Conception d'un détecteur de métaux avec SOLIDWORKS et le logiciel de simulation EMS

Article par Arvind Krishnan mis à jour le 16 février 2016

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Il est étonnant de constater le nombre d'applications de la théorie de l'électromagnétisme dans le monde d'aujourd'hui. Si Faraday et Maxwell ont la chance de voir le nombre d'appareils qui utilisent leur découverte, ils seront tout simplement époustouflés.

Rien que par l'impact de leur découverte dans le monde d'aujourd'hui, de nombreux scientifiques pensent que ces deux hommes sont probablement les personnes les plus importantes à avoir habité la Terre depuis 1600. Vous n'avez pas besoin de me croire sur parole, vous pouvez lire leur impact dans le livre "Faraday, Maxwell, and the Electromagnetic Field : Comment deux hommes ont révolutionné la physique".

Détecteur de métaux en cours d'utilisation

Détecteur de métaux en cours d'utilisation

Dans cet article, je souhaite expliquer le concept d'un détecteur de métaux et comment il utilise les principes électromagnétiques pour fonctionner. Plus important encore, vous apprendrez comment les logiciels électromagnétiques SOLIDWORKS et EMS aident les entreprises à concevoir et à construire des détecteurs de métaux.

Concept des détecteurs de métaux modernes

Le principe d'un détecteur de métaux est assez simple et, comme son nom l'indique, il s'agit d'un appareil capable d'identifier la présence de métaux dans des endroits difficiles à trouver, comme sous le sol, à l'intérieur des roches, etc. Il est utilisé pour détecter des éléments tels que les mines terrestres (une utilisation merveilleuse du détecteur de métaux qui a sauvé des milliers de vies et continue de le faire) et les mines d'or.

La plupart des détecteurs de métaux sont équipés de deux bobines : l'une transporte un courant alternatif généralement à très haute fréquence (1-10 KHz) et l'autre agit comme un récepteur. La bobine excitée génère un champ magnétique qui induit une petite quantité de courant dans la bobine réceptrice. Ce courant (également appelé courant induit ou courant de Foucault) est connu et calibré. Maintenant, lorsque vous placez ce dispositif à proximité d'une substance métallique (ou ferromagnétique), deux choses se produisent. Premièrement, la bobine excitée induit également un courant de Foucault dans la substance métallique (ou ferromagnétique). Ce courant de Foucault produit son propre champ magnétique qui s'oppose au champ magnétique produit par les bobines. Cela entraîne une baisse du courant de Foucault dans la bobine réceptrice. Un capteur détecte cette chute du courant de Foucault par rapport à la valeur attendue et émet un signal indiquant la présence d'une substance métallique. Dans la figure ci-dessous, la bobine orange est la bobine excitée et la bobine verte est la bobine réceptrice. Un courant alternatif haute fréquence circule dans la bobine orange et les courants de Foucault induits dans la bobine verte en l'absence de toute substance métallique sont calibrés.

Disposition simple des bobines dans un détecteur de métaux

Disposition simple des bobines dans un détecteur de métaux

Conception d'un détecteur de métaux avec SOLIDWORKS et EMS

Pour un ingénieur, plusieurs facteurs de conception doivent être pris en compte avant de transformer ce concept en un produit fonctionnel et c'est là que les logiciels de CAO et de simulation EMS SOLIDWORKS peuvent jouer un rôle essentiel. Examinons certains d'entre eux :

  • Quelle est la bonne taille de la bobine ?
  • Quelle fréquence et quelle magnitude de courant alternatif doit-on appliquer ?
  • Quel est le courant induit dans la bobine du récepteur dans des conditions idéales (aucun métal à proximité) ?
  • Comment puis-je emballer l'ensemble de l'arrangement pour en faire un produit ?

Associé à SOLIDWORKS, le produit EMS peut aider un concepteur à répondre à toutes ces questions. Une fois qu'une bobine conceptuelle est conçue, elle peut être testée virtuellement en utilisant EMS pour visualiser tous les paramètres d'ingénierie. Par exemple, les ingénieurs peuvent visualiser la densité du flux magnétique dans les bobines, comme le montre la figure ci-dessous.

EMS peut tracer la densité du flux magnétique dans les bobines.

EMS peut tracer la densité du flux magnétique dans les bobines.

Le produit EMS vous donnera également la valeur du courant induit dans la bobine du récepteur.

Tracé de la densité des courants de Foucault dans la bobine du récepteur.

Tracé de la densité des courants de Foucault dans la bobine du récepteur.

Plus important encore, vous pouvez modéliser différentes situations hypothétiques, par exemple ce qu'il advient du courant induit dans la bobine du récepteur lorsque vous rencontrez un objet métallique à une distance particulière de la bobine.

Conception d'un détecteur de métaux avec SOLIDWORKS

Tracés EMS avec présence d'une partie métallique

EMS peut également comparer les courants de Foucault induits dans la bobine réceptrice lorsqu'une pièce métallique est présente et lorsqu'elle ne l'est pas. De cette façon, le produit peut être perfectionné avant qu'un prototype ne soit fabriqué et testé.

Comparer les courants de Foucault induits en présence d'une pièce métallique avec le cas idéal

Comparer les courants de Foucault induits en présence d'une pièce métallique avec le cas idéal

Avantages de l'utilisation de la simulation

L'avantage d'utiliser la simulation dans le développement de produits est bien étudié et de nombreux ingénieurs ont obtenu des résultats impressionnants en utilisant cette approche.

  1. Tout d'abord, le temps nécessaire pour mettre un concept en rayon est considérablement réduit.
  2. Ensuite, le coût du développement du produit est plus faible car le nombre de prototypes nécessaires pour perfectionner le produit est considérablement réduit. Pour la plupart des entreprises qui utilisent cette approche, leur premier prototype, avec quelques modifications mineures, devient invariablement leur produit final.
  3. Enfin, cette approche permet d'innover dans le développement de produits, car les nombreux scénarios qu'un ingénieur conçoit peuvent être testés de manière approfondie et la meilleure conception peut être choisie.

En savoir plus sur EMS pour SOLIDWORKS

EMS for SOLIDWORKS est le premier et le seul logiciel entièrement intégré et certifié Gold Certified pour SOLIDWORKS qui aide les utilisateurs de SOLIDWORKS à étudier leurs conceptions magnétiques, électriques et électromagnétiques de manière transparente. Il peut utiliser la géométrie créée à l'aide de SOLIDWORKS directement pour la simulation. Son interface utilisateur émule SOLIDWORKS et il n'y a donc aucune courbe d'apprentissage associée au logiciel EMS pour les utilisateurs de SOLIDWORKS. Veuillez cliquer ici pour essayer EMS pour SOLIDWORKS et voir comment il peut vous aider à concevoir de meilleurs produits. Pour plus d'informations, visitez le site www.emworks.com.

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Arvind Krishnan

Arvind Krishnan est le directeur de la gestion des produits chez EMWorks. Il utilise SOLIDWORKS et les outils d'IAO depuis 15 ans et s'intéresse aux technologies basées sur le magnétisme.