利用感測技術測量壓縮彈簧

大多數(shù)電感式感測應用只能將印刷電路板（PCB）線圈或繞線電感器用作傳感器，而電感數(shù)字轉換器（LDC）卻幾乎可把任何電感器用作傳感器 —— 即使是一根彈簧。彈簧作為傳感器時非常有用，因為彈簧的電感可隨長度的變化或其它物理變化而直接發(fā)生變化。圖1展示了如何將一根彈簧連接到一個LDC。

圖1：被LDC用作傳感器的彈簧

為評估將彈簧用作傳感器的舉措，筆者在一定長度范圍內拉伸彈簧時用LDC1612EVM評估模塊來測量彈簧的電感。為了做到這一點，筆者首先從EVM中拆掉板載傳感器并用一根彈簧取代了它。該彈簧由0.7mm厚的鋼制成，有46個圈，直徑為7.3mm。圖2展示了筆者連接到EVM的彈簧。

圖2：彈簧設置

筆者的彈簧電感太小，不能獨立地用作LDC1612的傳感器，因此筆者添加了一個串聯(lián)的2.2μH固定繞線表面貼裝器件（SMD）電感器。（關于如何用串聯(lián)電感器來增加傳感器阻抗的詳情，見筆者的博客文章《如何將微型2mm PCB電感器用作傳感器》。）還使用了一個1nF的傳感器電容器，振蕩頻率為2.5MHz。圖3展示了筆者所用的傳感器組件。

圖3：傳感器組件

筆者把該彈簧從50mm拉長到100mm（5mm的增量），并在每個節(jié)距處測量LDC1612輸出數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，筆者用方程式1計算出了傳感器電感：

(1)

其中

fref = 參考時鐘（在LDC1612 EVM上為40MHz）。

圖4展示了這些數(shù)據(jù)以及減去2.2μH串聯(lián)電感器電感之后的彈簧電感。

圖4：LDC1612數(shù)據(jù)以及彈簧電感與彈簧長度

當把彈簧從50mm拉伸至100mm（5mm的節(jié)距）時，筆者收集的數(shù)據(jù)樣本是無變化的，可用來精確地確定彈簧的長度。在這個彈簧壓縮范圍內，電感從1.92μH（LDC輸出16,644,000）減小到1.01μH（LDC輸出18,840,000）。因此，在該范圍內將彈簧拉長1μm可使LDC1612數(shù)據(jù)輸出平均產生44個代碼的增量。

這些數(shù)據(jù)表明，您可用電感式感測技術來直接測量因壓縮彈簧導致的電感變化，并且彈簧可替代PCB線圈和繞線電感器用作傳感器。