令人驚訝的是，電磁學(xué)理論在當(dāng)今世界有多少應(yīng)用。如果法拉第和麥克斯韋有機(jī)會(huì)查看利用他們的發(fā)現(xiàn)的設(shè)備的數(shù)量，他們會(huì)被震驚的。僅僅通過(guò)他們的發(fā)現(xiàn)對(duì)當(dāng)今世界的影響，許多科學(xué)家認(rèn)為這兩個(gè)人可能是自 1600 年以來(lái)居住在地球上的最重要的人。你不必相信我的話，你可以在這里閱讀他們的影響。

在這篇簡(jiǎn)短的說(shuō)明中，我想解釋金屬探測(cè)器的概念以及它如何使用電磁原理來(lái)發(fā)揮作用。更重要的是，我們將看到像 EMS 這樣的電磁軟件如何幫助設(shè)計(jì)和制造金屬探測(cè)器的公司。

現(xiàn)代金屬探測(cè)器的概念

金屬探測(cè)器的原理非常簡(jiǎn)單，顧名思義，它是一種可以識(shí)別金屬是否存在的設(shè)備，比如在土壤下、巖石內(nèi)部等難以找到的地方。它可用于檢測(cè)地雷中的物體（真的是金屬探測(cè)器的絕妙用途，它挽救了成千上萬(wàn)人的生命，并且仍在繼續(xù)挽救）金礦。

大多數(shù)金屬探測(cè)器有 2 個(gè)線圈 - 一個(gè)線圈通常以非常高的頻率 （1-10 KHz） 承載交流電，而另一個(gè)線圈則充當(dāng)接收器。受激線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這會(huì)在接收線圈中感應(yīng)出少量電流。該電流（也稱為感應(yīng)電流或渦流）是已知的并經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)。現(xiàn)在，當(dāng)您在金屬（或鐵磁）物質(zhì)附近進(jìn)行這種布置時(shí)，會(huì)發(fā)生兩件事。首先，受激線圈還在金屬（或鐵磁）物質(zhì)中感應(yīng)出渦流。這種渦流產(chǎn)生自己的磁場(chǎng)，與線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反。這會(huì)導(dǎo)致接收器線圈中的渦流下降。傳感器從預(yù)期值感測(cè)渦流的這種下降，并發(fā)出指示金屬物質(zhì)存在的信號(hào)。下圖中，橙色線圈為激勵(lì)線圈，綠色線圈為接收線圈。高頻交流電流在橙色線圈中循環(huán)，并校準(zhǔn)在沒(méi)有任何金屬物質(zhì)的情況下在綠色線圈中感應(yīng)的渦流。

圖 1 - 金屬探測(cè)器中線圈的簡(jiǎn)單排列

SolidWorks 和 EMS 在設(shè)計(jì)金屬探測(cè)器中的作用

對(duì)于工程師而言，在將這一概念轉(zhuǎn)化為功能性產(chǎn)品之前，需要考慮幾個(gè)設(shè)計(jì)因素，而這正是 SolidWorks CAD 和 EMS Simulation 軟件可以發(fā)揮重要作用的地方。讓我們看看其中的一些。

線圈的正確尺寸是多少？

應(yīng)該施加什么頻率和幅度的交流電流？

在理想（附近沒(méi)有金屬）條件下，接收線圈中的感應(yīng)電流是多少？

我怎樣才能將整個(gè)安排打包成一個(gè)產(chǎn)品？

EMS 產(chǎn)品與 SolidWorks 一起可以幫助設(shè)計(jì)師回答上述所有問(wèn)題。一旦獲得概念線圈，就可以使用 EMS 對(duì)其進(jìn)行虛擬測(cè)試，以可視化所有工程參數(shù)。例如，工程師可以將線圈中的磁通密度可視化，如圖所示。

圖 2 - EMS 可以繪制線圈中的磁通密度

EMS 產(chǎn)品還將為您提供接收線圈中感應(yīng)電流的值。

圖 3 - 接收線圈中的渦流密度圖

最重要的是，您可以模擬不同的假設(shè)情況，例如當(dāng)您在距線圈特定距離處遇到金屬物體時(shí)，接收器線圈中的感應(yīng)電流會(huì)發(fā)生什么。EMS 還可以比較存在金屬部件和不存在金屬部件時(shí)接收器線圈中的感應(yīng)渦流。通過(guò)這種方式，可以在制作和測(cè)試原型之前完善產(chǎn)品。

圖 4 - 存在金屬部件的 EMS 圖

圖 5 - 將存在金屬部件時(shí)感應(yīng)的渦流與理想情況進(jìn)行比較

這種方法的優(yōu)點(diǎn)

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中使用仿真的優(yōu)勢(shì)已得到充分研究，許多工程師通過(guò)使用這種方法獲得了令人印象深刻的結(jié)果。首先，將概念上架所需的時(shí)間大大減少。其次，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本降低，因?yàn)橥晟飘a(chǎn)品所需的原型數(shù)量大大減少。對(duì)于大多數(shù)使用這種方法的公司來(lái)說(shuō)，他們的第一個(gè)原型經(jīng)過(guò)一些小的調(diào)整總是成為他們的最終產(chǎn)品。最后，這種方法可以在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，因?yàn)榭梢詫?duì)工程師設(shè)想的許多假設(shè)場(chǎng)景進(jìn)行徹底測(cè)試，并選擇最佳設(shè)計(jì)。