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Burkhard Kainka

Magnetische Resonanzen an akustomagnetischen Etiketten

Status: Proposal
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October 22, 2014
Titel.jpg

Ein Besuch im Kaufhaus bringt immer wieder diese seltsamen Anti-Diebstahl-Etiketten, die nach dem Bezahlen einer Spezialbehandlung bedürfen, damit man ohne Alarm durch den Ausgang kommt. Aber auch danach sind diese Teile nicht nutzlos… Vielleicht geht es Ihnen auch so, und Sie haben viele dieser Etiketten aufgehoben. Vielleicht kann man sie ja noch mal gebrauchen... Im Internet erfährt man wie diese „akustomagnetischen Etiketten“ funktionieren. Und damit ist es tatsächlich nicht mehr schwierig sie selbst einzusetzen. Das akustomagnetische Etikett (AM-Etikett) besteht aus zwei oder mehr Metallstreifen (Bild 1, Bild 2). Ein weichmagnetischer Streifen definierter Länge (manchmal auch zwei) hat eine mechanische Resonanz bei 58 kHz. Der Streifen besteht aus einem ganz besonderen, amorphen Metall, das man auch als metallisches Glas bezeichnet. Damit diese Resonanz mit einem äußeren magnetischen Wechselfeld koppeln kann muss der Resonator vormagnetisiert werden. Dazu dient ein zweiter Streifen aus einem hartmagnetischen Material, der magnetisiert wird. In diesem Zustand antwortet der Resonator auf ein magnetisches 58-kHz-Feld, lässt sich zu Schwingungen anregen und stahlt selbst ein Wechselfeld ab, das man empfangen kann um einen Diebstahlalarm auszulösen. An der Kasse des Kaufhauses gibt es aber eine Einrichtung zum Entmagnetisieren, deshalb bleibt der Alarm im Normalfall still. Bild1: Prinzip des AM-Etiketts (E(tikett1.jpg)) Bild 2: Ein AM-Etikett und sein Innenleben mit zwei Resonatoren und einem (kürzeren) Magnetstreifen ((Etikett1b.jpg)) In diesem entschärften Zustand nimmt man das Etikett mit nach Hause. Nun ist es aber gar nicht schwierig, den alten Zustand wieder herzustellen. Man zieht das Etikett einfach über einen starken Magneten, und schon ist die schöne Resonanz wieder da. Mit einem Signalgenerator, einer Drahtspule mit ca. 100 Windungen und einem Oszilloskop ist der Effekt leicht nachzuweisen (Bild 3). Man findet eine typische Resonanzüberhöhung bei 58 kHz. Ein entmagnetisiertes Etikett zeigt dagegen fast keine Reaktion. Die mechanischen Schwingungen sorgen übrigens auch für eine gewisse Schall-Abstrahlung, die man mit einem Ultraschalldetektor hören kann. Bild 3: Resonanzmessung mit Signalgenerator und Oszilloskop ((Etikett2.jpg)) Mit dieser Erkenntnis kann man natürlich auch eigene Anwendungen finden. Wie wäre es z.B. mit einem elektronischen Schloss, das man mit dem Etikett öffnen kann? Am einfachsten geht das mit einem Mikrocontroller, z.B. dem Arduino Uno. Im ersten Ansatz denkt man vielleicht an einen gesteuerten DDS-Generator und einen aufwendigen Messgleichrichter, der vom Controller ausgelesen wird. Aber es geht viel einfacher. Einen ausreichend genau steuerbaren Oszillator hat der ATmega328 in Form seines Timer-Ausgangs OCC1A. Und ein Messgleichrichter erübrigt sich, wenn man eine Wechselspannung bis ca. 0,3 Vs direkt an einen Analogeingang legt, genügend oft misst und die Ergebnisse mittelt. Da alle negativen Spannungen als Null gemessen werden ergibt sich ein fast idealer Messgleichrichter. Bild 4: Auswertung mit dem Mikrocontroller ((Etikett3.jpg)) Die ganze Schaltung (Bild 4) kann z.B. mit dem Arduino Uno und dem Elektor-Shield aufgebaut werden. Dann hat man gleich die passende LCD-Anzeige und kann die Messergebnisse bequem darstellen. Das Schaltsignal des elektronischen Schlosses erscheint an PC2 und wird damit an der LED2 des Shields angezeigt. Zusätzlich braucht man nur einen Widerstand und eine passende Spule. Die verwendete Spule (Bild 5) ist eine Mittelwellenspule für einen 10-mm-Ferritstab, die – etwas plattgedrückt – genau zur Größe des Etiketts passt. Dieselbe Spule (2) hat schon einmal bei Elektor einen Job übernommen, und zwar im Preselektor für den Elektor-SDR. Man kann aber auch eine eigne Spule mit etwa 80-100 Windungen Cul 0,2 wickeln oder ein altes Radio schlachten. Wichtig ist nur, dass die Spule kapazitätsarm und mit ungefähr der passenden Induktivität gewickelt wird und nicht selbst schon eine Resonanz im fraglichen Bereich hat. Bild 5: Die Mittelwellen-Spule ((Spule..jpg)) Die Software (Listing 1) ist in Bascom geschrieben und verwendet den Timer 1 zur Frequenzteilung. Das Programm erzeugt eine Serie von 20 aufsteigenden Frequenzen um den fraglichen Bereich bei 58 kHz herum. Bei jeder Frequenz werden 64 Messwerte von ADC4 gemessen und gemittelt. Die Ergebnisse werden in einem Array gespeichert. Während der Messung werden die Frequenz und die gemessene Schwingungsamplitude über die serielle Schnittstelle an den PC gesendet, sodass man die Resonanzkurve auswerten kann (Bild 6). Wer möchte kann auch die auskommentierten Ausgaben zum LCD reaktivieren, um den Verlauf direkt zu verfolgen. Bild 6: Die Resonanzkurve ((Diagramm.jpg)) Nach der Messung sucht das Programm im Messwerte-Array nach dem Maximum der Amplitude und der zugehörigen Frequenz. Die Resonanzfrequenz wird noch einmal eingestellt, damit man das Ergebnis bei Bedarf auch mit einem Oszilloskop ansehen kann. Die gefundenen Messwerte werden im LCD angezeigt. Und damit lässt sich dann die Entscheidung treffen, ob der Schlüssel anerkannt wird oder nicht. Wenn die Resonanzfrequenz zwischen 57 kHz und 59 kHz lag und eine gewisse Amplitude überschritten wurde öffnet sich das Schloss und die rote LED geht an. Die Messung wird dann wiederholt und kommt zum gleichen Ergebnis solange das Etikett noch in der Spule steckt. Ein Schlüssel ist nur so gut wie ihn sonst keiner kennt oder hat. Solange man im engeren Umfeld der einzige Vollblut-Elektroniker ist kann man dieses Schloss getrost einsetzen. Wenn es aber um wirklich wichtige Dinge geht stört es doch ein wenig, dass so viele potenzielle Schlüssel im Umlauf sind. Aber da kann man was machen. Schneiden Sie den Resonanzstreifen einfach etwas kürzer, und schon haben sie eine höhere Resonanzfrequenz. So könnte man sogar ein Schloss mit mehreren Funktionen bauen, die durch verschiedene Schlüssel ausgelöst werden.

 

(1) http://de.wikipedia.org/wiki/Warensicherungsetikett

(2) http://www.ak-modul-bus.de/stat/mw_spule_lose.html

 

 

'-------------------------------------------------------------------------------
'UNO_AMetikett.BAS  58 kHz
'-------------------------------------------------------------------------------
$regfile = "m328pdef.dat"                                   'ATmega328p
$crystal = 16000000                                         '16 MHz
$baud = 9600
$hwstack = 32
$swstack = 32
$framesize = 64

Dim D As Long
Dim F As Long
Dim N As Byte
Dim U As Word
Dim Um As Word
Dim Ux(50) As Word
Dim I As Word

Led1 Alias Portc.2
Led2 Alias Portb.2
S1 Alias Pinc.0
S2 Alias Pinc.1
Portc.0 = 1                                                 'Pullup
Portc.1 = 1
Config Led1 = Output
Config Led2 = Output

Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portd.4 , Db5 = Portd.5 , Db6 = Portd.6 , Db7 = Portd.7 , E = Portd.3 , Rs = Portd.2
Config Lcd = 16 * 2
Cls
Cursor Off

Config Timer1 = Pwm , Prescale = 1 , Pwm = 10 , Compare A Pwm = Clear Up

Tccr1a = &B10000010                                         'Phase-correct PWM, Top=ICR1
Tccr1b = &B00010001                                         'Prescaler=1


Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Internal_1.1
Start Adc


Do
  For I = 1 To 20
    D = 145 - I
    F = 16000000 / D
    F = F / 2
    Print F ;
    Print "  ";
    Print Chr(9);
   ' Locate 1 , 1
   ' Lcd F
   ' Lcd " Hz      "
    Icr1 = D
    Ocr1a = D / 2
    Waitms 10
    Um = 0
    For N = 1 To 64
      U = Getadc(4)
      Um = Um + U
    Next N
    Um = Um / 32
    Ux(i) = Um
    Print Um
   ' Locate 2 , 1
   ' Lcd Um
   ' Lcd " mV   "
   ' Waitms 500
  Next I
  Max(ux(1) , Um , I)
  D = 145 - I
  F = 16000000 / D
  F = F / 2
  Locate 1 , 1
  Lcd F
  Lcd " Hz      "
  Icr1 = D
  Ocr1a = D / 2
  Locate 2 , 1
  Lcd Um
  Lcd " mV   "
  If F > 57000 And F < 59000 And Um > 50 Then
    Waitms 50
    For N = 1 To 255
      U = Getadc(4)
      Um = Um + U
    Next N
    Um = Um / 127
    If Um > 50 Then Led1 = 1
    Lcd F
    Lcd " Hz      "
    Icr1 = D
    Ocr1a = D / 2
    Locate 2 , 1
    Lcd Um
    Lcd " mV   "
  Else
     Led1 = 0
  End If
  Waitms 1000
Loop

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