El efecto Wiegand consiste en un fenómeno magnético no lineal; su nombre se debe a John R. Wiegand, su descubridor durante la década de 1970. Dicho descubrimiento consistió originalmente en someter un fragmento de aleación ferromagnética (alambre Wiegand) a un campo magnético externo inverso; este experimento mostró que el campo magnético inverso conserva su polaridad magnética solo hasta cierto punto y, posteriormente, la cambia. Dicho cambio de polaridad genera un pulso de corriente en una bobina de cobre que está ubicada cerca del alambre Wiegand.
La aleación ferromagnética que conforma el ahora denominado alambre Wiegand está integrada por cobalto, hierro y vanadio. Originalmente, el alambre está completamente recocido porque eso proporciona una aleación blanda, lo cual significa que facilita la atracción por los imanes y la desviación de las líneas del campo magnético hacia el metal; sin embargo, en este caso, el metal retiene un campo residual pequeño al eliminarse el campo externo.
Por lo anterior, el alambre Wiegand presenta una histéresis magnética muy grande, lo cual implica que, si un imán se acerca al alambre, la capa exterior de alta coercitividad excluye el campo magnético del núcleo blando interno hasta que se alcanza el umbral magnético; después de esto, el alambre (tanto la capa externa como el núcleo interno) cambia rápidamente la polaridad. Este cambio se produce en tan solo microsegundos y da como resultado el llamado efecto Wiegand.
Dentro del proceso descrito, la velocidad de conmutación es tan rápida que arroja un voltaje significativo desde una bobina mediante el uso de un núcleo de cable Wiegand. Ahora bien, el voltaje inducido por un campo magnético cambiante es proporcional a la tasa de cambio del campo; gracias a ello, un núcleo de alambre Wiegand puede aumentar el voltaje de salida de un sensor de campo magnético en varios órdenes de magnitud. Este voltaje alto es fácilmente detectado de forma electrónica, por lo que, cuando se combina con el umbral de alta repetibilidad de la conmutación del campo magnético, convierte el efecto Wiegand en una herramienta útil para los sensores de posición.
Específicamente, al ser utilizado este efecto en los sensores, estos dispositivos toman en cuenta la retención de la magnetización que logra el cable Wiegand al cambiar de dirección. Así, el efecto Wiegand es un concepto físico en el que intervienen las distintas formas de reaccionar magnéticamente diferentes áreas de un hilo conductor ante la influencia de un campo magnético y, dicho funcionamiento, es el principio básico conforme al cual están diseñados los sensores Wiegand de Posital Fraba.
Los sensores Wiegand de Posital son sensores magnéticos que utilizan el efecto Wiegand para generar un pulso constante cada vez que se invierte la polaridad del campo magnético; esto representa una de sus ventajas, pues no dependen de voltaje o corriente externos. La consistencia de los sensores Wiegand es especialmente útil para aplicaciones de bajo consumo y ahorro de energía. Asimismo, al ser autoalimentados, el potencial de los sensores Wiegand puede ser empleado en aplicaciones de IoT como recolectores de energía, sensores de proximidad y contadores de eventos.
Características únicas de los sensores Wiegand de Posital Fraba
Cero desgaste mecánico
No presentan desgaste mecánico porque no existe un contacto físico entre el dispositivo que activa el campo y el de la captura de energía.
Pulsos de energía activados por un evento magnético
Debido a la histéresis inherente del alambre Wiegand, los pulsos son activados cuando la intensidad del campo magnético alcanza un umbral.
Millones de pulsos sin disminuir la energía
Los niveles de energía del pulso se mantienen constantes aun después de millones de cambios en la polaridad.
Límite de frecuencia de activación del pulso alto
Los eventos de activación pueden diferenciarse a frecuencias superiores a los 30 kHz (esta cualidad hace que los sensores Wiegand de Posital destaquen por encima de los sensores activados por eventos mecánicos).
Desde 2005, POSITAL ha implementado con éxito la tecnología Wiegand en los codificadores rotativos […] abrió el Centro Tecnológico Wiegand en Aachen y el montaje de los sensores Wiegand de POSITAL se realizó completamente con recursos propios. POSITAL gestiona cuidadosamente toda la cadena de producción, desde la fundición de Vicalloy hasta la producción final de los sensores y montajes que incluyen la tecnología Wiegand.".
Los expertos de Wiegand, Posital Fraba.
Aplicaciones
Los pulsos Wiegand pueden utilizarse para alimentar la electrónica de muy bajo consumo y, con ello, eliminan la necesidad de utilizar baterías.
Gracias a esto último, no es necesario comprobar o sustituir las baterías de reserva, así que la necesidad de mantenimiento se reduce considerablemente. En ese sentido, los sensores Wiegand también pueden aumentar la vida útil de un sistema alimentado por baterías porque ayudan a disminuir el consumo de energía del sistema.
A continuación, te damos ideas acerca de otros usos valiosos de los sensores Wiegand:
- La detección del movimiento lineal es útil para extraer información de proximidad y posición (por ejemplo, la apertura y cierre de puertas).
- La proximidad y movimiento de materiales ferromagnéticos es útil en detección de cuerpos en rotación y movimientos recíprocos. A su vez, la detección del movimiento rotativo puede usarse para el recuento y posicionamiento de la rotación (por ejemplo, medir flujo de agua o gas o tacómetros). Por ello, los sensores Wiegand son útiles tanto para aplicaciones industriales como comerciales.
- Además, Posital incluirá sensores Wiegand que tengan la capacidad de producir energía suficiente para brindar alimentación a comunidades inalámbricas y, de esa forma, integrarlas a la tecnología 4.0 gracias al uso de sensores remotos aplicados en el IoT.
Posital Fraba es una empresa alemana con más de 100 años en el mercado. Desarrolla, diseña y fabrica diversos tipos de sensores para sistemas de control de movimiento que requieren información precisa en tiempo real. Entre los productos que ofrece se encuentran, además, encoders absolutos e incrementales (de los cuales te hemos hablado brevemente en nuestro blog “Principales componentes de un sistema de control”), inclinómetros, así como una amplia gama de accesorios que abarcan, entre otras cosas, los sensores de efecto Wiegand que te hemos descrito en este artículo.
De la mano de Posital, en URANY podemos apoyarte a elegir el componente ideal que brinde a tus aplicaciones certeza, precisión y seguridad.
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