El efecto Wiegand es un efecto magnético no lineal, llamado así en honor a su descubridor John R. Wiegand , producido en un alambre especialmente recocido y endurecido llamado alambre Wiegand. [1]
El alambre Wiegand es Vicalloy con bajo contenido de carbono , una aleación ferromagnética de cobalto , hierro y vanadio . Inicialmente, el alambre está completamente recocido. En este estado la aleación es "blanda" en el sentido magnético; es decir, es atraído por los imanes y, por lo tanto, las líneas del campo magnético se desviarán preferentemente hacia el metal, pero el metal retiene sólo un campo residual muy pequeño cuando se elimina el campo externo.
Durante la fabricación, para darle al cable sus propiedades magnéticas únicas, se lo somete a una serie de operaciones de torsión y destorsión para trabajar en frío la cubierta exterior del cable mientras se retiene un núcleo blando dentro del cable, y luego se envejece el cable. El resultado es que la coercitividad magnética de la capa exterior es mucho mayor que la del núcleo interior. Esta capa exterior de alta coercitividad retendrá un campo magnético externo incluso cuando se elimine la fuente original del campo.
El cable ahora exhibe una histéresis magnética muy grande : si se acerca un imán al cable, la capa exterior de alta coercitividad excluye el campo magnético del núcleo blando interno hasta que se alcanza el umbral magnético, después de lo cual todo el cable, tanto la capa exterior como Núcleo interno: cambia rápidamente la polaridad de magnetización. Este cambio se produce en unos pocos microsegundos y se denomina efecto Wiegand.
El valor del efecto Wiegand es que la velocidad de conmutación es lo suficientemente rápida como para que se pueda generar un voltaje significativo desde una bobina usando un núcleo de alambre Wiegand. Debido a que el voltaje inducido por un campo magnético cambiante es proporcional a la tasa de cambio del campo, un núcleo de alambre Wiegand puede aumentar el voltaje de salida de un sensor de campo magnético en varios órdenes de magnitud en comparación con una bobina similar con un campo magnético cambiante. Núcleo Wiegand. Este voltaje más alto se puede detectar fácilmente electrónicamente y cuando se combina con el umbral de alta repetibilidad de la conmutación del campo magnético, hace que el efecto Wiegand sea útil para sensores posicionales.
Una vez que el cable Wiegand haya invertido la magnetización, retendrá esa magnetización hasta que se invierta en la otra dirección. Los sensores y mecanismos que utilizan el efecto Wiegand deben tener en cuenta esta retención.
El efecto Wiegand es una extensión macroscópica del efecto Barkhausen , ya que el tratamiento especial del alambre Wiegand hace que el alambre actúe macroscópicamente como un único dominio magnético grande. Los numerosos pequeños dominios de alta coercitividad en la capa exterior del cable Wiegand cambian en una avalancha, generando el rápido cambio del campo magnético del efecto Wiegand.
Los sensores Wiegand son sensores magnéticos que utilizan el efecto Wiegand para generar un pulso constante cada vez que se invierte la polaridad del campo magnético y, por lo tanto, no dependen de ningún voltaje o corriente externa. [2] La consistencia de los pulsos producidos por los sensores Wiegand se puede utilizar para proporcionar energía para aplicaciones de bajo consumo y ahorro de energía. [3] Al ser autoalimentados, los sensores Wiegand tienen potencial en aplicaciones de IoT como recolectores de energía, sensores de proximidad y contadores de eventos. [4] [5]
John R. Wiegand y Milton Velinsky desarrollaron una tarjeta de control de acceso utilizando cables Wiegand. [6]
Además de los sensores, el efecto Wiegand se utiliza para las cerraduras de puertas con tarjeta de seguridad . [7] La tarjeta de plástico tiene una serie de tramos cortos de cable Wiegand incrustados en ella, que codifica la clave según la presencia o ausencia de cables. Una segunda pista de cables proporciona una pista de reloj . La tarjeta se lee empujándola a través de una ranura en un dispositivo lector, que tiene un campo magnético fijo y una bobina sensora. A medida que cada tramo de cable pasa a través del campo magnético, su estado magnético cambia, lo que indica un 1, y esto es detectado por la bobina. La ausencia de un cable indica un 0. El código digital del protocolo Wiegand resultante se envía luego a un controlador principal para determinar si se debe desbloquear eléctricamente la puerta.
Las tarjetas Wiegand son más duraderas y difíciles de falsificar que las tarjetas con códigos de barras o con banda magnética . Dado que el código clave se establece permanentemente en la tarjeta en el momento de la fabricación mediante las posiciones de los cables, las tarjetas Wiegand no pueden borrarse mediante campos magnéticos ni reprogramarse como pueden hacerlo las tarjetas de banda magnética. [8]
La interfaz Wiegand , desarrollada originalmente para tarjetas Weigand-wire, sigue siendo la convención estándar de facto para transmitir datos desde cualquier tipo de tarjeta de acceso a un panel de control de acceso. [6]
Una tarjeta de código MM capacitiva , como las tarjetas Weigand, incorpora un código dentro del plástico de la tarjeta y, por lo tanto, es más duradera y difícil de falsificar que las bandas magnéticas o los códigos de barras impresos en la superficie de la tarjeta. [9]
Algunos codificadores magnéticos giratorios utilizan cables Wiegand para alimentar los circuitos de múltiples vueltas. A medida que el codificador gira, la bobina del núcleo de alambre Wiegand genera un pulso de electricidad suficiente para alimentar el codificador y escribir el recuento de vueltas en la memoria no volátil. Esto funciona a cualquier velocidad de rotación y elimina el mecanismo de reloj/engranaje típicamente asociado con los codificadores multivueltas. [10] [11]
Se colocan cables Wiegand en el diámetro exterior de una rueda para medir las velocidades de rotación. Un cabezal de lectura montado externamente detecta los pulsos Wiegand.