电感式传感：线性位置传感（第 2 部分）

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。

 

图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。

 

 

图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。

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