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TI的LDC真的会革传感器的命吗?2013-09-21 16:59:00

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最近,美国德州仪器公司(TI)推出了一种全新的电感数字转换器 (LDC),据称可以彻底改变位置及动作传感的应用。TI公司传感器信号路径产品线经理Jon Baldwin先生专程来京为我们介绍了该产品的情况。
我们先来看一下电感数字转换器(Inductive Digital Converter - LDC)的工作原理。如下图,LDC实际上是一个特殊的ADC,外接一个传感线圈。它采集的信号有两个:传导目标(金属物体)接近时导致的线圈涡流损耗(Rp),以及线圈的电感值(L)。根据线圈的不同,这个传感回路的震荡频率范围为5kHz~5MHz,涡流损耗Rp的分辨率是16位,电感测量L的分辨率为24位。

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如下图所示,通过测量Rp的变化,LDC可以测量导体目标与线圈间的距离。如果使用两个线圈则可以测量目标物体与线圈之间的角度。据介绍,LDC的测距分辨率可达到亚微米级别。使用14mm直径的线圈来测量不锈钢目标,在0.8毫米的距离下,测量的标准误差大约是0.25微米。

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LDC也可以用来测量目标物体横向运动的状况。如下图所示,当一个楔形金属目标掠过传感线圈时,涡流损耗的变化便被记录。如果采用两个传感线圈,那么目标物体与探测线圈之间距离的抖动误差就可以通过差分的形式加以消除。

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当然,LDC也可以测量目标物体的旋转情况,如下图所示。使用一个线圈可以测量360度范围内的旋转;使用3个线圈则可以测量720度范围内的旋转。

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通过改变目标物体的形状,LDC还可以用来进行其他参数的测量,例如事件计数,如下图所示。当齿轮状目标物体垂直于线圈平面时,LDC可记录到方波。当目标物体平行于探测线圈时,测量到的信号则是个正弦波。

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以上应用都是通过测量探测线圈涡流损耗这个参数的变化来实现的。我们曾经提到,LDC不仅可以测量涡流损耗,还可以测量线圈的电感值。我们知道,弹簧是典型的线圈,而弹簧几乎无处不在,所以LDC的应用空间可以任由我们想象。弹簧的伸缩和扭曲都会改变电感值,据此我们就可以测量我们所需要的位置和动作信息。

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另外,LDC还可以用来测量金属或其他导体目标的构成。据介绍,它可以区分水、人体、血液、铜、铁等各种物质。这个特性所能引出的应用也同样激发人们的想象。

到此,我们对LDC的原理有了一个大致的了解。它本质上就是LC谐振电路,一个我们再熟悉不过的概念。但是,TI公司似乎赋予了LC电路新的使命:传感。那么,LDC与现有的传感器相比有何优势,它真的会引起一场革命吗?

据Baldwin先生介绍,LDC可应对高温、粉尘等恶劣环境,器件成本和研发成本都很低。与目前主流的霍尔传感器相比,LDC不需要磁体和复杂的校准,不使用稀土,所以更环保。他说,LDC可以取代现有的大多数传感器。至于LDC能否引起传感技术的革命我们不敢妄下论断。随着将来更多人尝试基于LDC的各种应用,它的优缺点会越来越明了。

TI公司现在提供LDC1000EVM评估板,它是一个完整的原型设计和评估平台。该评估板包含14mm、双层PCB的线圈传感器(可移除),支持MSP430 MCU。欲了解更多关于LDC的官方信息请参阅ti.com/ldc1000-pr 。

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