电感传感是一项非触摸传感技能，不只可用来丈量方位、运动以及方针物的成分，而且还可用来检测绷簧的紧缩、扩张与扭曲度。
本文首要介绍ldc1000线圈规划，并对ldc1000作业原理及其结构进行了论说。
ldc1000
LDC1000是TI推出的业界首颗电感数字转化器，其能够完成对LC网络电感和阻抗的丈量，然后完成电感传感技能。在规划电感传感体系时，除了要考虑相关的电路规划，更重要的是要考虑体系需求并规划相应的线圈。本文扼要介绍LDC1000的作业原理，关键评论各种线圈的规划关键。
ldc1000引脚图
1、O：数字输出，DI：数字输入，P：电源，A：模仿
2、在暴露的模具衔接垫（DAP）和设备的GND引脚之间有一个内部电衔接。尽管DAP能够悬空，为了到达最佳功能，DAP应衔接到与设备的GND引脚相同的电位。不运用作为该设备的首要地上的DAP。设备接地引脚有必要一直衔接到地上。
ldc1000线圈克己规划及接法
作业原理
ldc1000结构图
当LDC1000作业时，其输出引脚向外置电感输出高频鼓励信号，在电感邻近会发作一个高频磁场，此刻当有金属物挨近时，高频磁场就会在金属物内部发作涡流效应，这种涡流电流会发作一个新的磁场然后影响本来的磁场，然后改动了本来LC网络的电感值和阻抗，不同的挨近间隔，不同的金属类型，不同的金属尺度都会发作不同巨细的影响，然后经过电感和阻抗的改动，能够完成间隔，金属类型，尺度巨细等丈量；而经过体系的规划，能够把丈量的物理量扩展到间隔、视点、位移、开关、力、形变、振荡等等各种物理量，因而LDC1000的运用十分广泛。
如Figure 2所示为LDC1000结构框图，图中左面LRC方框图部分是外部电感和谐振电容的等效原理图，L表明电感的电感值，RS是电感的等效串联电阻，C是外接的谐振电容。LDC1000内部有一个高频振荡器，不断输出扫频信号，当外部LC网络发作谐振时，LC谐振回路的阻抗最大，此刻输出引脚处电压最大，经过坚持输出引脚坚持在某个最大电压值，然后坚持LC网络总是处于谐振状况。
线圈与体系规划
从理论上来讲，全部具有电感特性的元件，包含线圈、电感、绷簧等等都能够作为LDC的丈量元件。因为PCB线圈具有低本钱、高灵敏度、规划灵敏、一致性优秀等特色，因而大多数LDC运用中运用PCB线圈作为电感传感器。
上文中现已说到，LDC1000能够完成对LC并联电路电感和阻抗的丈量，可是因为阻抗易受温度影响，而电感具有杰出的稳定性，因而除了在金属辨别以外的大多数运用中，引荐运用电感作为丈量参数。本文首要从电感视点动身，叙述线圈规划关键。当然阻抗在灵敏度和噪声等方面也有类似的特色，也能够以此作为参阅。
在详细的体系规划中，需求考虑的参数有：PCB线圈几许参数规划、方针物挑选以及谐振频率挑选，其间PCB线圈几许参数规划将决议感应间隔，一同也会影响线圈的阻抗、Q值和自谐振频率；方针物挑选会影响丈量的灵敏度；而谐振频率的挑选不只影响到线圈的阻抗和Q值，而且还会影响LDC1000的采样率和分辨率等等参数，下文将关键环绕这三个参数详细叙述。
PCB线圈几许参数规划
PCB线圈结构图如下图Figure 3所示，图中以双层板线圈为示例，从图中能够看出，线圈几许参数规划需求涉及到4个参数：线圈直径（D）、线圈线径（w）、线圈线距（s）以及线圈层数
对电感传感来说，PCB线圈的直径十分重要。因为PCB线圈直径很大程度上决议了线圈邻近磁力线的散布，因而也就决议了传感器的有用感应间隔，一同也决议了传感器关于方针物间隔改动的感应灵敏度。
为了形象地阐明这个问题，经过对5mm、10mm，14mm，20mm以及50mm共5种不同直径的线圈进行测验，其间5mm线圈运用4层板，其它运用双层板，线径和线距都是6mil（本文中全部PCB线圈均运用1.6mm板厚、1oz铜厚工艺）。测验时运用铝合金6061作为方针物，且方针物的直径大于等于线圈直径，不断改动方针物和线圈之间的间隔，记载间隔改动时电感的改动，试验成果如Figure 4所示：
图中横轴表明线圈间隔方针物间隔与线圈直径的百分比比值，纵轴则是线圈当时电感值与线圈最大电感值（线圈邻近无金属物时的电感值）的比值。从图中能够看出，5种不同直径的线圈有着类似的位移电感呼应曲线，Figure 4中5mm线圈在位移零点处相对其它线圈差异较大，这是因为5种线圈的厚度都是1.6mm，当线圈直径很小时，线圈厚度所形成的零点方位的界说会有所差错，因为在测验进程中都是以线圈直面方针物的那一面作为位移开始零点的。
从Figure 4中能够读出以下信息：
1, 关于PCB线圈而言，最大感应间隔大约是线圈的直径； 2, 跟着线圈和方针物间隔的增大，灵敏度快速下降；
3, 当线圈和方针物间隔大于线圈半径时，灵敏度现已严峻下降，因而要想坚持杰出的灵敏度，线圈和方针物间隔要小于直径的一半，最好是直径的四分之一。
一同PCB的直径也会影响线圈的Q值、阻抗以及自谐振频率，下图Figure 5给出了不同直径线圈Q值及阻抗随频率的改动图。
从Figure 5和Table 1中能够看出，在相同线径、层数以及作业频率的情况下，直径越大，Q值越高，一同阻抗也越大，但是线圈的直径越大， 其自谐振频率越低。
除了直径巨细外，PCB层数、线径线距（在实践规划中线圈线径与线距往往相同或许附近，所以这两个参数一同论说）也会决议线圈的Q值、阻抗以及自谐振频率。下图Figure 6和Figure 7顺次给出不同PCB层数线圈Q值及阻抗随频率改动图、不同线径线距线圈Q值及阻抗随频率改动图。
线圈规划示例
假定一个体系待测间隔规模是1~3mm，要求丈量分辨率为10µm，采样速度为100Hz，详细规划过程如下：
1,直径挑选：因为示例要求较高的分辨率，为了确保杰出的灵敏度，最大待测间隔应该小于线圈直径的四分之一，所以线圈直径应该大于12mm，这儿取14mm；
2,PCB层数挑选：因为14mm直径线圈直径相对较大，即便经过一般双层PCB工艺也能够完成kΩ级的阻抗，为了下降本钱，因而在此运用双层PCB板；
3,线径线距挑选：为了尽量进步线圈阻抗，这儿运用4mil线径和线距。
因而运用14mm直径、4mil线径和线距的双层板线圈作为示例线圈，线圈电感约为20µH，为了确保较好的Q值和阻抗，这儿运用100pF电容作为谐振电容，谐振频率3.5MHz，既能够满意LDC1000作业条件，又具有必定的裕量。经测验，线圈谐振阻抗为14kΩ，Q值为36，
Response TIme取6144，所以采样率约为1.7kHz，理论分辨率约为12.2位，而经过Figure 4能够看出，关于14mm直径的线圈而言，1~3mm的间隔改动规模能够得到全量程约20%的电感改动规模，所以有用的理论分辨率约为9.8位，假定噪声位为2位（许多试验成果显现LDC1000电感丈量噪声位一般约为1~3位，因线圈阻抗、Q值以及体系条件不同而异），有用分辨率约为7.8位，因而在1~3mm的间隔改动规模内大约能够得到9微米的分辨率。
建立体系，运用铝合金作为方针金属，体系测验成果如下图所示：
横轴为金属方针物与线圈间的间隔，主纵轴为线圈电感，第二纵轴为位移丈量的分辨率。从测验成果来看，在1~3mm的间隔改动规模内，电感改动规模为12µH~17µH，位移丈量分辨率在1mm处约为3µm，在3mm处约为9µm，根本契合体系规划要求。别的因为采样率约为1.7kHz，而体系需求为100Hz，因而能够运用数字滑动均匀滤波器或许其它数字滤波办法进一步进步体系丈量分辨率。
特别线圈运用
PCB线圈因为具有规划灵敏本钱较低等等特色，因而广泛运用于电感传感体系中，但在有些情况下，PCB线圈不能够满意运用要求，这时能够运用一些非PCB线圈来满意运用要求。例如在有些要求极小尺度线圈的运用场合中，能够运用贴片电感来作为电感传感器，例如一颗封装为0603的贴片电感即可用于一些极小空间规模的挨近传感；别的在有些场合绷簧也能够作为电感传感器运用于LDC1000中，绷簧的形变会发作电感的改动，经过检测电感的改动就能感知力的改动或许位移的改动。总归全部具有电感特性的元件，包含线圈（导线线圈，PCB线圈，或许柔性PCB线圈等）、电感、绷簧等等都能够作为LDC的丈量元件。
和PCB线圈不同，电感一般都带有磁芯，其在较宽的频带频段规模内都具有杰出的Q值，在大多数情况下，为了确保杰出的分辨率，尽量挑选相对较低的谐振频率，然后确保LDC1000具有足够多的计数值，当然较低的谐振频率也会下降LDC1000的转化速度。而关于绷簧元件而言，许多绷簧因为其Q值和阻抗都很低，因而要挑选尽量高的谐振频率，进步Q值和阻抗，有些绷簧在最高的谐振频率下或许也达不到LDC1000要求的阻抗规模，这时能够在绷簧上串联一个固定的电感，然后再接入LDC1000，然后使得LC谐振电路的阻抗满意LDC1000的要求，当然因为串联了电感器，最终会献身体系的分辨率。
结语
关于ldc1000线圈制造规划就介绍到这了，如有不足之处之处欢迎纠正。
