令人驚訝的是，電磁學理論在當今世界有多少應用。如果法拉第和麥克斯韋有機會查看利用他們的發現的設備的數量，他們會被震驚的。僅僅通過他們的發現對當今世界的影響，許多科學家認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計和制造金屬探測器的公司。

現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備，比如在土壤下、巖石內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，并且仍在繼續挽救）金礦。

大多數金屬探測器有 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接收器。受激線圈會產生磁場，這會在接收線圈中感應出少量電流。該電流（也稱為感應電流或渦流）是已知的并經過校準。現在，當您在金屬（或鐵磁）物質附近進行這種布置時，會發生兩件事。首先，受激線圈還在金屬（或鐵磁）物質中感應出渦流。這種渦流產生自己的磁場，與線圈產生的磁場相反。這會導致接收器線圈中的渦流下降。傳感器從預期值感測渦流的這種下降，并發出指示金屬物質存在的信號。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，并校準在沒有任何金屬物質的情況下在綠色線圈中感應的渦流。

圖 1 - 金屬探測器中線圈的簡單排列

SolidWorks 和 EMS 在設計金屬探測器中的作用

對于工程師而言，在將這一概念轉化為功能性產品之前，需要考慮幾個設計因素，而這正是 SolidWorks CAD 和 EMS Simulation 軟件可以發揮重要作用的地方。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，接收線圈中的感應電流是多少？

我怎樣才能將整個安排打包成一個產品？

EMS 產品與 SolidWorks 一起可以幫助設計師回答上述所有問題。一旦獲得概念線圈，就可以使用 EMS 對其進行虛擬測試，以可視化所有工程參數。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 產品還將為您提供接收線圈中感應電流的值。

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情況，例如當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電流會發生什么。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渦流。通過這種方式，可以在制作和測試原型之前完善產品。

圖 4 - 存在金屬部件的 EMS 圖

圖 5 - 將存在金屬部件時感應的渦流與理想情況進行比較

這種方法的優點

在產品開發中使用仿真的優勢已得到充分研究，許多工程師通過使用這種方法獲得了令人印象深刻的結果。首先，將概念上架所需的時間大大減少。其次，產品開發成本降低，因為完善產品所需的原型數量大大減少。對于大多數使用這種方法的公司來說，他們的第一個原型經過一些小的調整總是成為他們的最終產品。最后，這種方法可以在產品開發中實現創新，因為可以對工程師設想的許多假設場景進行徹底測試，并選擇最佳設計。