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。
--------------------
博客会手工同步到以下地址：
No comments:
Post a Comment