深度剖析金属探测器

令人惊讶的是，电磁学理论在当今世界有多少应用。如果法拉第和麦克斯韦有机会查看利用他们的发现的设备的数量，他们会被震惊的。仅仅通过他们的发现对当今世界的影响，许多科学家认为这两个人可能是自 1600 年以来居住在地球上的最重要的人。你不必相信我的话，你可以在这里阅读他们的影响。

在这篇简短的说明中，我想解释金属探测器的概念以及它如何使用电磁原理来发挥作用。更重要的是，我们将看到像 EMS 这样的电磁软件如何帮助设计和制造金属探测器的公司。

现代金属探测器的概念

金属探测器的原理非常简单，顾名思义，它是一种可以识别金属是否存在的设备，比如在土壤下、岩石内部等难以找到的地方。它可用于检测地雷中的物体（真的是金属探测器的绝妙用途，它挽救了成千上万人的生命，并且仍在继续挽救）金矿。

大多数金属探测器有 2 个线圈 - 一个线圈通常以非常高的频率 （1-10 KHz） 承载交流电，而另一个线圈则充当接收器。受激线圈会产生磁场，这会在接收线圈中感应出少量电流。该电流（也称为感应电流或涡流）是已知的并经过校准。现在，当您在金属（或铁磁）物质附近进行这种布置时，会发生两件事。首先，受激线圈还在金属（或铁磁）物质中感应出涡流。这种涡流产生自己的磁场，与线圈产生的磁场相反。这会导致接收器线圈中的涡流下降。传感器从预期值感测涡流的这种下降，并发出指示金属物质存在的信号。下图中，橙色线圈为激励线圈，绿色线圈为接收线圈。高频交流电流在橙色线圈中循环，并校准在没有任何金属物质的情况下在绿色线圈中感应的涡流。

图 1 - 金属探测器中线圈的简单排列

SolidWorks 和 EMS 在设计金属探测器中的作用

对于工程师而言，在将这一概念转化为功能性产品之前，需要考虑几个设计因素，而这正是 SolidWorks CAD 和 EMS Simulation 软件可以发挥重要作用的地方。让我们看看其中的一些。

线圈的正确尺寸是多少？

应该施加什么频率和幅度的交流电流？

在理想（附近没有金属）条件下，接收线圈中的感应电流是多少？

我怎样才能将整个安排打包成一个产品？

EMS 产品与 SolidWorks 一起可以帮助设计师回答上述所有问题。一旦获得概念线圈，就可以使用 EMS 对其进行虚拟测试，以可视化所有工程参数。例如，工程师可以将线圈中的磁通密度可视化，如图所示。

图 2 - EMS 可以绘制线圈中的磁通密度

EMS 产品还将为您提供接收线圈中感应电流的值。

图 3 - 接收线圈中的涡流密度图

最重要的是，您可以模拟不同的假设情况，例如当您在距线圈特定距离处遇到金属物体时，接收器线圈中的感应电流会发生什么。EMS 还可以比较存在金属部件和不存在金属部件时接收器线圈中的感应涡流。通过这种方式，可以在制作和测试原型之前完善产品。

图 4 - 存在金属部件的 EMS 图

图 5 - 将存在金属部件时感应的涡流与理想情况进行比较

这种方法的优点

在产品开发中使用仿真的优势已得到充分研究，许多工程师通过使用这种方法获得了令人印象深刻的结果。首先，将概念上架所需的时间大大减少。其次，产品开发成本降低，因为完善产品所需的原型数量大大减少。对于大多数使用这种方法的公司来说，他们的第一个原型经过一些小的调整总是成为他们的最终产品。最后，这种方法可以在产品开发中实现创新，因为可以对工程师设想的许多假设场景进行彻底测试，并选择最佳设计。