Принцип действия датчика основан на так называемом эффекте Виганда. Магниточувствительный элемент схематично показан на рис. 2.3.

Этот эффект проявляется в том, что если ферромагнитную проволоку, имеющую специальный химический состав и физическую структуру, внести в магнитное поле, то произойдет спонтанное изменение ее магнитной поляризации, как только напряженность поля превысит некоторое пороговое значение. Этот предел называется порогом зажигания. Изменение состояния проволоки можно регистрировать при помощи обмотки, намотанной вокруг проволоки или размещенной рядом с ней. Датчик Виганда представляет собой двухполюсник, реагирующий на магнитные поля и вырабатывающий сигналы до нескольких вольт при условии, что напряженность управляющего магнитного поля превышает величину напряженности порога зажигания.

Датчики Виганда не требуют какого-либо источника питания, их выходной сигнал практически не зависит от частоты изменения поля, и их можно использовать в широком диапазоне рабочих температур (-196…+175 °C).

Конструкция простого датчика Виганда приведена на рис. 2.4.

Датчик состоит из проволоки, изготовленной из ферромагнитного сплава типа викаллой (10 % ванадия, 52 % кобальта и железа), и обмотки. Точный состав материала проволоки, как правило, является секретом фирмы. Проволока Виганда представляет собой ферромагнитное тело, состоящее из магнитомягкой сердцевины и магнитотвердой внешней оболочки. Получить такую структуру удается за счет использования специальной технологии изготовления. Диаметр проволоки 0,2–0,3 мм, длина – 5–40 мм. Обмотка датчика обычно составляет 1000–2000 витков медного провода диаметром 0,05–0,1 мм.

Модульное исполнение датчика, состоящего из проволоки, обмотки и постоянного магнита, позволяет разрабатывать большое число вариантов датчиков перемещения. Область их применения простирается от задач измерения и контроля до систем управления доступом, в которых они служат носителями информации в идентификационных картах (cм. рис. 2.5, 2.6).

Способность проволоки Виганда хранить данные очень успешно используется в считываемых идентификационных картах. Они состоят из двух рядов коротких кусков проволоки, представляющих 0 и 1 (максимальная емкость 56 бит), которые вставлены в пластиковые карты точно установленного размера. Перед тем как карта поступит на устройство считывания, все проволоки должны быть насыщены в одном и том же направлении магнитного насыщения. Следовательно, информация станет полностью независимой от воздействия внешних полей, которые могут изменять магнитное состояние проволок перед считыванием. Информация основана только на геометрической конфигурации проволок и поэтому не изменяется [5].

Схема восприятия вращательного движения поясняется тем, что проволока с обмоткой фиксируется, тогда как магнит насыщения и магнит гашения располагаются на вращающемся барабане, изготовленном из алюминия. Для датчика длиной 40 мм, установленном в промежутке от 1 до 2 мм между проволокой и вращающимся барабаном, используются два стержневых магнита с индукцией 80 и 30 мТл соответственно для генерации сигнала с амплитудой около 2 В при достаточной временной стабильности.

Чтобы исключить установку двух подвижных магнитов, магнит гашения (30 мТл) можно расположить очень близко к датчику. При фиксированном магните гашения в качестве подвижного магнита насыщения должен использоваться более «сильный» магнит, чтобы компенсировать поле магнита гашения.

На рис. 2.7 представлена схема датчика Виганда с указанием воздействующих на него сил. В этом заключается достоинство датчика, который всегда «видит» поле любого магнита и, следовательно, менее восприимчив к внешним полям.

Фирмой Precision Navigation Inc. (США) разработан усовершенствованный вариант феррорезонансного датчика, который получил наименование магнитоиндуктивного датчика – MagnetoInductive (MI) sensors. Датчик представляет собой микроминиатюрную катушку индуктивности с ферромагнитным сердечником. Катушка содержит всего одну обмотку и регистрирует магнитное поле в направлении только одной из осей. Фирмой Precision Navigation Inc. выпускаются три модификации таких датчиков. Внешний вид датчика представлен на рис. 2.8.