Un capteur inductif - Inductive sensor

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Éléments d'un simple capteur de proximité inductif.
1. Capteur de champ
2. Oscillateur
3. Démodulateur
4. Flip-flop
5. Sortie

Un capteur inductif est un appareil qui utilise le principe de l'induction électromagnétique pour détecter ou mesurer des objets. Un inducteur développe un champ magnétique lorsqu'un courant le traverse; en variante, un courant circulera à travers un circuit contenant un inducteur lorsque le champ magnétique le traversant change. Cet effet peut être utilisé pour détecter des objets métalliques qui interagissent avec un champ magnétique. Les substances non métalliques telles que les liquides ou certains types de saletés n'interagissent pas avec le champ magnétique, de sorte qu'un capteur inductif peut fonctionner dans des conditions humides ou sales.

Principe

Le capteur inductif est basé sur la loi d'induction de Faraday . Les variations temporelles du flux magnétique à travers un circuit à N spires induiront une tension qui suit:

qui peut être exprimé de manière plus simple:

en supposant que le champ magnétique induit B est homogène sur une section S (le flux magnétique sera exprimé ).

Une forme de capteur inductif entraîne une bobine avec un oscillateur. Un objet métallique s'approchant de la bobine modifiera l'inductance de la bobine, produisant un changement de fréquence ou un changement du courant dans la bobine. Ces changements peuvent être détectés, amplifiés, comparés à un seuil et utilisés pour commuter un circuit externe. La bobine peut avoir un noyau ferromagnétique pour rendre le champ magnétique plus intense et pour augmenter la sensibilité du dispositif. Une bobine sans noyau ferromagnétique ("air core") peut également être utilisée, surtout si la bobine de l'oscillateur doit couvrir une grande surface.

Une autre forme de capteur inductif utilise une bobine pour produire un champ magnétique variable et une seconde bobine (ou un autre dispositif) pour détecter les changements du champ magnétique produit par un objet, par exemple, en raison des courants de Foucault induits dans un objet métallique.

Applications

Magnétomètre à bobine de recherche

Les capteurs inductifs constituent l'élément principal pour construire un magnétomètre à bobine de recherche, également connu sous le nom de bobine de recherche . Ceux-ci sont utilisés dans de nombreux domaines de recherche: magnétotellurique , mesure des ondes électromagnétiques, magnétomètres spatiaux pour étudier les ondes électromagnétiques dans le plasma spatial ainsi que les observations d'ondes électromagnétiques naturelles sur Terre.

Détecteur de proximité inductif (détecteur de proximité)

Un capteur de proximité inductif est un capteur de proximité électronique sans contact . Il est utilisé pour le positionnement et la détection d'objets métalliques. La plage de détection d'un interrupteur inductif dépend du type de métal détecté. Les métaux ferreux, tels que le fer et l'acier, permettent une plage de détection plus longue, tandis que les métaux non ferreux, tels que l'aluminium et le cuivre, peuvent réduire la plage de détection jusqu'à 60%.

Étant donné que la sortie d'un capteur inductif a deux états possibles, un capteur inductif est parfois appelé détecteur de proximité inductif .

Le capteur se compose d'une boucle d'induction ou d'une bobine de détection. Le plus souvent, il s'agit physiquement d'un certain nombre de tours de fil d'aimant isolé enroulé autour d'un noyau à haute perméabilité magnétique, comme une tige en céramique de ferrite ou une forme de bobine, et l'enroulement peut ou non avoir une prise de rétroaction d'un certain nombre de tours à une extrémité de l'enroulement total. Il est connecté à une capacité pour former un circuit de réservoir d'oscillateur de fréquence accordé. En conjonction avec un dispositif de gain de tension ou de courant comme un transistor ou un amplificateur opérationnel, cela forme un oscillateur de fréquence accordé. Lorsque l'alimentation est appliquée, l'oscillation qui en résulte est un courant électrique alternatif à haute fréquence dans la bobine qui a un champ magnétique en constante évolution capable d'induire des courants de Foucault dans les conducteurs proximaux (cibles). Plus la cible est proche et plus sa conductivité est élevée (les métaux sont de bons conducteurs, par exemple), plus les courants de Foucault induits sont importants et plus les champs magnétiques opposés qui en résultent ont un effet sur l'amplitude et la fréquence de l'oscillation. Son amplitude est réduite à mesure que la charge augmente dans un conducteur non magnétique comme l'aluminium car le champ induit dans la cible s'oppose au champ d'induction de la source, abaissant l'impédance inductive nette et donc en accordant simultanément la fréquence d'oscillation plus élevée. Mais cette magnitude est moins affectée si la cible est un matériau hautement perméable magnétiquement, comme le fer, car cette perméabilité élevée augmente l'inductance de la bobine, abaissant la fréquence d'oscillation.

Un changement d'amplitude d'oscillation peut être détecté avec un simple détecteur de modulation d'amplitude comme une diode qui transmet la valeur de tension de crête à un petit filtre pour produire une valeur de tension continue réfléchissante, tandis qu'un changement de fréquence peut être détecté par l'un de plusieurs types de circuits discriminateurs de fréquence. , comme un détecteur de boucle à verrouillage de phase, pour voir dans quelle direction et à quel point la fréquence se déplace. Le changement d'amplitude ou la quantité de changement de fréquence peuvent servir à définir une distance de proximité à laquelle les capteurs vont de marche à arrêt, ou vice versa.

Les applications courantes des capteurs inductifs comprennent les détecteurs de métaux , les feux de signalisation , les lave-autos et une multitude de processus industriels automatisés. Comme le capteur ne nécessite pas de contact physique, il est particulièrement utile pour les applications où l'accès présente des défis ou où la saleté est répandue.

Capteur de trafic

Pour contrôler les feux de circulation à une intersection de routes, une boucle d'induction peut être enterrée dans le trottoir. Un circuit connecté à la boucle peut détecter le changement de son inductance lorsqu'un véhicule passe ou s'arrête sur la boucle. Cela peut être utilisé pour détecter les véhicules et ajuster la synchronisation des feux de signalisation ou pour fournir un clignotant à une intersection très fréquentée.

Résonance magnétique nucléaire

Les capteurs inductifs, également appelés (dans ce domaine) «bobines RMN» ou «bobines radiofréquence» , sont utilisés pour détecter la composante magnétique du champ électromagnétique associé à la précession de spin nucléaire en résonance magnétique nucléaire .

Voir également

Les références