La tecnología antirrobo depende de una etiqueta acustomagnética amorfa.
Cuando entramos en un supermercado, podemos comprobar que cada producto tiene un diseño antirrobo, que consiste en la aplicación de un material acustomagnético amorfo.
El uso de sistemas de vigilancia electrónica de artículos (EAS, por sus siglas en inglés) es cada vez más común en nuestros sistemas empresariales. Existen seis tipos de sistemas EAS que utilizamos a diario: electromagnético, de microondas, de radiofrecuencia, inteligente y acustomagnético. El sistema acustomagnético es el más utilizado debido a su bajo costo, su conveniencia y su alta tasa de detección.
I. ¿Qué es la acústica magnética?
El sistema acustomagnético se basa en el principio de que las cintas de aleación amorfa pueden emitir una fuerte señal de resonancia debido a su alto magnetismo (coeficiente de acoplamiento elástico). Generalmente, el sistema acustomagnético se compone de un detector, un decodificador, un sensor, etc. El detector emite una onda de impulsión de 58 kHz cada 20 milisegundos. Si el detector detecta una señal de resonancia cinco veces después de la onda de impulsión, y cada una de estas cinco señales tiene la misma capacidad y frecuencia, la alarma se activará. Si las señales no coinciden en un segundo, la alarma no se activará. Esta tecnología garantiza la precisión de la alarma. El decodificador reduce la intensidad de la señal de resonancia desmagnetizando las películas de polarización en el dispositivo antirrobo para que la alarma no se active.
La tecnología acustomagnética se ha utilizado ampliamente en dispositivos antirrobo durante más de 20 años. La patente estadounidense US4510489 indica que algunas cintas amorfas, como FeNiMoB, pueden emitir señales de alta resonancia debido a su elevado magnetismo, y esta teoría se aplica con éxito en sistemas antirrobo comerciales. La cinta amorfa se convierte en un resonador y las películas de polarización se fabrican con materiales magnéticos semiduros (US5729200) o blandos (US7626502). Existen muy pocas investigaciones sobre etiquetas magnéticas acústicas.
II. Teoría acustomagnética. Efecto magnetostrictivo.
Bajo la acción de un campo magnético externo, el tamaño de la sustancia ferromagnética cambia y, tras la eliminación de dicho campo, recupera su longitud original. Debido a la acción del campo magnético, la longitud del material magnetostrictivo experimenta una transformación lineal, provocando su desplazamiento; o bien, cambia repetidamente bajo la acción de un campo magnético alterno, generando vibraciones u ondas acústicas. Este tipo de material puede transformar la energía electromagnética en energía mecánica o acústica. A la inversa, la energía mecánica también puede transformarse en energía electromagnética. El primer fenómeno se denomina efecto magnetostrictivo y el segundo, efecto magnetoelástico.
Bajo ciertas condiciones, los metales magnéticos de ferrita experimentan un cambio de longitud, causado por la redistribución de los átomos durante la magnetización. En un campo magnético alterno, se observa que la franja metálica magnetostrictiva vibra según la frecuencia de dicho campo. Si la frecuencia del campo magnético alterno coincide con la frecuencia de resonancia de la franja metálica, la resonancia se produce cuando la amplitud alcanza su valor máximo. Este fenómeno es especialmente evidente en la aleación Perm (Fe-Ni).
Por otro lado, este efecto magnetostrictivo es reversible, lo que se conoce como piezomagnetismo. Así, cuando la frecuencia del campo magnético alterno coincide con la resonancia de la tira metálica, esta comienza a vibrar. Al desactivarse el campo magnético alterno, la etiqueta magnética acústica amortigua la vibración momentáneamente, como un diapasón, y emite una señal de resonancia. Como extensión del campo magnético alterno, puede ser detectada por el receptor. El efecto magnetostrictivo se describe mediante el coeficiente magnetostrictivo λ, donde λ = (LH - L0) / L0, siendo L0 la longitud original de la sustancia y LH la longitud modificada por el campo magnético externo.
Factor de acoplamiento magnetomecánico K
Cuando la franja amorfa se inspira en el campo magnético alterno bajo el campo magnético de polarización, el interior de la franja tiene un intercambio entre energía magnética y energía mecánica. Se llama El acoplamiento magnetomecánico se evalúa mediante el factor K de acuerdo con las siguientes formas. El componente principal de la etiqueta magnética acústica es una aleación amorfa (aleación Perm).
Según la teoría fenomenológica, el factor k se expresa como: La fórmula para la frecuencia de resonancia Fr y FA para la frecuencia de antirresonancia.
Aparentemente, la etiqueta posee un punto de resonancia y un punto de antirresonancia, lo que le permite generar una señal de resonancia intensa bajo un campo magnético de baja intensidad. Además, la caída de voltaje entre estos dos puntos es evidente, lo que indica que la etiqueta tiene un alto factor de acoplamiento magnetomecánico. La pronunciada curva de resonancia sugiere que la etiqueta posee un alto factor Q, un ancho de banda estrecho y una fuerte selectividad. Por lo tanto, si se establece un campo magnético de polarización adecuado y se le proporcionan las condiciones de funcionamiento óptimas, se puede obtener una señal de resonancia intensa y una alta estabilidad de frecuencia.
Efecto diapasón
La etiqueta acústica magnética está compuesta por una pequeña caja de plástico de aproximadamente 40 mm de largo, 8-14 mm de ancho y 1 mm de profundidad. Dentro de la caja, se forma una estructura en forma de diapasón mediante dos tipos de tiras metálicas: una tira metálica rígida fijada a la caja y una tira amorfa que vibra libremente. Debido al material y la estructura especiales de la etiqueta, esta posee una frecuencia de resonancia determinada. Cuando la frecuencia del campo magnético alterno aplicado coincide con la frecuencia de resonancia de la etiqueta, se produce la resonancia. Debido al efecto de magnetostricción y al piezomagnetismo, cuando desaparece el campo magnético alterno aplicado, la etiqueta continúa oscilando amortiguadamente, formando un modo de conversión de energía magnética alterna y energía mecánica, con atenuación de la señal de resonancia. Este es un tipo de señal acústica magnética compuesta.
La frecuencia de trabajo de una etiqueta acústica magnética típica es de 58 kHz; la señal del diapasón es similar a una onda ultrasónica, por lo que posee una gran capacidad antiinterferencias y una alta fuerza de penetración, lo que hace que la etiqueta sea más brillante que otras etiquetas.
En el proceso de identificación mediante el efecto diapasón, se produce una interacción entre la conversión de energía electromagnética y mecánica. Sin embargo, debido a la baja eficiencia de los dispositivos magnéticos, se requiere una alta potencia de transmisión. Los valores típicos, como la intensidad mínima del campo magnético necesaria para activarlo, superan los 16 A/m, lo que implica que la antena detectora de la etiqueta acústica magnética es de gran tamaño.
III. Situación actual en el país y en el extranjero
Los resonadores y las películas de polarización son componentes clave en la etiqueta acustomagnética. Por un lado, la película resonante está hecha de tiras amorfas a base de Fe y Fe-Ni. La composición, el tamaño y la forma geométrica del resonador, las condiciones del tratamiento térmico y el número de placas resonantes influyen significativamente en las propiedades acustomagnéticas de la etiqueta. Por otro lado, la película de polarización es un material magnético semiduro de uso común, y su rendimiento puede afectar la frecuencia de la etiqueta y determinar si esta puede ser probada y decodificada. Por lo tanto, la investigación sobre el material del resonador y la película de polarización continúa.
La patente WO2007143707 propone una nueva composición de la placa resonante, que se cree que es una cinta amorfa de FeaNIbMc (donde M es uno de Co, C, B, P, etc., o una combinación de varios, A + b + c = 100, un en el rango de 40 a 70 % en peso, b en 10 a 50 % en peso, c en 10 a 50 % en peso), el recocido en un campo magnético de 300 grados durante al menos una hora puede lograr resultados similares a los utilizados en el mercado actual Propiedades de sonido y magnéticas, pero al mismo tiempo redujo en gran medida el costo de fabricación de la película resonante.
La patente US6057766 divulga un material magnetostrictivo a base de hierro adecuado para su uso como elemento resonante con un coeficiente de acoplamiento magnetoelástico de entre 0,28 y 0,4, donde el contenido de hierro está entre 45 y 82 % en peso, mientras que el resto son principalmente cobalto y níquel y algunos elementos formadores de vidrio. La patente US 6,181,245 divulga un material de lámina de polarización de baja coercitividad que permite decodificar una etiqueta acustomagnética a mayor distancia. La patente US 6,689,490 divulga un material magnético semiduro adecuado para su uso en una lámina de polarización en una etiqueta acustomagnética que comprende de 8 a 25 % en peso de níquel, de 1,5 a 4,5 % en peso de aluminio y de 0,5 a 3 % en peso de titanio, siendo el resto hierro. Este material magnético semiduro es diferente del material de polarización típico y tiene una propiedad magnética muy brillante y una alta resistencia a la corrosión. Además, es muy adecuado para el trabajo en frío y el templado durante la producción.
IV: Empresas relacionadas
Aunque actualmente se están desarrollando películas resonantes y polarizadas en todo el mundo, solo Estados Unidos ha logrado producir etiquetas magnéticas y de sonido de alto rendimiento que cumplan con los requisitos del mercado. La tecnología de preparación ha estado monopolizada durante muchos años, especialmente el proceso de producción de láminas polarizadas para la preparación de tiras de aleación magnética semidura, que es complejo. Los únicos proveedores calificados a nivel mundial son la empresa alemana Vacuum Metallurgy y la empresa estadounidense Carpenter Special Steel. En China, solo la empresa produce materiales magnéticos blandos amorfos para la polarización de etiquetas magnéticas; el proceso de preparación de etiquetas magnéticas con polarización magnética semidura se encuentra básicamente en fase de prueba.
V. Tamaño del mercado y pronóstico
Como uno de los sistemas electroacusativos más avanzados del mundo, el sistema acústico-magnético se utiliza ampliamente en diversas situaciones. Al mismo tiempo, los países europeos se esfuerzan por implementar el sistema de etiquetado de origen, que exige que el fabricante coloque la etiqueta antirrobo en los productos durante su producción. Esta práctica reducirá los costos de producción y aumentará la frecuencia de uso de la etiqueta.
Como resultado, el uso de etiquetas acústicas magnéticas asciende a unos 8.000 millones de dólares, el volumen de transacciones supera los 200 millones de dólares estadounidenses y el crecimiento anual de la demanda se mantiene en un 25%, con un mercado muy amplio.
Sin embargo, la tecnología de preparación de etiquetas ha sido monopolio de la empresa estadounidense durante casi cinco años. Si bien la empresa nacional cuenta con etiquetas antirrobo de alta calidad, su cuota de mercado es inferior al 2%. Actualmente, el proceso de preparación de etiquetas antirrobo acústicas y magnéticas, que se perfecciona en el país, domina el mercado. Con el avance de la investigación, estas tecnologías comienzan a integrarse en nuestra vida cotidiana; los sistemas de seguridad acústico-magnéticos amorfos nos brindarán una seguridad cada vez más fiable.
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