Der induktive Sensor ist dafür verantwortlich, die Position eines beweglichen Ziels durch Messen der Änderung der Induktivität einer PCB-Spule genau zu erfassen. Durch Anschließen dieser Spule an einen geeigneten Stromkreis kann eine Korrelation zwischen der gemessenen Nähe und der gemessenen Induktivität hergestellt werden. EMS wird verwendet, um die Induktivität der PCB-Spule an verschiedenen Positionen des Targets zu berechnen. Dies kann den Schaltungsentwicklern helfen, eine Schaltung zu erstellen, die diese Änderung der Induktivität genau messen kann.
Induktive Sensoren werden üblicherweise zur Positionserfassung eingesetzt. Sie bestehen aus einer Spule, die mit einem hochfrequenten Wechselstrom erregt wird. Das Grundprinzip eines induktiven Sensors basiert auf dem Faradayschen Induktionsgesetz. Die Amplitude des Stroms ist sehr gering und liegt in der Größenordnung von mA. Wenn sich, wie in Abbildung 1 gezeigt, kein Ziel in der Nähe befindet, ist die Induktivität der Spule bekannt und kann durch EMS berechnet werden. Bei einem Ziel, wie in Abbildung 2 direkt über der Spule dargestellt, ändert sich die Induktivität der Spule, und dieser neue Induktivitätswert hilft dem Sensor, ein Ziel zu erkennen. Diese Art von Sensoren funktioniert nur für Ziele, die Leiter sind.
Abbildung 1 - Ziel nicht in unmittelbarer Nähe 
Abbildung 2 - Ziel direkt über dem Sensor
Im EMS werden diese Sensortypen mithilfe der magnetischen Wechselstromsimulation untersucht. Bei der magnetischen Wechselstromsimulation löst EMS das Problem im Frequenzbereich und gibt als Ausgangssignal Folgendes an: Induktivität der Spule, Widerstand der Spule, magnetische Flussdichte, magnetische Feldstärke und Wirbelstromdichte. Da die Lösung im Frequenzbereich gelöst wird, können alle Feldgrößen als Funktion des Phasenwinkels erhalten werden.
In dieser Simulation (Abbildung 3) wurde die Frequenz der magnetischen Wechselstromstudie auf 1 MHz festgelegt. EMS kann bis zu einer Frequenz von einigen hundert Megahertz lösen.
Die Spule ist als Solid Coil modelliert. Der Strom in der Spule beträgt 1 mA und die Richtung des Stroms ist in Abbildung 4 dargestellt. EMS kann eine Spule sowohl als Massivspule als auch als Litzenspule modellieren. Feste Spule unterstützt Wirbelstrom, aber verseilte Spule nimmt keine Wirbelströme an. Bei dieser Simulation werden die Wirbelströme in der Spule vernachlässigt. Die Wirbeleffekte werden jedoch für das bewegliche Targetmaterial aus Kupfer berücksichtigt.
Abbildung 4 - Stromrichtung in der Solid-Spule
In dieser Simulation gibt es drei Komponenten: Die Spule und das Target bestehen aus Kupfer, und die Luftregion ist, wie der Name schon sagt, Luft. Abbildung 5 zeigt die verschiedenen Teile, die für diese Simulation modelliert wurden. Die Luftregion ist ein wichtiger Bestandteil jeder mit EMS durchgeführten EM-Simulation. Es hilft Ihnen, die Feldgrößen im Luftraum um die Spule und das Ziel zu ermitteln. EMS wird mit einer vollständig anpassbaren Materialbibliothek ausgeliefert, die Hunderte häufig verwendeter Materialien der Elektrotechnik enthält.
EMS wird mit einem vollautomatischen Netzgenerator geliefert, der die genaue Geometrie berücksichtigt, die in Ihrem CAD-System erstellt wurde. Dadurch müssen Sie Ihre CAD-Geometrie in keiner Weise ändern oder modifizieren. Um die Skin-Tiefe im Ziel zu erfassen, wenden wir ein Mesh-Steuerelement auf das Ziel an. Mithilfe der Netzsteuerung können Benutzer Regionen im Modell gezielt auswählen und eine Netzgröße angeben. Abbildung 6 zeigt das von EMS generierte Netz.
Der Abschnitt Ergebnisse ist in 3 Teile unterteilt -
Die Spuleninduktivität ist nützlich, da der Ingenieur diesen Wert verwendet, um eine Schaltung zu entwerfen, die die Bewegung erfassen kann. Die folgende Tabelle in Abbildung 7 zeigt die Induktivität der Spule an den beiden Positionen - wenn sich das Ziel der Spule nähert, sich jedoch nicht in der Nähe befindet und wenn sich das Ziel direkt auf der Spule befindet. Die Induktivität verringert sich, wenn sich das Ziel in der Nähe der Spule befindet, von 1,27 Mikro-Henry auf 1,07 Mikro-Henry. Dies entspricht einer Verringerung der Induktivität der Spule um 15,7%. Diese Werte helfen einem Ingenieur, eine Schaltung zu entwerfen, die empfindlich genug ist, um diesen Unterschied zu erfassen.
Abbildung 7 - Induktivitätsvergleich zwischen den beiden Positionen
Der Widerstand der Spule ist ihre intrinsische Eigenschaft und ändert sich nicht mit der Position des Ziels. EMS berechnet den Spulenwiderstand anhand seiner genauen Geometrie. Der Widerstand der Spule wird mit 0,35 Ohm berechnet (siehe Abbildung 8). Beachten Sie, dass dieser Widerstand der Gleichstromwiderstand der Spule ist.
Abbildung 8 - EMS berechnet den Gleichstromwiderstand der Spule
Die 9 und 10 zeigen die Auftragungen der Magnetfelddichte und der Magnetfeldintensität für Position 2 (wenn sich das Ziel in der Nähe befindet). Beachten Sie, dass für den Magnetflussdichtevektor die Größe der Vektoren, die durch das Target fließen, kleiner ist und dies auf induzierte Wirbelströme auf dem Target zurückzuführen ist. Die Wirbelströme auf dem Target wirken dem von der Spule erzeugten Feld entgegen. EMS kann 3D-Diagramme, Vektordiagramme und Schnittdiagramme erstellen. Einige dieser Darstellungen helfen Ihnen dabei, Ihre Felder genau zu visualisieren und zu verstehen, was in verschiedenen Situationen passiert.
Abbildung 9 - Vektordiagramm der magnetischen Flussdichte 
Abbildung 10 - Schnittdarstellung der Magnetfeldstärke
Abbildung 11 zeigt die Verteilung der Wirbelströme im Target in der Nähe des Sensors (oder der Spule). Beachten Sie, wie die Vektoren des Stroms einen Fluss erzeugen, der dem von der Spule erzeugten Fluss entgegengesetzt ist.
Abbildung 11 - Wirbelströme im Target
In diesem Beispiel wird erläutert, wie EMS Ingenieuren beim Entwurf besserer induktiver Sensoren helfen kann. Der Hauptparameter, nach dem sie suchen, ist die Änderung der Induktivität, die ihnen hilft, eine empfindliche Schaltung zu entwerfen, die diese Änderung erfassen kann. Die Felddiagramme bieten eine Fülle von Informationen, anhand derer sie die Entwürfe genau untersuchen können, insbesondere im Hinblick auf das Verhalten der Felder.
| Share on |
English (CA)
Deutsch
日本語