Эффект Виганда - это нелинейный магнитный эффект, названный в честь его первооткрывателя Джона Р. Виганда , возникающий из специально отожженной и закаленной проволоки, называемой проволокой Виганда. [1]
Wiegand проволока низкоуглеродистая Vicalloy , A ферромагнитного сплава из кобальта , железа и ванадия . Вначале проволока полностью отожжена. В этом состоянии сплав «мягкий» в магнитном смысле; то есть он притягивается к магнитам, и поэтому силовые линии магнитного поля будут преимущественно отклоняться в металл, но металл сохраняет лишь очень небольшое остаточное поле, когда внешнее поле удаляется.
Во время производства, чтобы придать проволоке ее уникальные магнитные свойства, она подвергается серии операций скручивания и раскручивания для холодной обработки внешней оболочки проволоки с сохранением мягкого сердечника внутри проволоки, а затем проволока подвергается старению. В результате магнитная коэрцитивная сила внешней оболочки намного больше, чем у внутреннего сердечника. Эта внешняя оболочка с высокой коэрцитивной силой будет сохранять внешнее магнитное поле, даже если исходный источник поля удален.
Провод теперь демонстрирует очень большой магнитный гистерезис : если магнит поднести к проводу, внешняя оболочка с высокой коэрцитивной силой исключает магнитное поле от внутреннего мягкого сердечника до тех пор, пока не будет достигнут магнитный порог, после чего весь провод - как внешняя оболочка, так и внутренний сердечник - быстро переключает полярность намагничивания. Это переключение происходит за несколько микросекунд и называется эффектом Виганда.
Ценность эффекта Виганда заключается в том, что скорость переключения достаточно высока, чтобы на катушку с сердечником типа Виганда могло выводиться значительное напряжение. Поскольку напряжение, индуцированное изменяющимся магнитным полем, пропорционально скорости изменения поля, сердечник из проволоки Виганда может увеличивать выходное напряжение датчика магнитного поля на несколько порядков по сравнению с аналогичной катушкой с ненагруженным магнитным полем. Ядро Wiegand. Это более высокое напряжение может быть легко обнаружено электроникой, и в сочетании с высоким порогом повторяемости переключения магнитного поля, что делает эффект Виганда полезным для позиционных датчиков.
Как только провод Виганда перевернет намагниченность, он будет сохранять эту намагниченность до тех пор, пока не перевернется в другом направлении. Датчики и механизмы, использующие эффект Виганда, должны учитывать это удерживание.
Эффект Виганда является макроскопическим продолжением эффекта Баркгаузена , поскольку специальная обработка проволоки Виганда заставляет проволоку действовать макроскопически как единый большой магнитный домен. Множество небольших доменов с высокой коэрцитивной силой во внешней оболочке провода Виганда сходят лавины, вызывая быстрое изменение магнитного поля эффекта Виганда.
Приложения
Датчики Wiegand
Датчики Wiegand - это магнитные датчики, которые используют эффект Виганда для генерации последовательного импульса каждый раз при изменении полярности магнитного поля и, следовательно, не зависят от внешнего напряжения или тока. [2] Последовательность импульсов, генерируемых датчиками Wiegand, может использоваться для обеспечения энергией маломощных и энергосберегающих приложений. [3]
Карты-ключи Wiegand
Помимо датчиков, эффект Виганда используется для дверных замков с защитными картами-ключами . [4] В пластиковую карту-ключ встроен ряд коротких отрезков провода Wiegand, который кодирует ключ по наличию или отсутствию проводов. Вторая дорожка проводов обеспечивает дорожку часов . Карта считывается, протягивая ее через прорезь в считывающем устройстве, которое имеет фиксированное магнитное поле и катушку датчика. Когда каждая длина провода проходит через магнитное поле, его магнитное состояние меняется, что означает 1, и это воспринимается катушкой. Отсутствие провода указывает на 0. Полученный цифровой код протокола Wiegand затем отправляется на главный контроллер, чтобы определить, следует ли электрически разблокировать дверь.
Карты Wiegand более долговечны и их сложно подделать, чем карты со штрих-кодом или магнитной полосой . Поскольку ключевой код постоянно устанавливается в карту при изготовлении по расположению проводов, карты Wiegand не могут быть стерты магнитными полями или перепрограммированы, как карты с магнитной полосой.
Поворотный энкодер
Провода Wiegand используются некоторыми поворотными магнитными энкодерами для питания многооборотных схем. При вращении энкодера катушка с сердечником из проволоки Wiegand генерирует электрический импульс, достаточный для питания энкодера и записи количества оборотов в энергонезависимую память. Это работает при любой скорости вращения и устраняет часовой / зубчатый механизм, обычно связанный с многооборотными энкодерами. [5] [6]
Датчик скорости колеса
Провода Wiegand прикреплены к внешнему диаметру колеса для измерения скорости вращения. Считывающая головка, установленная снаружи, обнаруживает импульсы Wiegand.
Рекомендации
- ↑ Длугос, Дэвид Дж. (Май 1998 г.). «Датчики на эффекте Виганда: теория и приложения» . Журнал "Датчики" . Questex Media Group.
- ^ "Google Scholar" . scholar.google.com . Проверено 22 июня 2020 .
- ^ "Датчики Виганда" (PDF) . ПОЗИТАЛЬНЫЙ .
- ^ Зак, Франкен (31 января 2008 г.). «Системы контроля физического доступа» (PDF) . Конференция по безопасности Black Hat 08 . Вашингтон, округ Колумбия: BlackHat.com. п. 11 . Проверено 9 декабря 2009 .
- ^ "White Paper Magnetic Encoder" (pdf) . FRABA Inc. стр. 3 . Проверено 13 февраля 2013 года .
- ^ «Электромагнитный энкодер без буферной батареи» (PDF) . Polyscope: Das Fachmagazin für Industrieelektronik und Automation . Binkert Medien AG. Сентябрь 2012 . Проверено 13 июля 2015 .
Внешние ссылки
- Патент США 3,820,090 - оригинальный патент Виганда (1974 г.)
- Патент США 4247601 - Патент на викаллой.
- [1] - Объяснение эффекта Виганда, используемого в управлении доступом.
- Вер, Джон (1 сентября 2003 г.). «Эффект Виганда: 30-летний научный проект все еще влияет на современные системы безопасности» . SecureIDNews . Архивировано из оригинала на 2018-04-12.
Смотрите также
- Интерфейс Wiegand - интерфейс, первоначально использовавшийся считывателями карт Wiegand-Wire.