Индуктивный датчик

Элементы простого индуктивного датчика приближения.
1. Датчик поля
2. Осциллятор
3. Демодулятор
4. Триггер Шмидта
5. Выход

— Индуктивный датчик это устройство, использующее принцип электромагнитной индукции для обнаружения или измерения объектов. Индуктор , создает магнитное поле когда электрический ток через него протекает ; альтернативно, ток будет течь через цепь, содержащую индуктор, когда магнитное поле через него изменится. 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 изменения магнитного потока $Φ$ через катушку с $N$ витками индуцируют напряжение $e$ следующее :

e=-N{\frac {d\Phi }{dt}}

что можно выразить проще:

e=-N\times S{\frac {dB}{dt}}

предполагая, что индуцированное магнитное поле $B$ однородно по сечению $S$ (магнитный поток будет выражаться $\Phi =B\times S$ ).

Одна из форм индуктивного датчика приводит в действие катушку с генератором . Металлический предмет, приближающийся к катушке, изменит индуктивность катушки, вызывая изменение частоты или изменения тока в катушке. Эти изменения можно обнаружить, усилить, сравнить с порогом и использовать для переключения внешней цепи. Катушка может иметь ферромагнитный сердечник для усиления магнитного поля и повышения чувствительности устройства. ^{[ 1 ]} Также можно использовать катушку без ферромагнитного сердечника («воздушный сердечник»), особенно если катушка генератора должна покрывать большую площадь.

Другая форма индуктивного датчика использует одну катушку для создания изменяющегося магнитного поля, а 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 являются основным элементом конструкции магнитометра поисковой катушки, 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 наблюдениях за естественными электромагнитными волнами на Земле.

Индуктивный датчик приближения (переключатель приближения)

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, обеспечивают более длинный диапазон срабатывания, тогда как цветные металлы, такие как алюминий и медь, могут уменьшить дальность срабатывания до 60 процентов. ^{[ 2 ]}

Поскольку выход индуктивного датчика имеет два возможных состояния, индуктивный датчик иногда называют индуктивным бесконтактным переключателем . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Датчик или состоит из индукционной петли детекторной катушки. Чаще всего это физически несколько витков изолированного магнитного провода, намотанного вокруг сердечника с высокой магнитной проницаемостью, такого как ферритовый керамический стержень или катушка, и обмотка может иметь или не иметь отвод обратной связи, определенное количество витков с одного конца. общая обмотка. Он подключен к емкости для формирования контура генератора настроенной частоты. В сочетании с устройством усиления напряжения или тока, таким как транзистор или операционный усилитель, это образует настроенный генератор частоты. При подаче питания результирующим колебанием является высокочастотный переменный электрический ток в катушке, который имеет постоянно меняющееся магнитное поле, способное индуцировать вихревые токи в проксимальных (целевых) проводниках. Чем ближе цель и чем больше ее проводимость (например, металлы являются хорошими проводниками), тем больше индуцированные 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, поскольку индуцированное поле в мишени противодействует полю индукции источника, снижая чистый индуктивный импеданс и, следовательно, одновременно повышая частоту колебаний. Но на эту величину влияет меньше, если цель представляет собой материал с высокой магнитной проницаемостью, например железо, поскольку такая высокая проницаемость увеличивает индуктивность катушки, снижая частоту колебаний.

Изменение величины колебаний может быть обнаружено с помощью простого детектора амплитудной модуляции, такого как диод, который передает пиковое значение напряжения на небольшой фильтр для создания значения отражающего напряжения постоянного тока, в то время как изменение частоты может быть обнаружено с помощью одной из нескольких схем частотного дискриминатора. , как детектор фазовой автоподстройки частоты, чтобы увидеть, в каком направлении и насколько смещается частота. Либо изменение величины, либо величина изменения частоты может служить для определения расстояния близости, на котором датчики переключаются из включенного состояния в выключенное, или наоборот.

Индуктивные датчики обычно применяются в металлодетекторах , светофорах , автомойках и множестве автоматизированных промышленных процессов. Поскольку датчик не требует физического контакта, он особенно полезен в тех случаях, когда доступ затруднен или где много загрязнений.

Датчик движения

Для управления сигналами светофора на перекрестке дорог индукционную петлю в тротуар можно зарыть . Цепь, подключенная к контуру, может обнаружить изменение своей индуктивности, когда транспортное средство проезжает мимо контура или останавливается на нем. Это можно использовать для обнаружения транспортных средств и регулировки времени сигналов светофора 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 .

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Винси Ю. Ду, Резистивные, емкостные, индуктивные и магнитные сенсорные технологии , CRC Press, 2014 г. ISBN 1439812446 , Глава 4. Индуктивные датчики.
^ Jump up to: ^а ^б Фрэнк Лэмб (2013). Промышленная автоматизация: практический опыт . Макгроу-Хилл Образование. стр. 74–75. ISBN 9780071816458 .
^ «Индуктивные датчики» . 1 сентября 2001 года . Проверено 29 декабря 2015 г.
^ Питер Дж. Яух, Оборудование управления светофорами: современное состояние , Совет транспортных исследований, 1990, ISBN 0309049172 , стр. 17.

Павел Рипка, Магнитные датчики и магнитометры , Издательство Artech House
Туманский С. «Датчики индукционной катушки – обзор»
К. Койо и др., Моделирование сигнала ленточной соленоидной катушки МРТ, предназначенной для исследования повреждений спинного мозга

[DU14-1] Jump up to: ^а ^б ^с Винси Ю. Ду, Резистивные, емкостные, индуктивные и магнитные сенсорные технологии , CRC Press, 2014 г. ISBN 1439812446 , Глава 4. Индуктивные датчики.

[Lamb-2] Jump up to: ^а ^б Фрэнк Лэмб (2013). Промышленная автоматизация: практический опыт . Макгроу-Хилл Образование. стр. 74–75. ISBN 9780071816458 .

[machine_design-3] «Индуктивные датчики» . 1 сентября 2001 года . Проверено 29 декабря 2015 г.

[4] Питер Дж. Яух, Оборудование управления светофорами: современное состояние , Совет транспортных исследований, 1990, ISBN 0309049172 , стр. 17.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]