TI 的 LDC 真的會(huì)革傳感器的命嗎？

發(fā)布時(shí)間：2013-9-18 15:58 發(fā)布者：老郭

最近，美國(guó)德州儀器公司（TI）推出了一種全新的電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (LDC)，據(jù)稱可以徹底改變位置及動(dòng)作傳感的應(yīng)用。TI公司傳感器信號(hào)路徑產(chǎn)品線經(jīng)理Jon Baldwin先生專程來(lái)京為我們介紹了該產(chǎn)品的情況。

首先我們來(lái)看一下電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Inductive Digital Converter - LDC）的工作原理。如下圖，LDC實(shí)際上是一個(gè)特殊的ADC，外接一個(gè)傳感線圈。它采集的信號(hào)有兩個(gè)：傳導(dǎo)目標(biāo)（金屬物體）接近時(shí)導(dǎo)致的線圈渦流損耗（Rp），以及線圈的電感值（L）。根據(jù)線圈的不同，這個(gè)傳感回路的震蕩頻率范圍為5kHz~5MHz，渦流損耗Rp的分辨率是16位，電感測(cè)量L的分辨率為24位。

如下圖所示，通過(guò)測(cè)量Rp的變化，LDC可以測(cè)量導(dǎo)體目標(biāo)與線圈間的距離。如果使用兩個(gè)線圈則可以測(cè)量目標(biāo)物體與線圈平面之間的角度。據(jù)介紹，LDC的測(cè)距分辨率可達(dá)到亞微米級(jí)別。使用14mm直徑的線圈來(lái)測(cè)量不銹鋼目標(biāo)，在0.8毫米的距離下，測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差大約是0.25微米。

LDC也可以用來(lái)測(cè)量目標(biāo)物體橫向運(yùn)動(dòng)的狀況。如下圖所示，當(dāng)一個(gè)楔形金屬目標(biāo)掠過(guò)傳感線圈時(shí)，渦流損耗的變化便被記錄下來(lái)。如果采用兩個(gè)傳感線圈，那么目標(biāo)物體與探測(cè)線圈之間距離的抖動(dòng)誤差就可以通過(guò)差分的形式加以消除。

當(dāng)然，LDC也可以測(cè)量目標(biāo)物體的旋轉(zhuǎn)情況，如下圖所示。使用一個(gè)線圈可以測(cè)量360度范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)；使用3個(gè)線圈則可以測(cè)量720度范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。

通過(guò)改變目標(biāo)物體的形狀，LDC還可以用來(lái)進(jìn)行其他參數(shù)的測(cè)量，例如事件計(jì)數(shù)，如下圖所示。當(dāng)齒輪狀目標(biāo)物體垂直于線圈平面時(shí)，LDC可記錄到方波。當(dāng)目標(biāo)物體平行于探測(cè)線圈時(shí)，測(cè)量到的信號(hào)則是個(gè)正弦波。

以上應(yīng)用都是通過(guò)測(cè)量探測(cè)線圈渦流損耗這個(gè)參數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。我們?cè)?jīng)提到，LDC不僅可以測(cè)量渦流損耗，還可以測(cè)量線圈的電感值。我們知道，彈簧是典型的線圈，而彈簧幾乎無(wú)處不在，所以LDC的應(yīng)用空間可以任由我們想象。彈簧的伸縮和扭曲都會(huì)改變電感值，據(jù)此我們就可以測(cè)量我們所需要的位置和動(dòng)作信息。

另外，LDC還可以用來(lái)測(cè)量金屬或其他導(dǎo)體目標(biāo)的構(gòu)成。據(jù)介紹，它可以區(qū)分水、人體、血液、銅、鐵等各種物質(zhì)。這個(gè)特性所能引出的應(yīng)用也同樣激發(fā)人們的想象。

到此，我們對(duì)LDC的原理有了一個(gè)大致的了解。它本質(zhì)上就是LC諧振電路，一個(gè)我們?cè)偈煜げ贿^(guò)的概念。但是，TI公司似乎賦予了LC電路新的使命：傳感。那么，LDC與現(xiàn)有的傳感器相比有何優(yōu)勢(shì)，它真的會(huì)引起一場(chǎng)革命嗎？

據(jù)Baldwin先生介紹，LDC可應(yīng)對(duì)高溫、粉塵等惡劣環(huán)境，器件成本和研發(fā)成本都很低。與目前主流的霍爾傳感器相比，LDC不需要磁體和復(fù)雜的校準(zhǔn)，不使用稀土，所以更環(huán)保。他說(shuō)，LDC可以取代現(xiàn)有的大多數(shù)傳感器。至于LDC能否引起傳感技術(shù)的革命我們不敢妄下論斷。隨著將來(lái)更多人嘗試基于LDC的各種應(yīng)用，它的優(yōu)缺點(diǎn)將會(huì)越來(lái)越明了。

TI公司現(xiàn)在提供LDC1000EVM評(píng)估板，它是一個(gè)完整的原型設(shè)計(jì)和評(píng)估平臺(tái)。該評(píng)估板包含14mm、雙層PCB的線圈傳感器（可移除），支持MSP430 MCU。欲了解更多關(guān)于LDC的官方信息請(qǐng)參閱ti.com/ldc1000-pr 。

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