誘導センサー

誘導センサーは、電磁誘導の原理を利用して物体を検出または測定するデバイスです。インダクタは、電流が流れると磁場を発生させます。また、インダクタを含む回路では、その中の磁場が変化すると電流が流れます。この効果を利用して、磁場と相互作用する金属物体を検出できます。液体やある種の汚れなどの非金属物質は磁場と相互作用しないため、誘導センサーは濡れた状態や汚れた状態でも動作します。^[1]

誘導センサーはファラデーの電磁誘導の法則に基づいています。Nターンのコイルを通る磁束 Φの時間的変化により、次の 電圧eが発生します。

${\displaystyle e=-N{\frac {d\Phi }{dt}}}$

もっと簡単に表現すると次のようになります。

${\displaystyle e=-N\times S{\frac {dB}{dt}}}$

誘導磁場Bが断面Sにわたって均一であると仮定します（磁束は と表されます）。 ${\displaystyle \Phi =B\times S}$

誘導センサーの 1 つの形式は、発振器でコイルを駆動します。コイルに近づく金属物体はコイルのインダクタンスを変え、周波数の変化またはコイルの電流の変化を生み出します。これらの変化は検出され、増幅され、しきい値と比較され、外部回路を切り替えるために使用できます。コイルには、磁場をより強くし、デバイスの感度を高めるために強磁性コアが付いている場合があります。 ^[1]強磁性コアのないコイル (「空芯」) も使用できます。特に発振器コイルが広い領域をカバーする必要がある場合はそうです。

別の形態の誘導センサーでは、1つのコイルを使用して変化する磁場を生成し、2つ目のコイル（または他のデバイス）を使用して、たとえば金属物体に誘導される渦電流などにより物体によって生成される磁場の変化を感知します。^[1]

誘導センサーは、サーチコイル磁力計（サーチコイルとも呼ばれる）を構成する主な要素です。これらは、磁気地磁気測定、電磁波測定、宇宙プラズマ内の電磁波を調査するための宇宙磁力計、地球上の自然電磁波観測など、 多くの研究分野で使用されています。

誘導型近接センサーは非接触型電子 近接センサーです。金属物体の位置決めと検出に使用されます。誘導スイッチの検知範囲は、検出する金属の種類によって異なります。鉄や鋼などの鉄系金属は検知範囲が広くなりますが、アルミニウムや銅などの非鉄金属は検知範囲が最大60%狭くなることがあります。^[2]

誘導センサの出力には2つの状態があるため、誘導センサは誘導近接スイッチと呼ばれることもあります。^{[2] [3]}

センサーは誘導ループまたは検出コイルで構成されています。ほとんどの場合、これは物理的には、フェライト セラミック ロッドやコイル フォームなどの高透磁率コアの周りに絶縁された磁気ワイヤを複数回巻いたもので、巻線には、巻線全体の一方の端から数回巻いたところにフィードバック タップがある場合とない場合があります。これは、同調周波数発振器タンク回路を形成するために、コンデンサに接続されています。トランジスタやオペアンプなどの電圧または電流ゲイン デバイスと組み合わせて、同調周波数発振器を形成します。電力が供給されると、結果として生じる振動は、コイル内の高周波交流電流であり、その磁場は常に変化し、近接する (ターゲット) 導体に渦電流を誘導することができます。ターゲットが近く、その導電性が高いほど (たとえば、金属は良導体です)、誘導される渦電流は大きくなり、その結果生じる反対の磁場が振動の振幅と周波数に与える影響が大きくなります。アルミニウムのような非磁性導体では、負荷が増加すると、ターゲットの誘導磁場がソースの誘導磁場と反対になり、正味の誘導インピーダンスが低下し、同時に発振周波数が高くなるため、その大きさは減少します。ただし、ターゲットが鉄のような高透磁性材料である場合、その高い透磁性によってコイルのインダクタンスが増加し、発振周波数が低下するため、その大きさへの影響は小さくなります。

振動の振幅の変化は、ピーク電圧値を小さなフィルターに渡して反射 DC 電圧値を生成するダイオードなどの単純な振幅変調検出器で検出できます。一方、周波数の変化は、位相ロック ループ検出器などの数種類の周波数弁別回路の 1 つで検出して、周波数がどの方向にどの程度シフトするかを確認できます。振幅の変化または周波数の変化量のいずれかを使用して、センサーがオンからオフに、またはその逆に切り替わる近接距離を定義できます。

誘導センサーの一般的な用途には、金属探知機、信号機、洗車機、および自動化された工業プロセスのホストが含まれます。センサーは物理的な接触を必要としないため、アクセスが困難な場合や汚れが蔓延している場所での用途に特に役立ちます。

道路の交差点で交通信号を制御するために、誘導ループを舗装に埋め込むことができます。ループに接続された回路は、車両がループ上を通過または停止したときにインダクタンスの変化を検出できます。これを使用して、車両を検出し、交通信号のタイミングを調整したり、混雑した交差点で方向指示器を提供したりできます。^[4]

誘導センサーは、（この分野では）「NMR コイル」または「無線周波数コイル」とも呼ばれ、核磁気共鳴における核スピン歳差運動に関連する電磁場の磁気成分を検出するために使用されます。

• センサー一覧
• リニア可変差動トランス
• 磁気流量計
• 磁気共鳴画像
• 非破壊検査

• Pavel Ripka、 磁気センサーと磁力計、Artech House Publishers
• S. Tumanski、誘導コイルセンサー - レビュー
• C. Coillot 他、脊髄損傷検査専用の MRI リボンソレノイドコイルの信号モデリング^{[永久リンク切れ‍ ]}