Efekt Wieganda
Efekt Wieganda to nieliniowy efekt magnetyczny, nazwany na cześć jego odkrywcy Johna R. Wieganda , wytwarzany ze specjalnie wyżarzonego i utwardzonego drutu zwanego drutem Wieganda.
Drut Wieganda to niskowęglowy Vicalloy , ferromagnetyczny stop kobaltu , żelaza i wanadu . Początkowo drut jest całkowicie wyżarzany. W tym stanie stop jest „miękki” w sensie magnetycznym; to znaczy jest przyciągany przez magnesy, więc linie pola magnetycznego będą preferencyjnie kierowane do metalu, ale metal zachowuje tylko bardzo małe pole szczątkowe po usunięciu pola zewnętrznego.
Podczas produkcji, aby nadać drutowi jego unikalne właściwości magnetyczne, jest on poddawany szeregowi operacji skręcania i odkręcania w celu obróbki na zimno zewnętrznej powłoki drutu, przy jednoczesnym zachowaniu miękkiego rdzenia wewnątrz drutu, a następnie drut jest starzony. W rezultacie koercja magnetyczna zewnętrznej powłoki jest znacznie większa niż wewnętrznego rdzenia. Ta zewnętrzna powłoka o wysokiej koercji zachowa zewnętrzne pole magnetyczne nawet po usunięciu pierwotnego źródła pola.
Drut wykazuje teraz bardzo dużą histerezę magnetyczną : jeśli magnes zostanie zbliżony do drutu, zewnętrzna powłoka o wysokiej koercji wyklucza pole magnetyczne z wewnętrznego miękkiego rdzenia, aż do osiągnięcia progu magnetycznego, po czym cały drut — zarówno zewnętrzna powłoka, jak i wewnętrzny rdzeń — szybko zmienia biegunowość magnesowania. To przełączenie następuje w ciągu kilku mikrosekund i jest nazywane efektem Wieganda.
Wartość efektu Wieganda polega na tym, że prędkość przełączania jest wystarczająco duża, aby z cewki przy użyciu rdzenia z drutu Wieganda można było wyprowadzić znaczne napięcie. Ponieważ napięcie indukowane przez zmieniające się pole magnetyczne jest proporcjonalne do szybkości zmian pola, rdzeń z drutu Wieganda może zwiększyć napięcie wyjściowe czujnika pola magnetycznego o kilka rzędów wielkości w porównaniu z podobną cewką bez Rdzeń Wieganda. To wyższe napięcie można łatwo wykryć elektronicznie, aw połączeniu z wysokim progiem powtarzalności przełączania pola magnetycznego, dzięki czemu efekt Wieganda jest przydatny w czujnikach położenia.
Gdy drut Wieganda odwróci namagnesowanie, zachowa to namagnesowanie, dopóki nie zostanie odwrócony w innym kierunku. Czujniki i mechanizmy wykorzystujące efekt Wieganda muszą brać to pod uwagę.
Efekt Wieganda jest makroskopowym rozszerzeniem efektu Barkhausena , ponieważ specjalna obróbka drutu Wieganda powoduje, że drut działa makroskopowo jako pojedyncza duża domena magnetyczna. Liczne małe domeny o wysokiej koercji w zewnętrznej powłoce drutu Wieganda przełączają się lawinowo, generując szybką zmianę pola magnetycznego efektu Wieganda.
Aplikacje
Czujniki Wieganda
Czujniki Wieganda to czujniki magnetyczne , które wykorzystują efekt Wieganda do generowania stałego impulsu za każdym razem, gdy zmienia się biegunowość pola magnetycznego , i dlatego nie polegają na żadnym zewnętrznym napięciu ani natężeniu. Spójność impulsów wytwarzanych przez czujniki Wiegand może być wykorzystana do dostarczania energii do zastosowań o niskim poborze mocy i oszczędności energii. Dzięki samozasilaniu czujniki Wiegand mają potencjał w zastosowaniach IoT jako zbieracze energii, czujniki zbliżeniowe i liczniki zdarzeń.
Karty dostępu Wieganda
Oprócz czujników efekt Wiegand jest używany do zamków drzwi na kartę bezpieczeństwa. Plastikowa karta dostępu ma osadzony szereg krótkich odcinków drutu Wiegand, który koduje klucz na podstawie obecności lub braku przewodów. Druga ścieżka przewodów zapewnia zegar ścieżka. Karta jest odczytywana przez przeciągnięcie jej przez szczelinę w czytniku, który ma stałe pole magnetyczne i cewkę czujnika. Gdy każda długość drutu przechodzi przez pole magnetyczne, jego stan magnetyczny zmienia się, co wskazuje na 1, co jest wykrywane przez cewkę. Brak przewodu oznacza 0. Wynikowy kod cyfrowy protokołu Wiegand jest następnie wysyłany do kontrolera głównego w celu ustalenia, czy drzwi mają zostać odblokowane elektrycznie.
Karty Wiegand są trwalsze i trudniejsze do podrobienia niż karty z kodem kreskowym lub paskiem magnetycznym . Ponieważ kod klucza jest trwale osadzony na karcie podczas produkcji przez położenie przewodów, karty Wiegand nie mogą zostać wymazane przez pola magnetyczne ani przeprogramowane, tak jak karty z paskiem magnetycznym.
Enkoder obrotowy
Przewody Wiegand są używane przez niektóre obrotowe enkodery magnetyczne do zasilania obwodów wieloobrotowych. Gdy enkoder obraca się, cewka z rdzeniem drutowym Wieganda generuje impuls elektryczny wystarczający do zasilania enkodera i zapisania liczby zwojów w pamięci nieulotnej. Działa to przy dowolnej prędkości obrotowej i eliminuje mechanizm zegara/przekładni typowo związany z enkoderami wieloobrotowymi.
Czujnik prędkości koła
Przewody Wieganda są przymocowane do zewnętrznej średnicy koła w celu pomiaru prędkości obrotowych. Zewnętrznie zamontowana głowica odczytująca wykrywa impulsy Wieganda.
Linki zewnętrzne
- Patent USA 3 820 090 — oryginalny patent Wieganda (1974)
- Patent US 4,247,601 — Patent na Vicalloy
- „Wiegand - kontrola dostępu do potomstwa” . — Wyjaśnienie efektu Wieganda stosowanego w kontroli dostępu
- Wehr, John (1 września 2003). „Efekt Wieganda: 30-letni projekt naukowy nadal wpływa na nowoczesne systemy bezpieczeństwa” . Bezpieczne IDWiadomości . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2018-04-12.
Zobacz też
- Interfejs Wiegand — interfejs pierwotnie używany przez czytniki kart Wiegand-wire.