Индуктивный датчик представляет собой устройство , которое использует принцип электромагнитной индукции для обнаружения или измерения объектов. Индуктор создает магнитное поле, когда через него протекает ток; в качестве альтернативы, ток будет течь через цепь, содержащую индуктор, когда магнитное поле через нее изменяется. Этот эффект можно использовать для обнаружения металлических объектов, взаимодействующих с магнитным полем. Неметаллические вещества, такие как жидкости или некоторые виды грязи, не взаимодействуют с магнитным полем, поэтому индуктивный датчик может работать во влажных или грязных условиях. [1]
Принцип
Индуктивный датчик основан на законе индукции Фарадея . Временные вариации магнитного потока. через цепь N витков индуцирует напряжение который следует:
что можно выразить проще:
предполагая, что индуцированное магнитное поле B однородно на участке S ( Магнитный поток будет выражен).
Один из видов индуктивного датчика приводит в движение катушку с осциллятором. Металлический объект, приближающийся к катушке, изменяет индуктивность катушки, вызывая изменение частоты или изменение тока в катушке. Эти изменения можно обнаружить, усилить по сравнению с пороговым значением и использовать для переключения внешней цепи. Катушка может иметь ферромагнитный сердечник, чтобы усиливать магнитное поле и повышать чувствительность устройства. [1] Катушка без ферромагнитного сердечника («воздушный сердечник») также может использоваться, особенно если катушка генератора должна покрывать большую площадь.
Другой вид индуктивного датчика использует одну катушку для создания изменяющегося магнитного поля и вторую катушку (или другое устройство) для определения изменений магнитного поля, создаваемого объектом, например, из-за вихревых токов, индуцированных в металлическом объекте. [1]
Приложения
Магнитометр с поисковой катушкой
Индуктивные датчики составляют основной элемент для создания магнитометра с поисковой катушкой, также известного как поисковая катушка . Они используются во многих областях исследований: магнитотеллурике , измерении электромагнитных волн, космических магнитометрах для исследования электромагнитных волн в космической плазме, а также при наблюдении естественных электромагнитных волн на Земле.
Индуктивный датчик приближения (бесконтактный переключатель)
Индуктивный датчик приближения - это бесконтактный электронный датчик приближения . Он используется для позиционирования и обнаружения металлических предметов. Диапазон срабатывания индуктивного переключателя зависит от типа обнаруживаемого металла. Черные металлы, такие как железо и сталь, позволяют увеличить диапазон чувствительности, в то время как цветные металлы, такие как алюминий и медь, могут уменьшить диапазон чувствительности до 60 процентов. [2]
Поскольку выход индуктивного датчика имеет два возможных состояния, индуктивный датчик иногда называют индуктивным бесконтактным переключателем . [2] [3]
Датчик состоит из петли индукции или детектор катушки. Чаще всего это физически количество витков изолированного магнитного провода, намотанного вокруг сердечника с высокой магнитной проницаемостью, такого как ферритовый керамический стержень или форма катушки, и обмотка может иметь или не иметь отвод обратной связи с некоторым количеством витков с одного конца. полная обмотка. Он подключен к емкости, чтобы сформировать контур резервуара настроенного частотного генератора. В сочетании с устройством усиления напряжения или тока, таким как транзистор или операционный усилитель, это формирует настроенный генератор частоты. При подаче питания возникающие колебания представляют собой высокочастотный переменный электрический ток в катушке, который имеет постоянно изменяющееся магнитное поле, способное наводить вихревые токи в проксимальных (целевых) проводниках. Чем ближе находится цель и чем выше ее проводимость (например, металлы являются хорошими проводниками), тем больше индуцируемые вихревые токи и тем большее влияние их противоположные магнитные поля оказывают на величину и частоту колебаний. Его величина уменьшается по мере увеличения нагрузки в немагнитном проводнике, таком как алюминий, потому что индуцированное поле в мишени противодействует полю индукции источника, понижая чистый индуктивный импеданс и, следовательно, одновременно увеличивая частоту колебаний. Но на эту величину меньше влияет, если цель представляет собой материал с высокой магнитной проницаемостью, такой как железо, поскольку эта высокая проницаемость увеличивает индуктивность катушки, снижая частоту колебаний.
Изменение амплитуды колебаний может быть обнаружено с помощью простого детектора амплитудной модуляции, такого как диод, который передает значение пикового напряжения небольшому фильтру для получения отражающего значения постоянного напряжения, в то время как изменение частоты может быть обнаружено одним из нескольких видов схем частотного дискриминатора. , как детектор петли фазовой синхронизации, чтобы увидеть, в каком направлении и насколько сдвигается частота. Либо изменение величины, либо величина изменения частоты может служить для определения расстояния близости, на котором датчики переходят из одного положения в другое или наоборот.
Общие применения индуктивных датчиков включают металлодетекторы , светофоры , автомойки и множество автоматизированных производственных процессов. Поскольку датчик не требует физического контакта, он особенно полезен для приложений, где доступ затруднен или где преобладает грязь.
Датчик движения
Для управления сигналами светофора на перекрестке дорог индукционная петля может быть проложена в тротуаре. Схема, подключенная к петле, может обнаруживать изменение своей индуктивности, когда транспортное средство проезжает мимо петли или останавливается на ней. Это можно использовать для обнаружения транспортных средств и настройки времени светофоров или подачи сигнала поворота на оживленном перекрестке. [4]
Ядерный магнитный резонанс
Индуктивные датчики, также называемые (в этой области) «катушками ЯМР» или «радиочастотными катушками» , используются для обнаружения магнитной составляющей электромагнитного поля, связанной с прецессией ядерного спина в ядерном магнитном резонансе .
Смотрите также
Рекомендации
- ^ a b c Винси Й. Ду, Технологии резистивных, емкостных, индуктивных и магнитных датчиков , CRC Press, 2014 ISBN 1439812446 , Глава 4 Индуктивные датчики
- ^ а б Фрэнк Лэмб (2013). Промышленная автоматизация: практическое занятие . McGraw-Hill Education. С. 74–75. ISBN 9780071816458. CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Индуктивные датчики» . 1 сентября 2001 . Проверено 29 декабря 2015 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Питер Дж. Яух, Оборудование для управления дорожными сигналами: современное состояние , Транспортный исследовательский совет, 1990, ISBN 0309049172 , стр. 17
- Павел Рипка, Магнитные датчики и магнитометры , Издательство Artech House
- С. Тумански, Датчики с индукционной катушкой - обзор
- C. Coillot и др., Моделирование сигналов ленточной соленоидной катушки МРТ, предназначенной для исследований повреждений спинного мозга