Индуктивный датчик - Inductive sensor

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

An индуктивный датчик это устройство, использующее принцип электромагнитная индукция 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 Закон индукции Фарадея. Временные вариации Магнитный поток ${displaystyle Phi}$ через N цепь поворотов вызовет напряжение ${displaystyle e}$ который следует:

{displaystyle e = -N {frac {mathrm {d} Phi} {mathrm {d} t}}}

что можно выразить проще:

{displaystyle e = -N imes S {frac {mathrm {d} B} {mathrm {d} t}}}

полагая, что индуцированное магнитное поле B однородна по сечению S (в Магнитный поток будет выражено ${displaystyle Phi = B imes S}$ ).

Один из видов индуктивного датчика приводит в движение катушку с осциллятором. Металлический объект, приближающийся к катушке, изменит индуктивность катушки, вызывая изменение частоты или изменение тока в катушке. Эти изменения можно обнаружить, усилить по сравнению с порогом 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.

В другом виде индуктивного датчика одна катушка используется для создания изменяющегося магнитного поля, а вторая катушка (или другое устройство) - для определения изменений магнитного поля, создаваемого объектом, например, из-за вихревые токи индуцируется 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: магнитотеллурика, измерение электромагнитных волн, космические магнитометры для исследования электромагнитных волн в космической плазме, а также наблюдения 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 чувствительности 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 индуктивный датчик приближения.^[2]^[3]

В датчик состоит из индукционная петля или детекторная катушка. Чаще всего это физически количество витков изолированного магнитопровода, 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. общая 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 возникают колебания высокой частоты. переменный электрический ток в катушке, которая имеет постоянно меняющийся магнитное поле может 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 такая 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 на небольшой фильтр для получения значения отражающего постоянного напряжения, в то время как изменение частоты может быть обнаружено одним из нескольких видов схем частотного дискриминатора , как детектор петли фазовой автоподстройки частоты, 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: металлоискатели, светофор, 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 светофором на перекрестке дорог установлен индукционная петля можно закопать в тротуар. Схема, подключенная к петле, может обнаруживать изменение своей индуктивности, когда транспортное средство проезжает или останавливается на петле. 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 "радиочастотные катушки", используются для обнаружения магнитной составляющей электромагнитного поля, связанной с прецессией ядерного спина в Ядерный магнитный резонанс.