La technologie antivol repose sur une étiquette magnétique amorphe acoustique.

La technologie antivol repose sur une étiquette magnétique amorphe acoustique.

Lorsque nous entrons dans un supermarché, nous pouvons constater que chaque produit est conçu pour lutter contre le vol, grâce à l'application de l'Acousto-magnétique amorphe.

L'utilisation de la surveillance électronique des articles (EAS) est de plus en plus courante dans nos entreprises. Il existe six types de systèmes EAS utilisés au quotidien : électromagnétique, micro-ondes, radiofréquence, intelligent et acousto-magnétique. Ce dernier est le plus répandu en raison de son faible coût, de sa facilité d'utilisation et de son taux de détection élevé.

I. Qu'est-ce que l'acousto-magnétique ?

Le système Acousto-Magnétique repose sur le principe que les rubans d'alliage amorphe peuvent émettre un signal de résonance puissant grâce à leur magnétisme élevé (coefficient de couplage élastique). Généralement, un système Acousto-Magnétique est composé d'un détecteur, d'un décodeur, d'un capteur, etc. Le détecteur émet une impulsion de 58 kHz toutes les 20 millisecondes. Si, après chaque impulsion, le détecteur détecte un signal de résonance à cinq reprises, et que ces cinq signaux présentent la même amplitude et la même fréquence, l'alarme se déclenche. Dans le cas contraire, l'alarme reste inactive. Cette technologie garantit la précision de l'alarme. Le décodeur atténue le signal de résonance en démagnétisant les films de polarisation du dispositif antivol, empêchant ainsi le déclenchement de l'alarme.

La technologie acousto-magnétique est largement utilisée dans les dispositifs antivol depuis plus de 20 ans. Le brevet américain US4510489 indique que certains rubans amorphes, comme le FeNiMoB, peuvent émettre des signaux de résonance élevés grâce à leur fort magnétisme. Ce principe est exploité avec succès dans les systèmes antivol commercialisés. Le ruban amorphe est transformé en résonateur et les films de polarisation sont réalisés à partir de matériaux magnétiques semi-durs (US5729200) ou doux (US7626502). Il existe très peu de recherches sur l'étiquetage magnétique acoustique.

II. Théorie acousto-magnétique : effet magnétostrictif

Sous l'effet d'un champ magnétique externe, la taille d'un matériau ferromagnétique se modifie et retrouve sa taille initiale après la suppression du champ. En revanche, sous l'effet d'un champ magnétique, la longueur d'un matériau magnétostrictif subit une transformation linéaire, provoquant un déplacement ; ou bien, sous l'effet d'un champ magnétique alternatif, elle varie de façon cyclique, générant ainsi des vibrations ou des ondes acoustiques. Ce type de matériau peut convertir l'énergie électromagnétique en énergie mécanique ou acoustique. Réciproquement, l'énergie mécanique peut également être convertie en énergie électromagnétique. Le premier phénomène est appelé effet magnétostrictif et le second, effet magnétoélastique.

Dans certaines conditions, les métaux magnétiques de type ferrite subissent une variation de longueur due au déplacement des atomes lors de la magnétisation. Dans un champ magnétique alternatif, on observe que la bande métallique magnétostrictive vibre à la fréquence du champ. Si la fréquence du champ magnétique alternatif et la fréquence de résonance de la bande métallique sont identiques, la résonance se produit lorsque l'amplitude est maximale. Ce phénomène est particulièrement visible pour l'alliage perméable (Fe-Ni).

En revanche, cet effet magnétostrictif est réversible, c'est-à-dire qu'il s'agit de piézomagnétisme. Ainsi, lorsque la fréquence du champ magnétique alternatif correspond à la résonance de la bande métallique, la bande en alliage perméable se met à vibrer. Lorsque le champ magnétique alternatif est coupé, l'étiquette magnétique acoustique amortit momentanément cette vibration, à la manière d'un diapason, et émet un signal de résonance. Ce signal, qui prolonge l'espace du champ magnétique alternatif, peut être détecté par un récepteur. L'effet magnétostrictif est caractérisé par le coefficient λ, λ = (LH - L0)/L0, où L0 représente la longueur initiale de la substance et LH sa nouvelle longueur sous l'effet du champ magnétique externe.

Facteur de couplage magnétomécanique K

Lorsqu'une bande amorphe est créée par un champ magnétique alternatif sous l'effet d'un champ magnétique de polarisation, l'intérieur de la bande subit un échange entre énergie magnétique et énergie mécanique. Ce phénomène est appelé Le couplage magnétomécanique est évalué par le facteur K selon les méthodes suivantes. Le composant principal de l'étiquette magnétique acoustique est un alliage amorphe (alliage Perm).

Selon la théorie phénoménologique, le facteur k s'exprime comme suit : La formule pour la fréquence de résonance Fr et FA pour la fréquence d'anti-résonance.

Il semblerait que l'étiquette possède un point de résonance et un point d'anti-résonance, et qu'elle puisse générer un signal de résonance important sous un faible champ magnétique d'excitation. De plus, la chute de tension entre ces deux points est marquée, ce qui indique un facteur de couplage magnétomécanique élevé. La courbe de résonance abrupte révèle un facteur de qualité élevé, une bande passante étroite et une forte sélectivité. Ainsi, en appliquant un champ magnétique de polarisation approprié et en assurant des conditions de fonctionnement optimales, il est possible d'obtenir un signal de résonance élevé et une grande stabilité de fréquence.

Effet diapason
L'étiquette acoustique magnétique est composée d'un petit boîtier en plastique d'environ 40 mm de long, 8 à 14 mm de large et 1 mm d'épaisseur. À l'intérieur, une structure en forme de diapason est formée par deux types de bandes métalliques : une bande métallique rigide fixée au boîtier et une bande amorphe vibrant librement. Grâce à sa matière et à sa structure spécifiques, l'étiquette possède une certaine fréquence de résonance. Lorsque la fréquence du champ magnétique alternatif appliqué coïncide avec sa fréquence de résonance, une résonance se produit. En raison des effets de magnétostriction et de piézomagnétisme, même après la disparition du champ magnétique alternatif, l'étiquette conserve une oscillation amortie, créant ainsi un mode de conversion d'énergie magnétique alternative en énergie mécanique et une atténuation du signal de résonance. Il s'agit d'un signal acoustique magnétique composite.

La fréquence de fonctionnement d'une étiquette acoustique magnétique typique est de 58 kHz, le signal du diapason est similaire à une onde ultrasonore et, de ce fait, elle possède une forte capacité anti-interférences et une force de pénétration élevée, ce qui rend l'étiquette plus brillante que les autres étiquettes.
Le processus d'identification par effet diapason repose sur l'interaction entre l'énergie électromagnétique et la conversion d'énergie mécanique. Cependant, le faible rendement des dispositifs magnétiques exige une puissance d'émission élevée. Les valeurs typiques, comme l'intensité minimale du champ magnétique nécessaire à son activation, sont supérieures à 16 A/m. Par conséquent, l'antenne du détecteur d'étiquettes acoustiques magnétiques est de grande taille.

III. Situation actuelle au pays et à l'étranger

Les résonateurs et les films de polarisation sont des composants clés de l'étiquette acousto-magnétique. Le film résonant est constitué de bandes amorphes à base de fer et de fer-nickel. Sa composition, ses dimensions et sa forme, les conditions de traitement thermique et le nombre de plaques résonantes influent fortement sur les propriétés acousto-magnétiques de l'étiquette. Le film de polarisation, quant à lui, est généralement composé de matériaux magnétiques semi-durs. Ses performances déterminent la fréquence de l'étiquette et, par conséquent, la possibilité de la tester et de la décoder. C'est pourquoi la recherche sur les matériaux des résonateurs et des films de polarisation se poursuit.

Le brevet WO2007143707 propose une nouvelle composition de la plaque résonnante, qui serait un ruban amorphe de FeaNIbMc (où M représente Co, C, B, P, etc., ou une combinaison de plusieurs d'entre eux, A + b + c = 100, un dans la plage de 40 à 70 % en poids, b de 10 à 50 % en poids, c de 10 à 50 % en poids), un recuit dans un champ magnétique de 300 degrés pendant au moins une heure peut donner des résultats similaires à ceux utilisés sur le marché actuel en termes de propriétés sonores et magnétiques, tout en réduisant considérablement le coût de fabrication du film résonant.

Le brevet américain US6057766 décrit un matériau magnétostrictif à base de fer, utilisable comme élément résonant, présentant un coefficient de couplage magnétoélastique compris entre 0,28 et 0,4. Ce matériau contient entre 45 et 82 % en poids de fer, le reste étant principalement composé de cobalt, de nickel et d'éléments vitrifiables. Le brevet américain US 6,181,245 décrit un matériau de feuille de polarisation à faible coercition permettant le décodage à distance d'une étiquette acousto-magnétique. Le brevet américain US 6,689,490 décrit un matériau magnétique semi-dur, utilisable comme feuille de polarisation dans une étiquette acousto-magnétique. Ce matériau est composé de 8 à 25 % en poids de nickel, de 1,5 à 4,5 % en poids d'aluminium et de 0,5 à 3 % en poids de titane, le reste étant du fer. Ce matériau magnétique semi-dur se distingue des matériaux de polarisation classiques par ses propriétés magnétiques exceptionnelles et sa haute résistance à la corrosion. De plus, il est parfaitement adapté au travail à froid et au revenu lors de sa production.

IV : Entreprises apparentées
Bien que les films résonants et polarisés soient actuellement développés dans le monde entier, seules les entreprises américaines ont longtemps monopolisé la production d'étiquettes sonores et magnétiques hautes performances conformes aux exigences du marché. La technologie de fabrication, notamment le procédé complexe de production de feuilles de polarisation à base de bandes d'alliage magnétique semi-dur, est détenue par deux fournisseurs mondiaux qualifiés : l'entreprise allemande Vacuum Metallurgy et l'entreprise américaine Carpenter Special Steel. En Chine, seules les entreprises produisent des matériaux magnétiques doux amorphes pour la polarisation des étiquettes magnétiques ; le procédé de fabrication des étiquettes magnétiques à polarisation semi-dure est encore au stade embryonnaire.

V. Taille et prévisions du marché

Comptant parmi les systèmes antivol les plus performants au monde, le système acousto-magnétique est largement utilisé dans diverses situations. Parallèlement, les pays européens s'efforcent de mettre en œuvre le système d'étiquetage à la source, qui impose aux fabricants d'apposer une étiquette antivol sur leurs produits lors de leur production. Cette pratique permettra de réduire les coûts de production et d'accroître le taux d'utilisation de ces étiquettes.

En conséquence, l'utilisation des étiquettes magnétiques acoustiques s'élève à environ 8 milliards d'unités, le montant des transactions à plus de 200 millions de dollars américains, et la croissance annuelle de la demande est restée à 25 %, avec un marché très vaste.

Cependant, la technologie de préparation des étiquettes a été le premier monopole d'une entreprise américaine pendant près de cinq ans. Bien que les entreprises nationales proposent des étiquettes antivol performantes, leur part de marché reste inférieure à 2 %. Actuellement, elles dominent le marché national en matière de procédés de préparation d'étiquettes antivol sonores et magnétiques, qui doivent encore être améliorés. Grâce aux progrès de la recherche, ces technologies commencent à s'intégrer dans notre quotidien ; les systèmes de sécurité acousto-magnétiques amorphes nous apporteront une sécurité toujours plus fiable.