Привет, Вы узнаете о том , что такое Магнитные сенсоры, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое Магнитные сенсоры , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы .

7.1. Необходимые сведения из физики

К классу электромагнитных мы относим приборы, в которых первичные сигналы об исследуемом объекте или явлении возникают в виде изменения магнитного поля или в виде сигналов электромагнитной индукции, и именно эти изменения или сигналы воспринимаются, анализируются и используются для получения информации.

Магнитное поле – это силовое поле, которое действует на физические тела, имеющие собственный магнитный момент, на подвижные электрические заряды и на проводники с током. Магнитное поле в каждой его точке характеризуют вектором магнитной индукции , величину которого выражают в системе СИ в "теслах" (Тл). Из-за того, что атомы, ионы и электроны, из которых составлено вещество, имеют собственные магнитные моменты, то при взаимодействии с магнитным полем они стремятся повернуться в направлении этого поля и, как правило, усиливают его. Коэффициент усиления магнитного поля в веществе называют "магнитной проницаемостью вещества". Она является безразмерной величиной и обычно обозначается греческой буквой .

Ряд веществ, которые называют "ферромагнетиками", имеют большую магнитную проницаемость ( и больше) из-за того, что магнитные моменты атомов, из которых они составляются, относительно велики. При температурах ниже так называемой "точки Кюри" такая спонтанная намагниченность "замораживается". Образуются так называемые "домены" – области однородной намагниченности, которые под влиянием внешнего магнитного поля перемагничиваются как единое целое.

Типичная "кривая намагничивания" ферромагнитных материалов типа железа показана на рис. 7.1. Это – зависимость магнитной индукции внутри ферромагнитного материала от напряженности внешнего магнитного поля, создаваемого, например, внутри соленоида. Штрихами выделена так называемая "кривая первого намагничивания". Сначала почти линейно возрастает с увеличением . Угол наклона этого участка тем больший, чем больше магнитная проницаемость материала . Однако затем скорость роста с увеличением уменьшается, и в конце концов магнитная индукция практически перестает зависеть от . Это происходит потому, что при таких значениях уже все магнитные домены сориентированы в направлении внешнего магнитного поля. Соответствующее значение называют магнитной индукцией насыщения.

Рис. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . 7.1.

В дальнейшем ход кривой перемагничивания становится зависимым от предыстории и направления изменения внешнего магнитного поля. Когда последнее уменьшается и спадает до нуля, ферромагнитный материал остается еще намагниченным в прежнем направлении. Величину называют остаточной намагниченностью. Под действием возрастающего внешнего магнитного поля противоположного направления величина намагниченности уменьшается до нуля, а затем ферромагнетик перемагничивается уже в новом направлении. Напряженность внешнего магнитного поля , при которой индукция магнитного поля в ферромагнетике становится равной нулю, называют коэрцитивной силой. В целом кривая медленного перемагничивания ферромагнетика имеет вид симметричной относительно начала координат замкнутой линии, которую называют "петлей гистерезиса".

Магнитное поле тесно связано с электрическим. Источниками магнитного поля являются не только объекты с собственным магнитным моментом, но и движущиеся электрические заряды, и электрический ток.

Переменное магнитное поле порождает электрическое. В частности, в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, который его пронизывает, возникает электродвижущая сила (ЭДС) и протекает электрический ток. Это явление называют электромагнитной индукцией. Направление индукционного тока таково, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока сквозь площадь контура.

Из-за тесной связи магнитного поля с электрическим их рассматривают как единое "электромагнитное" поле, поведение которого в классическом приближении описывается известными уравнениями Максвелла.

В магнитных сенсорах часто используют уже упомянутый выше соленоид – свернутый в спираль проводник, через который протекает электрический ток (рис. 7.2). Магнитное поле, которое создается внутри соленоида с током, является практически однородным, а векторы магнитной индукции направлены параллельно оси. Магнитная индукция пропорциональна силе тока и числу витков. Извне соленоида конфигурация магнитного поля подобна конфигурации поля постоянного стержневого магнита.

Рис. 7.2. Изображение соленоида и конфигурации его магнитного поля

Соленоид с размещенным внутри него ферромагнитным сердечником становится электромагнитом, сила притяжения которого пропорциональна силе тока.

Если электрический ток через соленоид быстро изменяется, то быстро изменяется и магнитный поток, который его пронизывает. Поэтому в соленоиде возникает дополнительная ЭДС ("ЭДС самоиндукции"), пропорциональная скорости изменения тока. Коэффициент пропорциональности называют индуктивностью, а сам соленоид – "катушкой индуктивности". Индуктивность соленоида довольно велика и пропорциональна числу витков в нем. ЭДС самоиндукции направлена так, что противодействует изменению тока в катушке. И этим явление самоиндукции подобно явлению инерции в механике. Из-за этого в цепях переменного электрического тока сила тока в катушке индуктивности отстает от изменений напряжения на четверть периода.

Если две катушки индуктивности пронизывает общий магнитный поток, то образуется "трансформатор". Изменение тока в одной из катушек приводит к возникновению ЭДС индукции в другой катушке – и тем большей, чем больше в ней число витков. Катушки могут быть гальванически развязаны (электрически изолированы одна от другой), а передача электроэнергии между ними происходит через общее переменное магнитное поле. Чтобы уменьшить потери энергии, обусловленные рассеянием магнитного поля (т.е. тем, что некоторая часть магнитных силовых линий проходит мимо другой катушки), катушки индуктивности в трансформаторах соединяют замкнутым магнитным сердечником – "магнитопроводом", в котором и сосредоточены практически все силовые линии (весь магнитный поток).

Если катушку индуктивности электрически соединить с конденсатором, то образуется электрический колебательный контур, в котором могут происходить свободные электромагнитные колебания. Во время таких колебаний энергия, накопленная в конденсаторе в виде энергии электрического поля, периодически перекачивается в энергию магнитного поля тока в катушке индуктивности, а потом – наоборот. Такой контур может играть роль эффективного частотного фильтра, который "откликается" в основном на электромагнитные колебания с "резонансной" частотой, т.е. с частотой собственных колебаний контура. Это широко используют в электротехнике и радиотехнике, в том числе и при построении сенсоров-измерительных приборов.

Если электрические силовые линии внутри конденсатора или магнитные силовые линии внутри соленоида не замыкаются, а выходят наружу, то часть энергии колебаний излучается в пространство в виде "электромагнитных волн". Последние со скоростью света могут распространяться в пространстве на очень большие расстояния. Напомним, что между скоростью распространения , частотой и длиной волны электромагнитных волн существует известное соотношение:

В зависимости от частоты колебаний электромагнитные волны называют радиоволнами (при частотах 103...1012 Гц), инфракрасным излучением (при частотах 1012...3,75×1014 Гц), видимым светом (при частотах 3,8...7,5)×1014 Гц, ультрафиолетовым (при частотах 7,5×1014...1016 Гц), рентгеновским (при частотах 1016...1020 Гц) и гамма-излучением (при частотах >1020 Гц).

Радиоволны, в свою очередь, разделяют по длине волны на диапазоны:

• длинных волн (ДВ, длина волны 1...10 км, соответственно частота 300...30 кГц);

• средних волн (СВ, длина волны 100...1000 м, частота 3...0,3 МГц);

• коротких волн (КВ, длина волны 10...100 м, частота 30...3 МГц);

• ультракоротких или метровых волн (УКВ, длина волны 1...10 м, частота 300...30 МГц, англ. VHF - Very High Frequecy);

• дециметровых волн (англ. UHF - Ultra High Frequecy, длина волны 1...10 дм, частота 3000...300 МГц);

• сантиметровых волн (длина волны 1...10 см, частота 30...3 ГГц);

• миллиметровых волн (длина волны 1...10 мм, частота 300...30 ГГц).

Характер распространения радиоволн в атмосфере Земли существенно зависит от диапазона. Если длинные и средние волны легко огибают поверхность Земли и поэтому принимаются радиоприемниками практически в любой точке земного шара, то распространение коротких и особенно ультракоротких волн существенно зависит от состояния тропосферы. Дециметровые и сантиметровые волны принимаются в основном лишь в пределах прямой видимости.

7.2 Магнитодиагностика изделий из ферромагнитных материалов

Как механические, так и магнитные свойства железных, стальных, чугунных и других изделий из ферромагнитных материалов прямо определяются их микрокристаллической структурой. Поэтому, измеряя их магнитные свойства – магнитную проницаемость, коэрцитивную силу, магнитную индукцию насыщения и т.д., – можно контролировать соблюдение технологических режимов их изготовления, микроструктуру и механические свойства.

7.3 Магнитные считывающие головки

Известными магнитными сенсорами являются магнитные считывающие головки,– для считывания данных с других магнитных носителей информации (с магнитных лент, дисков, барабанов, карточек и т.п.). Магнитные считывающие головки на своем входе всегда имеют дело с сигналами, информацией, закодированными в виде переменного магнитного поля на поверхности носителя.

Вопросы для самопроверки 7 .

1. Какие сенсоры относятся к классу электромагнитных?

2. Назовите основные диапазоны радиоволн.

3. Что такое магнитодиагностика?

Исследование, описанное в статье про Магнитные сенсоры, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое Магнитные сенсоры и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.