感應(yīng)位置傳感器和電路的常見問題的解答

在電氣和機(jī)械的惡劣環(huán)境中，對附近物體的線性或旋轉(zhuǎn)位置的非接觸式傳感是一種常見的系統(tǒng)要求。目前有幾種方法可以滿足這一目標(biāo)，包括基于霍爾效應(yīng)的傳感器，磁約束效應(yīng)和磁耦合。

本文介紹一種廣泛的解決方案——感應(yīng)距離傳感，它可以在不與目標(biāo)物理接觸的前提下檢測接近傳感器的金屬目標(biāo)。它具有高效，準(zhǔn)確，堅(jiān)固等特點(diǎn)?，F(xiàn)代電子技術(shù)極大地簡化了它的實(shí)現(xiàn)，并使它在性能、實(shí)用性和成本方面更具吸引力。此文介紹關(guān)于感應(yīng)位置傳感器和電路的常見問題的解答。

什么是感應(yīng)?

答:這種感應(yīng)實(shí)際上有三種類型:

高頻振蕩型，間接利用電磁感應(yīng);
磁性型，利用磁鐵;
電容型，利用電容的變化。

這里我們只關(guān)注第一個。

“間接”是什么意思?

答:電感式傳感器不測量電感本身。?取而代之的是，他們利用金屬靶上磁場的電磁感應(yīng)以及空芯變壓器的特性(法拉第定律)。傳感器的定位是由導(dǎo)電目標(biāo)引起的磁場干擾。金屬靶材不一定是磁性的;鋁等有色金屬也能發(fā)揮作用。

這些傳感器用在哪里?

答:它們用于許多工業(yè)和其他具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中。最常見的應(yīng)用之一是通過感知齒輪齒來測量電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和旋轉(zhuǎn)。這些傳感器廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，特別是發(fā)動機(jī)罩或發(fā)動機(jī)附近。

這個傳感器長啥樣?

答:它看起來像一個標(biāo)準(zhǔn)螺栓，它們有不同的直徑，不同的范圍和靈敏度。這種傳感器的螺絲在一個標(biāo)準(zhǔn)的螺紋孔，然后可以牢固地連接到一個支架或外殼與配套的螺母或螺母，所以易于安裝。

Monarch Instruments公司P5-11接近傳感器是一款堅(jiān)固耐用的工業(yè)探頭式感應(yīng)傳感器;它的設(shè)計(jì)用于從0.5英寸(5mm)到0.5英寸(12mm)的金屬靶(如螺栓頭或軸鎖鍵)的0.2英寸(5mm)，轉(zhuǎn)速為1至60000轉(zhuǎn)/分鐘。它測量1.33″長x 0.55″直徑(34 x 14毫米)，需要5.0到24 VDC在3毫安，并配有2米電纜。

這個是如何工作的?

答:大致原理是：振蕩電路中的線圈L產(chǎn)生高頻磁場。當(dāng)一個目標(biāo)靠近磁場時，由于電磁感應(yīng)，一個感應(yīng)渦流在目標(biāo)中流動。當(dāng)目標(biāo)接近傳感器時，感應(yīng)電流增加，這導(dǎo)致振蕩電路上的負(fù)載增加。然后，振蕩減弱或停止。傳感器通過振幅檢測電路檢測振蕩狀態(tài)的這種變化，并輸出檢測信號。

如下圖所示，有一個初級線圈被一個頻率激發(fā)(通常在1到5兆赫茲之間)來產(chǎn)生磁場，兩個次級線圈用來檢測這個磁場。反過來，利用法拉第定律，這些線圈把磁場轉(zhuǎn)換成電壓。放置在磁場中的金屬靶會產(chǎn)生與磁場相反的渦流，增加感應(yīng)器電流流量，改變感應(yīng)關(guān)系。

這種變化具有衰減振蕩的作用。傳感器通過振幅檢測電路檢測這種變化和振蕩狀態(tài)的衰減。兩個接收線圈檢測不同的電壓，目標(biāo)的位置可以通過兩個接收線圈電壓的比值來確定。?閾值電路然后產(chǎn)生輸出信號時，這個比率超過一些預(yù)設(shè)的限制。

這個傳感器的其他特性是什么?

答:堅(jiān)固可靠:它是完全封閉的。此外，與直線位移傳感器LVDT類似，該傳感器本身是一組導(dǎo)線回路或線圈，這意味著工作溫度范圍寬，抗沖擊，并能承受環(huán)境應(yīng)力。

一致和可重復(fù)的性能:基本設(shè)計(jì)堅(jiān)固耐用，并且通過適當(dāng)?shù)碾娐?，所獲得的信號也將在信號強(qiáng)度和閾值上保持一致。

尺寸緊湊和易于安裝:傳感頭可以封裝在更大的“螺栓”甚至小的螺釘中，這使得放置更加容易。傳感頭在一端，導(dǎo)線在另一端，這有利于放置和布線，該傳感器的長度可以從5mm到600mm不等。

靈敏度:根據(jù)設(shè)計(jì)的具體情況，傳感器可以很容易地探測到接近一毫米或更小的目標(biāo)。分辨率的一致性也相當(dāng)高，在亞毫米甚至千分尺范圍內(nèi)。

讀數(shù)不受污垢和碎片影響:同樣，簡單的機(jī)械外殼將沒有的東西擋在外面，讀數(shù)不受非金屬環(huán)境的影響。

高抗電磁干擾:這些傳感器的許多應(yīng)用都涉及到電機(jī)和大電流，比如混合動力汽車和電動汽車(牽引電機(jī)有幾百安培)，這兩種傳感器都會產(chǎn)生強(qiáng)烈的雜散磁場。傳感器的雙線圈設(shè)計(jì)意味著它的感知能力是不同的，大多數(shù)干擾磁場在傳感器接收端會自我抵消。

有不同的架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)嗎?

A:基本有三種:

1)傳感器中只有磁性元件。這將電子器件與傳感線圈分離開來，并提供了最小、最堅(jiān)固的傳感器，螺紋組件可僅具有前端傳感器和獨(dú)立的電子設(shè)備。

2)前端振蕩器和感知信號放大器位于傳感器中，放大后的信號通過電纜傳遞到附加電子設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)和格式化。

3)此外，還可以將整個信號鏈并入傳感器組件本身;有些版本甚至將條件模擬信號數(shù)字化。

決定使用哪種樣式取決于安裝細(xì)節(jié)、應(yīng)用程序、成本、性能、易用性以及等諸多因素。還有一些與使用現(xiàn)有遺留安裝相關(guān)的問題，這三種類型仍在廣泛使用。

感應(yīng)模式有方向性嗎?

答:沒有，傳感器基本上是全向的，這在某些情況下是可取的，但在另一些情況下則不然。對于需要方向性的情況，解決方案是用磁屏蔽傳感器，

選擇感應(yīng)式傳感器時要評估哪些參數(shù)?

答:除了尺寸，靈敏度還需要與應(yīng)用程序相匹配。它通常被指定為將觸發(fā)傳感器輸出到一塊1毫米厚的正方形鐵片(Fe 37型)的最大距離，其側(cè)面尺寸等于感測面直徑。但也會存在滯后性、可重復(fù)性等相關(guān)問題。其他考慮因素包括：工作頻率、功率和電流要求，以及接口類型和格式。

靈敏度和滯后是用來表征傳感器性能的指標(biāo)之一。

一個傳感器多少錢?

答:一個基本的傳感器的價格從10美元到15美元不等，根據(jù)尺寸、精度、堅(jiān)固性等級、嵌入式電子設(shè)備的數(shù)量和其他因素的不同，價格可能高達(dá)數(shù)百美元。

使用電感式傳感器的電路復(fù)雜嗎?

答:與許多傳感器電路一樣，基本設(shè)計(jì)很簡單。然而，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、一致和穩(wěn)定的性能可能是一個挑戰(zhàn)。

這是如何做到的?

答:在集成電路還沒有出現(xiàn)之前，它的固有能力就是使用電路技術(shù)，使得復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以很容易地實(shí)現(xiàn)。IC不僅提供了易用性、基本功能和增強(qiáng)的性能，還提供了其他有利于用戶的功能和特性。這類供應(yīng)商包括Microchip、瑞薩和德州儀器。

電感式傳感器在工程師的傳感器選項(xiàng)中是一個重要的組件，因?yàn)樗子谑褂?，?jiān)固耐用，高效，精確，易于安裝。像它的兄弟LVDT，它可以在許多尺寸，靈敏度和電氣選擇，在無數(shù)的應(yīng)用程序里是非常值得考慮的。

編輯：hfy