Wie funktionieren Wiegand-Sensoren?
Wiegand Prinzip
Wiegand-Sensoren bieten eine bipolare magnetische Abtastung, ohne dass eine externe Spannung oder ein externer Strom angelegt werden muss. Die einzigartigen Materialeigenschaften des Sensors bewirken, dass bei jeder Änderung der Polarität des Magnetfeldes konstante Impulse erzeugt werden. Zusätzlich zur magnetischen Abtastung kann eine Elektronik mit sehr geringem Stromverbrauch betrieben werden, indem die Energie eines einzelnen Impulses genutzt wird. Alternativ können aufeinanderfolgende Impulse gespeichert werden, um den Energiebedarf von Schaltungen auszugleichen oder um elektronische Schaltungen mit intermittierender Stromversorgung "aufzuwecken". Dies macht ihn zu einem idealen magnetischen Sensor für Anwendungen mit niedrigem Stromverbrauch und geringer Leistungsaufnahme.
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Worin unterscheidet sich der Wiegand-Effekt?
Der von einem Wiegand-Draht erzeugte elektrische Impuls ist sehr kurz, aber seine Stärke bleibt nahezu konstant, unabhängig davon, wie schnell oder langsam sich das äußere Magnetfeld ändert. Das ist die Besonderheit des Wiegand-Effekts: Während einfache Dynamos - die ebenfalls die elektromagnetische Induktion nutzen - die Drehbewegung effektiv in elektrische Energie umwandeln, variiert ihre Ausgangsleistung mit der Drehzahl. Wenn ein Dynamo langsam läuft, kann die Leistung zu gering sein, um brauchbar zu sein. Bei einem Wiegand-Draht hingegen bleibt die bei jeder Umpolung des Magnetfeldes erzeugte elektrische Energie über einen weiten Drehzahlbereich konstant.
Mit den jüngsten Verbesserungen der Energieeffizienz von Wiegand-Geräten und dem Aufkommen einer neuen Generation hocheffizienter elektronischer Chips für die drahtlose Kommunikation ist diese Technologie sehr vielversprechend, insbesondere im aufregenden neuen Bereich des Internets der Dinge (IoT).
Haben Sie Fragen oder Ideen, wie die Wiegand-Technologie in Ihrer Anwendung eingesetzt werden kann? Unsere Technologieexperten beantworten gerne Ihre Fragen oder diskutieren Ihre Ideen.
Sprechen Sie uns anGeschichte der Wiegand-Technologie
Der Wiegand-Effekt ist ein physikalisches Phänomen, das in den 1970er Jahren von dem amerikanischen Erfinder John Wiegand entdeckt wurde, der feststellte, dass er durch wiederholtes Dehnen und Verdrehen eines ferromagnetischen Drahtstücks dessen magnetische Eigenschaften verändern konnte. Wenn eine Probe eines "Wiegand-Drahtes" einem sich umkehrenden äußeren Magnetfeld ausgesetzt wird, behält sie zunächst ihren ursprünglichen magnetischen Zustand bei. Wenn jedoch die Stärke des äußeren Feldes einen kritischen Schwellenwert erreicht, kehrt sich die Polarität in einem weichmagnetischen Bereich des Drahtes schlagartig um.
Geschichte der Wiegand-Technologie
Dieser Übergang erfolgt innerhalb weniger Mikrosekunden und kann genutzt werden, um in einer feinen Kupferspule, die um den Draht gewickelt ist, einen Stromimpuls zu induzieren. Die Kombination aus einem kurzen Stück Wiegand-Draht und einer umgebenden Kupferspule wird als Wiegand-Sensor bezeichnet. Diese sind im SMD-Gehäuse (Surface Mountable Device) von UBITO erhältlich.
Herstellung von Wiegand-Draht
Wiegand-Draht wird in einem Verfahren hergestellt, bei dem eine Spule mit Vicalloy-Draht (eine Legierung aus Vanadium, Eisen und Kobalt) unter gleichzeitigem Ziehen und Verdrehen geglüht wird. Durch diese aggressive Kaltbearbeitung wird die kristalline Struktur des Metalls verändert und es entstehen zwei Bereiche - ein innerer Kern und eine äußere Schale - mit deutlich unterschiedlichen magnetischen Koerzitivfeldstärken. Die Koerzitivfeldstärke ist eine Eigenschaft ferromagnetischer Werkstoffe, die angibt, wie leicht der Werkstoff durch ein äußeres Magnetfeld magnetisiert werden kann. Weichmagnetische Werkstoffe, wie z. B. Baustahl, haben eine geringe Koerzitivfeldstärke und ändern ihren magnetischen Zustand leicht. Hartmagnetische Werkstoffe, wie die zur Herstellung von Dauermagneten verwendeten Legierungen, behalten ihren magnetischen Zustand bei, sofern sie nicht sehr starken äußeren Feldern ausgesetzt sind. Die Wechselwirkung zwischen diesen beiden Bereichen führt zu einer hohen magnetischen Hysterese des Drahtes. Das "Rezept" für die Herstellung einer zufriedenstellenden Charge Wiegand-Draht wurde von John Wiegand und seinen Mitarbeitern durch Versuch und Irrtum ermittelt. Die von ihnen entwickelte Maschine zur Herstellung von Wiegand-Draht besteht aus einer Reihe rotierender Rahmen, die den Draht mit unterschiedlicher Geschwindigkeit dehnen, verdrehen und wieder entspannen. Diese Maschine wurde von der FRABA zusammen mit den Laboraufzeichnungen von John Wiegand erworben. Seitdem haben die FRABA und ihre Partner diesen Prozess automatisiert und hinsichtlich Qualität und Konsistenz optimiert.
