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电感式传感:线性位置传感(第 2 部分)

2017年04月08日 11:18 次阅读

在上篇博客文章《电感式传感:线性位置传感(第 1 部分)》中,我介绍了如何使用三角目标和螺旋线圈实施线性位置传感器。尽管使用这种方法可实现良好的分辨率,但需要测量一个比移动距离长的目标。在适合这种方法的目标尺寸被禁止的情况下,您可使用不规则线圈和较小目标代替。

对于目标必须是小尺寸的情况,我设计了一个右侧线圈环路间距大于左侧线圈环路间距的矩形线圈(如图 1 所示)。该线圈能产生不均匀磁场,其可通过获奖的 LDC1000 等电感至数字转换器 (LDC),用于实现线性位置传感。

 

1:可产生不均匀磁场的PCB 线圈—来自PCB 布局工具的图片可清楚显示

线圈是 2 层 PCB,迹线宽度和间距为 5 密尔(0.127 毫米)。它每层有 23 匝,尺寸为 100x12.5 毫米。在左侧,每个环路的间距是 5 密尔(0.127 毫米)。在右侧,我添加了一个环路,步进为 4 毫米。

结果怎样?传感器线圈产生的磁场在中心环路附近最强,并沿线圈右侧方向衰减。

我的目标是 24 毫米宽的铝片。尽管与较窄的目标相比,较宽的目标占用更多空间并会限制总体可用移动范围,但它们可产生较大的电感变化,并提供出色的分辨率。

对于评估,我将目标放在从线圈到 PCB 线圈 4 毫米远的位置。使目标靠近线圈,能从线圈中心到右侧边缘产生较大的电感变化。与三角形目标实验类似,我将目标从位置 0(线圈左侧)以 0.5 毫米的步进移动到位置 100(线圈右侧)。图 2 是测量数据。

 

电感式传感:线性位置传感(第 2 部分)

 

2:线性滑块位置与所测量的电感

该数据显示,不应将前 5 毫米用于绝对位置传感应用,因为它们代表线圈中心左侧的区域,在该区域磁场线密度低于中心部位。在移动范围的最后 10 毫米处,磁场强度非常低,因此传感精度降低。

我沿移动范围剩余 85 毫米收集的数据样本是单调的,可用来准确确定金属目标的位置。在该移动范围内,电感从 73.1μH 增加到 84.9μH。

有两种线性化输出的方法。一种方法是以非线性方式将线圈环路与线圈中心右侧分开,这样它们可在所需目标距离位置,采用所选目标产生线性输出。然而,在软件中对数据输出进行线性化通常是比较便捷的方法。

电感式传感是一项实现精确非接触式线性位置传感的强大技术。在这两篇博客中,我分别介绍了使用成形目标和不对称线圈设计此类系统的方法。

更多资源:

阅读我们电感式传感博客系列中的更多文章,包括如何使用电感式传感实现线性位置传感。

查看我们的信息图“电感式传感指南”。

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