可编程数据标记126，数据标记126包含三层Atalante膜127，128和129，及硬磁性层130，各层被粘合在一起，形成标记126。层130是15微米厚的镍，直径为10毫米，它将产生约1000A/m的剩磁通量。‘Atalante’膜层127具有材料定向方向131。层130中的剩磁通量的方向可在360°定向方向空间内改变。通过利用规定取向的大的外部直流磁场，磁化永磁材料130，实现数据‘编程’，该外部直流磁场随后被除去。
不同的磁性材料需要不同的编程磁场。镍层需要约3kA/m的磁场。低矫顽力铁氧体层(例如录音磁带)需要约25kA/m的磁场。可通过把磁体侧面沿要求取向对准标记，并在保持相同的角取向的同时，拉动该磁体，使用标准的各向异性粘合的铁氧体磁体(75×50×20毫米)磁化其窄边，简单地磁化这两种材料层。也可使用高矫顽力的钡铁氧体，磁化它，需要200kA/m的磁场，利用稀土磁体可方便地实现。钡铁氧体的优点在于虽然它需要较大的磁化磁场，但是和低矫顽力铁氧体不同，钡铁氧体的磁性更难以消除，并且它是各向异性的。来自Vacuumschmelze的Cro-Vac适用于较大的标记(例如，直径20毫米的标记)，因为该材料只有40微米以上的才是可用的。
标记的结构是实现可靠的可编程物质的一个重要问题。特别地，如果硬磁性层的直径比软磁性层的直径约大20％，将获得最佳的结果。为获得相同的实际磁场强度，所需的厚度正比于直径。例如聚合物粘合的40微米厚的铁氧体层适用于直径10毫米的标记。一般利用三层标准录音磁带可实现这一点。这种情况下，由于该材料不是各向异性的，因此应以不同的角度堆叠各层。
图33表示了对于具有材料定向方向131的单个软磁层127来说，来自永磁偏移层130的磁场(Bb)132和由(Br)标记的旋转询问磁场24之间的相互作用。材料定向方向的正交方向由F 134表示。硬磁可设计方向偏移层和F之间的夹角由θ135表示。在软磁层的磁化倒转(即探测到‘尖头信号’)的点处，旋转磁场与F之间的角度为δ1136。
在标记127中施加给磁性元件的本地磁场是询问磁场24和由永磁体产生的磁场的矢量和。这使检测的‘尖头信号’取向发生偏斜，从而通常各层的这两个检测方向(询问磁场的每次完全旋转)不再间隔180°。对于标记中的各个软磁层，偏离180°的程度一般是不同的，因为各软磁层与硬磁材料偏移层所成的角度不同。图34图解说明了其效果。在没有可设计的偏移磁场的情况下，‘尖头信号’137是标记126中三个磁性元件之一。施加可设计方向偏移磁场的情况下，‘尖头信号’移动到距离原始位置139很小一段距离的新位置138。
参见图33，存在一个量值为Bb的静态偏移场和一个量值为Br的旋转询问场。当这两个场的矢量和正交于材料定向方向131时，磁性元件层127的磁化产生一个‘尖头信号’。在图33中，材料定向方向被标记为A，当合成的总磁场平行于F时，产生‘尖头信号’。θ是偏移场和材料定向方向的正交方向(F)之间的角度，δ1是材料定向方向的正交方向(F)和径向矢量场Br的之间的角度。这实际上为前面提及的180°偏差的一半。利用正弦定律Brsinθ=Bbsinδ1]]>从而，sinδ1=BbBrsinθ]]>磁性数据标记具有至少两层材料。对与第一层材料成φ角的第二层材料应用相同的分析，得到sinδ2=BbBrsin(θ+φ)]]>重新整理并求解θθ=cot-1[sinδ2sinδ1-cosφsinφ]]]>如果δ1和δ2较小，上式可近似为θ=cot-1[δ2δ1cosφsinφ]]]>通过对成φ角(测量的)的两个标记元件(127和128)，测量标记产生‘尖头信号’时偏离180°的偏差，可确定偏移磁场相对于固定的基点(datum)(例如第一元件)的角度。与该角度相关，存在180°不确定性。注意，为了实现完整的180°覆盖，当δ1＜δ2时，在上面的分析中，元件(127和128)应被交换。
图35是为了对可设计的数据标记解码，在单面阅读器实施例中实现的解码算法的流程图，图35表示了如何根据可设计磁性层的定向解码多余的十字制数位。
硬磁层方向的基准点被认为是标记上任意两个元件之间的最大角度φ1(‘大间隙’)的中点。在本实施例中，用于分析的两个标记元件是确定该‘大间隙’的两个元件。由于在2-数位标记的现有基础编码方案中，不能确定标记哪一方朝上(头部或尾部)，因此进一步引入90°不确定性。通过把90°再分成10个9°宽的箱距(bin)，对多余的可编程十进制数字(0-9)编码。
上面的实施例显示了可在8位嵌入式处理器上以整数算术实现的简单分析。更复杂的分析可考虑元件之间的所有可能各对角度，并采取适当的加权平均，以确定θ。这是一种粗糙的解决方案，不过可能仍然适用于简单的嵌入式处理器。
对其中禁止关于‘大间隙’对称的代码的基础编码方案的小规模修改，恢复可能角度的整个180°范围。这或者使代码数目加倍，或者对于相同数目的代码，可使箱距更宽(18°)。
功效更强的处理器可进行更复杂的分析。要进行的最适当的分析是利用求极小值法确定偏移磁场的2D矢量Bb。对于每个软磁元件，存在旋转磁场矢量Br的两个值，在这两个值处，磁化倒转。当Bb被加到Br的每个值上时，所得到的两个矢量彼此之间应刚好为180°。如果对于第i个元件，偏离180°的偏离量为αi，并且存在N个标记元件，则Br的最佳值是当Σi=1N[αi]2]]>达到最小时的值。诸如Powell方法之类的标准多元极小化算法可用于确定矢量Bb的分量(参见Cambridge University Press的Numerical Recipes in C，Section 10.5，第二版)。
可对可编程标记结构进行修改。图36图解说明了可编程标记的另一可能实施例。4个相同的软磁元件140被放置在硬磁层141上。磁性元件140是可从德国的Vacuumschmelze获得的Vitrovac6025材料，长度为20毫米。该磁性元件厚25微米，宽0.75毫米。磁性元件140被布置成位于由标记编码方案(图19中举例说明了标记代码77，并表示了角度)确定的取向方向上。层141包含可从德国的Vacuumschmelze获得的Cro-Vac硬磁层，其直径为23毫米，厚度为45微米。使用备选磁性元件材料或者物理结构的标记的其它实施例包括US-A-5083112中确定的磁性元件的使用。
3-D阅读器实施例上面描述的阅读器实施例可读取平行于一个平面(x-y)的标记。现在来说明在询问体积中能够读取随意定向的标记的3-D阅读器实施例。该实施例是上面描述的2-D小孔阅读器的改进，增加了第三个正交发射线圈和第三个正交接收线圈。发射询问磁场矢量绕法线轴旋转。在可用定向空间内扫描该轴。处理接收信号，以找到发射询问场最接近标记的平面的取向，并把记录的‘尖头信号’解码为数据。
下面将说明本实施例中使用的线圈，首先说明接收线圈构形，随后说明发射线圈构形。
图37和38图解说明了接收线圈结构。在直径200毫米，长400毫米的圆柱形线圈架142上构成接收线圈。图37图解说明了用于耦合询问区域内的标记磁性元件的三组正交线圈。对于y方向143，接收线圈组包括4个线圈，144，145，146和147。内线圈145和146位于线圈架142上，并沿着x方向延伸120毫米，图中由尺寸148表示。两个内线圈都由100匝0.4毫米的上釉铜导线构成。外线圈144和147由58匝0.4毫米的上釉铜导线构成，并缠绕在直径为260毫米的第二同轴线圈架(图中未表示)上。线圈沿x方向延伸156毫米。这四个线圈被串联电连接，并借助细微的机械重新校准被‘平衡’，以便获得对均匀磁场的零灵敏度。图示的第二接收线圈组对标记在z方向149上产生的磁场灵敏。该线圈组与线圈144，145，146和147相同，如图所示旋转90°。第三线圈组对标记在x方向150上产生的磁场灵敏，包含两个螺线管线圈151和152。内线圈151由缠绕在线圈架142上的100匝0.4毫米上釉铜导线构成，长120毫米。外线圈152由缠绕在直径260毫米的第二同轴线圈架上的58匝0.4毫米上釉铜导线构成，长156毫米。图38图解说明了缠绕在内线圈架142和外线圈架153上的所有线圈。
图39图解说明了三个正交发射线圈构形。线圈被缠绕在长370毫米，直径300毫米的圆柱形线圈架154上。4个线圈156，157，158和159在y方向155上产生均匀的磁场。线圈156和158包含类似于线圈15和16的‘改进Helmholz’结构。线圈157和159构成第二改进‘Helmholz’结构，具有偏离线圈157和159 25°的磁轴。这两个‘改进Helmholz’线圈组具有位于y方向155任一侧12.5°的磁轴。线圈156包含50匝1.4毫米上釉铜导线，并且沿线圈架长度延伸370毫米。在线圈156跨接线圈架154的开口端的地方，线圈是扁平的半圆形，总的线圈孔径宽度为570毫米。沿着螺线管(x方向)平放的线圈156的两边对着线圈架轴向中心所成的角度为120°。线圈157，158和159在尺寸和形状方面都相同。上面描述了它们围绕线圈架154的定向。四个线圈按图示方示顺序连接。第二个发射线圈组产生z方向160上的均匀磁场。该组线圈包含如图所示沿正交方向定向的四个相同线圈。最后的发射线圈由长螺线管162组成，螺线管162包含缠绕在线圈架136上的260匝1.4毫米上釉铜导线。该发射线圈在x方向162产生均匀磁场。
图40表示了由沿三个正交方向产生均匀磁场的9个线圈组成的发射线圈结构。图41图解说明了3-D阅读器天线实施例。线圈架154上的发射线圈与接收线圈管142同轴。询问体积6由另一个190毫米的ID同轴管(图中未表示)确定，该ID同轴管用于确定对天线中可能的标记定位的机械限制。灵敏度最高的纵向区域的长度小于10厘米，当沿着阅读器管的轴向方向间隔10厘米或更大时，可准确地读取标记。
图42图解说明了该3-D阅读器实施例的方框图。Meilhaus ME3000PCI-总线数据采集卡163提供多路16位分辨率ADC/DAC功能。该卡被安装在工业标准IBM兼容PC机164上，该PC机164运行Windows95。在软件控制下，ADC/DAC卡163产生三个发射激励电压。这些电压由三个1kW单通道音频放大器165放大，并激励如图所示带有共振电容的三个正交发射线圈。为了产生所需的2.5kA/m询问磁场，所需的激励电流为3Arms。发射电流由电流读出电阻166监测，并以100kHz采样速率被数字化。接收线圈从标记探测到的信号由接收电路167放大，这些信号类似于图13中所示的信号。在模拟乘法器168中，接收的信号被乘以信号加权函数。在模拟加法器169中，这三个接收通道被结合，并被区分，并由ADC卡163以100kHz的速率数字化。
图43表示了由ADC测得的三个发射电流波形170，171和172。图中表示了对于7-层4-数位标记的检测标记响应173。图43中时间分辨率不允许分辨出所有‘尖头信号’。发射询问磁场在时间174内完成一次旋转。当询问磁场‘扫描’接近标记平面时，应产生14个‘尖头信号’。
下面将参考图45，46，47，48和49中说明的处理算法的流程图说明来描述信号处理。
当标记的定向(平面)未知时，可进行不同定向的若干询问扫描，直到一个扫描接近标记平面为止。扫描被定义为在一个平面中，发射磁场矢量的一次完整旋转。随后可对检测的信号应用上面说明的2D解码算法，以确定标记数据值。当扫描平面匹配标记平面时，加法器169的模拟信号输出和图24中所示的2D扫描信号相同。
本实施例中使用了连续扫描。这以标称130Hz旋转磁场为基础，其法线矢量被布置成以恒定的角速度在半球表面上划出螺旋(下面称为螺旋扫描)。在单个7.7毫秒‘扫描周期’内，这类似于单个平面中的扫描。关于‘发射的’B询问磁场的分量的等式为Bx＝(cos2(φ)*cos(θ)+sin2(φ))*cos(ωt)+(sin(φ)*cos(φ)*cos(θ)-cos(φ)*sin(φ))*sin(ωt)By＝(cos(φ)*sin(φ)*cos(θ)-sin(φ)*cos(φ))*cos(ωt)+(sin2(φ)*cos(θ)+cos2(φ))*sin(ωt)Bz＝(-cos(φ))*sin(θ)*cos(ωt)-sin(6)*sin(φ)*sin(ωt)其中t是时间，ω是140Hz扫描的角频率，φ＝(常数)*θ，θ＝cos-1(1-t/T)。T是一个完整询问的总时间。
图43表示了三个正交磁场分量170，171，172，以及来自在图24中扫描的同一标记上覆盖二分之一半球的螺旋扫描的复合标记信号173。显然存在大量的分离峰值，在该图中没有清楚地分辨出所有这些峰值。
图45表示了3D-阅读器实施例的信息处理的优选实施例的顶层(top-level)视图。通常该算法类似于单面阅读器算法，但是为了达到能够确定标记磁性元件之间的‘间隙’的目的，需要更多的步骤。根据这一点，使用了图29，30和31中的标记解码算法。
本实施例中，所有解码方案的第一步是准确地确定‘尖头信号’的时间索引。这表示在图46中。在理想情况下，所有‘尖头信号’都具有相同的大小和形状。位于每个‘尖头信号’中心的零交点是沿磁性元件的材料定向方向，施加的磁场不具有任何分量的点。检测算法应确定该时间。
为了找出零交点，如图44中所示，用矩形函数卷积数字化信号。卷积基准信号是对称的，关于t＝0，具有相同的正负灵敏度，总宽度约为80微秒。在图46中，卷积算法产生数组CONV[i]。
通过寻找高于给定门限的峰值，从卷积波形中抽出原始波形中‘尖头信号’的零交点。峰值位置可用于定时选通(time gate)初始的零交点数据，允许根据初始的采样数据，插入准确的零交点时间。或者，通过在卷积数据的峰值附近使用二次插值法，可得到更准确的时间(如图46中的流程图中所示)。这些插值位置被保存在数组INTERP[]中。
解码方法中的第二步是计算在从电阻166两端的采样信号检测到‘尖头信号’的各个时刻时的询问磁场矢量。图47中表示了实现该步骤的流程图。这产生对应于INTERP时间索引的B[]数组。在标记平面内移动的询问磁场矢量几乎不产生检测的‘尖头信号’，但是利用由标记定向平面检测算法产生的估计法线矢量，把每个‘尖头信号’检测角向下投影到标记平面上。
标记定向平面检测算法从该平面的初始值开始。通过检测在多次扫描中观察到的最大幅度‘尖头信号’，得到该值。当询问磁场矢量同时正交于所有标记磁性元件时，产生最大的‘尖头信号’。在图42中在时刻175时可观察到该‘尖头信号’。图47中，表示了该初始值，由矢量NORM表示。
如果法线矢量是正确的，则随后给定标记元件的每个‘尖头信号’应投影到同一线条上。如果该法线矢量不正确，则投射的‘尖头信号’不会排成一线。标准的数值极小化程序(Powell方法)用于寻找标记法线矢量。检测的‘尖头信号’定向与产生该响应的标记中的特定磁性元件相关。使用法线估计(normal estimate)，把‘尖头信号’的实测定向投射到标记平面上。对于每个标记元件，使检测的投射位置的方差和达到最小(即，对于每个元件，投射到标记平面线条上的位置尽可能接近地排成一线)。图49中表示了上述过程的实现。其结果是得到标记平面定向的准确估计。
上面说明的算法的一部分是确定哪些‘尖头信号’对应于相同的标记元件。利用上面说明的螺旋扫描波形，当该扫描的法线位于标记法线的约30°范围内时，每个标记元件产生一个明显的‘尖头信号’。该算法寻找含有该标记类型的正确数目元件(对于n-层标记，在一次‘扫描’中将存在2n个‘尖头信号’)的完整扫描(360°磁场旋转)。这些信号看起来类似于图24中的信号，该图表示了7-层标记的信号。在找到连续扫描的地方，‘连接’这些连续信号。在一系列连续时间的360°‘扫描’内，第0个，第n个，第2n个，第3n个等‘尖头信号’都将对应于相同的元件。类似地，在1，n+1，2n+1时刻的尖头信号将对应于下一元件，诸如此类。图48是该算法的实现。分析INTERP数组的值，以了解对于每一项，有多少后续值落入半旋转中(n/2样本)。这些数值被存入新的数组COUNT。随后分析数组COUNT，以找出具有相同COUNT值的两个连续N/2样本分段的最大值。该算法确定该值是对于该标记类型的‘尖头信号’的正确数目(即等于层的数目)。最后，在存储该段的起点(START)和终点(END)的数组中列出所有这种段。这些数组具有(Max n)项，它们的值被用于给测得的询问磁场B矢量的数组加索引。
对于检测的，具有被询问标记的正确数目的‘尖头信号’的每‘段’，把投射的‘尖头信号’位置的方差加起来。这些和数被加在一起，用每段的长度进行加权(图48中由数组W表示)。这是极小化算法试图使之达到最小的和数。在图49中，作为法线矢量的方向角THETA和PHI的函数，计算VAR，并利用Powell方法使之达到最小。
一旦标记定向被确定，计算最接近标记平面的扫描分段，并把‘尖头信号’，位置从该分段投影到标记平面上。随后求出标记元件(间隙)之间的相对角度，并利用图29，30和31中说明的算法确定标记值。图50详细说明了实现上述过程的算法。对于在图49中识别的每一段，通过使连续的B矢量相互正交，形成CROSS，计算该扫描的本地法线矢量。理想地，该法线矢量和法线之间的角度C应为零，分析每个分段中的所有数据，以了解哪一系列的B矢量(成一排的NGAPS)产生该角度的最小平均值。这对应于最接近标记平面的扫描分段。随后把对应于该扫描的投射角存储为GAP数组值。GAP角度数据转给图29，30和31中所示的标准标记解码算法。
重要的是很好地理解在法线矢量的确定中，以及随后的元件之间角度间隙的计算中导致问题的情况。上面的算法假定一种简单模型，在该模型中，所有标记元件是独立的。实际上，各个元件产生的磁场加到询问磁场上，从而标记处的磁场不再能够准确知道。当标记平面中的询问磁场的振幅较小时，例如当扫描距离该标记平面很远时，该影响最显著。这导致投射磁场矢量的简单几何模型失效。
一种可能的工作区(workaround)是丢弃远离标记平面的扫描产生的数据(无论如何，它通常具有重叠的信号)。图48中，这是通过使用法线矢量的初始推测筛选数据来实现的。另一后果是在极小化方法中计算的方差将永远不能成为零，即使具有很好的信噪比和非常均匀的发射磁场。残余值通常是该非理想标记行为的结果。第三种后果是标记法线矢量可能有几度的差错。除了在通过从非相邻尖头信号把B矢量投射到标记平面上，计算小角度(可能为几度)的情况之外，通常这不明显。通过在图50中选择该分段，以使该分段紧接着大间隙之后开始(图50中没有表示这一点)，可容易地避免上述问题。
其它细节本发明是一种使低成本标签可被贴在随后由阅读装置读取的物品上的系统。该标签或标记由磁性薄膜材料构成，该磁性薄膜材料具有当该材料被再分成更小尺寸的材料时被保持的方向性。该尺寸由材料特性，材料形状和所需的定向测量精度决定。‘Atalante’薄膜材料将用作直径约2.5毫米的标记。更薄的磁性材料涂层将产生更小的标记，并且磁性材料特性的改进可提高导磁率及正交场饱和度。类似地，备选材料使标记可以在较低的工作磁场水平下起作用。数据内容由构成标记的磁性元件之间的相对定向角确定。对数据进行编码，例如借助振幅信息编码的其它方法是可能的。检测的振幅是磁性材料性能，工作磁场水平，询问磁场旋转速度和材料体积的函数。
可从IST获得的材料在中心的70厘米宽度中并沿着所产生的卷形物具有极好的磁性调直方向均匀性。该方向由制造过程中的磁场模式确定。在卷形物的边缘已观察到在1微米溅射涂层中具有两个材料定向方向的材料，这提供了利用层数较少的材料制造标记的机会。具有一层磁性层，该磁性层具有多个磁性定向轴的标记是可能的。
数据由标记上的磁性元件的相对方向定向编码。由于材料的方向性，这些元件被检测并被区分。定向磁性元件的其它形式包括可从Unitika，Allied或Vacuumschmelze获得的细长的非晶态金属丝或者旋转熔融合金。
利用当在存在旋转的均匀磁场的情况下，磁性元件在正饱和和负饱和之间转换状态(反之亦然)时，由磁性元件产生的通量的变化速率检测磁性元件的存在。本领域中采用的另一种检测策略是谐波检测。对旋转的询问磁场矢量施加几千Hz的第二交流频率。当旋转磁场矢量基本上正交于材料定向方向时，利用施加的H-场，附加的交流磁场使标记磁化被调制。磁性材料是完全非线性的，产生谐波。这些谐波可由接收线圈检测。
阅读装置在询问区中产生基本均匀的旋转磁场，该询问区主要由接收线圈灵敏度，物理障碍，或者说处理算法中的器件确定。磁场可确定询问体积内，相对于发射磁场矢量的正交方向测量的一个或多个磁性元件的定向。询问磁场被假定以恒定的速率和振幅旋转，在上面描述的实施例中，这是由产生由正弦信号激励的均匀磁场的正交线圈实现的。产生非均匀磁场的影响是将使振幅和发射矢量的旋转速率两者都被改变，导致确定磁性元件定向方面的误差。在预先考虑到实际测量误差的情况下设计编码方案，该测量误差通常小于1°。‘间隙’编码方案提高了误差容限，因为相对定向误差是重要的。在询问旋转磁场矢量方面观察到的误差可被分析为谐波误差。第一级误差由正交磁场产生装置和当磁场在空间上方变化时偏离正交线的偏差之间的振幅变化引起。外部直流磁性干扰也改变瞬时磁场矢量。多元件标记在该标记上提供实际发射磁场矢量的向个测量点。编码方案是确定的，具体的定向特征可结合到标记中。利用可用的测量数据，可补偿第一级发射磁场误差。
产生所需的旋转发射磁场矢量的其它线圈布置是可能的。例如，具有间距120°的三个改进‘Helmholz’线圈对的三相线圈布置将产生旋转磁场矢量。在电机系统中，这可扩展到多相布置。图6表示了具有磁屏幕的两个线圈的磁场模型。该磁屏幕由包封在组件上的，厚度为2毫米的薄变压器钢构成。优化线圈几何形状以产生均匀的磁场。产生基本均匀的磁场的其它线圈布置在本领域中是众所周知的。还可合成电学上利用模拟或数字处理的线圈组合产生的均匀磁场。
通过物理旋转永磁体，可产生旋转磁场。图51表示了一个实施例。永磁体176以恒定的角速度177旋转。正交的‘8字形’接收线圈178检测来自于标记1的磁响应。
接收线圈组功能是感受对当磁性元件被发射磁场矢量询问时，由磁性元件产生的通量。接收线圈组对位于可预期的任意定向方向上的标记磁性元件敏感。理想地，检测的振幅对元件定向不敏感。接收线圈还检测由发射磁场矢量和外部磁场源产生的磁场。可使用本领域中已知的用于降低这些外部磁场源产生的感应信号的多种技术。相对于外部‘远场’干扰，使线圈‘平衡’。这通常是利用形成四磁极和变型的线圈的物理布置来实现的。或者，可在电学上或者利用信号处理实现该功能。类似地实现发射磁场的拒绝(rejection)。类似于发射线圈，线圈不必被布置在正交方向上。线圈可被布置在任意位置并恰当地组合。可使用三个以上的正交接收线圈。例如，在小孔平面上，多种图案的8个接收线圈可围绕着3-D小孔阅读器。
接收线圈提供对磁场的灵敏性。类似的传感器包括霍尔效应器件，SQUID，磁控电阻和本领域中众所周知的类似器件。
虽然围绕3个轴的发射线圈和接收线圈的机械布置提供3-D空间中的正交性，以及发射-接收隔离，不过存在提供相同特征的其它技术。这些技术的多数使用信号处理来模拟效果(使用张量代数)，从而混合来自各个非正交轴的信号，和/或减去不需要的发射-接收泄漏信号。
发射线圈可由PWM放大器(‘D’级)驱动，以降低伺服驱动放大器的尺寸和功率消耗。这样的方法在本领域中众所周知，并且在各种EAS零售安全系统上已被证明。
上面描述的螺旋扫描本质上是2D平面扫描，其法线矢量可以螺旋旋转。单个平面2D扫描不能产生关于标记定向的任何信息。单个锥形扫描可产生定向信息。于是，可设计出一种围绕不同的方向旋转锥形扫描的扫描策略，并且这应允许标记定向的更耐久(robust)的测定。最快速的扫描将是其中连续进行三个正交的锥形扫描的扫描。但是，这不能始终对不同定向的标记进行解码，例如其法线与三个正交扫描成45°的标记。这是因为来自两个紧邻标记的‘尖头信号’会重叠，使它们不能被区别。为了确保一个扫描平面总是足够接近，可容易地设计锥形扫描的其它组合。
上面说明的阅读器系统可实现询问体积中单个或多个磁性元件的远程检测和定向测量。系统的这一特征使本发明可用作旋转传感器。例如，可测量安装在两个独立装置上的两个磁性元件之间的相对定向。
本发明使用的相对较低的频率提供了允许穿过厚度较小的导电材料检测标记的独特优点。例如，标记可安装在由金属制成的瓶子螺旋塞的顶部内，并被读取。类似地，标记可被电子束焊接在0.5毫米厚的非磁性不锈钢之间，并可被成功地阅读。
询问磁场的谐波的产生不会极大地影响询问磁性元件的方法。于是，可在天线结构内使用高度非线性导磁磁性材料，以降低阅读器系统的重量，大小和功耗。
阅读器系统检测询问体积内的磁性元件的定向。磁性元件不必相互交叉。在图52中所示的标记的一个实施例中，直径10毫米的四件IST薄膜材料179，180，181和182均匀在布置在直径3.5厘米的基体183的圆周上。这四层薄膜材料的相对定向确定标记数据。每层的材料定向方向由箭头，例如184表示。图中表示了层之间的角度，例如185。层179，180和181分别以17°，43°和99°的角度对准层182。这样，层182和179之间的间隙为17°，层179和180之间的间隙为26°，层180和181之间的间隙为56°。参见图17，在2-数位编码方案中，这些间隙对应于间隙状态2，3和5。参见图19，这解码为标记数字77。
本实施例不会受到在垂直层堆叠标记情况下观察到的磁性元件互作用的影响。在另一实施例中，在各个点(179-182)，单层薄膜材料可由具有两层或多层直径10毫米材料的标记代替，每层材料具有不同的定向方向。这将增大数据密度。为了进一步增大数据密度，利用本公开说明中前面说明的方法，在各个点增加一层可编程硬磁层。使用这种结构，利用前面描述的对单个可编程磁性标记解码的方法，可唯一地确定各个点处硬磁层的预定方向。这意味着可用分布在整个360°内的‘尖头信号’对数据编码，打破了在上面描述的其它数据标记中的180°对称，从而使有效数据容量大约增大一倍。薄膜磁性材料可用如现有技术中说明的交替定向磁性结构，或者用表现现两个‘材料方向’的材料代替。实施例不限于四个‘点’，或者位于圆周上的点，于是可延伸到具有或不具有可编程硬磁层的多层标记阵列。如同标记实施例举例说明的一样，‘点’之间的间距可小到零，也可大到整个询问体积。发明人已测定大约一个元件直径的间距足以降低‘点’之间的交互作用误差。
标记可用作标志，例如CD或纸票的防伪特征。该标记不具有任意编码方案，但是具有可由阅读器检测的独特的特征组合。
标记非常坚固，并能经受200℃以上的温度。缺点是Atalante膜的PET膜稳定性。有效磁性材料可被喷涂到备选材料，例如铝上。这提供更好的温度性能。
在询问体积中同时阅读一个以上的标记的能力是一个非常有用的特征，被称为防冲突标记阅读。如果单个标记被物理分离和/或处于不同的定向上，通过几种技术的结合，3D-小孔阅读器能够实现有效的防冲突阅读。
第一种技术包括以已知的速度使多个标记(或者标记物品)通过小孔，例如通过使用传送器。传送器足够慢，足以允许当标记通过时，实现各个标记的多次扫描。当各个标记通过灵敏接收区域时，标记的检测信号的振幅将随时间而变化(即从零开始，一直到最大值，再降到零)。位于传送器长度方向上不同点处的标记将表现出彼此在时间方面偏移的特征时间函数(time variation)。于是通过处理接收的数据，并把具有和传送器的速度一致的匹配时间依赖性的信号组合在一起，可分离来自多个标记的信号。这提供了作为沿着小孔轴向的距离的函数的有效标记分离。
碰巧同时通过小孔的具有不同定向的标记也可被分离。这种情况下，具有相同时间函数的‘尖头信号’的数目远远大于由单个标记产生的类似‘尖头信号’的数目。可估计产生该数目尖头信号所需标记的实际数目。每个标记将具有位于一个平面中的一组磁性元件，并可由旋转矩阵(由滚动(roll)，节距(pitch)，偏航角(yaw)定义)，以及各层相对于第一层的角度充分描述。这样，可利用三个定向角和六个面内角度描述7-层标记。
可预测旋转询问磁场中一组这种标记的响应，并将其与测得的响应进行比较。如现有方案中一样，可使用极小化算法来改变上面说明的标记参数，以便实现与测量数据的最佳匹配。如果极小化会聚，则可解码并分离这些标记。如果不，则可标记一个错误，指示未正确扫描的物品的数目，及它们的大概位置。
可以将包括元件的磁化效应的标记模型加入防碰撞算法。这样可使有更多的扫描数据被使用，使解码更可靠，但需要付出更多的处理花费。
利用改进的系统几何形状，可对同时通过小孔，并具有相同定向的标记解码，只要这些标记被物理分离，例如位于小孔中的不同半径处。接收线圈组可被构造成具有随着，例如半径变化的灵敏度。来自位于不同半径处的两个标记的信号的振幅将不同，于是可被区分。其灵敏度沿不同方向变化的接收线圈的组合可给合到小孔阅读器中。这种情况下，很可能在处理前，来自接收线圈的信号不被组合成为单个复合信号，因为这将丢失某些有用信息。
实际上，除了病态情况，例如同时夹入两个标记的情况之外，在几乎所有情况下，上面讨论的防冲突特征的结合将发生作用。这些情况可能是很少见的。一个重要的特征是如果一些物品不能被扫描，解码软件总是能够显示出来，并且偶然遗漏标记物品的可能性是很小的。在重新扫描之前，物品的物理重新布置将可能导致成功的扫描。
通过在询问体积中采用磁场梯度，可询问标记位置的其它信息。PCT公开WO 96/31790中公开了这种系统。这种信息可进一步用于提高标记防冲突的能力。
类似于光学条形码，在制造标记或标签时形成标记或标签的数据。于是，标记或标签适用于零售标记工业(retail labeling industry)。仓库中邮政包裹或物品的标记是一个应用领域，在仓库中利用‘孔眼’形成标记，以致可容易地再分割该标记，从而被‘克隆’。诸如药物，化验瓶和药签之类的医疗消费器的标记也是可能的。
权利要求
1.一种存储数据的磁性标记(1)，它包括若干磁性层，每层对施加的磁场表现出指向性响应，其中相应各层的指向性响应的相对定向确定要存储的数据。
2.按照权利要求1所述的标记，其中每个磁性层包含位于非磁性层上的一层薄膜磁性层。
3.按照权利要求1或2所述的标记，其中各磁性层的长度和宽度相差不大。
4.按照权利要求3所述的标记，其中各层呈基本规则的多边形的形状。
5.按照权利要求1或2所述的标记，其中各层呈圆盘形。
6.按照权利要求1-5任一所述的标记，其中磁性层包括软磁层，还包括用于提供偏移磁场，从而使该标记是可编程的一层硬磁层。
7.按照依赖于权利要求5的权利要求6所述的标记，其中硬磁层的直径比软磁层的直径约大20％。
8.按照权利要求1-7任一所述的标记，其中按照预定的级数(progression)，安排相邻层之间指向性响应的定向的角距。
9.按照权利要求8所述的标记，其中所述级数是递增级数。
10.按照前述任一权利要求所述的标记，其中每层包含一个易磁化轴，从而该层对施加的磁场表现出指向性响应。
11.一种存储数据的可编程磁性标记，该标记包括多个软磁元件，每个软磁元件对施加的磁场表现出指向性响应，该标记还包括用于提供偏移磁场(Bb)，从而使该标记可编程的一层硬磁屋。
12.按照权利要求11所述的标记，其中与硬磁元件中剩磁磁场的方向有关地存储数据。
13.按照权利要求11或12所述的标记，其中磁性元件包含多个重叠的磁性层，其中相应各层的指向性响应的相对定向确定要存储的数据。
14.一种对如权利要求11-13任一所述的磁性元件编程的方法，包括对硬磁元件施加定向磁场，随后除去该磁场的步骤。
15.一种制造磁性数据标记的方法，包括相对于彼此以一定的角定向布置多层磁性层，每一层对施加的磁场表现出指向性响应，从而相应各层的指向性响应的相对定向确定要存储的数据。
16.按照权利要求15所述的方法，包括把各层相互粘贴在一起，形成层状堆叠。
17按照权利要求15所述的方法，包括把各层热压焊接在一起，形成叠层。
18.按照权利要求15-17任一所述的方法，包括在角位置布置各层，以便两个角位置的每个角位置之间的差值代表要存储的数据。
19.按照权利要求18所述的方法，其中对于代表数据的给定序列的角位置差值，该序列的相反序列代表相同的数据。
20.一种磁性数据标记制造方法，包括把磁性标记薄片分割成两部分或更多部分，以形成多个标记，该薄片包含多个平面磁性层，每一层对施加的磁场表现出指向性响应，其中各层相对于彼此被定向，以便各层的相应指向性响应的相对定向确定要存储的数据。
21.一种磁性数据标记阅读器，包括在询问体积中产生旋转磁场的装置，在询问体积中检测磁性数据标记的磁场检测装置，该磁场检测装置包括布置在该询问体积周围的第一和第二接收线圈对，每个线圈对被布置成平衡，以便不存在由旋转磁场在线圈对两端之间感应产生的净电动势。
22.按照权利要求21所述的阅读器，其中旋转磁场发生装置包括旋转的永磁体。
23.按照权利要求21或22所述的阅读器，其中旋转磁场的旋转频率基本恒定。
24.按照权利要求23所述的阅读器，其中该频率小于1kHz。
25.一种用于阅读多层磁性数据标记的磁性标记阅读器，包括被构造成用于在询问体积中产生旋转磁场，细且扁平的螺线管的发射线圈，及安装在螺线管的平面的周围，基本上与旋转磁场零耦合的接收线圈结构。
26.按照权利要求25所述的阅读器，其中在导磁铁芯上构造发射螺线管。
27.按照权利要求25或26所述的阅读器，还包括确定标记相对于含有螺线管磁轴的平面的倾斜角的装置。
28.按照权利要求27所述的阅读器，其中倾斜角检测装置包括产生锥形扫描磁场的装置。
29.一种使用旋转询问磁场询问多层磁性数据标记的方法，其中对于该询问磁场的每个360度旋转，该标记的各层产生两个响应，该两个响应由标称间隙分隔，该方法包括根据这两个响应之间的标称间隙，确定来自同一层的两个响应之间的间隙的偏差。
30.按照权利要求29所述的方法，其中该标称间隙为180度。
31.按照权利要求29或30所述的方法，还包括如果该偏差超出预定的门限值，拒绝来自询问磁场的输出响应的步骤。
32.一种询问根据权利要求1-10任一所述的磁性数据标记的方法，包括在含有该数据标记的询问体积中产生旋转磁场，接收代表构成数据标记的磁性层的相对定向的信号，并对该信号解码，以译解在该标记上编码的数据。
33.一种读取存储在磁性标记上的数据的方法，该磁性标记包括多个磁性元件，每个元件对施加的磁场表现出指向性响应，其中当沿一个方向阅读该标记时，相应元件的指向性响应的相对定向确定代表该数据的代码序列，该方法包括处理该代码序列，产生数据输出的步骤。
34.按照权利要求33所述的方法，其中当沿另一方向阅读该标记时，相应元件的指向性响应的相对定向确定代表该数据的相反代码序列，该方法包括处理该代码序列和该相反代码序列，产生相同的数据输出的步骤。
35.供按照权利要求33或34所述的方法中使用的包含多个磁性元件的磁性数据标记。
36.一种阅读磁性数据标记的设备，该磁性数据标记沿任意空间方向被布置，该标记包括多个磁性元件，每个元件对施加的磁场表现出指向性响应，该设备包括产生阅读该标记的询问磁场的装置；检测标记对询问磁场的响应的装置；及确定该标记的定向的装置。
37.按照权利要求36所述的设备，其中产生装置包含在检测装置能够检测标记响应的整个区域上产生均匀的询问磁场的线圈结构。
38.按照权利要求36或37所述的设备，包括用于沿三个正交方向产生均匀的询问磁场的装置。
39.按照权利要求36-38任一所述的设备，还包括处理在检测装置接收的响应，以模拟沿瞬时询问磁场矢量对时间的导数的方向旋转的检测线圈的效果的装置。
40.按照权利要求36-39任一所述的设备，还包括监测询问磁场的方向的装置。
41.按照权利要求36-40任一所述的设备，其中询问磁场的旋转频率基本恒定。
42.按照权利要求41所述的设备，其中该频率小于1kHz。
全文摘要
一种磁性数据标记和标记阅读系统,该标记多个磁性层,所述多个磁性层被布置成可借助它们的易磁化轴的相对定向存储数据。和数据编码系统一起说明了标记阅读器,该数据编码系统提供给要沿任意标记定向读取的数据,从而该系统可用作光学条形码标记系统的替代物。
文档编号G06K19/02GK1290379SQ99802858
公开日2001年4月4日 申请日期1999年1月12日 优先权日1998年1月12日
发明者安德鲁·N·丹姆斯, 詹姆斯·M·C·英格兰 申请人:森泰克有限公司