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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 lo atraviesa; alternativamente, una corriente fluirá a través de un circuito que contiene un inductor cuando cambie el campo magnético que lo atraviesa. Este efecto se puede utilizar para detectar objetos metálicos que interactúan con un campo magnético. Las sustancias no metálicas, como líquidos o algunos tipos de suciedad, no interactúan con el campo magnético, por lo que un sensor inductivo puede funcionar en condiciones de humedad o suciedad. [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 sigue:
que se puede expresar de una forma más sencilla:
suponiendo que el campo magnético inducido B es homogéneo en una sección S (el flujo magnético se expresará ).
Una forma de sensor inductivo impulsa una bobina con un oscilador . Un objeto metálico que se acerque a la bobina alterará la inductancia de la bobina, produciendo un cambio en la frecuencia o un cambio en la corriente en la bobina. Estos cambios pueden detectarse, amplificarse, compararse con un umbral y usarse para conmutar un circuito externo. La bobina puede tener un núcleo ferromagnético para intensificar el campo magnético 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 parásitas 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: magnetotelúricos , medición de ondas electromagnéticas, magnetómetros espaciales para investigar ondas electromagnéticas en 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 el posicionamiento y detección de objetos metálicos. El rango de detección de un interruptor inductivo depende del tipo de metal que se detecta. Los metales ferrosos, como el hierro y el acero, permiten un rango de detección más largo, 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 bobina detectora. En la mayoría de los casos, se trata físicamente de un número de vueltas de alambre magnético aislado enrollado alrededor de un núcleo de alta permeabilidad magnética, como una varilla cerámica de ferrita o una bobina, y el devanado puede tener o no una derivación de retroalimentación a una cierta cantidad de vueltas de un extremo del cable. el 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 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 en constante cambio 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 más efecto tendrán los campos magnéticos opuestos resultantes 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, sintoniza simultáneamente la frecuencia de oscilación más alta. Pero esa magnitud se ve menos afectada si el objetivo es un material altamente permeable magnéticamente, como el hierro, ya que esa alta permeabilidad aumenta la inductancia de la bobina, reduciendo 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 máximo a un pequeño filtro para producir un valor de voltaje de CC reflectante, mientras que un cambio de frecuencia se puede detectar mediante uno de varios tipos de circuitos discriminadores de frecuencia. , como un detector de bucle de bloqueo de fase, para ver en qué dirección y cuánto cambia la frecuencia. Ya sea el cambio de magnitud o la cantidad de cambio de frecuencia pueden servir para definir una distancia de proximidad a la cual los sensores pasan de encendido a apagado, o viceversa.
Las aplicaciones comunes de los sensores inductivos incluyen detectores de metales , semáforos , túneles de lavado y una gran cantidad de procesos industriales automatizados. Debido a que el sensor no requiere contacto físico, es particularmente útil para aplicaciones donde el acceso presenta desafíos o donde prevalece la suciedad.
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 muy transitada. [4]
Los sensores inductivos, también denominados (en este ámbito) como "bobinas de RMN" o "bobinas de radiofrecuencia" , se utilizan para detectar la componente magnética del campo electromagnético asociado a la precesión del espín nuclear en resonancia magnética nuclear .
