VDI 4471 Blatt 4-2002 Electronic article surveillance systems (EAS) - Radio-frequency EAS technology.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREWarensicherungssystemeKompatibilitt von elektronischen Artikelsicherungssystemen (EAS)Radiofrequente TechnologieElectronic article surveillance systems (EAS)Radio-frequency EAS technologyVDI 4471Blatt 4 / Part 4Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft Frde

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

3、 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 draft of

4、 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 Radiofrequenztechnologie . . . . . . . 41.2 Deaktivierung von RF-Sicherungs-elementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Definition der Elementpa

6、rameter . . . . . . . 62.1 Mittenfrequenz f0. . . . . . . . . . . . . . 62.2 Frequenztoleranz f0. . . . . . . . . . . . 72.3 Q-Faktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.4 Das effektive Volumen Veffund das magnetische Dipolmoment m . . . . . . . . 72.4.1 Das magnetische Dipolmoment m . . 72.4.2

7、 Das effektive Volumen Veff. . . . . . 82.5 Mindestdeaktivierfeldstrke HDder Deaktivatoren . . . . . . . . . . . . . . . . 82.6 Gtefaktor QRnach Deaktivierung 82.7 Maximale Feldstrke Hmaxbis zur Deaktivierung . . . . . . . . . . . . . . . . 83Leistungsklassen der radiofrequenten Technologie . . . .

8、. . . . . . . . . . . . . . . 94Ausprgung der Parameter. . . . . . . . . . . 95Testaufbau und Kalibrierung. . . . . . . . . . 95.1 Aufbau des Kalibrierspulensatzes. . . . . . 105.2 Kalibrierung des Kalibrierspulensatzes. . . 105.2.1 Berechnung der induzierten Spannung . . . . . . . . . . . . . . . 1

9、05.2.2 Messung des magnetischen Dipolmomentes. . . . . . . . . . . . 11Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Basic comments on the structure of electronic article security systems. . . . . . . 21.1 Radiofrequency technology . . . . . . . . . 41.2 Deactivation of RF se

10、curity elements . . . . 62Definition of the element parameters . . . . . 62.1 Centre frequency f0. . . . . . . . . . . . . . 62.2 Frequency tolerance f0. . . . . . . . . . . 72.3 Q factor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.4 The effective volume Veffand themagnetic dipole moment m . . . . . .

11、 . . . 72.4.1 Magnetic dipole moment m. . . . . . 72.4.2 Effective volume Veff. . . . . . . . . 82.5 Minimum deactivation field strength HDof deactivators . . . . . . . . . . . . . . . . 82.6 Quality factor QRafter deactivation . . . . . 82.7 Maximum field strength Hmaxuntil reactivation. . . . . .

12、. . . . . . . . . . . . 83Performance classes of the radiofrequencytechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94Value of the parameters . . . . . . . . . . . . . 95Test setup and calibration . . . . . . . . . . . 95.1 Setup of the calibration coil set . . . . . . . 105.2 Calibrating the cali

13、bration coil set. . . . . . 105.2.1 Calculating the induced voltage . . . 105.2.2 Measuring the magnetic dipole moment . . . . . . . . . . . . . . . . 11FrhereAusgabe:1.98Entwurf,deutschFormeredition:1/98draft, inGermanonlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All right

14、s reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20022 VDI 4471 Blatt 4 / Part 4VorbemerkungZiel der Richtlinie ist es, die am Markt befindlichenWarensicherungssysteme technologisch zu beschrei-ben (Stand der Technik) und zum anderen Minimal-standards zu definieren. Notwendig wird diese Arbeitdurch

15、 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 existierenden drei Technologienweitere inkompatible Varianten vorhanden sind,wrde dies bed

16、euten, 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 ein standardisiertesSystem einigen wrde. Dies ist auf Grund der unter-schiedlichen Anfor

17、derungen 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 beschrnken und damit eine Verbesserung derWirtschaftlichkeit zu gewhren.Auf der Grund

18、lage von Minimalstandardisierungenerfolgt die Reduzierung der Etikettenzahl. Trotz derFestschreibung dieser Minimumanforderungen wirdeine Verlangsamung oder gar ein Stillstand der Ent-wicklung durch die Vorgehensweise verhindert.Dieses Blatt enthlt die spezifischen Beschreibungenund Definitionen hin

19、sichtlich der akustomagneti-schen Technologie und ist an Hersteller von Siche-rungssystemen, Etiketten- und Verpackungsprodu-zenten sowie an Produkthersteller gerichtet. Dasvorliegende Blatt 4 bezieht sich hinsichtlich der An-forderungen und allgemeinen Aussagen auf Blatt 1dieser Richtlinie.1Prinzip

20、ielle Anmerkungen zum Aufbauvon elektronischen ArtikelsicherungssystemenDie Detektionsanlagen bestehen grundstzlich aus ei-nem Sender (Transmitter Tx), einem Empfnger (Re-ceiver Rx) und dem Sicherungselement (Bild 1). DieSystemantennen knnen entweder den Sender, denEmpfnger oder aber auch beide Komp

21、onenten(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-spannung U in Volt (V) bestimmter Frequenz ange-legt wird. Die Spannung erzeugt einen

22、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. This work is necessarybecause of the retail trades demand for so-calledsource protect

23、ion, 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 currently exist, this would require themanufacturer to fit ten different security elements t

24、ohis 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-pressed by trade and industry and the very differentperformance features.The guideline i

25、s 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 minimumrequirements being specified as guidelines, the ap-proach will prevent development wo

26、rk 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 producers as well as product manufactur-ers. This Part 2 refers to Part 1 of this guideline

27、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 security element(Figure 1). The system antennas can contain eitherthe transmitter, the r

28、eceiver 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-age U is applied in volts (V) of a certain frequency.The voltage generates a flow of cur

29、rent I in amperesB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2002 VDI 4471 Blatt 4 / Part 4 3 Ampere (A) in der Spule, der wiederum ein elektro-magnetisches Feld H in Ampere pro Meter (A/m) umdie Spule herum und d

30、amit zwischen den Antennenerzeugt. Dieses elektromagnetische Feld H ist proportionalder eingespeisten Transmitterwechselspannung UTx,nimmt aber mit der Entfernung berproportional ab.Das elektromagnetische Feld HTxselbst induziert ineinem Sicherungselement die magnetische Fluss-dichte B in Tesla (T),

31、 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 parallel) auftreffen, ergibt sich der mag-netische Fluss in Voltsekunden (Vs) im Siche-rungse

32、lement. 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 Sicherungselement SEfhrtzu einer Vernderung von HTx, so dass der Receivermit einem Fel

33、d 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 induzierte Spannungberechnet sich wie folgt:USE f SEwobei f in eins durch Sekunde (1/s) d

34、ie 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 sets up an electromag-netic field H in amperes per metre (A/m) around thecoil and henc

35、e between the antennas.This electromagnetic field H is proportional to theapplied transmitter a.c. voltage UTx, but decreasessuperproportionally with distance. The electromag-netic field HTxitself induces in the security elementthe magnetic flow density B in tesla (T) which is cal-culated with the f

36、ollowing formula:B = 0rHin which the product 0ris the material-dependentpermeability. If we multiply B by the area of thesecurity element on which the field lines impinge or-thogonally (when AM parallel), we obtain the mag-netic flux in volt seconds (Vs) in the security ele-ment.The induced magnetic

37、 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 SE bringsabout a change in HTxsuch that the receiver sees afield HTx,SE. This field in tur

38、n 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 SEin which f in one over a second (1/s) is the frequencyof the alternating field.One essential aspec

39、t 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 systemSender (Transmitter)SicherungselementEmpfnger (Receiver)transmittersecurity elementreceiverB5

40、5EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20024 VDI 4471 Blatt 4 / Part 41.1 Die RadiofrequenztechnologieDer Transmitter sendet ein elektromagnetischesWechselfeld aus, das in einer gewissen Bandbreiteum die Grundfrequ

41、enz verschoben wird (Wobblefre-quenz). Da die Eigenfrequenz des Schwingkreisesgewissen Fertigungstoleranzen unterliegt, ist dies er-forderlich. Zudem lassen sich durch den Einfluss ver-schiedener Substanzen (zum Beispiel Feuchtigkeitoder Metalle) ebenfalls Verschiebungen aus derGrundfrequenz festste

42、llen. Die Eigenfrequenz f0er-gibt sich durch die Auslegung der Spule (Induktivi-tt) L in Voltsekunden durch Ampere (Vs/A) und desKondensators (Kapazitt) C in Farad (F) zueinander.Dabei gilt folgender Sachverhalt:Neben der Einhaltung der Grundfrequenz von8,2 MHz als Gteparameter ist der Q-Faktor eben

43、-falls ein Qualittsma fr das Sicherungselement.Dieser Q-Faktor ist allgemein fr Schwingkreise de-finiert und beschreibt das Verhltnis zwischen derImpedanz XLund dem Ohmschen Widerstand R inOhm () des Schwingkreises:Bild 2 verdeutlicht den Effekt eines groenOhmschen Widerstands in einem Schwingkreis.

44、Dabei ist die Resonanzberhhung des Stroms imElement ein Ma fr die Signalstrke am Empfnger.Betrachtet man den Wirkzusammenhang zwischenSignalerzeugung und -empfang nher, zeigt sich dieBedeutung dieses Faktors fr die Signalstrke(Bild 3).Einflussfaktoren sind:f01LC-QXLR-=UE2 f SE=kTx SE,FSEFTx-=1.1 Rad

45、iofrequency technologyThe transmitter emits an electromagnetic alternatingfield that is shifted by the fundamental frequencywithin a certain bandwidth (wobble frequency). Thisis necessary because the natural frequency of theresonant circuit is subject to certain tolerances. Theinfluence of certain s

46、ubstances (e.g. moisture ormetals) also causes shifts from the fundamentalfrequency. The natural frequency f0is given by theconfiguration of the coil (inductance) L in voltseconds over amperes (Vs/A) and of the capacitor(capacitance) C in Farads (F) relative to one another.The following expression a

47、pplies:The Q factor is a measure of quality for the securityelement in addition to compliance with the funda-mental frequency of 8.2 MHz as a quality parameter.The Q factor is generally defined for oscillating cir-cuits and describes the relationship between imped-ance XLand the Ohmic resistance R i

48、n Ohms () ofthe resonant circuit:Figure 2 illustrates the effect of a large Ohmic re-sistance in an resonant circuit. The resonance sharp-ness of the current in the element is a measure of thesignal strength at the receiver.A closer consideration of the active relationship be-tween signal generation

49、 and signal reception will re-veal the importance of this factor for the signalstrength (Figure 3).Influencing factors are:f01LC-QXLR-=UE2 f SE=kTx SE,FSEFTx-=Bild 2. Induzierte Stromhhe in Abhngigkeit vom ohmschenWiderstand R Fig. 2. Induced current as a factor of ohmic resistance RR: groR: kleinR: largeR: smallB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbe