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)會查看利用他們的發(fā)現(xiàn)的設(shè)備的數(shù)量，他們會被震驚的。僅僅通過他們的發(fā)現(xiàn)對當(dāng)今世界的影響，許多科學(xué)家認(rèn)為這兩個人可能是自 1600 年以來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。

在這篇簡短的說明中，我想解釋金屬探測器的概念以及它如何使用電磁原理來發(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)計和制造金屬探測器的公司。

現(xiàn)代金屬探測器的概念

金屬探測器的原理非常簡單，顧名思義，它是一種可以識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。它可用于檢測地雷中的物體（真的是金屬探測器的絕妙用途，它挽救了成千上萬人的生命，并且仍在繼續(xù)挽救）金礦。

大多數(shù)金屬探測器有 2 個線圈 - 一個線圈通常以非常高的頻率 （1-10 KHz） 承載交流電，而另一個線圈則充當(dāng)接收器。受激線圈會產(chǎn)生磁場，這會在接收線圈中感應(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)過校準(zhǔn)?，F(xiàn)在，當(dāng)您在金屬（或鐵磁）物質(zhì)附近進(jìn)行這種布置時，會發(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，與線圈產(chǎn)生的磁場相反。這會導(dǎo)致接收器線圈中的渦流下降。傳感器從預(yù)期值感測渦流的這種下降，并發(fā)出指示金屬物質(zhì)存在的信號。下圖中，橙色線圈為激勵線圈，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 - 金屬探測器中線圈的簡單排列

SolidWorks 和 EMS 在設(shè)計金屬探測器中的作用

對于工程師而言，在將這一概念轉(zhuǎn)化為功能性產(chǎn)品之前，需要考慮幾個設(shè)計因素，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？

我怎樣才能將整個安排打包成一個產(chǎn)品？

EMS 產(chǎn)品與 SolidWorks 一起可以幫助設(shè)計師回答上述所有問題。一旦獲得概念線圈，就可以使用 EMS 對其進(jìn)行虛擬測試，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，接收器線圈中的感應(yīng)電流會發(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接收器線圈中的感應(yīng)渦流。通過這種方式，可以在制作和測試原型之前完善產(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)品開發(fā)中使用仿真的優(yōu)勢已得到充分研究，許多工程師通過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間大大減少。其次，產(chǎn)品開發(fā)成本降低，因為完善產(chǎn)品所需的原型數(shù)量大大減少。對于大多數(shù)使用這種方法的公司來說，他們的第一個原型經(jīng)過一些小的調(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)品開發(fā)中實現(xiàn)創(chuàng)新，因為可以對工程師設(shè)想的許多假設(shè)場景進(jìn)行徹底測試，并選擇最佳設(shè)計。