如何感测弹簧压缩

大多数电感式感测应用只能将印刷电路板（PCB）线圈或绕线电感器用作传感器，而电感数字转换器（LDC）却几乎可把任何电感器用作传感器 —— 即使是一根弹簧。弹簧作为传感器时非常有用，因为弹簧的电感可随长度的变化或其它物理变化而直接发生变化。图1展示了如何将一根弹簧连接到一个LDC。

图1：被LDC用作传感器的弹簧

为评估将弹簧用作传感器的举措，在一定长度范围内拉伸弹簧时用LDC1612EVM评估模块来测量弹簧的电感。为了做到这一点，笔者首先从EVM中拆掉板载传感器并用一根弹簧取代了它。该弹簧由0.7mm厚的钢制成，有46个圈，直径为7.3mm。图2展示了笔者连接到EVM的弹簧。

图2：弹簧设置

弹簧电感太小，不能独立地用作LDC1612的传感器，因此笔者添加了一个串联的2.2μH固定绕线表面贴装器件（SMD）电感器。（关于如何用串联电感器来增加传感器阻抗的详情，见笔者的博客文章《如何将微型2mm PCB电感器用作传感器》。）还使用了一个1nF的传感器电容器，振荡频率为2.5MHz。图3展示了笔者所用的传感器组件。

图3：传感器组件

笔者把该弹簧从50mm拉长到100mm（5mm的增量），并在每个节距处测量LDC1612输出数据。根据这些数据，笔者用方程式1计算出了传感器电感：

（1）

其中

fref = 参考时钟（在LDC1612 EVM上为40MHz）。

图4展示了这些数据以及减去2.2μH串联电感器电感之后的弹簧电感。

图4：LDC1612数据以及弹簧电感与弹簧长度

当把弹簧从50mm拉伸至100mm（5mm的节距）时，笔者收集的数据样本是无变化的，可用来精确地确定弹簧的长度。在这个弹簧压缩范围内，电感从1.92μH（LDC输出16，644，000）减小到1.01μH（LDC输出18，840，000）。因此，在该范围内将弹簧拉长1μm可使LDC1612数据输出平均产生44个代码的增量。

这些数据表明，您可用电感式感测技术来直接测量因压缩弹簧导致的电感变化，并且弹簧可替代PCB线圈和绕线电感器用作传感器。

审核编辑：郭婷