本文來自電子發(fā)燒友網(wǎng)，作者/李寧遠(yuǎn)。
電感和電容是我們熟知的電路中的基礎(chǔ)元件，其實(shí)二者都可以用于傳感。電容式傳感是以電容作為傳感元件，將被測(cè)物理量或機(jī)械量轉(zhuǎn)換成為電容變化量變化的一種轉(zhuǎn)換裝置，在位移、角度、振動(dòng)、速度、壓力等方面的測(cè)量應(yīng)用頗多。
電感式傳感器LDC則是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的一種裝置，在機(jī)電控制系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。
電感式傳感的高精度感測(cè)
在機(jī)電控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)上我們還是選用霍爾磁傳感居多，磁傳感也是絕大多數(shù)位置感測(cè)應(yīng)用第一選擇。目前電感式傳感這種技術(shù)的應(yīng)用還不算多，基于此技術(shù)的傳感芯片也不算大眾，但是其性能是能做得很高的。
電感式傳感技術(shù)利用非接觸式無磁體感應(yīng)技術(shù)檢測(cè)導(dǎo)電目標(biāo)的位置，通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)目標(biāo)來測(cè)量勵(lì)磁線圈和兩個(gè)接收器線圈之間的耦合。當(dāng)導(dǎo)電目標(biāo)接近電感線圈時(shí)，導(dǎo)電目標(biāo)表面會(huì)形成渦流。這些渦流的磁場(chǎng)會(huì)阻礙電感線圈的電流，從而降低系統(tǒng)的電感并提高諧振感測(cè)頻率，LDC器件將諧振感測(cè)頻率轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。
因?yàn)長DC是無磁體感應(yīng)，其模擬前端和轉(zhuǎn)換器不受直流磁場(chǎng)的影響，無須磁體即可運(yùn)行，能夠用于在位置感應(yīng)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)比較高的精度。
電感式傳感器頻率與所用電感的尺寸相關(guān)，較高的傳感器頻率通常與較小的電感對(duì)應(yīng)。傳感器的感應(yīng)范圍同樣也與電感器尺寸相關(guān)，較大的線圈具有更大的感應(yīng)范圍。所以在感測(cè)時(shí)較大的低頻傳感器通常比較小的高頻傳感器距離被測(cè)物體更遠(yuǎn)。
更具體一點(diǎn)說，線圈的外徑?jīng)Q定了檢測(cè)距離。此外，較高分辨率的LDC能夠在更遠(yuǎn)的距離下有效地檢測(cè)目標(biāo)移動(dòng)，但此時(shí)有效測(cè)量分辨率會(huì)降低。
多通道的LDC也讓電感式傳感有實(shí)現(xiàn)多傳感系統(tǒng)的能力，采用差分的配置，多通道LDC的功耗也不高，和霍爾效應(yīng)傳感一樣很實(shí)用。現(xiàn)在電感式傳感已經(jīng)在很多應(yīng)用中開始被采用，這些應(yīng)用中選擇合適的LDC開關(guān)功能、采樣率和分辨率即可，是成本相對(duì)較低且實(shí)用的選擇。
電感式傳感在電機(jī)中的應(yīng)用
最熟悉的電感式傳感可能是觸控方面的應(yīng)用，其實(shí)在電機(jī)中，也有不少電感式傳感可以應(yīng)用的地方。
增量編碼器中使用電感技術(shù)就有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在增量編碼器中使用電感技術(shù)無須校準(zhǔn)，而且成本很低。因?yàn)橹挥蠵DB線圈，也不容易受到環(huán)境因素的影響，也不會(huì)受到磁體的影響。從目前市場(chǎng)上已經(jīng)推出的產(chǎn)品來看，這種技術(shù)每秒可測(cè)量的時(shí)間已經(jīng)超過了300個(gè)。對(duì)于簡(jiǎn)單的增量編碼器來說，電感技術(shù)是不錯(cuò)的路線。
線圈如果正確部署，會(huì)與電機(jī)的極對(duì)數(shù)同步，IC輸出與單個(gè)極對(duì)數(shù)分段內(nèi)的電角位置成正比，這種應(yīng)用下的電機(jī)編碼器會(huì)有更高的分辨率。電感式技術(shù)以一種成本更低的方式有助于提高電機(jī)精度。
電感測(cè)量也使系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了相當(dāng)多，更方便電機(jī)傳感器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的集成度，而且所需的MCU存儲(chǔ)器和指令更少。當(dāng)然它也不僅僅是替代，電感傳感芯片完全可以與其他磁傳感芯片一起來使用，因?yàn)槎咧g不會(huì)存在干擾，這樣也能實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)冗余。
小結(jié)
現(xiàn)在已經(jīng)有很多廠商在更新迭代電感式傳感芯片，特別是針對(duì)汽車電機(jī)位置檢測(cè)應(yīng)用的車規(guī)級(jí)電感式傳感芯片，有些芯片甚至為汽車應(yīng)用配置了片上數(shù)字信號(hào)處理功能增強(qiáng)零延遲性能，未來可以看到更多此類傳感芯片在電機(jī)上的應(yīng)用。
