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螺旋 PCB 線圈和一塊銅帶來測量線性位置?

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 可測量電感變化，提供有關(guān)目標(biāo)位置的信息。

對于我的線性位置滑塊，我并沒有使用改變目標(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，并在線性滑動目標(biāo)時改變了整個線圈的金屬接觸面。為此，我使用了一塊從銅帶上裁切下來的 100 毫米長的三角形目標(biāo)。銅帶可越過三角的最寬一端，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，是因為它的直徑超過了該形狀目標(biāo)的最寬部分。圖 1 是我在該實驗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時的電感變化。對于高精度線性位置傳感器來說，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 毫米的步長從位置 0(目標(biāo)的最寬部分)移動到位置 100(最窄部分)，并測量了每個位置的電感。圖 2 是測得的數(shù)據(jù)曲線。

圖 2：線性滑塊位置與所測量的電感

將目標(biāo)從最寬位置滑動到最窄位置，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范圍長 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。