图书防盗磁条原理

图书防盗磁条原理
书店、图书馆、超市、商场的出口两侧有两根立柱或立面,持未”消磁”的商品通过,就有喇叭滴滴叫,然后彪型大汉冲出抓住你的两臂带走。这种被统称为”磁条”的检测技术事实上不止一种,而且也不都跟磁有直接关系,网上的传闻多种多样,且夹杂诸多谬误,所以整理一下我查到的靠谱的。
下述磁条防盗技术的讨论中,不包含彪型大汉部分。也不包含如何 防防盗磁条。
先讲两个简短的,包括射频和声磁,然后再详细讲相对更通用的电磁波防盗。
1. 射频
射频磁条长得样子像个硬纸卡,夹在书的最后一页,或者贴在商品上,2-3cm见方。把硬纸卡掀开,里面有一根导线,盘成转角方正的蛇形。有一些蛇形的中心处还有一个芯片。
防盗门一直在发射电磁波。当射频磁条通过防盗门的时候,防盗门的电磁波激励磁条上的导线。
这根导线相当于收音机的电线,这时接收到能量。如果有芯片,这些能量会支持芯片工作,然后受芯片指挥发射电磁波。这一电磁波被防盗门上的天线接收。这样,完成一次通信过程。
有芯片的这种,跟RFID,或者称射频卡的工作原理是相同的。卡里的芯片可以发射指定的编码,还可以与防盗门”对话”,确认芯片的身份,因此可以识别事先编号的这个芯片所对应的人或者商品。
没芯片的我不太确定。大致应该是磁条上的天线在防盗门电磁波的作用下”受迫震动”,发射电磁波。磁条发射的电磁波频率磁条的导线 (天线)特性有关。如果防盗门检测到磁条发射的电磁波,就叫。
关于破坏性检测。一,防盗门检测电磁波的时候,应该是有一定的频率范围,所以如果不彻底破坏磁条天线,而只是剪短一段,估计还是可以检出。二,RFID里面有CPU,能够通过往复通信回答防盗门或检测器一段你很难仿造的消息,而且这段消息每次可能不同。所以通过监听重放这样的技术,估计不能冒充别的RFID卡。
2. 声磁 (AM)
射频这个,只能防君子不能防小人,因为非常容易找到揭掉。所以声磁 (AM) 和电磁波 (EM)防盗应用更普遍。其中声磁技术似乎更贵一些,所以主要用在高价商品上。声磁的好处是检测距离比电磁声防盗更远一些,磁标签工作在1.2米~1.5米,电磁波磁条工作在0.7米~0.9米。
声磁的原理。有一种材料,叫做玻莫合金。它的名字来自英译 permalloy, 其中perm- 表示导磁性 permeability,-alloy是合金。玻莫合金的成分是铁和镍,所以也称铁镍合金。玻莫合金除了导磁能力非常强以外,还有有诸多特性。
人类每当发现什么东西有特别的特性的时候,就会琢磨把它应用在某个领域上。
玻莫合金有个特性,叫做磁致伸缩。在不同强度的磁场作用下,玻莫合金的长度会发生变化。这种微小的尺寸变化可能是人眼难以觉察的,不过对于微小变化的检测,更高精度的检测,这可能也正是现代科学发展的一个重要特征。如果磁场是交变的,即它的大小和方向 (正负或南北极) 不停发生变化,那么磁致伸缩的尺寸也会不断变化。快速的大小变化,就是振动。如果外加的交变磁场的频率与这块玻莫合金的固有频率一致,受迫振动就导致共振。和谐、和声、共振,都有点这个意思,同声相求。
接下来就简单了。防盗门发出交变磁场,这个交变磁场的频率与置于图书中的玻莫合金的固有频率一致。如果玻莫合金存在,它就会按这个频率振动–发声。防盗门检测这个声音,如果声音存在,就有图书被带出。这个声音的频率在超声波频段,人耳听不到。
以上两种,要么关掉防盗门,要么把RF卡或声磁拆下来,都会叫,没有下面提到的电磁波防盗磁条的充磁和消磁功能。所以,RF和声磁材料,都是一次性的。
3. 电磁波防盗磁条 (EM)
电磁波防盗磁条也是玻莫合金,不过,原理不同于声磁的磁致伸缩。但是,也不是朴素的猜想检测磁场。
3.1 永久磁条
永久磁条是不能”消磁”的磁条。事实上,它不是磁条,而是玻莫合金。陡峭磁滞回线的坡莫合金。
现在我们解释一下陡峭磁滞回线的坡莫合金有什么特性–因此可以被检测出来。
什么是磁滞回线呢?下面涉及到磁感应强度B、磁场强度H等术语,不懂的话无所谓,你就假设它们都是磁场的大小就行了。当外界的磁场强度H发生变化时,玻莫合金里的磁通量密度也跟着发生变化。这条因变量B和自变量H间的函数曲线,就是磁滞回线。
什么是陡峭的磁滞回线呢?我的瞎理解,就是B和H的比值,即斜率,总体来讲比较大。或者说,当外界H发生微小变化的时候,B就发生较大的变化。这让我想起精神病、文艺青年、易激惹等诸多人等。陡峭的一个结果是如上所述,对外界的变化反应比较明显 (因而容易检测),另一个特点是,它也容易饱和,即稍微加强一点的H,曲线就脱离了原点附近,因而B不能再随H的变化而变化了。这个特性后面稍晚会用到。
先说陡峭。我们还注意到,这条陡峭的磁滞回线还有个特点,它不是线性的。当H变化的时候,产生的磁场不是线性变化的,而是弯弯曲曲–非线性的。这会带来什么结果呢?第一步,变化的H导致变化的B,这是磁滞回线;第二步,变化的B导致电场,这是法拉第电磁感应定律;第三步,因为B的变化是非线性的,因此电场不是稳定的,而是变化的;第四步,变化的电场导致磁场,这是楞次定律;第五步,变化的磁场与变化的电场,产生了电磁波。所以,非线性磁滞回线的结果,是产生了向外辐射的电磁波。
当玻莫合金通过防盗门时,防盗门产生交变的磁场,交变磁场作用于玻莫合金,玻莫合金向外辐射特定频率 (频率取决于玻莫合金作为天线的特性,电磁场这科我不及格,完全不懂)。防盗门如果检测到这个特定频率的电磁波,那就是有图书外带。
3.2 复合磁条
永久磁条很薄,一页纸那么厚,窄,韭菜叶那么宽,夹在书里很难找到。所以才能用来防盗,免得被你找到揭走。但是它有个缺点,就是不能消磁。所以从书店买了书,带到图书馆出门的时候会叫。这直接导致我十年前跟门卫和领导间的争执,然后换了个单位。
所以后来有个东西,也是这个尺寸,却是可以消磁的,叫做复合磁条。
复合磁条,是在玻莫合金上再贴上几片半硬性材料。什么是半硬性材料呢,这要从软性和硬性磁材料说起。
软性材料,就是外加磁场,它就产生磁性,撤掉磁场,它的磁性就迅速消失。玻莫合金也属于这一类。变压器里的铁芯,又叫软铁 (物理硬度不差,刀割不动) ,也是这个东西。与此相对的是硬性材料,外加磁场以后,不容易产生磁场,但是一旦产生,就始终不渝,很难消除。半硬性呢,介于二者之间,不那么容易加上,也不轻易消失。
复合磁条”加磁”(或者确切地说叫 充敏)的过程,是把复合磁条放在变化的强磁场中,这一变化强磁场导致复杂磁条中的半硬性材料失去磁性。请注意,是失去磁性,而不是得到磁性。所以,”加磁”这个词很有意思,它的真正作用是”去磁”。
加磁/充敏 以后的复合磁条,当它置于防盗门的交变磁场中,由于半硬性材料没有磁性,所以跟永久磁条的环境没有区别,玻莫合金发出电磁波。”滋滋~~”防盗门就叫了。
复合磁条的”消磁”(或者确切地说叫 消敏)的过程,是把复合磁条放在强磁场中,这一变化强磁场导致复杂磁条中的半硬性材料得到磁性。消磁,是半硬性材料获得磁性的过程。
消磁/消敏 以后的复合磁条,玻莫合金受到紧贴着的半硬性材料的磁场强度的影响,已经饱和 (请回忆我上面提到,下面将会用到”饱和”),磁滞回线脱离零点附近。此时防盗门外加的交变磁场作用于玻莫合金,就无法得到陡峭的磁滞回线,所以,也就没有变化的磁场、变化的电场,因而也就没有固定频率的电磁波这回事了。
想使用永磁铁消磁/消敏或代替半硬性材料的同学,你基本可以死了这条心。需要的磁场强度非常大,能感觉到隔着20厘米左右的手里的铁件还被吸叫。咱们一般见的磁铁,能感觉吸引,也就三五厘米吧。不过你要是试验成功了,也别和我们分享。
再充磁,就是再让半硬性材料去除磁性,因此玻莫合金有效;再消磁,就是让半硬性材料带上磁性,使玻莫合金饱和,因而失效。
所以,充磁失败,或者过了一阵,”磁性”又回来了,就是半硬性材料失去了磁性,所以玻莫合金又有效了。表现为得到的,其实是失去;表现为失去的,才真正得到。
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