Принцип работы электромагнитного замка: Электромагнитные замки — ОРБИТА-СОЮЗ

Как работает магнитный замок

С появлением интеллектуальных систем контроля и управления доступом распространились и плотно вошли в обиход электромагнитные замки. Эти устройства вовсе не похожи на привычные запорные механизмы и работают совершенно по другому принципу. Они могут использоваться в составе штатной системы безопасности, совместно с домофоном или автономно. Благодаря подобной универсальности сегодня магнитные замки можно встретить на крупных предприятиях, в бизнес-центрах, общественных зданиях, в частных домах, дачных коттеджах, подъездах многоэтажек.

Электромагнитные замки имеют ряд неоспоримых преимуществ:

• 
  неуязвимость ко взлому традиционным способом;

• 
  высокая износостойкость;

• 
  неспособность к заклиниванию;

• 
  длительный срок службы;

• 
  высокая пропускная способность.

Наряду с достоинствами есть у подобных запорных устройств и некоторые недостатки. Основной из них – потребность в непрерывной подаче электропитания. В случае его отсутствия замок теряет способность удерживать дверь, и она открывается. Поэтому наличие резервного источника питания – обязательное условие эксплуатации такого устройства.

Конструкция магнитного замка

Запирающее устройство электромагнитного типа состоит из двух частей: корпуса замка и ответной планки (якоря). Последняя представляет собой сплошную металлическую пластину, сопоставимую по размерам с основным корпусом. Она крепится к дверному полотну и помогает удерживать его в запертом положении.

В корпусе электромагнитного замка располагается лишь сердечник, изготовленный из магнитомягкого материала, и катушка, состоящая из нескольких сотен витков медного провода, покрытого эмалью. Чаще всего применяются обмотки, имеющие от 300 до 1000 витков. Сам корпус устройства зачастую выполнен из нержавеющей стали, алюминия или других немагнитных сплавов. Существуют замки в пластиковых корпусах, однако в силу своей уязвимости они практически не используются.

Принцип работы электромагнитных замков

Электрический ток в обмотке устройства образуется в момент подачи напряжения. При этом сомкнутые ответная пластина (якорь) и сердечник представляют собой магнитную цепь, в которой возникает магнитное поле, удерживающее дверь в запертом положении. Для ее открывания необходимо краткосрочно разорвать магнитную цепь. Это возможно либо с помощью специального электронного ключа, либо путем силового отжима якоря. В последнем случае усилие, необходимое для разрыва цепи, рассчитывается по специальной формуле, а конечное значение указывается в технических характеристиках устройства.

Большое влияние на удерживающие свойства электромагнитного замка оказывает правильность его монтажа. 

В случае неплотного прилегания якоря к корпусу устройства вследствие непрофессиональной установки или деформации дверного полотна образуется воздушный зазор. Он создает значительное сопротивление для электромагнитного поля и, как следствие, является причиной ослабления силы удержания замка. Стоит понимать, что это может существенно облегчить работу злоумышленников в случае попытки взлома двери.

Подключаются электромагнитные замки к слаботочной электрической сети с напряжением 12 В, реже – 24 В, через специальный преобразователь. В качестве источника резервного питания используются ИБП с аккумуляторами необходимой емкости.

На сегодняшний день производители выпускают накладные и врезные магнитные замки, предназначенные для монтажа внутри помещений и снаружи зданий. Последние защищены от воздействия негативных погодных факторов и успешно переносят перепады температуры, могут устанавливаться на входных дверях, калитках, воротах.

Электромагнитные замки: устройство и типы

Какими-либо защитными функциями электромагнитный замок не наделен. Его задачей является ограничение доступа, причем, ее выполнение не зависит от того, связан ли он каким-то образом с аудио- или видеодомофоном. Установка электромагнитного замка, особенно, если он наделен двумя-тремя степенями защиты, не будет лишней для любой двери.

 

Наибольшей популярностью среди запирающих устройств, управление которыми происходит дистанционно, пользуется электромагнитный замок. Проводя сравнительные характеристики, получаем, что в отличие электромеханических запирающих устройств, электромагнитные замки более просты в использовании, их установка не доставит особых хлопот.

 

Стоимость установки домофона с таким замком настраивает исключительно на хороший лад. Еще стоит упомянуть об их надежности и долговечности.

 

Замок такого типа поддерживает дверь в запертом состоянии за счет магнита, им притягивается металлическая пластинка, устанавливаемая на двери. Дверь открывается путем нажатия клавиши выхода, либо связавшись с человеком, находящимся внутри здания. Кнопка, воздействующая на замок, находится на абонентской трубке. Замки, которые работают за счет электромагнетизма, не лишены недостатков, так дверь будет свободно открываться при обесточивании здания.

 

Так что, если дверь закрывает собой какое-либо ответственное помещение, то следует подумать о дополнительном замке, но уже механическом.

 

Электромагнитные замки разделяются по принципу их устройства. Различают, так называемые, сдвиговые замки и те, что работают на отрыв. Еще одно разделение можно сделать по виду установки: накладные и врезные электромагнитные замки. Предпочтение обыватели отдают замкам, которые работают на отрыв, устанавливают их чаще накладным методом.

 

Электромагнитные замки имеют свои отличительные особенности: большой срок службы и бесперебойная работа вне зависимости от капризов погоды. Это обусловлено отсутствием трущихся и движущихся частей механизмов внутри замка. Замки подобного рода можно увидеть на дверях супермаркетов, офисов, различных промышленных объектов. Противопожарные двери такими замкам не оснащаются, это происходит из-за особенностей конструкции.

 

В состав описываемого нами запирающего устройства входят:

• электромагнит, место которому на стене;
• пластина из металла, ее монтируют в дверь.
  
   

Ток определенной силы подается на обмотку, образуется мощное магнитное поле, притягивающее дверь к пластине. Проще некуда! Плюс мы с вами видим гарантии того, что дверь закроется и останется в этом состоянии. Если человеку требуется открыть дверь, то он должен снять напряжение с обмотки, это достигается нажатием кнопки выхода. То же самое можно сделать нажатием кнопки, находящейся на трубке абонента. Вместе с напряжением пропадает магнитное поле, ву-а-ля – дверь открыта!

 

Важный параметр электромагнитного замка

Им является его удерживающая сила. Речь идет о нагрузке, которую может выдержать дверь до разрыва. Измеряется данный параметр в килограммах. Внутренним дверям, в связи с их относительно малым весом, достаточно 150 кг. Если речь идет о более массивной двери, то усилие на отрыв, у устанавливаемого замка, должно превышать 1000 кг.

 

Двери, устанавливаемые на улицах, как правило весят не больше 100 кг, им вполне достаточно усилия в 300 – 500 кг. Если вы стали счастливым обладателем электромагнитного замка скуд, вы можете осуществлять открытие и закрытие двери через контроллер скуд. Контролер может управлять положениями двери, для этого необходимо наличие геркона (специального датчика).

 

Как уже упоминалось выше, при отключении электричества двери, оборудованные электромагнитными запирающими устройствами, откроются, такое может произойти, например, вследствие аварии.

 

Пару слов о сдвиговых замках. Из их названия можно сделать вывод, что основное внимание уделяется не усилию на отрыв, а ему же, но на сдвиг, данное действие происходит в поперечном направлении. Получается, что сдвиговые замки поддерживают оба способа установки: их как врезают в дверь, так и монтируют в виде накладки.

 

Для тех, кто еще не определился с методом установки, хочется сказать, что врезной замок имеет больше преимуществ. Дверной проем им не занимается, от доступа к нему посторонних он защищен, а использовать его можно в любом из положений – как горизонтальном, так и вертикальном.

—————————————————————————————————————

Руководитель группы технической поддержки Максименко Игорь.

Отзывы о статье

Положительный отзыв

 от Ватолкина Светлана Эдуардовна, 22 Января 2020 г.

Добрый день. Невероятно познавательная и полезная статья.
Я выяснил очень много ценного в ней. Информация написана грамотным и человеческим языком.
В тоже время попадаются редкие спорные для понимания нюансы.
Подскажите – быстрее с вами связаться, что бы задать некоторые вопросы, в частности которые для меня так и остались сложными?

Электромагнитный замок на калитку: виды, установка, принцип работы

Привычные щеколды, засовы на калитках заборов уходят в прошлое. Ведь каждый хозяин хочет надежно защитить свой двор от незваных гостей.

Современный вариант закрывающегося устройства ‒ электромагнитный замок. Устанавливают его быстро, а в дополнение к нему монтируют видеодомофон, чтобы, находясь в помещении, видеть, кто стоит за воротами.

Принцип действия

Механизм состоит из сердечника с обмоткой, которые помещены в специальный корпус.

Сердечник представляет собой набор стальных намагниченных пластин. Форма ‒ Ш-образная. Чтобы снизить остаточное напряжение, поверхность покрывают краской. Обмотка ‒ это катушка, на которую намотали медный провод. Сверху ‒ защитное изоляционное покрытие. Материал корпуса ‒ преимущественно алюминий, сталь.

Работа замка заключается во взаимодействии электричества и магнита. Напряжение подается на обмотку, за счет чего активируются магнитные элементы.

К примеру, чтобы плотно закрыть дверь весом до 150 кг хватит мощности в 5 Вт.

На момент подключения либо отключения электромагнитного замка формируется намагниченный контур, на который действует переменный ток.

Важный элемент механизма ‒ конденсатор. С его помощью через обмотку выполняется зарядка. Меняется полярность магнита. Остаточный ток перемагничивается. При поломке конденсатора дверь открыть не получится. Потребуется заменить нерабочий элемент, новый подключить параллельно клеммам.

Замок открывается магнитным ключом или картой. Если на участке бывают перебои со светом, то для надежности стоит дополнительно установить механический замок.

Технические характеристики

У электромагнитных замков два основных рабочих показателя, на которые нужно обращать внимание перед покупкой:

1. Сила удерживания (нагрузка на отрыв). Измеряется в килограммах. В зависимости от модели бывает от 50 до 100 кг. Для калитки минимальная величина ‒ 250 кг. Если полотно из ковки или тяжелого металла, требования возрастают до 1000 кг.
2. Остаточная намагниченность. Показатель не должен быть больше 1,5‒2 кг. Если величина превышает норму, то возникают проблемы с открытием двери, они работают со сбоями.

Технические характеристики прилагаются в инструкции к изделию.

Что входит в комплект

Помимо замка в комплект входят детали, обеспечивающие бесперебойную работу в домашних и уличных условиях. Среди них:

1. Контроллер. Механизм, управляющий замком. С его помощью подключаются основные элементы устройства.
2. Считыватель данных. Представляет собой панель, благодаря которой проводится открывание. Действие выполняется электронным ключом, картой или путем ввода секретного кода. Все зависит от модели.
3. Замок. В продажу поступает с проводами, ответной планкой для соединения с источником напряжения.
4. Кнопки для выхода. Монтаж выполняется изнутри двора, чтобы жильцы могли покинуть участок без использования ключей.
5. Набор ключей. Стандартное количество ‒ 6 штук. Один из которых универсальный, поставляется уже запрограммированным. С его помощью перекодируют другие.
6. Электрические провода. Используются при сборке и подключении схемы.
7. Блок питания. Присоединяется к напряжению 220 В. Обеспечивает работу устройства.

На случай сбоя в подаче электричества рекомендуется устанавливать дополнительный блок питания, работающий на аккумуляторе либо батарейках.

Вспомогательное оборудование для подключения

Для повышения комфортности использования к электромагнитному замку монтируют:

• доводчик дверей;
• домофон или видеодомофон;
• панель ввода кода;
• кнопку вызова.

Доводчик продлевает срок службы калитки, поскольку с его наличием створка закрывается плавно. Детали не изнашиваются быстро.

В частном секторе рекомендуется ставить домофон. Он продается отдельно и объединяется в одну схему с ЭМЗ.

Монитор монтируют внутри дома, панель вызовов – с улицы.

Разница между электромеханическим и электромагнитным замком

Электромеханический держит калитку закрытой из-за запорного элемента ‒ ригеля. Потребление электроэнергии минимально. Оснащается дистанционным управлением. Работа регулируется специальным пультом.

Существенное преимущество ‒ продолжает работать без питания, открываясь стандартным ключом. Недостаток ‒ высокая цена.

У электромагнитного замка створка остается закрытой, благодаря электромагнитному полю катушки, что притягивается якорем из металла, закрепленному на двери.
С покупкой магнитного замка на калитку, владелец сэкономит деньги и сам справится с установкой.

При этом он потребляет в разы больше электроэнергии. При отключении света устройство перестает работать. Для повышения безопасности потребуется покупать аккумуляторный блок питания или дополнительный механический замок.

Преимущества и недостатки механизма

В пользу электромагнитного замка говорят:

1. Простая и быстрая процедура монтажа. Его можно поставить своими силами, не привлекая специалистов.
2. Возможность скрытой установки. Механизм прячется в раме ворот, столбах. При входе не бросается в глаза.
3. Надежное удерживание створки. Чтобы открыть такой замок без ключа, потребуется приложить усилие не менее 200 кг, а то и больше.
4. Быстрое открытие магнитным брелком, картой или пультом.
5. Аккуратный, эстетичный вид.
6. Бесшумное функционирование.
7. Совмещается с домофоном, поэтому управлять механизмом удобно из помещения.

Есть у него и минус ‒ полная зависимость от электричества. При отключении света калитка становится разблокированной.

В качестве решения этой проблемы хозяева ставят источники бесперебойного питания ‒ аккумуляторы, которые обеспечивают работу замка при отсутствии света. Более дешевая альтернатива ‒ установка дополнительного механического замка.

Виды

Классифицируют эти замки по нескольким параметрам.

По принципу запирания

Бывают двух типов:

1. Сдвижные. Действие механизма основано на сдвиге якоря. Большинство моделей врезные. При монтаже важно придерживаться пошаговой инструкции.
2. Удерживающие. Якорь действует на отрыв. Выпускаются накладные и врезные модели, у врезных ‒ низкое сцепное усилие.

Накладные удерживающие замки устанавливают намного чаще.

По типу управления

Выпускаются:

1. С элементами Геркона. Для контроля работы не нужно напряжения. За счет действия магнита происходит контакт и удержание требуемого уровня напряжения.
2. С датчиками Холла. Представляют собой микросхему. Для работы необходимо дополнительное питание.

Последний вид обеспечивает повышенную безопасность за счет чувствительных датчиков.

По способу крепления

Бывают:

1. Врезными. Полностью встраивается внутрь полотна калитки.
2. Полуврезными. Монтируется во внутрь двери, но часть элементов видна снаружи.
3. Накладными. Фиксируется сверху створки на металлических уголках.

Как выбрать замок

Перед покупкой важно обращать внимание на такие моменты:

1. Сила на отрыв (удержания). Должна быть в пределах 150‒200 кг. Указывается на замках после индекса «ML».
2. Прочность конструкции. Большей надежностью отличаются изделия с литым антикоррозийным корпусом. На поверхности отсутствуют швы, стыки.
3. Устойчивость к влаге, перепадам температур. Замок будет использоваться в условиях улицы, поэтому рабочий диапазон температур должен быть от ‒30 до +50 градусов. Механизм защищен от попадания влаги.
4. Высокая степень антикоррозийного покрытия. Чем качественнее обработано изделие, тем дольше оно прослужит и меньше будет изнашиваться.
5. Полная изоляция электрических проводов и других деталей. В противном случае во время открытия есть риск получить удар током.
6. Возможность модификации. Модель должна быть совместима с системами видеонаблюдения, домофоном, дистанционным управлением.
7. Защитное покрытие выбирается исходя из частоты использования и погодных условий. При интенсивной эксплуатации в условиях суровой зимы лучше не экономить и купить с покрытием из металлической пленки. При умеренном использовании достаточно недорогого лакового, силиконового покрытия.

Независимо от модели замки на калитку следует брать с антивандальной защитой на магните, чтобы посторонние не смогли испортить механизм.

Популярные модели

Рекомендуем ознакомиться со следующими замками, которые, по мнению покупателей, соответствуют заявленным требованиям.

ML400

Подойдет для монтажа на входных дверях, калитках с толщиной полотна 30‒50 мм. Крепеж выполняется со двора, створка открывается на улицу. Надежность установки обеспечивает доводчик. Механизм открывается при снятии тока. Рабочее напряжение 9‒12 В.  Потребляемая мощность ‒ 7,2 Вт. Удерживающая сила ‒ 400 кг.

AL‒400S

Сдвижная модель крепится внутрь створки. Комплектуется датчиками Холла, элементами Геркона. Сила удержания ‒ 400 кг. Рабочее напряжение ‒ 12 либо 24 В. Сила тока ‒ 0,9 А.

AL-400S подлежит модификации для дистанционного управления, вывода информации на пульт охраны.

YLI YM‒60

Недорогой накладной замок. Имеет небольшую силу удержания в 60 кг. Подойдет для калиток из легкого материала (дерева, профнастила). Материал ‒ анодированный алюминий. Рабочее напряжение ‒ 12 В.  Ответная панель сделана из цинка. Не отличается большой надежностью.

Arny Mag 180

Типичное электромагнитное устройство, компактное, надежное.

Сила удержания ‒ 180 кг. Напряжение ‒ 12 В. Потребляемый ток ‒ 300 мА.

Visit ML300 (M)‒40

Модель отлично подходит для подключения к домофону, видеодомофону, системе дистанционного управления.

Комплектуется корпусом с электромагнитом, металлической магнитной пластиной. Открытие механизма происходит при снятии напряжения с запора. Рабочее напряжение ‒ 9‒15 В. Мощность ‒ до 7,2 Вт.

Монтаж магнитного замка своими руками

Все работы можно сделать самому, если придерживаться простых рекомендаций.

Установка на распашные ворота

Достаточно купить замок с силой удержания в 280 кг.

Брать нужно устройство для наружного применения, но если такой возможности нет, то подойдет и электромагнитный механизм для внутреннего использования, при условии обработки поверхности силиконом (чтобы перекрыть доступ влаги внутрь изделия).

На ворота монтируется блок питания. Замок подсоединяется через замкнутое реле на 12 В. Как только срабатывает реле, запор начинает работать.

Замок фиксируется к одной створке, ответная панель – к другой. Крепеж выполняется болтами. Управление доступно дистанционно.

Монтировать такой замок можно и на распашные и откатные ворота.

На калитку

Последовательность установки:

1. Просверливают отверстия под саморезы в металлической рамке калитки. Диаметр делают на 1‒2 мм меньше самого самореза.
2. К рамке крепят корпус замка, к створке ‒ ответную панель.
3. Провода от считывающей панели пускают по краю калитки. Узел фиксируют на створке, прячут в полость забора.
4. С уличной стороны двери ставят контроллер. Механизм распознает карты, магнитные ключи. Допускается установка кодового контроллера, но это устройство не особо надежное.
5. Со двора на калитку крепят кнопку выхода. С ее помощью усадьбу получится покинуть без ключа. Располагают кнопку так, чтобы до нее нельзя было дотянуться с улицы.
6. Для подключения замка к питанию используют двухжильный кабель сечением в 1,5 квадрата.
7. Проводку тщательно изолируют, прячут в пластиковые лотки, чтобы кабель не намокал.

После этого пробуют закрыть и открыть двери.

Коммутация электрической цепи

Питание устройства выполняется от постоянного тока В 12 В.

Для подсоединения к сети нужно брать двухжильный кабель типа ВВГ 2*15 либо ВВГ НГ 2*15 мм.

При укладке провода с наружной части забора или рамки калитки прячем его в гофрированный шланг, а затем пластиковый канал. Еще лучше, когда есть возможность скрыть кабель в полости ограждения.

Подключаем все провода в соответствии со схемой, которая поставляется вместе с инструкцией по сборке. Если таковой нет, то вы найдете ее в интернете, введя модель замка в поисковик.

Изделие, поставляемое с контроллером, хоть и дороже, но гораздо практичнее, поскольку механизм полностью совместим с компьютером.

Контроллер отвечает за такие функции:

1. Передачу сигнала для открытия.
2. Подачу питания для закрытия.
3. Кодировку ключей.

Когда выполнено пробное подключение, выполняется программирование ключей:

1. Универсальный ключ из комплекта подносится к контроллеру.
2. Включается режим записи.
3. По очереди программируются оставшиеся ключи.
4. По окончании контроллер возвращается в обычный режим работы.

При необходимости из ПК производится выгрузка, загрузка базы ключей.

Особенности обслуживания, ухода за изделием

Сводятся к следующим советам:

1. Тщательно соблюдайте меры безопасности. Важно не перепутать клеммы входа и выхода. Не оставляйте открытыми части замка, иначе повышается риск короткого замыкания.
2. Контролируйте состояние, износ пластин. От этого зависит плотное сцепление с электромагнитом. При попадании влаги поверхность начинает окисляться и сила сцепления уменьшается.
3. Аккуратно используйте саморезы при установке, чтобы не повредить элементы. Надежно закрепите пластину.

Замок не нуждается смазке. Важно соблюдать инструкцию по монтажу и эксплуатации.

Замок на калитку забора, работающий на электромагните – отличный вариант доступного закрывающегося устройства при наличии постоянного напряжения.

Электромагнитный замок на входную дверь: работа и установка

Замок, установленный на входную дверь, является первым охранником любого помещения. Туда может попасть только тот, кто имеет ключ или знает код. В современных квартирах или офисах вместо привычного механического замка или в дополнение к нему, в дверь устанавливается  электронное устройство. Существует несколько разновидностей таких замков. Электромагнитный замок на дверь можно считать наиболее простой конструкцией среди устройств подобного типа.

Из материала вы узнаете:

Конструкция электромагнитного замка

Электромагнитный замок предназначендля ограничения входа в жилые, служебные или производственные помещения. Принцип работы замка основан на удержании сильным магнитным полем металлического якоря. Электромагнит устанавливается на неподвижную часть двери, а пластина-якорь жёстко фиксируется на дверном полотне. Кроме того в запирающую систему обязательно входит дверной доводчик. Питание замка осуществляется от низковольтного источника постоянного тока.

Когда на электромагнит подано напряжение, то сильное магнитное поле, образующееся вокруг катушки, удерживает якорь, а вместе с ним и дверь в закрытом состоянии. Для того чтобы войти в помещение, достаточно на короткое время снять напряжение с обмотки.

Замок состоит из следующих частей:

• Электромагнит
• Пластина-якорь
• Блок питания
• Устройство управления

Электромагнит представляет собой прямоугольный корпус из алюминиевого сплава, внутри которого запрессован сердечник с обмоткой из изолированного провода.

Для снижения потерь от паразитных вихревых токов сердечник набирается из Ш-образных пластин электротехнической стали.

Якорь выполнен из стали, а его передняя плоскость зашлифована для более плотного прилегания к электромагниту.

Для подачи напряжения на электромагнит используются компактные блоки питания, специально предназначенные для любых видов электронных замков. Такие устройства рассчитаны на подключение к бытовой сети напряжением 190-240 вольт. На выходе такой источник выдаёт постоянное напряжение 12 В. Для обеспечения работы электромагнита, ток должен быть не менее 2 ампер. Поскольку электромагнитный замок при отключении напряжения оказывается открытым, то его лучше подключать к источнику бесперебойного питания. Аккумулятор, который входит в комплект такого устройства, может обеспечить работу замка в течение некоторого времени.

По сути, электромагнитный замок на входную дверь является простейшим устройством, для которого важны только два состояния – есть напряжение, и нет напряжения, поэтому самым важным элементом системы является устройство управления, которое и отвечает за работу замка.

С электромагнитным замком можно использовать любые источники питания, с соответствующим напряжением и практически любые устройства управления.

Работа электромагнитного замка

Для установки электромагнитного замка на входную дверь частного дома, квартиры или офиса очень удобно использовать автономный контроллер Z-5R.Это небольшая плата с дискретными элементами и энергонезависимой памятью на 8 кб.

К контроллеру можно подключить следующие устройства:

• Считыватель электронных ключей «TouchMemory»
• Блок питания 12 В
• Электромагнитный замок
• Внутренняя кнопка открытия двери
• Герконовый датчик «Дверь открыта»
• Внешний светодиод
• Зуммер

Снаружи управление электромагнитным замком осуществляется с помощью электронного ключа с кодом. В память контроллера можно записать мастер-ключ, простые ключи и блокирующий ключ. На самой плате установлен зуммер, сигнализирующий о том, что дверь открыта, поэтому вместо геркона, часто подключают внешнюю кнопку звукового вызова.

Из помещения электромагнитный замок можно открыть кнопкой.

Автономный контроллер можно использовать как для управления электромагнитным, так и электромеханическим замком. В одном случае используется режим питание отключить, в другом питание включить. Нужный режим выбирается установкой перемычки «Инверсия питания». Устройство можно использовать для программирования новых ключей и удаления старой базы данных. Контроллер допускает подключение бесконтактного считывателя MatrixII.

Установка и подключение

Электромагнитный замок имеет некоторые особенности, которые ограничиваю его применение. Обычно такие замки устанавливаются на двери, которые открываются «на себя». Гораздо сложнее установить такой замок на дверь, которая открывается «от себя». Это связано, прежде всего, с механическим доводчиком. И совершенно не пригодны для установки электромагнитных замков двери, которые открываются в обе стороны. Так же мало пригодны для установки электромагнитных замков, лёгкие межкомнатные двери, выполненные из дерева. Основная сфера применения – это металлопластиковые двери офисного типа и входные металлические двери.

Перед установкой замка необходимо тщательно разметить места крепления электромагнита и якоря. Поскольку эти два элемента, при закрытой двери, должны быть плотно прижаты друг к другу, никакие зазоры не допускаются. Обычно электромагнит и удерживающая пластина монтируются на верхней части дверной конструкции, причём допускается как горизонтальная, так и вертикальная установка.

Одновременно с электромагнитным замком на входную дверь устанавливается механический доводчик и выполняется его регулировка.

Если дверной косяк слишком узкий, то установку электромагнита выполняют на стальном уголке соответствующего размера.

Внутри помещения выбирается место для размещения блока питания и платы контроллера. Их можно установить в любом удобном месте. Для этой цели подойдёт настенный металлический или пластиковый бокс. Внутри помещения, рядом с дверным косяком, устанавливается кнопка ручного открывания двери. С внешней стороны монтируется считыватель магнитных карт или электронных ключей и кнопка вызова.

Достоинства и недостатки

К достоинствам электромагнитного замка можно отнести его низкую стоимость и простоту установки. Недостатками таких систем является необходимость в дополнительном источнике питания и не слишком высокая надёжность. Электромагнитные замки варьируются по силе удержания.

Так замки, устанавливаемые на металлопластиковые двери в офисные помещения должны выдерживать усилие в 100-150 кг, а тяжелые входные металлические конструкции должны быть оборудованы замками с усилием 300-500 кг.

Поэтому при выборе электромагнитного замка следует обращать внимание именно на этот параметр.

Несмотря на достаточно большую силу удержания, электромагнитные замки можно легко открыть, если наклеить на удерживающую пластину незаметную полоску прозрачного скотча. Магнитное поле ослабнет и сильным нажатием на дверь её можно открыть. Для большинства дверей с такими замками потребуются источники питания с резервным аккумулятором, но электромагнитные замки, устанавливаемые на запасные и аварийные выходы должны работать только от сети. Это связано с тем, что во время пожара электросеть отключается и люди, находящиеся у аварийных выходов могут беспрепятственно покинуть помещение.

Заключение

Очень часто электромагнитные замки устанавливают на калитки оград частных домов. Это самый оптимальный вариант, так как у электромеханического замка может загустеть смазка в холодное время года, а электромагнит может без проблем работать в любых погодных условиях. Поскольку обмотка электромагнита залита эпоксидным компаундом, ему не страшен дождь и постоянная повышенная влажность.

3 вида магнитных замков – преимущества и недостатки

Практичные магнитные замки успешно заменяют механические аналоги. Такие запоры особенно актуальны на межкомнатных полотнах, где необходимо обеспечить компактность, удобство и простоту использования устройства. Работая по принципу магнитного притяжения металлов, они обладают рядом особенностей, которые и предопределяют конечный выбор механизма на двери.

Магнитные замки стали успешной заменой механическим вариантам

Принцип действия

Работа запорных механизмов подобного вида основана на действии взаимного притяжения двух магнитов.  То есть, при закрытии двери, язычок конструкции притягивается к пластине, вмонтированной в дверную коробку. При надавливании на ручку происходит сдвиг перемычки, в результате чего сдвигается и сам магнит. Таким образом, выполняется открытие двери.

Магнитные запорные механизмы работают на основе взаимного притяжения магнитов

Где применяется: преимущества для межкомнатных дверей

Магнитный замок является разновидностью запирающих устройств и применяется для установки на двери и иные входные конструкции. Поскольку межкомнатные двери гораздо чаще открываются и закрываются, то для обеспечения безотказной работы установленных на них запоров, к замкам предъявляются достаточно высокие требования. Магнитные замки, виды которых разнообразны, удовлетворяют таким требованиям и пользуются популярностью для установки в межкомнатные двери, в том числе и врезки в пластиковую дверь.

Они хорошо фиксируют и удерживают дверное полотно, несмотря на свои компактные размеры. Кроме того, работают устройства такого типа практически бесшумно, что очень удобно.  

За счет отсутствия выступающих частей магнитные механизмы  можно устанавливать на дверные полотна с любым типом открытия. Установленные на межкомнатных дверях магнитные защелки показывают больший срок службы, нежели механические конструкции.

 Магнитные замки бесшумны, удобны и компактны

Виды магнитных замков и их преимущества

Замок магнитный, виды которого представлены большим ассортиментом, считается одним из самых востребованных дверных запоров. Такие механизмы практичны, надежны и удобны в использовании. Работают практически бесшумно и из-за отсутствия в них движущихся механизмов и элементов могут гарантировать длительный период эксплуатации.

Выделяют несколько видов магнитных замков:

• Пассивные.
• Активные с ригелем.
• Электромагнитные накладные.
• Врезные электромагнитные.

Пассивные

Пассивные — это самые простые магнитные замки, конструкция которых напоминает механизмы, используемые на мебельных дверцах. В них металлическая пластина устанавливается на косяк, а магнит в само межкомнатное полотно. Принцип работы заключается в том, что при закрытии двери эти элементы притягиваются друг к другу и после соприкосновения они надежно удерживают дверную конструкцию в закрытом положении. Для открытия нужно приложить усилие, чтобы произошло размыкание магнита и пластины. 

Преимущества пассивных замков в доступной стоимости, легкости монтажа и отсутствии необходимости устанавливать ручку, так как закрытие выполняется в результате контакта элементов механизма.

Пассивные устройства на межкомнатных дверях
Подробнее о достоинствах магнитных защелок для межкомнатных дверей пойдет речь в этом видео:

Активные с ригелем

У активных магнитных замков с ригелем более сложная конструкция. Помимо магнита, они состоят из механических элементов. Выполненный из намагниченного материала ригель при закрытии межкомнатной двери притягивается и входит в ответную планку. Для открытия, необходимо нажать на ручку, тогда произойдет размыкание ригеля и ответной части механизма.

Такие замки надежно фиксируют дверь, бесшумны и отличаются долговечностью.

Установка на межкомнатной конструкции активного замка с ригелем

Электромагнитные запоры

Электромагнитные замки устанавливают в основном на входные полотна. Для обеспечения работы таких механизмов необходимо наличие постоянного питания. В корпусе такого замка имеется электромагнит, который  создает магнитное поле, где проходит ток и специальная планка из металла. Такой запор может быть накладным или врезным в зависимости от способа монтажа. Первый вид крепится за счет металлических уголков и не зависит от ручки, а второй — полностью встраивается в дверное полотно.

Открыть электромагнитные запоры тяжело, они надежны и благодаря отсутствию движущихся механизмов и элементов имеют длительный срок эксплуатации.

Электромагнитный замок, установленный на входную дверь

Читайте также интересный материал про самостоятельный ремонт  замков.

Краткие выводы

Если при выборе запорного элемента главными критериями выступают долговечность, надежность и удобство, а также бесшумность работы, то пассивные и активные виды замков для межкомнатных дверей могут стать наиболее оптимальным вариантом. При этом, если запор будет устанавливаться на входное полотно, то лучше отдавать предпочтение электромагнитным вариантам.

Какие электронные замки бывают Нормально открытые или нормально закрытые, электромагнитные или электромеханические

В системах контроля доступа все электронные замки какие-то очень разные. Как будто каждый производитель всеми силами пытается выделиться среди остальных и «извращается по полной».

В основном выделяют две группы:

• электромагнитные
• электромеханические

Это деление связано с принципом работы замков.

Электромагнитные замки самые распространенные. За работу отвечает огромная катушка, которая создаёт магнитное поле и притягивает якорь с удивительной силой. К сожалению, эта схема не может функционировать при отсутствии напряжения.

Электромеханические замки бывают:

• Роторными (моторизированными).
• Защелками.
• С взводным ригелем.
• Соленоидными, с датчиком холла.
• Нестандартными

В основе роторных лежит мотор и редуктор, для работы понадобится специальная плата управления.

В остальных замках основную роль играет сам механизм, но без катушки электромеханический замок превращается в обычный механический, некоторые вовсе не могут функционировать.

При выборе исполнительного устройства необходимо обращать внимание на одну тонкость, замки бывают нормально открытыми (НО) или нормально закрытыми (НЗ).

Нормально открытые (НО) или нормально закрытые (НЗ) замки.

С электромагнитными все понятно, всегда НО, т. е. в состоянии покоя замок не функционирует и дверь открыта. 

Электромеханические рассмотрим более подробно

Если замок роторный, то понятие НО и НЗ неприменимо, так как состояние засова не зависит от напряжения, правила задаются платой управления. Для управления используется больше 2 проводов.

Электромеханическая защёлка может быть НО и НЗ. Если при отсутствии напряжения дверь остаётся открытой, то замок НО. Управление осуществляется по 2 проводам.

Замки с взводным ригелем всегда НЗ. При закрытии двери ригель взводит механизм замка, после чего дверь можно открыть только подачей напряжения или, в некоторых случаях, ключом. Управление осуществляется по 2 проводам.

Соленоидные замки с датчиком холла очень непросты в понимании. Вместо взводного ригеля используется датчик холла. В первую очередь обращать внимание нужно на количество проводов, которое используется для управления, понятие НО и НЗ может только запутать.

Если достаточно 2 проводов, то замок, как правило, НО. Если напряжения нет, замок открыт. При подаче напряжения замок закроется только после физического закрытия двери, т. е. датчик холла сработает рядом с магнитом, встроенным в ответную планку.

В некоторых случая для управления замком необходимо минимум 3 провода. Два провода для питания замка, один сигнальный на открытие или закрытие. Такие замки могут быть как НЗ, так и НО.

НЗ. При отсутствии напряжения засов выдвинут -> Напряжение появилось, засов втянулся (замок начинает потреблять много) -> Преподносим ответную планку, засов вылетает (замок потребляет куда меньше) -> Открытие происходит подачей + или — на сигнальный провод замка.

НО. При отсутствии напряжения засов втянут -> Напряжение появилось, засов втянут (замок потребляет мало) -> Преподносим ответную планку, засов вылетает (замок начал потреблять много) -> Открытие происходит подачей + или — на сигнальный провод замка.

Нестандартные замки бывают НО и НЗ типов.

Примеры нестандартных замков:

Promix-SM102.10 white (Шериф-2 лайт НЗ-Б)

Promix-SM305.00 white (Шериф-5 НО-Б) Замок встраивается в пластиковый профиль двери или окна. 

Promix-SM101.00.3 white (Шериф-1 премиум НО-Б)

Преимущества и недостатки электромагнитного дверного замка

Безопасность любого дома и сохранность имущества в нем, прежде всего, зависит от входной двери, а вернее от замка, который вмонтирован в неё. Среди замков, которые существуют, к одним из надёжных относятся магнитные замки (или электромагнитные).

Перед тем, как рассмотреть, почему магнитные замки считаются одними из надёжных замков, рассмотрим, каким образом крепятся такие замки, а также какой принцип действия в них заложен.

Принцип действия электромагнитного замка

Магнитный замок действует по следующему принципу: если обычный замок закрывается механически (несколькими поворотами ключа), то магнитный замок держит мощное электромагнитное поле, воспроизводимое при помощи обмотки в самом замке. Корпус и его основная составляющая (электромагнит) крепятся к недвижимой части двери. Железная планка прикрепляется к самой двери. В результате, электромагнит и прикрепленная металлическая пластина контактируют, притягиваются с большой силой и дверь оказывается запертой.

Открывается такая дверь либо при наличии специальной кнопки (обычно изнутри), либо используя электронный ключ (обычно снаружи). Что касается взлома такого замка, то такая возможность исключена, либо имеет мизерный процент возможности. Объясняется данный факт просто – чтобы подобрать нужную комбинацию придётся перебрать более миллиарда вариантов.

Тип и способ крепления

Магнитные замки имеют всего два типа конструкции. Первый тип – сдвиговой, то есть замок открывается при сдвиге, при этом направление этого сдвига поперечное. Второй тип – замок открывается отрывом (иными словами – нужно просто потянуть на себя). Соответственно и крепятся электромагнитные замки разными способами: если дверь открывается наружу, то замок используется накладной; если дверь открывается внутрь, то устанавливают врезной электромагнитный замок.

Нюансы установки электромагнитных замков

• Две основные части электромагнита (пластина и корпус) должны иметь плотное соприкосновение (иными словами, если пластина, устанавливаемая на дверь, будет плохо стыковаться к корпусу, то и сила замка будет меньшей).
• Для большей фиксации дополнительно можно установить доводчик;
• Силу электромагнитного поля замка выбирают в зависимости от веса двери. Так, для межкомнатной двери подойдёт замок, который будет удерживать вес от 120 кг; для входной двери – свыше 300 кг.

Преимущества электромагнитного замка

Что касается преимуществ магнитного замка, то их много и они существенные.

• Замок отличается высокой долговечностью, что обусловлено отсутствием движущихся деталей и механизмов;
• Открывать входную дверь можно на расстоянии;
• Устанавливается не только на железные, но и на деревянные и пластиковые двери;
• Все части легко монтируются, обслуживание простое;
• Потребляется минимальное количество электричества;
• Не зависит от окружающей среды и погодных условий;
• Цена магнитного замка вполне доступна;

Недостатки электромагнитного замка

Недостаток один, но весьма существенный. Это зависимость от электричества. Есть питание в сети – замок работает, отключили в доме электричество – дверь открыта. Если эта дверь наружная, то ситуация может стать катастрофической.

Проблему решают двумя путями. Во-первых, можно установить дополнительно систему резервного питания. При выключении в доме света, замок автоматически переключится на  нее. Но при серьезной аварии и эта система даст сбой.

Во-вторых, и так обычно и делают, на входную дверь устанавливают второй замок, обычный механический. Такая комбинация имеет свои преимущества. Механический замок надежный, он на виду, выходя из дома, хозяева закрывают дверь на ключ, — все как у всех. Но при этом злоумышленник, скорее всего, и не догадается, что есть еще и магнитный замок и он служит надежной второй линией защиты.

Электромагнетизм | физика | Britannica

Электромагнетизм , наука о заряде, а также о силах и полях, связанных с зарядом. Электричество и магнетизм — два аспекта электромагнетизма.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Какое волновое явление возникает в результате интерференции или наложения волн, движущихся в противоположных направлениях?

Электричество и магнетизм долгое время считались отдельными силами.Только в 19 веке они стали рассматриваться как взаимосвязанные явления. В 1905 году специальная теория относительности Альберта Эйнштейна без всяких сомнений установила, что оба аспекта являются аспектами одного общего явления. Однако на практике электрические и магнитные силы ведут себя по-разному и описываются разными уравнениями. Электрические силы создаются электрическими зарядами в состоянии покоя или в движении. С другой стороны, магнитные силы создаются только движущимися зарядами и действуют исключительно на движущиеся заряды.

Электрические явления происходят даже в нейтральной материи, потому что силы действуют на отдельные заряженные составляющие. В частности, электрическая сила отвечает за большинство физических и химических свойств атомов и молекул. Это чрезвычайно сильно по сравнению с гравитацией. Например, отсутствие только одного электрона из каждого миллиарда молекул у двух 70-килограммовых (154-фунтовых) людей, стоящих на расстоянии двух метров (двух ярдов) друг от друга, оттолкнет их с силой в 30 000 тонн. В более привычном масштабе электрические явления ответственны за молнии и гром, сопровождающие определенные бури.

Электрические и магнитные силы могут быть обнаружены в областях, называемых электрическими и магнитными полями. Эти поля имеют фундаментальную природу и могут существовать в космосе вдали от заряда или тока, которые их породили. Примечательно, что электрические поля могут создавать магнитные поля и наоборот, независимо от любого внешнего заряда. Как обнаружил в своей работе английский физик Майкл Фарадей, изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, лежащее в основе производства электроэнергии. И наоборот, изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, как пришел к выводу шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл.Математические уравнения, сформулированные Максвеллом, включают световые и волновые явления в электромагнетизм. Он показал, что электрические и магнитные поля перемещаются вместе в пространстве как волны электромагнитного излучения, при этом изменяющиеся поля взаимно поддерживают друг друга. Примерами электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве независимо от материи, являются радио- и телевизионные волны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Все эти волны движутся с одинаковой скоростью, а именно скоростью света (примерно 300 000 километров, или 186 000 миль в секунду).Они отличаются друг от друга только частотой, с которой колеблются их электрическое и магнитное поля.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Уравнения Максвелла по-прежнему обеспечивают полное и элегантное описание электромагнетизма вплоть до субатомного масштаба, но не включая его. Однако в XX веке интерпретация его творчества была расширена. Специальная теория относительности Эйнштейна объединила электрические и магнитные поля в одно общее поле и ограничила скорость всей материи скоростью электромагнитного излучения.В конце 1960-х физики обнаружили, что у других сил в природе есть поля с математической структурой, подобной структуре электромагнитного поля. Эти другие силы — сильная сила, ответственная за энергию, выделяемую при ядерном синтезе, и слабая сила, наблюдаемая при радиоактивном распаде нестабильных атомных ядер. В частности, слабые и электромагнитные силы были объединены в общую силу, называемую электрослабой силой. Цель многих физиков объединить все фундаментальные силы, включая гравитацию, в одну великую единую теорию, до сих пор не достигнута.

Важным аспектом электромагнетизма является наука об электричестве, которая занимается поведением агрегатов заряда, включая распределение заряда в материи и движение заряда с места на место. Различные типы материалов классифицируются как проводники или изоляторы в зависимости от того, могут ли заряды свободно перемещаться через составляющие их вещества. Электрический ток — это мера потока зарядов; законы, управляющие токами в материи, важны в технологии, особенно в производстве, распределении и управлении энергией.

Понятие напряжения, как и понятия заряда и тока, является фундаментальным в науке об электричестве. Напряжение — это мера склонности заряда перетекать из одного места в другое; положительные заряды обычно имеют тенденцию перемещаться из области высокого напряжения в область более низкого напряжения. Распространенная проблема в электричестве — это определение отношения между напряжением и током или зарядом в данной физической ситуации.

Эта статья призвана дать качественное понимание электромагнетизма, а также количественную оценку величин, связанных с электромагнитными явлениями.

.

Электромагнитный замок для стеклянных дверей, деревянных дверей, удерживающая сила 600 фунтов (280 кг) Электромагнитный дверной замок

Электромагнитный замок для стеклянных дверей, деревянных дверей, удерживающая сила 600 фунтов (280 кг) электромагнитный дверной замок

Описание продукта

Наш основной продукт

Упаковка и доставка

Информация о компании

.

Электрические аспекты современного внешнего интерфейса

Целью этого исследования является представление некоторых практических соображений, касающихся современного состояния при получении удовлетворительных сигналов для получения электроэнцефалографических сигналов. Эти соображения важны для пользователей и разработчиков системы. Выбор правильного электрода и стратегия проектирования исходной электронной схемы играет важную роль в улучшении измерительных характеристик системы. Рассмотрение подводных камней в конструкции системы измерения биопотенциала и условий сеанса записи обеспечивает лучшую точность.В записывающих электродах электроэнцефалограммы (ЭЭГ) системная электроника, включая фильтрацию, усиление, преобразование сигнала, хранение данных и условия окружающей среды, влияют на характеристики записи. В этой статье обсуждаются принципы работы электродов ЭЭГ и основные моменты методов электронного шумоподавления во внешнем интерфейсе сбора сигналов ЭЭГ, а также представлены некоторые предложения по улучшению сбора сигналов.

1. Введение

Хотя основы измерения электроэнцефалограммы (ЭЭГ) у человека остаются неизменными с 1929 года, впервые она была сделана Гансом Бергером, технологические разработки дают возможность создавать гораздо более сложные системы сбора данных с учетом клинических потребностей и научные исследования.Человеческий мозг генерирует электрические сигналы, называемые сигналами ЭЭГ, которые связаны с функциями организма, и эта статья посвящена их получению. Эти сигналы примерно меньше 100 В и 100 Гц и могут быть измерены с помощью электродов, размещенных на коже головы, неинвазивно. Из-за их низкой амплитуды, обусловленной строением черепа, измерение ЭЭГ сложнее, чем другие неинвазивные измерения биосигналов, такие как электрокардиограмма, электромиограмма, электроокулограмма и т. Д. Наличие дорогих систем регистрации биосигналов не может гарантировать получение правильных сигналов.В этом смысле некоторые факторы для получения хороших сигналов ЭЭГ следует учитывать в новых разработках и во время сеансов записи. Эти основные соображения обсуждаются, и в этом документе представлены некоторые предложения.

При записи биосигналов электроды являются начальными элементами, которые используются для преобразования сигналов биопотенциала от источников биопотенциала в электрические сигналы. На рис. 1 показано упрощенное измерение биопотенциала. Электроды ЭЭГ обычно изготавливаются из металла и изготавливаются в виде чашечек, дисков, игл или микроэлектродов для измерения внутрикортикальных потенциалов.Хлорид серебра (AgCl) является предпочтительным для обычных нейрофизиологических применений [1]. Поскольку Ag является малорастворимой солью, AgCl быстро насыщается и приходит в состояние равновесия. Следовательно, Ag является хорошим металлом для металлических электродов на поверхности кожи [2]. Выбор правильного электрода, а также подготовка кожи перед записью влияют на точность измерений.

Еще одним важным фактором является электронный шум, который очень важен для измерений биосигналов. Электронный шум может быть вызван внутренними и внешними источниками шума.Источниками внутреннего шума являются тепловой (из-за резистивных компонентов), дробовой (из-за полупроводниковых дырок и диффузий), фликкер (из-за контактных штырей) и всплеск (или попкорн из-за примесей в полупроводниках) шум [3]. Самый главный внешний шум вызывается помехами от линии электропередачи. Это хорошо видно при спектральном анализе на частоте 50 Гц (или 60 Гц). Между линиями электропередач и предметом имеются емкости (паразитная и изоляционная). Чтобы точно извлечь биосигналы из электронного шума, необходимы эффективные методы шумоподавления [3, 4].Для этого необходима эффективная аналоговая и / или цифровая фильтрация.

В следующих разделах представлены электроды ЭЭГ, а также вопросы записи и конструкции ЭЭГ.

2. Материалы и методы

2.1. Электроды ЭЭГ

Электроды могут быть поляризованными (необратимыми) или неполяризованными (обратимыми). Поляризации избегают, поскольку ион хлорида является общим как для электрода, так и для электролита. Для изготовления электродов можно использовать другие металлы, такие как золото или платина, но это дорого.Поляризованные электроды имеют тенденцию создавать значительную емкость, и это может мешать передаче лежащих в основе биосигналов. Эти электроды действуют как фильтр низких частот (фильтр нижних частот). Неполяризованные электроды, такие как электроды из AgCl, предпочтительны для обычных нейрофизиологических применений [1, 2]. Обычные электроды из Ag / AgCl необходимо вовремя хлорировать; однако спеченные (изготовление электродов из порошка путем нагрева материала в печи для спекания до температуры ниже его точки плавления) электроды Ag / AgCl не нуждаются в хлорировании.

Электроды ЭЭГ можно разделить на одноразовые многоразовые диски и чашеобразные (колпачки для ЭЭГ), подкожные иглы (одноразовые иглы, которые вводят под кожу) и имплантированные электроды (для точного определения происхождения судорожной активности). Доступны иглы с постоянно прикрепленными проволочными выводами, когда вся сборка выбрасывается, или гнезда, которые прикрепляются к проводам с соответствующими вилками. Они сделаны из нержавеющей стали или платины. Некоторые электроды ЭЭГ могут использоваться для специальных целей.Например, имплантированные электроды ЭЭГ также можно использовать для стимуляции мозга и картирования корковых и подкорковых неврологических функций, таких как двигательная или языковая функция, при подготовке к операции по эпилепсии. Инфекция должна считаться основным риском имплантированных электродов ЭЭГ.

При неинвазивном измерении электрического сигнала мозга существует интерфейсный материал между электродом и кожей. Этот материал является электролитом и может быть в форме геля или пасты для ЭЭГ. Электрофизиологическая активность, вызванная источником биопотенциала, является источником тока, который вызывает прохождение тока во внеклеточной жидкости и других проводящих путях через ткань.

Чашечкообразный электрод обеспечивает достаточный объем для содержания электролита, включая ионы хлора. В этих электродах кожа никогда не касается материала электрода напрямую. Сопротивление поверхности раздела электрод-ткань зависит от нескольких факторов. Некоторыми из этих факторов являются интерфейсный слой (например, подготовка кожи, жировая масса, волосы и т. Д.), Площадь поверхности электрода и температура электролита. Контакт электрод-ткань можно смоделировать, как показано на рисунке 2. Как видно из рисунка, граница раздела электрод-ткань не только резистивная, но также состоит из емкостных элементов.Это важно для частотной зависимости контакта электрода с кожей.

Из-за взаимодействия между металлическим электродом и электролитом ионы накапливались в виде параллельных пластин. Между электродом и электролитом происходит ионно-электронный обмен. Этот обмен приводит к появлению напряжения, которое называется потенциалом полуячейки. Из-за этого потенциала в некоторых случаях усилители биопотенциала должны выдерживать до 300 мВ. Это значение зависит от материала электрода и электролита.Это можно объяснить уравнением Нернста просто, как

Здесь мы имеем ε : потенциал полуячейки (В),: переносимый электрон (число молей) и: скорость внутренних и внешних ионов:.

В клинических записях ЭЭГ система размещения электродов 10/20 является стандартом и обычно используется во многих клинических или исследовательских целях [5]. Хотя в этой системе 75 мест, для клинического применения может быть достаточно от 8 до 32 электродов. 8 каналов также может быть достаточно для некоторых приложений мозгового компьютерного интерфейса (BCI); с другой стороны, для формирования изображения электрического источника (ESI) требуется более 100 каналов.Электроды располагаются над лобной, височной, теменной и затылочной долями, а нечетные и четные числа относятся к левому и правому полушариям соответственно. Из-за требований другая система размещения — это установка электродов на 5% и определение 345 положений [6], но это не общепринятый стандарт.

2.2. Записи ЭЭГ

В системе ЭЭГ в качестве неинвазивного применения электроды помещают на кожу головы, и достаточное количество электродов может быть от 1 до 256 (или больше в ближайшем будущем), помещенных на колпачок ЭЭГ для легкого применения.Чтобы обеспечить ионный ток и уменьшить контактное сопротивление между поверхностью электрода и кожей головы, гель или паста для ЭЭГ должны использоваться вместе для надлежащей подготовки кожи. При измерении биопотенциала наиболее важным моментом является сохранение оригинальности биосигнала. Контактное сопротивление должно быть от 1 кОм до 10 кОм для регистрации точного сигнала. Контактное сопротивление менее 1 кОм указывает на возможное замыкание между электродами; с другой стороны, импеданс более 10 кОм может вызвать искажающие артефакты.

Своевременная сушка геля или пасты, а также потоотделение и движения человека (моргание глаз, движения мышц, сердцебиение и т. Д.) Могут легко отрицательно повлиять на качество измерения. По этим причинам время записи обычно ограничивается несколькими часами. Для длительных периодов времени или амбулаторных записей ЭЭГ необходимы дополнительные требования, чтобы сделать пациента более комфортным и обеспечить стабильную работу системы. Приложения с высоким разрешением, такие как ESI или беспроводная передача данных, также требуют другого подхода к конструкции новых электродов.Чтобы сократить время подготовки кожи и более точно измерить биосигналы, к изготовлению электродов пытаются применить несколько подходов. Например, тонкопленочные электроды с несколькими матрицами разработаны специально для различной глубины в рабочих приложениях [10]; В качестве электрода используется сталь с нитридным покрытием, и нет необходимости в пасте для ЭЭГ для успешной записи [11]. В последние несколько лет набирают популярность исследования активных электродов (усилитель с малым или единичным усилением, расположенный рядом с электродом).Сообщается о снижении шума с этими типами электродов без использования электродного геля и с гораздо большей подготовкой кожи [9, 12–14].

В коммерческих приложениях, помимо классических чашеобразных или дискообразных электродов и активных электродов, используется другой подход для сокращения времени подготовки (с помощью EGI’s HydroCel Geodesic Sensor Net). При таком подходе подготовка и шлифовка кожи головы не требуются. Поскольку конструкция камеры с мягкой подставкой создает герметичную среду, она увлажняет кожу и создает поверхность раздела между кожей и электродом.Сообщается о времени применения геодезической сенсорной сети HydroCel на основе губки от 5 минут для 32 каналов до 15 минут для 256 каналов [8]. На практике для электрода требуется не менее 45 минут, а для подготовки кожи для 256-канального колпачка электрода чашеобразной формы — 15 минут. На рисунке 3 показаны некоторые имеющиеся в продаже электроды и колпачки для ЭЭГ. На этом рисунке показаны несколько примеров неинвазивных электродов и колпачков ЭЭГ, а также одна внутрикортикальная электродная матрица.

(a) Электроды Ag-AgCl
(b) Активные электроды
(c) Внутрикортикальный электродный массив
(d) Колпачки ЭЭГ (слева направо: Стандарт: 256-кан., ( me) (Neuroscan) [7], (Neuroscan) [7], (EGI) [8], Active; (Biosemi) [9], Hydrocel (EGI)) [8]
(a) Электроды Ag-AgCl
(b) Активные электроды
(c) Внутрикортикальный электродный массив
(d) Колпачки ЭЭГ (слева направо: Стандарт: 256-кан., (я) (Neuroscan) [7], (Neuroscan) [7], (EGI) [8], Активный; (Biosemi) [9], Hydrocel (EGI)) [8]

Другой подход к изготовлению электрода ЭЭГ — сухой электрод (рис. 4). Этот тип электрода не требует длительного времени на установку и удобен для длительной записи. Эти свойства полезны для приложений BCI и нейробиоуправления. Например, для создания сухого электрода используются диски из силиконовой проводящей резины толщиной 1,5 мм и диаметром 8 мм. Активная сторона электрода является емкостной и соединена через слой изолирующего силиконового каучука с металлическим экраном, подключенным к активной защитной оболочке.Импеданс реализованных электродов на частоте 100 Гц больше 20 МОм при паразитной емкости менее 2 пФ [15].

Для аппликаций под корковыми слоями используются внутрикортикальные электроды. Один из этих типов электродов (внутрикортикальный электродный массив штата Юта) представляет собой набор из 100 проникающих кремниевых микроэлектродов, предназначенных для электрического фокусирования стимуляции или записи нейронов, находящихся в одном слое на глубине до 1,5 мм под поверхностью коры головного мозга [16]. . Каждый электрод внутрикортикального матричного электрода равен 1.Длина 5 мм, ширина 0,08 мм у основания и 0,001 мм на кончике.

Каждый тип электрода должен использоваться с исправной электронной схемой. На рисунке 5 показаны электроды ЭЭГ и примеры получения начального сигнала. Необходимо учитывать условия окружающей среды при записи, значение контактного импеданса и его стабильность, метод усиления (переменный или постоянный ток) и время записи. В следующем подразделе кратко объясняются соображения по проектированию.

2.3. Соображения по дизайну

При записи ЭЭГ, как и при других измерениях биосигналов, одной из основных проблем является шум 50 (или 60) Гц из-за линий электропередач.Между линиями электропередач и предметом имеются емкости (паразитная и изоляционная). Способы электромагнитных помех (EMI) показаны на рисунке 6. Факторы окружающей среды влияют на объект и систему измерения. Например, люминесцентная лампа на расстоянии 1-2 м от измерительной системы создает помехи для измерительного сигнала в виде пиков в несколько кГц. Сигнал помехи может составлять половину шума линии электропередачи. Таким же образом другие электрические или электронные устройства могут мешать измерениям биосигнала.

Постоянная составляющая синфазного сигнала составляет около нескольких тысяч, вольт, а переменная составляющая может составлять около 1 В. Это значение может быть в шкале мВ, когда тело обследуемого заземлено на землю, и может достигать 20 В при удержании линии питания [17]. Электростатический разряд (ESD) и дефибриллятор следует учитывать при проектировании электроники. Они должны быть защищены для пациента / субъекта, а также для исходных активных компонентов. Чтобы уменьшить влияние синфазного сигнала, необходимо использовать инструментальные усилители с более высоким коэффициентом подавления синфазного сигнала (CMRR) [18, 19].Некоторые исследования, связанные с дизайном биопотенциала, показывают, что CMRR составляет 80–136 дБ [20–23]. Для уменьшения эффекта емкости изоляции эффективна работа от батареи [9].

Чтобы гарантировать безопасность пациента / пациента, ток утечки должен быть меньше уровней, определенных IEC 601-1. В соответствии с этим правилом ток утечки в нормальных условиях должен быть менее 10 А, в то время как при подключении к основному источнику питания допустимым является 50 А.

Усилители биопотенциала могут иметь связь по постоянному или переменному току.В стратегии проектирования решения по подключению постоянного или переменного тока и фильтрации (аппаратного или программного обеспечения) являются начальными шагами для разработчика системы измерения биопотенциала. Для усиления переменного тока может быть достаточно цифрового разрешения более 10 бит. Однако для усиления постоянного тока, поскольку количество эффективных битов уменьшается, для аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) необходимо более 20 битов. Для сигма-дельта технологии высокого цифрового разрешения одним из хороших решений является АЦП [22, 23].

Схема входного усилителя представлена ​​на рисунке 7.Это могут быть проволочные электроды (классический подход) или близко расположенные к электродам (активный электродный подход). После испытаний видно, что схему можно использовать для измерения сигналов ЭЭГ, ЭОГ или ЭМГ. Коэффициент усиления этого усилителя равен 16, и он не вызывает насыщения биопотенциального усилителя, а его CMRR составляет 102 дБ при отсутствии экранирования или защиты от электромагнитных помех.

3. Обсуждения

Правильное получение сигнала ЭЭГ означает в основном безопасность, измерение биосигнала с более высоким отношением сигнал / шум (SNR) и без потери данных.Основные моменты, которые автор вкратце предложил для всего процесса записи, следующие.

(i) Безопасность субъектов / пациентов . Из-за утечки тока от системной электроники и дефибриллятора (если он используется) должна быть обеспечена безопасность пациента / пациента. Субъект / пациент и внешние схемы и заземление должны быть разделены (т. Е. Аналоговое и цифровое заземление). Увеличение коэффициента подавления режима изоляции усилителя снижает влияние напряжения режима изоляции.

(ii) Защита от электромагнитных помех . Запрещается эксплуатация электрических или электронных устройств, особенно люминесцентных ламп, вблизи записывающей установки. В противном случае полученные сигналы ЭЭГ искажаются, а сигнал искажается шумом. Использование инструментального усилителя может помочь избавиться от этой проблемы.

(iii) Нет мышечных движений субъекта / пациента . Мышечные движения (т.е. загрязнение, связанное с ЭМГ), такие как моргание глаз, стиснение зубов, движение плеч или ног и т. Д., Плохо влияют на получение сигнала ЭЭГ.Эти случаи могут вызвать неправильные комментарии к сигналам и ошибку обработки сигналов.

(iv) Защита от электростатического разряда . Активные электронные компоненты должны иметь защиту от электростатического разряда более 2000 В. Отсутствие защиты от электростатического разряда может вызвать повреждение активных электронных компонентов и может вызвать серьезные проблемы для субъекта / пациента.

(v) Эффективное заземление . Металлические ящики должны быть соединены с металлической пластиной / стержнем, закопанным в землю. Правильная техника заземления помогает снизить шум, увеличивая отношение сигнал / шум.

(vi) Электроды . Выбор правильного электрода и монтажа следует решать с учетом клинических или исследовательских целей. В дополнение к наличию промышленных стандартных или активных типов электроды могут быть изготовлены, например, с емкостной связью или сухим электродом. Количество электродов и их расположение также важны для приложения.

(vii) Импеданс контакта электрода . Значение контактного импеданса должно быть от 1 кОм до 10 кОм для классических электродов.Контактное сопротивление менее 1 кОм указывает на возможное замыкание между электродами. Контактное сопротивление более 10 кОм препятствует регистрации сигналов ЭЭГ. Перед измерением следует измерить контактное сопротивление и во время записи наблюдать кривую ЭЭГ. Используя современные технологии, микросхемы усилителя с высоким входным сопротивлением (1 G) и подходы с активным электродом уменьшают зависимость контактного импеданса. Для получения правильного сигнала электроды нельзя перемещать. В противном случае это вызывает колебания сигнала ЭЭГ и всплески на нем.

(viii) Помехозащищенность . При проектировании электронных схем и печатных плат необходимо учитывать методы снижения шума. Электронные карты и соединительные кабели следует помещать в металлический ящик, чтобы максимально снизить электронные помехи. Использование витых, смешанных и ведомых сигнальных кабелей дает хорошие результаты. Поскольку сигналы ЭЭГ имеют низкую амплитуду Vs, они очень чувствительны к электронному шуму. Электронный шум должен быть менее 2 В (размах).

(ix) Условия окружающей среды .Если система ЭЭГ сочетается с магнитно-резонансной томографией, она должна быть совместимой для работы в сильном магнитном поле. Точно так же, если система ЭЭГ используется в операционной во время операции, она не должна подвергаться воздействию высоких электронных шумов, таких как электрокаутеризация. Запись должна быть стабильной, а температура окружающей среды не должна влиять на производительность системы. Производительность системы не должна зависеть от разумных колебаний температуры.

(x) Снижение синфазных сигналов .Для уменьшения синфазных сигналов необходимо использовать инструментальный усилитель с CMRR более 80 дБ. Это важно для получения сигнала с высоким SNR.

(xi) Режим записи . Разработчик или пользователь должен выбрать режим записи для своих приложений. Записи ЭЭГ могут быть биполярными (дифференцированный сигнал двух близких электродов), униполярными (дифференцированный общий эталон) или с использованием усредненного эталона. Для клинических или исследовательских приложений требуются разные режимы записи.

(xii) Положение электрода сравнения и заземления . Размещение электрода сравнения особенно важно для некоторых приложений. Обычно электрод сравнения располагается на вершине; заземляющий электрод размещается на левом или правом (или вместе) ухе.

(xiii) Сохранение оригинальности биосигналов . Должно быть предусмотрено линейное усиление без искажений. В противном случае обработка сигналов (обнаружение, распознавание образов, выделение признаков, классификация и усреднение и т. Д.) производительность может снизиться.

(xiv) Как избежать насыщения усилителя . Если цепи усилителя перегружаются, потеря аналогового сигнала неизбежна. Насыщение усилителя вызвано высоким входным сигналом, в основном из-за перемещений электродов. При усилении переменного тока усилитель, который используется перед фильтрацией верхних частот, должен быть зафиксирован на оптимальное усиление, чтобы избежать уровня насыщения. Если предпочтительным является усиление постоянного тока, риск насыщения усилителя отсутствует; с другой стороны, количество эффективных битовых разрешений уменьшается.

(xv) Подавление перекрестных помех . Для многоканальных систем подавление перекрестных помех должно быть достаточно высоким. В противном случае на каналы могут воздействовать другие каналы; следовательно, артефакт существует.

(xvi) Входное сопротивление . Входное сопротивление цепи должно быть достаточно высоким. Для сигналов постоянного тока более 1 G значение входного импеданса дает хорошие результаты. Низкое входное сопротивление вызывает нагрузку на источник биосигнала, что приводит к повреждению сигнала.

(xvii) Входной ток смещения .Входной ток смещения входного усилителя должен быть как можно меньше (пА). Если источники биосигнала загружаются входным усилителем, это также вызывает искажения.

(xviii) Диапазон частот . Выбор подходящей полосы фильтра (по крайней мере, ширина полосы должна составлять 0,5–70 Гц) важен для приема сигнала. Это также важно для оцифровки и хранения данных. Должны быть обеспечены достаточная (и оптимальная) частота дискретизации (140 Гц) и скорость передачи. Уровень постоянного тока должен быть удален для эффективного преобразования / обработки сигнала в аппаратном или программном обеспечении.

(xix) Оцифровка . Для аналого-цифрового преобразователя (АЦП) должно быть обеспечено достаточное (и оптимальное) цифровое разрешение (10 бит для усиления переменного тока, 20 бит для усиления постоянного тока). Если используется низкое цифровое разрешение, ошибка квантования увеличивается.

(xx) Моменты одинаковой выборки . Если многоканальная система спроектирована (или используется), не должно быть временной задержки между каналами. Однако для аналогового умножителя это может быть проблемой, но не для цифрового умножителя.Для одновременной выборки моментов времени следует использовать схемы выборки и хранения. Если каждый аналоговый канал имеет свой собственный АЦП, это можно сделать с помощью синхронизации управляющего сигнала АЦП.

(xxi) Время записи . Необходимо достаточное (и оптимальное) время записи. Длительная запись (более 2 часов) вызывает артефакты из-за высыхания геля, потоотделение и беспокойство у субъекта / пациента. С другой стороны, недостаточное время записи приводит к недостаточному сбору данных.

(xxii) Удобство для пользователя .Аппаратное и программное обеспечение системы должно быть хорошо интегрировано и иметь удобный интерфейс.

(xxiii) Низкое энергопотребление . Это важно для систем с батарейным питанием.

(xxiv) Низкая стоимость . Система должна быть рентабельной, а компоненты должны быть доступны.

4. Заключение

Есть основные моменты, которые следует учитывать для улучшения характеристик измерения при разработке системы измерения биосигнала или сеанса записи.В частности, выбор правильного электрода, подготовка кожи и снижение шума линии электропередачи являются важными вопросами для записи ЭЭГ. Для уменьшения электромагнитных помех эффективными методами являются металлический ящик для электронных схем, экранированная (по принципу клетки Фарадея) записывающая комната и защита (управляемая или нет) для уменьшения синфазного сигнала. Производительность системы измерения биосигнала зависит от электродов, электронных схем и условий записи. Выбор правильного электрода и успешная стратегия электронного проектирования необходимы для правильного приема сигналов ЭЭГ.

.