Эффект Виганда
 | этой статьи В первом разделе содержится информация, которая не включена в другие разделы статьи . ( январь 2023 г. ) |
Эффект Виганда — это нелинейный магнитный эффект, названный в честь его первооткрывателя Джона Р. Виганда , производимый в специально отожженной и закаленной проволоке, называемой проволокой Виганда. [1]
собой низкоуглеродистый викаллой , ферромагнитный сплав кобальта железа , ванадия и Проволока Виганда представляет . Первоначально проволока полностью отжигается. В этом состоянии сплав «мягкий» в магнитном смысле; то есть он притягивается к магнитам, и поэтому 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, ее подвергают ряду операций скручивания и раскручивания для холодной обработки внешней оболочки проволоки, сохраняя при этом мягкий сердечник внутри проволоки, а затем проволоку состаривают. В результате магнитная коэрцитивность внешней оболочки намного больше, чем магнитная коэрцитивность внутреннего ядра. Эта внешняя оболочка с высокой коэрцитивной силой будет сохранять внешнее магнитное поле, даже если первоначальный источник поля будет удален.
Теперь провод демонстрирует очень большой магнитный гистерезис : если магнит поднести к проводу, внешняя оболочка с высокой коэрцитивной силой исключает магнитное поле из 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 из катушки с сердечником из проволоки Виганда можно было выводить значительное напряжение. Поскольку напряжение, индуцируемое изменяющимся магнитным полем, пропорционально скорости изменения поля, сердечник из провода Виганда может увеличить выходное напряжение датчика магнитного поля на несколько порядков по сравнению с аналогичной катушкой с несимметричным магнитным полем. Ядро Виганда. Это более высокое напряжение можно легко обнаружить с помощью электроники, а в сочетании с высоким порогом повторяемости переключения магнитного поля, что делает эффект Виганда полезным для датчиков положения.
Как только провод Виганда изменит намагниченность, он будет сохранять эту намагниченность до тех пор, пока не будет перевернут в другом направлении. Датчики и механизмы, использующие эффект Виганда, должны учитывать это удержание.
Эффект Виганда является макроскопическим расширением эффекта Баркгаузена , поскольку специальная обработка проволоки Виганда заставляет проволоку действовать макроскопически как один большой магнитный домен. Многочисленные небольшие домены с высокой коэрцитивной силой во внешней оболочке проволоки Виганда лавинообразно переключаются, вызывая быстрое изменение магнитного поля в результате эффекта Виганда.
Приложения
[ редактировать ]Датчики Виганда
[ редактировать ]Датчики Виганда — это магнитные датчики , которые используют эффект Виганда для генерации постоянного импульса каждый раз, когда полярность магнитного поля меняется на противоположную, и поэтому не полагаются на какое-либо внешнее напряжение или ток. [2] Постоянство импульсов, вырабатываемых датчиками Wiegand, можно использовать для обеспечения энергией маломощных и энергосберегающих приложений. [3] Будучи автономными, датчики Wiegand имеют потенциал в приложениях IoT в качестве сборщиков энергии, датчиков приближения и счетчиков событий. [4] [5]
Карты-ключи Виганда
[ редактировать ]Джон Р. Виганд и Милтон Велиски разработали карту контроля доступа с использованием проводов Виганда. [6]
Помимо датчиков, эффект Виганда используется в с карточками безопасности. дверных замках [7] В пластиковую карту-ключ встроен ряд коротких отрезков провода Wiegand, который кодирует ключ в зависимости от наличия или отсутствия проводов. Вторая дорожка проводов обеспечивает тактовую дорожку. Карта считывается путем протягивания ее через слот считывающего устройства, имеющего фиксированное магнитное поле и сенсорную катушку. Когда каждый отрезок провода проходит через магнитное поле, его магнитное состояние меняется, что указывает на 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 труднее подделать, чем карты со штрих-кодом или магнитной полосой . Поскольку код ключа постоянно вводится в карту при производстве в соответствии с положением проводов, карты Wiegand не могут быть стерты магнитными полями или перепрограммированы, как карты с магнитной полосой. [8]
Интерфейс Wiegand , первоначально разработанный для проводных карт Weigand, до сих пор является де-факто стандартным соглашением для передачи данных с любого типа карты доступа на панель управления доступом. [6]
Карта с емкостным кодом MM , такая как карты Weigand, встраивает код внутри пластика карты, поэтому ее более долговечно и ее труднее подделать, чем магнитные полосы или напечатанные штрих-коды на поверхности карты. [9]
Поворотный энкодер
[ редактировать ]Провода Виганда используются в некоторых вращающихся магнитных энкодерах для питания многооборотных схем. Когда энкодер вращается, катушка с проволочным сердечником Виганда генерирует импульс электричества, достаточный для питания энкодера и записи количества оборотов в энергонезависимую память. Это работает при любой скорости вращения и устраняет необходимость в часово-зубчатом механизме, который обычно используется в многооборотных энкодерах. [10] [11]
Датчик скорости колеса
[ редактировать ]Провода Виганда крепятся к внешнему диаметру колеса для измерения скорости вращения. Внешняя считывающая головка обнаруживает импульсы Виганда.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Длугос, Дэвид Дж. (май 1998 г.). «Датчики на эффекте Виганда: теория и приложения» . Журнал «Сенсоры» . Квестекс Медиа Группа.
- ^ «Гугл Академика» . ученый.google.com . Проверено 22 июня 2020 г.
- ^ «Датчики Wiegand» (PDF) . ПОЗИТАЛ .
- ^ «WIEGAND IoT SENSOR — Исследования в области микроэлектроники» . www.elektronikforschung.de . Проверено 3 сентября 2021 г.
- ^ Чотай, Янки; Таккер, Маниш; Такемура, Ясуши (09 июля 2020 г.). «Однобитный цифровой счетчик с автономным питанием, использующий датчик Виганда для вращающихся устройств» . Датчики (Базель, Швейцария) . 20 (14): 3840. Бибкод : 2020Senso..20.3840C . дои : 10.3390/s20143840 . ISSN 1424-8220 . ПМК 7412004 . ПМИД 32660120 .
- ^ Jump up to: а б Марк Миллер. «Виганд для чайников» . 2014.
- ^ 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 г.
- ^ Джеймс МакКеллар. «Как работает контроль доступа Wiegand?» . 2021.
- ^ «Надзор и управление безопасностью: теория и практика защиты активов» . 2007. п. 365.
- ^ «Информационный документ о магнитном кодировщике» (PDF) . ФРАБА Инк. 3 . Проверено 13 февраля 2013 г.
- ^ «Электромагнитный энкодер без буферной батареи» (PDF) . Polyscope: Специализированный журнал по промышленной электронике и автоматизации . Бинкерт Медиа АГ. Сентябрь 2012 г. Архивировано из оригинала (PDF) 13 июля 2015 г. Проверено 13 июля 2015 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Патент США 3 820 090 — Оригинальный патент Виганда (1974 г.).
- Патент США 4 247 601 — Патент на Викаллой.
- «Виганд – контроль доступа потомков» . - Объяснение эффекта Виганда, используемого в контроле доступа.
- Вер, Джон (1 сентября 2003 г.). «Эффект Виганда: 30-летний научный проект все еще влияет на современные системы безопасности» . Новости SecureID . Архивировано из оригинала 12 апреля 2018 г.
См. также
[ редактировать ]- Интерфейс Wiegand — интерфейс, первоначально использовавшийся проводными считывателями карт Wiegand.