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Un sensor inductivo es un dispositivo que utiliza el principio de inducción electromagnética para detectar o medir objetos. Un inductor desarrolla un campo magnético cuando una corriente eléctrica fluye a través de él; alternativamente, una corriente fluirá a través de un circuito que contiene un inductor cuando el campo magnético a través de él cambia. Este efecto se puede utilizar para detectar objetos metálicos que interactúan con un campo magnético. Las sustancias no metálicas, como los líquidos o algunos tipos de suciedad, no interactúan con el campo magnético, por lo que un sensor inductivo puede funcionar en condiciones húmedas o sucias. [1]
El sensor inductivo se basa en la ley de inducción de Faraday . Las variaciones temporales del flujo magnético Φ a través de una bobina con N vueltas inducirán un voltaje e que es el siguiente:
Lo cual se puede expresar de una manera más sencilla:
suponiendo que el campo magnético inducido B es homogéneo sobre una sección S (el flujo magnético se expresará ).
Una forma de sensor inductivo acciona una bobina con un oscilador . Un objeto metálico que se acerque a la bobina alterará la inductancia de la bobina, lo que producirá un cambio en la frecuencia o un cambio en la corriente en la bobina. Estos cambios se pueden detectar, amplificar, comparar con un umbral y utilizar para conmutar un circuito externo. La bobina puede tener un núcleo ferromagnético para hacer que el campo magnético sea más intenso y aumentar la sensibilidad del dispositivo. [1] También se puede utilizar una bobina sin núcleo ferromagnético ("núcleo de aire"), especialmente si la bobina del oscilador debe cubrir un área grande.
Otra forma de sensor inductivo utiliza una bobina para producir un campo magnético cambiante y una segunda bobina (u otro dispositivo) para detectar los cambios en el campo magnético producido por un objeto, por ejemplo, debido a corrientes de Foucault inducidas en un objeto metálico. [1]
Los sensores inductivos constituyen el elemento principal para construir un magnetómetro de bobina de búsqueda, también conocido como bobina de búsqueda . Estos se utilizan en muchos campos de investigación: magnetotelúrica , medición de ondas electromagnéticas, magnetómetros espaciales para investigar ondas electromagnéticas en el plasma espacial, así como observaciones de ondas electromagnéticas naturales en la Tierra.
Un sensor de proximidad inductivo es un sensor de proximidad electrónico sin contacto . Se utiliza para posicionar y detectar objetos metálicos. El rango de detección de un interruptor inductivo depende del tipo de metal que se detecte. Los metales ferrosos, como el hierro y el acero, permiten un rango de detección más amplio, mientras que los metales no ferrosos, como el aluminio y el cobre, pueden reducir el rango de detección hasta en un 60 por ciento. [2]
Dado que la salida de un sensor inductivo tiene dos estados posibles, a veces se hace referencia a un sensor inductivo como interruptor de proximidad inductivo . [2] [3]
El sensor consta de un bucle de inducción o una bobina detectora. La mayoría de las veces, se trata de un número de vueltas de alambre magnético aislado enrollado alrededor de un núcleo de alta permeabilidad magnética, como una varilla de cerámica de ferrita o una forma de bobina, y el devanado puede tener o no una toma de retroalimentación a un cierto número de vueltas de un extremo del devanado total. Está conectado a una capacitancia para formar un circuito de tanque oscilador de frecuencia sintonizada. Junto con un dispositivo de ganancia de voltaje o corriente como un transistor o un amplificador operacional, esto forma un oscilador de frecuencia sintonizada. Cuando se aplica energía, la oscilación resultante es una corriente eléctrica alterna de alta frecuencia en la bobina que tiene un campo magnético que cambia constantemente capaz de inducir corrientes parásitas en los conductores proximales (objetivo). Cuanto más cerca esté el objetivo y mayor sea su conductividad (los metales son buenos conductores, por ejemplo), mayores serán las corrientes parásitas inducidas y mayor será el efecto que sus campos magnéticos opuestos resultantes tendrán sobre la magnitud y la frecuencia de la oscilación. Su magnitud se reduce a medida que aumenta la carga en un conductor no magnético como el aluminio porque el campo inducido en el objetivo se opone al campo de inducción de la fuente, lo que reduce la impedancia inductiva neta y, por lo tanto, aumenta simultáneamente la frecuencia de oscilación. Pero esa magnitud se ve menos afectada si el objetivo es un material altamente permeable al magnetismo, como el hierro, ya que esa alta permeabilidad aumenta la inductancia de la bobina, lo que reduce la frecuencia de oscilación.
Un cambio en la magnitud de la oscilación se puede detectar con un detector de modulación de amplitud simple, como un diodo que pasa el valor de voltaje pico a un pequeño filtro para producir un valor de voltaje de CC reflectante, mientras que un cambio de frecuencia se puede detectar con uno de varios tipos de circuitos discriminadores de frecuencia, como un detector de bucle de enganche de fase, para ver en qué dirección y cuánto cambia la frecuencia. Tanto el cambio de magnitud como la cantidad de cambio de frecuencia pueden servir para definir una distancia de proximidad a la que los sensores pasan de encendidos a apagados, o viceversa.
Las aplicaciones más comunes de los sensores inductivos incluyen detectores de metales , semáforos , lavaderos de autos y una gran cantidad de procesos industriales automatizados. Debido a que el sensor no requiere contacto físico, es particularmente útil para aplicaciones en las que el acceso presenta desafíos o donde la suciedad es predominante.
Para controlar las señales de tráfico en una intersección de carreteras, se puede enterrar un bucle de inducción en el pavimento. Un circuito conectado al bucle puede detectar el cambio en su inductancia cuando un vehículo pasa por encima o se detiene en el bucle. Esto se puede utilizar para detectar vehículos y ajustar la sincronización de las señales de tráfico o proporcionar una señal de giro en una intersección con mucho tráfico. [4]
Los sensores inductivos, también denominados (en este ámbito) como "bobinas de RMN" o "bobinas de radiofrecuencia" , se utilizan para detectar el componente magnético del campo electromagnético asociado a la precesión del espín nuclear en la resonancia magnética nuclear .
