ウィーガンド効果

ウィーガンド効果は非線形磁気効果であり、発見者のジョン・R・ウィーガンドにちなんで名付けられ、ウィーガンド線と呼ばれる特別に焼きなましされ硬化された 線で発生します。 ^[1]

ウィーガンド線は、低炭素のビカロイ、つまりコバルト、鉄、バナジウムの強磁性 合金です。最初に、この線は完全に焼きなましされます。この状態では、合金は磁気的に「柔らかい」状態です。つまり、磁石に引き付けられるため、磁力線は金属に優先的に向きを変えますが、外部磁場が除去されると、金属はごくわずかな残留磁場しか保持しません。

製造中、ワイヤーに独自の磁気特性を与えるために、ワイヤーの内部に柔らかいコアを残したままワイヤーの外側のシェルを冷間加工する一連のねじりとねじり戻しの作業が行われ、その後ワイヤーは熟成されます。その結果、外側のシェルの磁気保磁力は内側のコアの保磁力よりもはるかに大きくなります。この高保磁力の外側のシェルは、磁場の元のソースが除去されても外部磁場を保持します。

ワイヤーは非常に大きな磁気ヒステリシスを示します。磁石をワイヤーに近づけると、高保磁力の外殻が内側のソフトコアから磁場を排除し、磁気閾値に達するとワイヤー全体 (外殻と内側のコアの両方) の磁化極性が急速に切り替わります。この切り替えは数マイクロ秒で発生し、ウィーガンド効果と呼ばれます。

ウィーガンド効果の価値は、切り替え速度が十分に速いため、ウィーガンド線コアを使用したコイルから大きな電圧を出力できることです。変化する磁場によって誘導される電圧は磁場の変化率に比例するため、ウィーガンド線コアは、非ウィーガンド コアを使用した同様のコイルと比較して、磁場センサーの出力電圧を数桁増加させることができます。この高い電圧は電子的に簡単に検出でき、磁場切り替えの高再現性しきい値と組み合わせると、ウィーガンド効果は位置センサーに役立ちます。

ウィーガンド線が磁化を反転すると、反対方向に反転するまでその磁化が保持されます。ウィーガンド効果を使用するセンサーやメカニズムでは、この磁化の保持を考慮する必要があります。

ウィーガンド効果はバルクハウゼン効果のマクロ的拡張であり、ウィーガンド線を特別に処理することで、線がマクロ的には単一の大きな磁区として動作するようになります。ウィーガンド線の外殻にある多数の小さな高保磁力の磁区が雪崩のように切り替わり、ウィーガンド効果の急速な磁場変化が発生します。

ウィーガンドセンサーは、磁場の極性が反転するたびにウィーガンド効果を利用して一定のパルスを生成する磁気センサーであり、外部電圧や電流に依存しません。^{[2]ウィーガンドセンサーによって生成されるパルスの一貫性は、}低電力および省エネアプリケーションにエネルギーを供給するために使用できます。 ^[3]ウィーガンドセンサーは自己発電型であるため、エネルギーハーベスター、近接センサー、イベントカウンターなどのIoTアプリケーションで使用できます。^{[4] [5]}

ジョン・R・ウィーガンドとミルトン・ベリンスキーはウィーガンド線を使ったアクセス制御カードを開発した。 ^[6]

センサー以外にも、ウィーガンド効果はセキュリティキーカードのドアロックにも使用されています。^[7] プラスチック製のキーカードには、一連の短いウィーガンドワイヤが埋め込まれており、ワイヤの有無によってキーをエンコードします。2番目のワイヤトラックはクロックトラックを提供します。カードは、固定磁場とセンサーコイルを備えたリーダーデバイスのスロットに通すことで読み取られます。各ワイヤが磁場を通過すると、その磁気状態が反転して 1 を示し、これがコイルによって感知されます。ワイヤがない場合は 0 を示します。結果として得られるウィーガンドプロトコルデジタルコードは、ドアを電気的にロック解除するかどうかを決定するためにホストコントローラーに送信されます。

ウィーガンドカードはバーコードや磁気ストライプカードよりも耐久性があり、偽造が困難です。キーコードは製造時にワイヤーの位置によってカードに永久的に設定されるため、ウィーガンドカードは磁場によって消去されたり、磁気ストライプカードのように再プログラムされたりすることはありません。^[8]

もともとワイガンドワイヤカード用に開発されたワイガンドインターフェースは、現在でもあらゆる種類のアクセスカードからアクセスコントロールパネルにデータを送信するための事実上の標準規格となっています。 ^[6]

ワイガンドカードのような静電容量式MMコードカードは、カードのプラスチック内部にコードを埋め込むため、カード表面の磁気ストライプや印刷されたバーコードよりも耐久性が高く、偽造が困難です。^[9]

ウィーガンド線は、一部の回転磁気エンコーダで多回転回路に電力を供給するために使用されます。エンコーダが回転すると、ウィーガンド線のコアコイルは、エンコーダに電力を供給し、回転数を不揮発性メモリに書き込むのに十分な電気パルスを生成します。これは、回転速度に関係なく機能し、多回転エンコーダに通常必要なクロック/ギア機構が不要になります。^{[10] [11]}

ウィーガンド線はホイールの外径に取り付けられ、回転速度を測定します。外部に取り付けられた読み取りヘッドがウィーガンドパルスを検出します。

• 米国特許 3,820,090  — オリジナルのウィーガンド特許 (1974)
• 米国特許 4,247,601  — ビカロイに関する特許
• 「Wiegand – 子孫アクセス制御」。— アクセス制御で使用されるウィーガンド効果の説明
• Wehr, John (2003 年 9 月 1 日)。「ウィーガンド効果: 30 年前の科学プロジェクトが現代のセキュリティ システムに今も影響を与えている」。SecureIDNews。2018年4 月 12 日のオリジナルからアーカイブ。

• Wiegand インターフェース — 元々は Wiegand ワイヤ カード リーダーで使用されていたインターフェース。