.svg/1280px-Budowa_czujnika_indukcyjnego_(ubt).svg.png)
Индуктивный датчик — это устройство, использующее принцип электромагнитной индукции для обнаружения или измерения объектов. Индуктор создает магнитное поле , когда через него протекает электрический ток ; 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]
Индуктивный датчик основан на законе индукции Фарадея . Временные изменения магнитного потока Φ через катушку с N витками индуцируют следующее напряжение e :
что можно выразить проще:
предполагая, что индуцированное магнитное поле B однородно по сечению S (магнитный поток будет выражаться ).
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]
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 — 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 состоит из индукционной петли или 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 целью является 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 грязи.
Для управления сигналами светофора на перекрестке дорог в тротуар можно зарыть индукционную петлю . 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]
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 .
