Spis treści:
Czujnik magnetyczny – niezauważalny dla większości z nas, stanowi bardzo istotny element wielu urządzeń. Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak działa i do czego może służyć? Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej.
Czujniki magnetyczne - historia powstania
Pierwsze obserwacje zjawisk magnetycznych pochodzą jeszcze ze starożytności, ale dopiero w XIX wieku, dzięki badaniom naukowców takich jak Michael Faraday i James Clerk Maxwell, zaczęliśmy rozumieć, jak działa magnetyzm i jak go wykorzystać. Faraday, badał zależność pomiędzy elektrycznością i magnetyzmem, wprowadzając koncepcję pola magnetycznego. Maxwell, z kolei, sformułował cztery fundamentalne równania, które opisują zachowanie pola elektrycznego i magnetycznego.
Pierwsze prawdziwe czujniki magnetyczne w formie, którą znamy dzisiaj, zaczęły się pojawiać dopiero w XX wieku. Stało się to możliwe dzięki rozwojowi technologii półprzewodnikowych, które pozwoliły na miniaturyzację i zwiększenie czułości tych urządzeń.
W 1955 roku, w Bell Labs (oddział badawczy i wdrożeniowy fińskiej firmy telekomunikacyjnej Nokia, oryginalnie założony jako centrum badawcze firmy AT&T) wynaleziono pierwszy czujnik magnetyczny oparty na technologii półprzewodnikowej. Był to przełom w dziedzinie technologii czujników, ponieważ pozwoliło to na wykorzystanie magnetyzmu w szeroko dostępnej technologii cyfrowej.
Od tamtej pory, technologia czujników magnetycznych nieustannie ewoluuje. Dziś te małe urządzenia, często nie większe niż moneta, znajdują się w wielu miejscach, od kompasów w naszych smartfonach, przez sensory w samochodach, aż po zaawansowane systemy pomiarowe w przemyśle i medycynie. O ich roli w tych obszarach opowiemy więcej w kolejnych częściach naszego artykułu.
Czujnik magnetyczny - schemat budowy oraz zasada działania
Czujniki magnetyczne, mimo swojej skomplikowanej roli, mają stosunkowo prostą budowę i zasadę działania. Choć różne typy czujników mogą mieć odmienne szczegóły konstrukcyjne, podstawowe elementy są wspólne.
Najprostszy czujnik magnetyczny składa się z dwóch głównych elementów: magnesu stałego (lub cewki tworzącej pole magnetyczne) i czujnika Halla (lub innego elementu czułego na pole magnetyczne). Czujnik Halla jest półprzewodnikowym elementem, który zmienia swoje właściwości elektryczne pod wpływem pola magnetycznego, co pozwala na detekcję tego pola.
Zasada działania czujnika magnetycznego opiera się na efekcie Halla. Kiedy prąd przepływa przez czujnik Halla, a ten jest zanurzony w polu magnetycznym, indukuje to napięcie poprzeczne (napięcie Halla), które jest proporcjonalne do intensywności pola magnetycznego. Mierząc to napięcie, czujnik magnetyczny jest w stanie określić obecność i siłę pola magnetycznego.
Poznaj różne rodzaje czujników magnetycznych
Przy okazji omawiania schematu budowy oraz zasady działania czujników magnetycznych, wspomnieliśmy o tym, że istnieją ich różne rodzaje. Chcesz wiedzieć jakie to rodzaje? Oto odpowiedź!
- Czujniki Halla – najczęściej spotykane, działają na zasadzie efektu Halla, który polega na powstawaniu napięcia poprzecznego w materiale, przez który przepływa prąd i który jest poddany działaniu pola magnetycznego. Są one szczególnie przydatne tam, gdzie potrzebna jest detekcja obecności pola magnetycznego i mierzenie jego siły.
- Magnetorezystory – wykorzystują zjawisko magnetorezystancji, czyli zmiany oporu elektrycznego pod wpływem pola magnetycznego. Są często stosowane w czujnikach położenia, gdzie opór zmienia się w zależności od miejsca, w którym znajduje się magnes.
- Czujniki magnetooptyczne – wykorzystują efekt Faradaya, polegający na zmianie polaryzacji światła pod wpływem pola magnetycznego. Tego rodzaju czujniki są rzadziej stosowane, ale mogą być wykorzystywane w bardzo specyficznych zastosowaniach, gdzie konieczne jest wykrycie bardzo małych zmian pola magnetycznego.
- Czujniki indukcyjne – wykorzystują zjawisko indukcji elektromagnetycznej, czyli powstawanie prądu w obwodzie pod wpływem zmieniającego się pola magnetycznego. Stosowane są głównie do wykrywania metalowych przedmiotów.
- Czujniki magnetyczne na bazie magnetometrów – mierzą siłę i kierunek pola magnetycznego. Stosowane są głównie w geofizyce i naukach planetarnych, ale także w nawigacji i urządzeniach mobilnych, takich jak smartfony.
- Czujniki na bazie pamięci MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) – wykorzystują zjawisko magnetorezystancji tunelowej do zapisywania i odczytywania danych. Stosowane są w nowoczesnej pamięci komputerowej.
Czujnik magnetyczny - przykłady zastosowania w praktyce
Znasz już rodzaje czujników magnetycznych i wiesz już, że jest ich całkiem sporo. A jakie mają zastosowanie w praktyce? Oto kilka przykładów:
- Automatyka i robotyka – czujniki magnetyczne wykorzystywane są do detekcji pozycji w maszynach i robotach, pomagając monitorować i kontrolować ruchy mechaniczne. Są one kluczowym elementem w wielu systemach automatycznego sterowania.
- Motoryzacja – czujniki te służą do monitorowania prędkości obrotowej silników, detekcji położenia kół i pomiaru prędkości pojazdu. Znajdują się również w systemach ABS, kontrolujących pracę układu hamulcowego.
- Elektronika użytkowa – w kompasach elektronicznych, takich jak te w smartfonach, czujniki magnetyczne wykorzystywane są do określania kierunku względem pola magnetycznego Ziemi.
- Energetyka – w stacjach transformatorowych, czujniki magnetyczne służą do monitorowania przepływu prądu w dużych liniach przesyłowych.
- Medycyna – w medycynie, czujniki magnetyczne stosowane są w systemach do obrazowania przez rezonans magnetyczny (MRI), pozwalając na tworzenie szczegółowych obrazów wnętrza ciała pacjenta.
- Geofizyka – czujniki magnetyczne są używane do pomiarów pola magnetycznego Ziemi, wykrywania zmian tektonicznych czy badań sejsmicznych.
- Bezpieczeństwo – czujniki magnetyczne są często wykorzystywane w systemach alarmowych. W drzwiach i oknach instaluje się małe magnesy, które w połączeniu z czujnikiem magnetycznym wykrywają ich otwarcie.
To tylko niektóre z zastosowań czujników magnetycznych. Dzięki swojej uniwersalności i szerokiemu spektrum możliwości, te małe urządzenia są niewidocznym, ale niezbędnym elementem naszej codzienności.
