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          LDC電感式傳感器的應用

          時間:2022-04-28 13:51:17來源:中國傳動網

          導語:?電感式傳感器利用線圈自感或互感系數的變化來實現非電量電測。在很多應用中都會有利用到電感式傳感器來對位移、壓力、振動、應變、流量等參數進行測量,在機電控制系統中應用得尤為廣泛。

            電感式傳感器利用線圈自感或互感系數的變化來實現非電量電測。在很多應用中都會有利用到電感式傳感器來對位移、壓力、振動、應變、流量等參數進行測量,在機電控制系統中應用得尤為廣泛。這不僅得益于它結構簡單、靈敏度高,其抗干擾能力強及測量精度高也有很重要的優勢點。感應傳感器檢測金屬目標與感應線圈傳感器的接近程度,而電容傳感器檢測傳感器和電極之間的電容變化。

            這一類傳感有兩個很重要的方向,一是非接觸式檢測,一是無磁體感應。電感式傳感器模擬前端和電感數字(LDC)轉換器不受直流(DC)磁場的影響,無需使用磁體即可運行,能夠用于在位置感應應用中實現亞微米級精度。電感式傳感器非接觸式的特性,更能使其在惡劣環境中工作并保持可靠性。

            電感式傳感系統如何完成測量

            LDC器件采用諧振傳感原理進行工作。連接到LDC的傳感器本質上是一個與電感器并聯的固定電容器,它通常是一個印刷在PCB上的線圈。固定電容器和感應線圈形成LDC運行所需的外部LC電路。

          LDC傳感器運行.jpg

            (LDC運行,TI)

            當導電目標接近感應線圈時,會在導電目標的表面形成渦流。渦流產生自己的磁場,這與傳感器電感器產生的原始磁場相反。由于與原始磁場相反,原始磁場會被削弱;與電感器自由空間電感相比,這同時會降低電感。這些渦流的磁場抵抗電感線圈的電流降低了系統的電感,增加了諧振傳感頻率。

            LDC裝置可以將該諧振傳感頻率轉換為一個數字值。目標位置的任何變動都會導致電感值 發生變化,進而導致諧振頻率發生變化。這樣,測量頻率變化可用于確定電感變化與目標位置。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位置的變化。

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

            有些LDC器件可以獨立操作,無須MCU的支持,這需要LDC器件內部集成算法,自動處理傳感器測量。這種內部算法的集成還有一個優勢點,即大幅度降低電源電流,這也是一個很有吸引力的地方。

            電感式傳感應用相關問題

            首先我們關注的是采樣率(最大),LDC器件的最大采樣率一般在4kSPS和180kSPS之間,4kSPS已經是足夠高的采樣率了。電子信號的運動比起物理運動來說還是快得多的,在器件的每個采樣間隔里,被檢測設備能移動的距離并不遠。在采樣率能滿足的情況下,另一個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用場景。

            并聯諧振阻抗是影響測量結果的一個重要因素。器件會通過對該并聯諧振阻抗測量進行縮放來匹配傳感器并聯諧振阻抗范圍,以此來優化測量結果。并聯諧振阻抗是一個極容易受目標溫度變化而變化的參數,如果目標的溫度變化幅度較大,其偏移會不可避免地擴大。因此并聯諧振阻抗測量更適合一些溫度范圍有限的應用。

            在上面我們說到,大多數應用不需要非常高的采樣率,采樣率越高,系統的響應性就越快平均功率越高這是顯而易見的。因此考慮實際應用情況,通過調整占空比使LDC進入非活躍模式能夠很明顯地節省電流。功耗受限的應用會比較關注這個問題。內部算法獨立操作的LDC器件不需要和MCU進行交互,以按選定的掃描速率定期對所有活動的通道進行采樣,然后自動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感應功耗

            多通道LDC意味著能使用單個LDC器件來設計多傳感器系統,一般來說多通道LDC設備的峰值采樣率會較高,這是影響功耗其中的一點。在連續采樣模式下,這些多通道LDC設備的功耗通常在幾毫安的量級上,比霍爾效應傳感功耗來得更低。對于給定的采樣率,測量的總轉換時間也會根據分辨率要求影響功耗,采樣時間、轉換時間、開關延遲、數據回讀等等都會影響功耗。

          傳感器.jpg

            (占空比與LDC測量時間,TI)

            總的來說,對于多通道LDC來說,占空比循環和時鐘門控是有效降低器件功耗的技術。為了保證流過設備的電流是最小值,使用外部振蕩器的LDC系統應在LDC不主動轉換時關閉振蕩器是很有用的。

            小結

            LDC感應器件可以應用的方向不少,電感式觸控器件在可穿戴設備上和工業HMI上已經代替了很多按鈕應用;多通道LDC在監測多個傳感器的系統上也是替代高分辨率差分傳感器的不錯選擇。

          標簽: 傳感器

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