تعتمد تقنية مكافحة السرقة على ملصق مغناطيسي صوتي غير متبلور

تعتمد تقنية مكافحة السرقة على ملصق مغناطيسي صوتي غير متبلور

عندما ندخل إلى سوبر ماركت، يمكننا أن نجد أن كل سلعة مصممة ضد السرقة، وهو تطبيق للمادة الصوتية المغناطيسية غير المتبلورة.

يُعدّ استخدام أنظمة مراقبة البضائع الإلكترونية (EAS) شائعًا في أنظمة أعمالنا. توجد ستة أنواع من أنظمة EAS في حياتنا اليومية: النظام الكهرومغناطيسي، ونظام الميكروويف، ونظام الترددات الراديوية، والنظام الذكي، والنظام الصوتي المغناطيسي. ويُعدّ النظام الصوتي المغناطيسي الأكثر استخدامًا نظرًا لانخفاض سعره وسهولة استخدامه، فضلًا عن ارتفاع معدل الكشف فيه.

أولاً: ما هو الصوت المغناطيسي

يعتمد نظام Acousto Magnetic على مبدأ قدرة شرائط السبائك غير المتبلورة على إرسال إشارة رنين قوية بفضل مغناطيسيتها العالية (معامل الاقتران المرن). يتكون هذا النظام عادةً من كاشف، وجهاز فك تشفير، ومستشعر، وغيرها. يرسل الكاشف موجة نبضية بتردد 58 كيلوهرتز كل 20 مللي ثانية، وإذا اختبر الكاشف إشارة رنين خمس مرات بعد الموجة النبضية، وكانت كل إشارة من هذه الإشارات الخمس بنفس السعة والتردد، فسيرن جرس الإنذار. أما إذا اختلفت الإشارات خلال ثانية واحدة، فلن يرن الإنذار. تضمن هذه التقنية دقة جرس الإنذار. يقوم جهاز فك التشفير بتقليل قوة إشارة الرنين عن طريق إزالة مغناطيسية الأغشية المتحيزة في جهاز مكافحة السرقة، وبالتالي لن يرن جرس الإنذار.

تُستخدم تقنية الصوتيات المغناطيسية على نطاق واسع في أجهزة مكافحة السرقة منذ أكثر من عشرين عامًا. وتشير براءة الاختراع الأمريكية رقم US4510489 إلى أن بعض الشرائط غير المتبلورة، مثل FeNiMoB، قادرة على إرسال إشارات رنين عالية نظرًا لمغناطيسيتها العالية، وقد استُخدمت هذه النظرية بنجاح في أنظمة مكافحة السرقة التجارية. يُصنع من الشريط غير المتبلور رنان، بينما تُصنع أغشية التحيز من مواد مغناطيسية شبه صلبة (US5729200) أو مواد مغناطيسية لينة (US7626502). نادرًا ما توجد أبحاث حول العلامات المغناطيسية الصوتية.

ثانيًا: نظرية الصوتيات المغناطيسية - التأثير المغناطيسي الانفعالي

تحت تأثير المجال المغناطيسي الخارجي، يتغير حجم المادة المغناطيسية الحديدية، وبعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي، يعود إلى طوله الأصلي. وبسبب تأثير المجال المغناطيسي، يخضع طول المادة المغناطيسية الانفعالية لتحول خطي، مما يؤدي إلى إزاحة؛ أو يتغير بشكل متكرر تحت تأثير المجال المغناطيسي المتناوب، مما يُشكل اهتزازًا أو موجة صوتية. يمكن لهذا النوع من المواد تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية إلى طاقة ميكانيكية أو صوتية. وعلى العكس، يمكن أيضًا تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهرومغناطيسية. يُطلق على النوع الأول اسم التأثير المغناطيسي الانفعالي، بينما يُطلق على النوع الثاني اسم التأثير المغناطيسي المرن.

في ظل ظروف معينة، تتغير أطوال المعادن المغناطيسية الفريتية نتيجةً للتباعد بين الذرات أثناء التمغنط. في مجال مغناطيسي متناوب، نلاحظ اهتزاز الشريط المعدني المغناطيسي الانفعالي وفقًا لتردد المجال المتناوب. إذا تساوى تردد المجال المتناوب مع تردد رنين الشريط المعدني، يحدث الرنين عندما تصل سعة الاهتزاز إلى أعلى قيمة لها. ويتضح هذا جليًا في سبيكة بيرم (الحديد-النيكل).

من ناحية أخرى، يُعدّ هذا التأثير المغناطيسي الانضغاطي قابلاً للانعكاس، وهو ما يُعرف بالمغناطيسية الانضغاطية. فعندما يتوافق تردد المجال المغناطيسي المتناوب مع رنين الشريط المعدني، يبدأ شريط سبيكة البيرم بالاهتزاز. وعند إيقاف المجال المغناطيسي المتناوب، يُصدر الشريط المغناطيسي الصوتي اهتزازًا مُخمدًا للحظة، مثل شوكة رنانة، ويُطلق إشارة رنين. وباعتباره امتدادًا لنطاق المجال المغناطيسي المتناوب، يُمكن اختباره بواسطة جهاز الاستقبال. يُمكن وصف التأثير المغناطيسي الانضغاطي بمعامل الانضغاط المغناطيسي λ، حيث λ = (LH - L0) / L0، وL0 هو الطول الأصلي للمادة، وLH هو الطول المتغير للمادة تحت تأثير المجال المغناطيسي الخارجي.

معامل الاقتران المغناطيسي الميكانيكي K

عندما يتأثر الشريط غير المتبلور بالمجال المغناطيسي المتناوب تحت تأثير المجال المغناطيسي المتحيز، يحدث تبادل بين الطاقة المغناطيسية والطاقة الميكانيكية في الجزء الداخلي من الشريط. ويُطلق على هذه الظاهرة اسم يتم تقييم الاقتران المغناطيسي الميكانيكي بواسطة العامل K وفقًا للطرق التالية. المكون الأساسي للعلامة المغناطيسية الصوتية هو سبيكة غير متبلورة (سبيكة بيرم).

وفقًا للنظرية الظاهراتية، يتم التعبير عن العامل k على النحو التالي: صيغة تردد الرنين Fr و FA لتردد الرنين المضاد.

يبدو أن للعلامة نقطة رنين ونقطة مضادة للرنين، مما يسمح لها بنشر إشارة رنين قوية تحت تأثير مجال مغناطيسي صغير. علاوة على ذلك، يظهر فرق الجهد بين هاتين النقطتين بوضوح، مما يدل على أن العلامة تتمتع بمعامل اقتران مغناطيسي ميكانيكي عالٍ. يشير منحنى الرنين الحاد إلى أن العلامة تتمتع بمعامل جودة عالٍ ونطاق ترددي ضيق، بالإضافة إلى انتقائية قوية. بالتالي، إذا قمنا بضبط مجال مغناطيسي مناسب، ووفرنا لها ظروف تشغيل جيدة، فسنحصل على إشارة رنين عالية واستقرار تردد عالٍ.

تأثير الشوكة الرنانة
تتكون العلامة الصوتية المغناطيسية من صندوق بلاستيكي صغير، يبلغ طوله حوالي 40 مم وعرضه 8-14 مم وعمقه 1 مم. يحتوي الصندوق على بنية تشبه الشوكة الرنانة، تتكون من نوعين من الشرائط المعدنية؛ شريط معدني صلب مثبت على الصندوق، وشريط آخر غير متبلور يهتز بحرية. وبفضل المادة والبنية الخاصة للعلامة، والتي تتميز بتردد رنين محدد، يحدث الرنين عندما يتوافق تردد المجال المغناطيسي المتناوب المطبق مع تردد رنين العلامة. وبسبب تأثير الانفعال المغناطيسي والمغناطيسية الانضغاطية، حتى بعد زوال المجال المغناطيسي المتناوب، تستمر العلامة في التذبذب بشكل متضائل، مما يؤدي إلى تحويل الطاقة المغناطيسية المتناوبة والطاقة الميكانيكية، وبالتالي إضعاف إشارة الرنين؛ وهذا نوع من الإشارات الصوتية المغناطيسية المركبة.

يبلغ تردد التشغيل النموذجي للملصق المغناطيسي الصوتي 58 كيلو هرتز، وإشارة الشوكة الرنانة تشبه الموجة فوق الصوتية، وبالتالي، فهي تتمتع بقدرة قوية على مقاومة التداخل وقوة اختراق عالية، مما يجعل الملصق أكثر تألقًا من الملصقات الأخرى.
تعتمد عملية تحديد الهوية باستخدام تأثير الشوكة الرنانة على تفاعل تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية إلى طاقة ميكانيكية. ونظرًا لانخفاض كفاءة تحويل الطاقة في الأجهزة المغناطيسية، فإنها تتطلب طاقة إرسال عالية. فعلى سبيل المثال، تبلغ القيمة الدنيا لشدة المجال المغناطيسي اللازمة لتفعيل الجهاز أكثر من 16 أمبير/متر، مما يستلزم استخدام هوائي كاشف كبير الحجم في العلامات الصوتية المغناطيسية.

ثالثاً: الوضع الراهن في الداخل والخارج

تُعدّ الرنانات وأغشية التحيز المكونات الرئيسية في الملصق الصوتي المغناطيسي. فمن جهة، يُصنع غشاء الرنين من شرائح غير متبلورة أساسها الحديد أو الحديد والنيكل. ويؤثر تركيب الرنان وحجمه وشكله الهندسي، بالإضافة إلى ظروف المعالجة الحرارية وعدد صفائح الرنين، تأثيرًا كبيرًا على الخصائص الصوتية المغناطيسية للملصق. ومن جهة أخرى، يُستخدم في غشاء التحيز على نطاق واسع مواد مغناطيسية شبه صلبة، ويمكن أن يؤثر أداء هذا الغشاء على تردد الملصق، ويعتمد عليه إمكانية اختبار الملصق الصوتي المغناطيسي وفك تشفيره. ولذا، لا تزال الأبحاث جارية حول مواد الرنان وغشاء التحيز.

تقترح براءة الاختراع WO2007143707 تركيبة جديدة للوحة الرنانة، والتي يُعتقد أنها شريط غير متبلور من FeaNIbMc (حيث M هو أحد العناصر Co أو C أو B أو P، إلخ، أو مزيج من عدة عناصر، A + b + c = 100، أ في نطاق 40 إلى 70% وزناً، ب في 10 إلى 50% وزناً، ج في 10 إلى 50% وزناً)، يمكن للتلدين في مجال مغناطيسي 300 درجة لمدة ساعة واحدة على الأقل أن يحقق نتائج مماثلة لتلك المستخدمة في السوق اليوم من حيث الخصائص الصوتية والمغناطيسية، ولكن في الوقت نفسه يقلل بشكل كبير من تكلفة تصنيع الفيلم الرنان.

تكشف براءة الاختراع الأمريكية رقم US6057766 عن مادة مغناطيسية انفعالية أساسها عنصر الحديد، مناسبة للاستخدام كعنصر رنين، بمعامل اقتران مغناطيسي مرن يتراوح بين 0.28 و0.4، حيث تتراوح نسبة الحديد فيها بين 45 و82% وزناً، بينما تتكون المكونات الأخرى بشكل رئيسي من الكوبالت والنيكل وبعض العناصر المُشكِّلة للزجاج. وتكشف براءة الاختراع الأمريكية رقم US 6,181,245 عن مادة صفائحية ذات انحياز قسري منخفض، تسمح بفك تشفير بطاقة صوتية مغناطيسية من مسافة أبعد. أما براءة الاختراع الأمريكية رقم US 6,689,490، فتكشف عن مادة مغناطيسية شبه صلبة مناسبة للاستخدام في صفيحة انحياز في ملصق صوتي مغناطيسي، تتكون من 8 إلى 25% وزناً من النيكل، و1.5 إلى 4.5% وزناً من الألومنيوم، و0.5 إلى 3% وزناً من التيتانيوم، والباقي حديد. تختلف هذه المادة المغناطيسية شبه الصلبة عن المواد المغناطيسية التقليدية، إذ تتميز بخصائص مغناطيسية فائقة ومقاومة عالية للتآكل. كما أنها مناسبة جدًا للتشكيل على البارد والتصليد أثناء الإنتاج.

رابعاً: الشركات ذات الصلة
على الرغم من أن الأفلام الرنانة والمتحيزة قيد التطوير حاليًا في جميع أنحاء العالم، إلا أن الولايات المتحدة الأمريكية هي الدولة الوحيدة التي أنتجت سابقًا ملصقات صوتية ومغناطيسية عالية الأداء تلبي متطلبات السوق. وقد احتكرت الولايات المتحدة تقنية التحضير لسنوات عديدة، لا سيما فيما يتعلق باستخدام شرائح السبائك المغناطيسية شبه الصلبة، حيث تُعد عملية إنتاج صفائح التحيز معقدة. ولا يوجد في العالم سوى موردين مؤهلين، هما شركة تعدين الفراغ الألمانية وشركة كاربنتر للصلب الخاص الأمريكية. أما محليًا، فتقتصر عملية إنتاج المواد المغناطيسية اللينة غير المتبلورة المستخدمة في تحيز العلامات المغناطيسية على الشركات المصنعة، بينما لا تزال عملية تحضير التحيز المغناطيسي شبه الصلب للعلامات المغناطيسية في مراحلها الأولية.

V. حجم السوق والتوقعات

باعتبارها واحدة من أكثر أنظمة الإنذار الصوتي المغناطيسي تطوراً في العالم، تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في مختلف الظروف. وفي الوقت نفسه، تسعى الدول الأوروبية جاهدةً لتطبيق نظام ملصقات المصدر، الذي يُلزم المصنّع بوضع ملصق مضاد للسرقة على المنتجات أثناء الإنتاج. من شأن هذا الإجراء أن يُقلل من تكلفة الإنتاج ويزيد من استخدام الملصق.

ونتيجة لذلك، يبلغ استخدام الملصقات المغناطيسية الصوتية حوالي 8 مليارات، وقيمة المعاملات أكثر من 200 مليون دولار أمريكي، وظل نمو الطلب السنوي عند 25٪، مع مساحة سوق واسعة للغاية.

مع ذلك، احتكرت شركة أمريكية تقنية تحضير الملصقات لما يقارب خمس سنوات، على الرغم من أن حصة الشركة المحلية في سوق الملصقات المضادة للسرقة لا تتجاوز 2%. وتهيمن حاليًا على السوق المحلية تقنية تحضير الملصقات الصوتية والمغناطيسية المضادة للسرقة، والتي لا تزال بحاجة إلى تطوير. ومع تقدم الأبحاث، بدأت هذه التقنية تدخل حياتنا اليومية؛ إذ ستوفر لنا أنظمة الأمان الصوتية المغناطيسية غير المتبلورة مزيدًا من الأمان الموثوق.