高精度位置传感器是许多应用中的关键技术,我们熟悉的磁传感器芯片占很大比例。除了磁传感器,许多应用程序还会选择电感传感器进行高精度位置检测,特别是在功能安全要求较高的情况下,还会选择电感传感器和磁传感器一起实现系统冗余。
电感传感是一种将测量转换为线圈的自感或互感变化的传感技术。由于其无活动触点、可靠性高、使用寿命长等特点,在许多应用中承担着高精度传感的责任。
什么是电感传感?
由于位移输入导致线圈磁路的几何尺寸变化,电感传感的线圈匝数和材料导磁系数是固定的。当导电目标接近感应线圈时,涡流会在导电目标表面形成。涡流产生自己的磁场。这些涡流磁场抵抗电感线圈的电流,降低了系统的电感,增加了谐振传感频率。测量频率变化可以确定电感变化,然后确定被测物理量的变化。根据这一原理,可以测量大量的物理量,位移、压力、流量、振动、加速度等物理量可以转换为线圈的自感互感系数的变化,并通过电压电流的变化进一步准确测量。因此,它的应用范围也涵盖了许多领域。电感传感是一种性能相对稳定的传感方案。它本身没有活动接触点。该结构使其在恶劣条件下保持相对稳定的传感输出,使用寿命长。
在工作中,电感传感器不需要与目标物体进行物理接触,非接触传感器现在也很受欢迎。现在,许多金属物体的检测将由电感传感器进行。当然,电感传感器也有局限性。由于线圈的自感互感器被使用,因此必须很容易接受附近的电气设备或电源线路电磁干扰的影响需要在屏蔽或滤波器上增强,以确保准确的测量。此外,线圈的外径决定了检测距离。在较远的范围内,虽然可以检测到电感传感器,但此时有效的测量分辨率将会降低。在远程传感方面,电感传感器不太匹配。目前,许多金属接近传感、位移检测、增量编码器、压力检测将采用电感传感器进行,这是一个具有成本效益的综合选择。
常见的电感传感应用
在电动工具和其他工业设备中,需要经常检测金属(如管道探测器)。现在许多应用程序都使用电感传感,因为它可以感知金属的接近度。如果是旋转系统,电感传感还可以检测被测体的压缩程度,进一步测量旋转系统的速度和位置。这个方案的成本很低,一个PCB线圈可以检测任何金属材料,具有成本效益。一些传感芯片制造商通过增强芯片设计和引入芯片上的数字信号处理,将电感传感芯片应用于汽车方向盘角位置检测、执行角位置检测、制动踏板位移检测,扩大了电感传感的应用领域。该技术不仅可以进行金属接近检测,还可以在伺服驱动器上进行编码器设计。
线圈可以设计成和电机IC输出与单个极对数段的电角位置成正比。该应用下的电机编码器分辨率较高。这种设计是一种高效、低成本的方案,以提高电机精度。除了接近检测和编码器设计外,HMI领域还有许多电感传感。现在HMI需要更智能的触摸体验,触摸功能的触发需要检测压力。电感传感不仅可以检测压力,还可以通过检测压力程度来实现多级按钮功能。
对于许多需要位置感应的应用程序,需要传感技术来实现高精度和抗杂散磁场。在性能良好的同时,使用不应过于复杂。在不断的优化和发展中,电感感应已成为许多应用程序中高精度位置感应的关键技术。