電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李寧遠(yuǎn))電感式傳感器利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)。在很多應(yīng)用中都會(huì)有利用到電感式傳感器來對(duì)位移、壓力、振動(dòng)、應(yīng)變、流量等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，在機(jī)電控制系統(tǒng)中應(yīng)用得尤為廣泛。這不僅得益于它結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，其抗干擾能力強(qiáng)及測(cè)量精度高也有很重要的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)。感應(yīng)傳感器檢測(cè)金屬目標(biāo)與感應(yīng)線圈傳感器的接近程度，而電容傳感器檢測(cè)傳感器和電極之間的電容變化。

這一類傳感有兩個(gè)很重要的方向，一是非接觸式檢測(cè)，一是無磁體感應(yīng)。電感式傳感器模擬前端和電感數(shù)字(LDC)轉(zhuǎn)換器不受直流(DC)磁場(chǎng)的影響，無需使用磁體即可運(yùn)行，能夠用于在位置感應(yīng)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)精度。電感式傳感器非接觸式的特性，更能使其在惡劣環(huán)境中工作并保持可靠性。

電感式傳感系統(tǒng)如何完成測(cè)量

LDC器件采用諧振傳感原理進(jìn)行工作。連接到LDC的傳感器本質(zhì)上是一個(gè)與電感器并聯(lián)的固定電容器，它通常是一個(gè)印刷在PCB上的線圈。固定電容器和感應(yīng)線圈形成LDC運(yùn)行所需的外部LC電路。

(LDC運(yùn)行，TI)

當(dāng)導(dǎo)電目標(biāo)接近感應(yīng)線圈時(shí)，會(huì)在導(dǎo)電目標(biāo)的表面形成渦流。渦流產(chǎn)生自己的磁場(chǎng)，這與傳感器電感器產(chǎn)生的原始磁場(chǎng)相反。由于與原始磁場(chǎng)相反，原始磁場(chǎng)會(huì)被削弱;與電感器自由空間電感相比，這同時(shí)會(huì)降低電感。這些渦流的磁場(chǎng)抵抗電感線圈的電流降低了系統(tǒng)的電感，增加了諧振傳感頻率。

LDC裝置可以將該諧振傳感頻率轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字值。目標(biāo)位置的任何變動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致電感值 發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致諧振頻率發(fā)生變化。這樣，測(cè)量頻率變化可用于確定電感變化與目標(biāo)位置。各類LDC器件都使用這兩種原理中的一種或兩種來確定目標(biāo)位置的變化。

這里需要的補(bǔ)充的是根據(jù)固定公式給出的頻率諧振需要某個(gè)源的參考頻率，對(duì)于給定的采樣頻率，可以使用較高參考頻率的器件來提供較高的測(cè)量分辨率。如果LDC需要外部的振蕩器，最好選擇小于100psRMS抖動(dòng)且頻率穩(wěn)定且占空比為50%的方波。

有些LDC器件可以獨(dú)立操作，無須MCU的支持，這需要LDC器件內(nèi)部集成算法，自動(dòng)處理傳感器測(cè)量。這種內(nèi)部算法的集成還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)點(diǎn)，即大幅度降低電源電流，這也是一個(gè)很有吸引力的地方。

電感式傳感應(yīng)用相關(guān)問題

首先我們關(guān)注的是采樣率(最大)，LDC器件的最大采樣率一般在4kSPS和180kSPS之間，4kSPS已經(jīng)是足夠高的采樣率了。電子信號(hào)的運(yùn)動(dòng)比起物理運(yùn)動(dòng)來說還是快得多的，在器件的每個(gè)采樣間隔里，被檢測(cè)設(shè)備能移動(dòng)的距離并不遠(yuǎn)。在采樣率能滿足的情況下，另一個(gè)制約的條件是有效分辨率。采樣率與有效分辨率的取舍要考慮到具體應(yīng)用場(chǎng)景。

并聯(lián)諧振阻抗是影響測(cè)量結(jié)果的一個(gè)重要因素。器件會(huì)通過對(duì)該并聯(lián)諧振阻抗測(cè)量進(jìn)行縮放來匹配傳感器并聯(lián)諧振阻抗范圍，以此來優(yōu)化測(cè)量結(jié)果。并聯(lián)諧振阻抗是一個(gè)極容易受目標(biāo)溫度變化而變化的參數(shù)，如果目標(biāo)的溫度變化幅度較大，其偏移會(huì)不可避免地?cái)U(kuò)大。因此并聯(lián)諧振阻抗測(cè)量更適合一些溫度范圍有限的應(yīng)用。

在上面我們說到，大多數(shù)應(yīng)用不需要非常高的采樣率，采樣率越高，系統(tǒng)的響應(yīng)性就越快平均功率越高這是顯而易見的。因此考慮實(shí)際應(yīng)用情況，通過調(diào)整占空比使LDC進(jìn)入非活躍模式能夠很明顯地節(jié)省電流。功耗受限的應(yīng)用會(huì)比較關(guān)注這個(gè)問題。內(nèi)部算法獨(dú)立操作的LDC器件不需要和MCU進(jìn)行交互，以按選定的掃描速率定期對(duì)所有活動(dòng)的通道進(jìn)行采樣，然后自動(dòng)返回到超低功耗模式，這也是一種降低功耗的好辦法。

多通道LDC感應(yīng)功耗

多通道LDC意味著能使用單個(gè)LDC器件來設(shè)計(jì)多傳感器系統(tǒng)，一般來說多通道LDC設(shè)備的峰值采樣率會(huì)較高，這是影響功耗其中的一點(diǎn)。在連續(xù)采樣模式下，這些多通道LDC設(shè)備的功耗通常在幾毫安的量級(jí)上，比霍爾效應(yīng)傳感功耗來得更低。對(duì)于給定的采樣率，測(cè)量的總轉(zhuǎn)換時(shí)間也會(huì)根據(jù)分辨率要求影響功耗，采樣時(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間、開關(guān)延遲、數(shù)據(jù)回讀等等都會(huì)影響功耗。

(占空比與LDC測(cè)量時(shí)間，TI)

總的來說，對(duì)于多通道LDC來說，占空比循環(huán)和時(shí)鐘門控是有效降低器件功耗的技術(shù)。為了保證流過設(shè)備的電流是最小值，使用外部振蕩器的LDC系統(tǒng)應(yīng)在LDC不主動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)關(guān)閉振蕩器是很有用的。

小結(jié)

LDC感應(yīng)器件可以應(yīng)用的方向不少，電感式觸控器件在可穿戴設(shè)備上和工業(yè)HMI上已經(jīng)代替了很多按鈕應(yīng)用;多通道LDC在監(jiān)測(cè)多個(gè)傳感器的系統(tǒng)上也是替代高分辨率差分傳感器的不錯(cuò)選擇。

原文標(biāo)題：LDC電感式傳感應(yīng)用

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審核編輯：湯梓紅