El efecto Wiegand es un efecto magnético no lineal, llamado así por su descubridor John R. Wiegand , producido en alambre especialmente recocido y endurecido llamado alambre Wiegand. [1]
El alambre Wiegand es Vicalloy de bajo 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 solo un campo residual muy pequeño cuando se elimina el campo externo.
Durante la fabricación, para darle al alambre sus propiedades magnéticas únicas, se somete a una serie de operaciones de torsión y desenroscado para trabajar en frío la cubierta exterior del alambre mientras se retiene un núcleo blando dentro del alambre, y luego el alambre se envejece. 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 cerca del 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 externa 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 pueda salir un voltaje significativo desde una bobina utilizando un núcleo de cable 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 una Núcleo Wiegand. Este voltaje más alto puede detectarse fácilmente de forma electrónica y, cuando se combina con el umbral de alta repetibilidad de la conmutación del campo magnético, hace que el efecto Wiegand sea útil para los sensores de posición.
Una vez que el cable Wiegand haya cambiado la magnetización, retendrá esa magnetización hasta que se dé la vuelta 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 cable Wiegand hace que el cable actúe macroscópicamente como un único gran dominio magnético. Los numerosos dominios pequeños de alta coercitividad en la capa exterior del cable Wiegand cambian en una avalancha, generando el rápido cambio de campo magnético del efecto Wiegand.
Aplicaciones
Sensores 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 externos. [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]
Tarjetas Wiegand
Además de los sensores, el efecto Wiegand se utiliza para cerraduras de puertas con tarjeta de seguridad . [4] La tarjeta de plástico tiene una serie de trozos cortos de cable Wiegand incrustados en ella, que codifica la clave por la presencia o ausencia de cables. Una segunda pista de cables proporciona una pista de reloj . La tarjeta se lee tirando de ella a través de una ranura en un dispositivo lector, que tiene un campo magnético fijo y una bobina de sensor. 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 de host para determinar si desbloquear eléctricamente la puerta.
Las tarjetas Wiegand son más duraderas y difíciles de falsificar que las tarjetas de código de barras o de banda magnética . Dado que el código clave se establece permanentemente en la tarjeta en el momento de la fabricación por las posiciones de los cables, las tarjetas Wiegand no se pueden borrar mediante campos magnéticos ni reprogramarse como pueden hacerlo las tarjetas de banda magnética.
codificador rotatorio
Algunos codificadores magnéticos giratorios utilizan cables Wiegand para alimentar los circuitos de múltiples vueltas. A medida que el codificador gira, la bobina del núcleo del cable 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 multivuelta. [5] [6]
Sensor de velocidad de la rueda
Los cables Wiegand se colocan en el diámetro exterior de una rueda para medir las velocidades de rotación. Un cabezal de lectura montado externamente detecta los pulsos Wiegand.
Referencias
- ^ Dlugos, David J. (mayo de 1998). "Sensores de efecto Wiegand: teoría y aplicaciones" . Revista de sensores . Questex Media Group.
- ^ "Google Académico" . scholar.google.com . Consultado el 22 de junio de 2020 .
- ^ "Sensores Wiegand" (PDF) . POSITAL .
- ^ Zac, Franken (31 de enero de 2008). "Sistemas de control de acceso físico" (PDF) . Conferencia de seguridad Black Hat 08 . Washington DC: BlackHat.com. pag. 11 . Consultado el 9 de diciembre de 2009 .
- ^ "Libro Blanco Codificador Magnético" (pdf) . FRABA Inc. pág. 3 . Consultado el 13 de febrero de 2013 .
- ^ "Codificador electromagnético sin batería puffer" (PDF) . Poliscopio: Das Fachmagazin für Industrieelektronik und Automation . Binkert Medien AG. Septiembre de 2012 . Consultado el 13 de julio de 2015 .
enlaces externos
- Patente de EE.UU. 3.820.090 - La patente original de Wiegand (1974)
- Patente de EE . UU . 4.247.601 - La patente de Vicalloy
- [1] - Una explicación del efecto Wiegand como se usa en el control de acceso
- Wehr, John (1 de septiembre de 2003). "El efecto Wiegand: el proyecto científico de 30 años todavía influye en los sistemas de seguridad modernos" . SecureIDNews . Archivado desde el original el 12 de abril de 2018.
Ver también
- Interfaz Wiegand : la interfaz utilizada originalmente por los lectores de tarjetas Wiegand-wire.