電感式傳感：線性位置傳感（第 1 部分）

大部分人認(rèn)為電感式傳感只是測(cè)量線圈與傳導(dǎo)目標(biāo)之間距離的方法，但該技術(shù)還有很多其它使用案例。例如，你是否知道可以使用一個(gè)螺旋 PCB 線圈和一塊銅帶來(lái)測(cè)量線性位置?

LDC1000 等電感至數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (LDC) 能感應(yīng)接近傳導(dǎo)目標(biāo)(例如一片金屬)的電感器的電感變化。LDC 可測(cè)量電感變化，提供有關(guān)目標(biāo)位置的信息。

對(duì)于我的線性位置滑塊，我并沒(méi)有使用改變目標(biāo)與線圈間距的常用方法。相反，我讓目標(biāo)至線圈的距離保持固定，并在線性滑動(dòng)目標(biāo)時(shí)改變了整個(gè)線圈的金屬接觸面。為此，我使用了一塊從銅帶上裁切下來(lái)的 100 毫米長(zhǎng)的三角形目標(biāo)。銅帶可越過(guò)三角的最寬一端，確保在該位置上最大的金屬接觸面。

我選擇了一個(gè)直徑 29 毫米、每層 70 匝的 2 層 PCB 線圈作為傳感器線圈。之所以選擇該線圈，是因?yàn)樗闹睆匠^(guò)了該形狀目標(biāo)的最寬部分。圖 1 是我在該實(shí)驗(yàn)中使用的線圈和三角銅帶目標(biāo)。

圖 1：PCB 線圈和三角形銅片目標(biāo)

隨后我將目標(biāo)安放在距離 PCB 線圈 4 毫米的位置。將目標(biāo)接近線圈安放，可增加線圈從目標(biāo)最寬部分到最窄部分移動(dòng)時(shí)的電感變化。對(duì)于高精度線性位置傳感器來(lái)說(shuō)，一定要盡量縮小目標(biāo)距離，以獲得最佳分辨率。

我將目標(biāo)以 0.5 毫米的步長(zhǎng)從位置 0(目標(biāo)的最寬部分)移動(dòng)到位置 100(最窄部分)，并測(cè)量了每個(gè)位置的電感。圖 2 是測(cè)得的數(shù)據(jù)曲線。

圖 2：線性滑塊位置與所測(cè)量的電感

將目標(biāo)從最寬位置滑動(dòng)到最窄位置，可讓傳感器電感從 175.2μH 增加到 251.4μH。由于兩端的電感變化小，因此我建議在移動(dòng)范圍最高和最低位置各舍棄 5%。所以，您使用的目標(biāo)應(yīng)該至少比所需的移動(dòng)范圍長(zhǎng) 10%。沿剩余 90 毫米收集到的數(shù)據(jù)樣本是單調(diào)的而且具有很好的線性度，可用來(lái)準(zhǔn)確確定銅帶目標(biāo)的位置。

為了獲得完美的線性度，可以將目標(biāo)從三角形改成能產(chǎn)生線性輸出的不同形狀。然而，通常在軟件中更容易將數(shù)據(jù)輸出線性化。