Wenn man einen Streifen aus amorphen magnetostriktiven Mate- rial einem Magnetfeld aussetzt, so bedingt die Magnetostrik- tion eine Längenänderung des Streifens. Bei positiver Magne- tostriktion wird sich der Streifen mit zunehmendem Magnetfeld längen. Diese Abhängigkeit ist jedoch nicht linear, sondern abhängig von den Abmessungen des Streifens und von der Grö e des Magnetfeldes. Erhöht man das Magnetfeld schrittweise um jeweils den gleichen Betrag bei einem bestimmten Streifen, so stellt man fest, da zunächst nur kleine Längenänderungen er- folgen, da die Längenänderungen mit zunehmenden Schritten für die Erhöhung der Magnetisierung grö er werden und da bei Eintritt der Sättigung trotz weiterer schrittweise erhöhtem Magnetfeld keine weitere Längenänderung erfolgt.

Diese Eigenschaft bewirkt, da sich ein derartiger Streifen vorzugsweise dann zu mechanischen Schwingungen anregen lä t, wenn er einem Vormagnetisierungsfeld ausgesetzt ist, dessen Grö e eine hohe Längenänderung bei gleicher Änderung des Ma- gnetfeldes zur Folge hat. Weiterhin bewirkt die durch das Ma-

gnetfeld erfolgende Längenänderung, da sich in diesem Be- reich die Länge des Streifens ändert, ohne da eine Zugkraft auf den Streifen wirkt.

Bei der mechanischen Schwingung eines Streifens ist für die Resonanz frequenz der Schwingung der Elastitzitätsmodul des Materials ma gebend. Je grö er dieser Elastitzitätsmodul ist, umso grö er ist eine für eine bestimmte Längenänderung erfor- derliche Kraft und umso höher wird die Resonanz frequenz des schwingenden Streifens sein. Durch die Einwirkung des Magnet- feldes erfolgt nun aber eine zusätzliche Längenänderung, ohne da eine Kraft notwendig ist. Das Material wirkt also so, als ob es einen geringeren als den mechanischen Elastitzitätsmo- dul haben würde.

Dies hat zur Folge, da mit zunehmender Vormagnetisierung bei Anregung mechanischer Schwingungen durch ein magnetisches Wechselfeld die Resonanz frequenz niedriger wird, als sie ohne Vormagnetisierung des Streifens ist. Ein Streifen, der bei gegebener Vormagnetisierung bei einer bestimmten Resonanzfre- quenz mit hoher Signalamplitude schwingt, wird bei Anregung mit gleicher Frequenz wesentlich weniger schwingen, wenn das Vormagnetisierungsfeld entfernt wird, da sich die Resonanz- frequenz dadurch erhöht und die anregende Frequenz und die Resonanzfrequenz nicht mehr übereinstimmen.

Au erdem bewirkt die Entfernung des Vormagnetisierungsfeldes, da eine Änderung des Magnetfeldes nur noch eine relativ ge- ringe Änderungen der Länge des Streifens zu Folge hat, so da ohne Vormagnetisierungsfeld auch die Signalhöhe wesentlich abnimmt.

Beide Faktoren zusammen haben zur Folge, da bei Entfernung des Vormagnetisierungsfeldes ein mechanisches Schwingen des Streifens unterbunden wird. Es ist also möglich, ein Anzeige- element aus diesem Material dadurch zu deaktivieren, da man das Vormagnetisierungsfeld entfernt.

Dies wird bei Anzeigeelementen beispielsweise dadurch er- reicht, da man einen mit dem weichmagnetischen Streifen ver- bundenen halbhartmagnetischen weiteren Streifen entmagneti- siert. Bei anderen Systemen, bei denen das Vormagnetisie- rungsfeld von einer Spule im Untersuchungsbereich miterzeugt wird, lä t sich die Schwingung unterbinden, indem man dieses Vormagnetisierungsfeld abschaltet.

Aus der WO 88/01427 sind Warensicherungssysteme auf magneto- elastischer Basis beschrieben, bei denen nicht nur festge- stellt werden kann, ob ein oder mehrere aktivierte Anzeigee- lemente im Sicherungsbereich vorhanden sind oder nicht son- dern auch die Anzahl der im Sicherungsbereich vorhandenen ak- tivierten Anzeigeelemente und/oder deren Identität festge- stellt werden kann. In der WO 88/01427 wird ferner beschrie- ben, da bei der Verwendung magnetoeleastischer Anzeigeele- mente die Identifizierung im wesentlichen darauf beruht, da das Vorhandensein mehrerer Resonanz frequenzen im Sicherungs- bereich abgefragt wird. Da in den Anzeigeelementen selbst im- mer nur die Projektion des äu eren Feldes auf die Streifen- längsachse wirksam ist, ermöglicht dies, die unterschiedliche Streifenorientierungen zu detektieren. Hiermit lassen sich beispielsweise durch unterschiedliche Streifenorientierungen innerhalb eines Anzeigeelements die einzelnen Objekte indivi- duell kennzeichnen und auch räumlich auflösen.

Aus der WO 90/03652 sind ferner Legierungen mit hoher Magne- tostriktion bekannt, die neben Eisen im wesentlichen Nickel enthalten, und für Anzeigeelemente der eingangs genannte Art vorgeschlagen werden. Diese Legierungen weisen aber keine starke Anderungen der Resonanzfrequenz mit dem vormagneti- sierten Feld auf und haben auch nicht gleichzeitig eine hohe Signalamplitude und eine gute Resonatorgüte. Anzeigeelemente, die mit Streifen aus solchen Legierungen versehen sind, wei- sen ein nur kurzes Nachschwingen des Signals nach Abschalten

der äu eren Anregung auf, so da ihre Detektionsfähigkeit stark eingeschränkt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Anzeigeele- mente der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu ent- wickeln, da eine hohe Signalamplitude und ein langes Anhal- ten des Signals nach Abschalten des erregenden Feldes eine geringe Abhängigkeit der Resonanz frequenz von der vormagneti- sierenden Feldstärke sowie gleichzeitig eine sichere Deakti- vierungsmöglichkeit des Streifens vorliegt, sowie eine hohe Resonatorgüte.

Erfindungsgemä wird diese Aufgabe dadurch gelöst, da das Material eine flache B-H-Schleife aufweist, die bis in den Bereich der Sättigung möglichst linear verläuft, da ein Streifen des Materials eine magnetische Anisotropie quer zur Streifenlängsrichtung aufweist, wobei die Anisotropiefeld- stärke grö er als die Vormagnetisierungsfeldstärke ist, und da die Änderungen der Resonanz frequenz der Streifen gegen- über der Änderung der Vormagnetisierungsfeldstärke dfr/dHBias 2 1500 Hz/Oe, vorzugsweise dfr/dHBias 2 2000 Hz/Oe ist und hierbei die Streifen in einem Feldbereich dH as 2 1 Oe die Resonatorgüte Q 2 100 aufweisen.

Durch die Verwendung solcher Anzeigeelemente wird sowohl eine sehr starke Änderung der Resonanz frequenz mit dem vormagneti- sierenden Feld gewährleistet, als auch eine gleichzeitig hohe Signalamplitude und gute Resonatorgüte, das hei t unter ande- rem ein sehr langes Nachschwingen des Signals nach Abschalten der äu eren Anregung.

Darüber hinaus zeigt die Verwendung solcher Materialien wei- tere gro e Vorteile, die im folgenden eingehend beschrieben werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand - der Unteransprüche.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschau- licht und im nachstehenden, im einzelnen anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen: Figur 1 B-H-Schleifen von erfindungsgemä en Streifen, Figur 2 die Resonanz frequenz fr als Funktion des vormagne- tisierenden Feldes H, Figur 3 das typische Resonanzverhalten der Signalamplitude für die erfindungsgemä en Streifen, Figur 4 der zeitliche Verlauf der Resonanzamplitude nach Abschalten der Wechselfelderregung, Figur 5 die Resonatorgüte Q in Abhängigkeit des vormagneti- sierenden Feldes H, Figur 6 die Resonanzamplitude 2msec nach Abschalten des er- regenden Wechselfeldes als Funktion des vormagneti- sierenden Gleichfeldes, Figur 7 die Variation der Resonanz frequenz als Funktion des vormagnetisierenden Gleichfeldes und Figur 8 die Änderung der Resonanzfrequenz, nachdem das vor- magnetisierende Feld H mit einem niederfrequenten Wechselfeld der Stärke A HBias = 40 A/m moduliert wird.

Kernstück eines Anzeigeelementes sind ein oder mehrere ferro- magnetische, magnetostriktive Streifen, welche durch ein ma- gnetisches Wechselfeld zu longitudinalen, mechanischen Reso- nanzschwingungen angeregt werden. Aufgrund der magnetostrik- tiven Kopplung bewirken die mit der Schwingung verknüpften - mechanischen Spannungen eine Magnetisierungsänderung, welche

in der Empfängerspule eine entsprechende Spannung induziert, womit das Anzeigeelement nachgewiesen werden kann. Die Figur 3 illustriert dabei die resonanzartige Überhöhung der indu- zierten Spannung als Funktion der Frequenz des erregenden Wechselfeldes.

Neben der Signalverstärkung durch Resonanzüberhöhung ist ein weiterer, entscheidender Vorteil dieser magnetoeleastischen Warensicherungssysteme, da die mechanische Schwingung und damit verknüpft die induzierte Spannung auch nach Abschalten der äu eren Erregung bestehen bleibt.

Das Signal hält typischerweise einige msec an. Die Figur 6 gibt eine schematische Darstellung für dieses Verhalten. Dies ist ein mehr oder weniger einzigartiges Merkmal und reduziert mögliche Fehlalarme durch zum Beispiel Einkaufswagen und an- dere magnetische Gegenstände auf ein absolutes Minimum. Da das anregende Magnetfeld in den Empfängerspulen ebenfalls ei- ne Spannung induziert, ist ferner klar, da die Empfindlich- keit des Systems erhöht wird, wenn dieser Störhintergrund wegfällt.

Ausgegangen wird von magnetostriktiven Legierungen auf Eisen- basis mit Nickel und/oder Kobalt-Zusätzen, welche in einem Magnetfeld so wärmebehandelt werden, da sich eine uniaxiale magnetische Anisotropie quer zur Bandlängsrichtung ergibt.

Die Streifen für die Anzeigeelemente werden typischerweise aus der Schmelze mittels Rascherstarrung gegossen und danach in einem Magnetfeld quer zur Bandrichtung (Querfeld) einer Wärmebehandlung unterzogen und danach abgelängt.

Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung im Durchlauf vollzogen und die Durchlaufgeschwindigkeit so gewählt, da das Band für eine Wärmebehandlungszeit 0,5sec < T < 30sec auf eine Tempe- ratur 3000C < T < 4400C erwärmt wird.

Im folgenden wurden für 3 Beispielslegierungen mit unter- schiedlichen Anisotropiefeldstärken die zu erwartenden magne- toelastischen Eigenschaften untersucht. Die hierfür zugrunde gelegten Legierungen und die primären Materialparameter sind in den Tabellen 1 und 2 zusammengefa t.

Tabellel: Materialparameter für die drei untersuchten Fallbeispiele.

Die typische Wärmebehandlung zur Einstellung des angegebenen Anisotropiefeldes lag bei ca. einigen Sekunden im Temperatur- bereich zwischen 3000C und 4000C.

Fall Legierung J, (T) . E, NK (A/m) (at%) (ppm) (GPa) A Fe81Si3 sB13.5C2 1.58 35.6 183 146 B Fe62Ni20Si2B16 1.44 32.5 169 360 C Fe62Ni20Si2B16 1.44 32.5 169 510 Tabelle 2: Probenabmessungen und Anregungsbedingungen für die untersuch- ten Fallbeispiele Streifenlänge: 60 mm Bandbreite: 2 mm Banddicke: 25 um Wechselfeld: Hac = 1 A/m Pick-Up-Spule: 100 Windungen Die Figur 1 zeigt die typischen B-H-Schleifen, wie sie sich nach der Wärmebehandlung ergeben.

Die Figur 2 zeigt den Verlauf der Resonanz frequenz als Funk- tion des äu eren vormagnetisierenden Feldes. Die stärkste Än- derungen der Resonanz frequenz ergibt sich aufgrund des klei- nen Anisotropiefeldes im Beispiel A, welches deshalb am be- sten die oben diskutierten Anforderungen erfüllt. Es handelt sich hierbei um die Legierung Fe8l Ski3,5 B13,5 C2, welche auf- grund der in Figur 2 gezeigten Eigenschaften auch als beson- ders vorteilhaft für magnetoelastische Anwendungen ist.

Da jedoch ein kleines Anisotropiefeld und eine höhe Änderung des effektiven Elastizitätsmoduls mit der Vormagnetisierung (E-Effekt) auch eine starke Dämpfung der mechanischen Schwingung bewirkt, ergibt sich eine sehr gro e Halbleiter- breite der Resonanzkurve, was in der Figur 3 zu sehen ist, beziehungsweise ein sehr schnelles Abklingen der Resonanz- amplitude nach Abschalten des erregenden Wechselfeldes, was in Figur 4 dargestellt ist. Beide Effekte sind nachteilig.

Die gro e Halbwärtsbreite Afr der Resonanzkurve erschwert die Auflösung der genauen Resonanzfrequenz. Hat man mehrere Streifen mit unterschiedlicher Resonanzfrequenz, so müssen bei gro en Werten von Afr die individuellen Resonanzfrequen- zen der einzelnen Streifen weit auseinander liegen, um die Streifen sicher unterscheiden zu können. Damit reduziert sich naturgemä die Zahl der Codierungsmöglichkeiten gegenüber ei- nen Anordnung von Streifen mit Afr, das hei t hoher Resona- torgüte Q. Die beiden letztgenannten Grö en hängen über Afr = fr/Q zusammen. Die genauen Zusammenhänge sind in dem Buch von RM Bozorth, Ferromagnetism, Van Nostrant, Princeton, 1951, Sei- ten 699ff zu entnehmen.

Das schnelle Abklingen der Signalamplitude nach Abschalten des erregenden Feldes erschwert die sichere Detektion des Streifens. Die Abklingzeit I, nach der das Signal auf 1/e-tel

seines ursprünglichen Wertes abgeklungen ist, ist mit der Re- sonatorgüte über die Beziehung Q = ltfrT verknüpft. Für die Resonanzamplitude als Funktion der Zeit folgt V(t)~Q{l-[fr(H)/fr(0)] 2} exp(-itfrt/Q) Figur 5 zeigt die Resonatorgüte Q der untersuchten Beispiele als Funktion des vormagnetisierenden Feldes. Während im Fall A, abgesehen von sehr kleinen Feldstärken, die Resonatorgüte Q sehr klein ist, zeigen die beiden anderen Beispiele wesent- lich bessere Güten und erfüllen daher die zweite Anforderung der Anwendung wesentlich besser.

Dies äu ert sich natürlich auch in der Resonanzamplitude, insbesondere nach Abschalten des äu eren erregenden Feldes.

So ergibt sich im Fall A ein vernünftiges, detektierbares Si- gnal nur in einem sehr kleinen Bereich des vormagnetisieren- den Feldes, während in den Fällen B und C sich über einen weiten Feldbereich eine hohe Signalamplitude ergibt.

Es wird deutlich, da nur diejenigen Resonanzfrequenzen gut detektiert werden können, bei denen die Signalamplitude be- ziehungsweise die Resonatorgüte ausreichend hoch ist. So sind in Figur 7 nur diejenigen Resonanzfrequenzen eingezeichnet, bei denen dies der Fall ist. Als Auswahlkriterium wurde hier- bei angesetzt, da die Resonatorgüte Q 2 100 betragen bezie- hungsweise die Signalamplitude 2msec nach Ausschalten der Wechselfelderregung um nicht mehr als 50% unter ihren Maxi- malwert fallen sollte. Die beiden letztgenannten Anforderun- gen sind in etwa gleichbedeutend, au er bei sehr kleinen Vor- magnetisierungsfeldstärken, wo aufgrund eines zu kleinen AE- Effekts keine vernünftige magnetoelastische Kopplung mehr zu- stande kommen kann.

Eine weitere Anforderung ist, da die genannte Frequenzände- rung durch möglichst kleine Feldstärkenänderungen hervorgeru- fen werden. Entsprechend ist in Figur 8 die Frequenzänderung dargestellt, wenn man das vormagnetisierende Gleichfeld mit einem niederfrequenten Wechselfeld AH moduliert. Bei den hier gewählten Bedingungen zeigt damit das Beispiel B die stärkste Änderung der Frequenz.

Durch die Spulen mu nicht das gesamte vormagnetisierende Feld aufgebracht werden, sondern lediglich das Modulations- feld AH. Der statische Grundanteil des vormagnetisierenden Feldes wird zweckmä igerweise durch einen aufmagnetisierten hartmagnetischen Streifen aufgebracht, um ins Maximum der Frequenzänderung zu gelangen (Figur 8).

Die aufgezeigten vorteilhaften Resonatoreigenschaften werden hauptsächlich durch die Wahl von der Legierungszusammenset- zung und der an der Legierung erfolgten Wärmebehandlung ein- gestellt. Ma geblich für die angestrebten Eigenschaften ist selbstverständlich eine hohe Magnetostriktion Xs - 20 bis 50x10-5 und ein wohldefinierter Wert der Anisotropiefeldstär- ker HK. Für die Wahl der Anisotropiefeldstärke hat sich ein Bereich von HK - 200 bis 800 A/m als vorteilhaft gezeigt.

Die in den Beispielen verwendeten Bandabmessungen, das hei t Streifenlängen von -60mm, Bandbreiten von -2mm, sind eben- falls für die Verwendung von Anzeigeelementen in Warensiche- rungsystemen der eingangs genannten Art von Vorteil. Insbe- sondere, wenn man die Winkelorientierung der Streifen auswer- ten will, ist ein möglichst gro es Verhältnis von Streifen- länge zu Bandbreite günstiger als ein kleines Verhältnis.

Die Legierungszusammensetzung, das hei t die genaue Zusammen- setzung der in Frage kommenden amorphen ferromagnetischen Ei- sen-Basis-Legierungen sind eingehend im deutschen Gebrauchs- muster 94 12 456 und in der europäischen Patentanmeldung EP 0 702 096 Al beschrieben, deren Gegenstand hiermit aus- drücklich in die vorliegende Patentanmeldung eingebunden ist (incorporated by reference).