电感器感测器是一项非触碰传感器技术，不但可以用来精确测量部位、健身运动及其总体目标物的成份，并且还能用来检验扭簧的缩小、扩大与歪曲度。

文中具体详细介绍ldc1000电磁线圈设计方案，并对ldc1000原理以及构造实现了论述。

ldc1000

LDC1000是TI发布的业内第一架电感器数字转换器，其可以实现对LC互联网电感器和特性阻抗的精确测量，进而完成电感器传感器技术。在设计方案电感器感测器系统软件时，除开要考虑到相应的电路原理，更主要的是要考虑到系统软件要求并制定对应的电磁线圈。文中简单详细介绍LDC1000的原理，关键探讨各种各样电磁线圈的制定关键点。

ldc1000脚位图

1、O：数据輸出，DI：数据键入，P：开关电源，A：仿真模拟

2、在外露的模貝联接垫（DAP）和设施的GND脚位中间有一个內部电联接。尽管DAP能够悬在空中，为了更好地达到最佳特性，DAP应联接到与设施的GND脚位同样的电位差。不应用做为该设备的关键路面的DAP。机器设备接地装置脚位务必自始至终联接到路面。

ldc1000电磁线圈自做设计方案及接线方法

原理

ldc1000框架图

当LDC1000工作中时，其輸出脚位向外接电感器輸出高频率鼓励数据信号，在电感器周边会形成一个高频率电磁场，这时当有内部金属物贴近时，高频率电磁场便会在内部金属物內部造成趋肤效应，这类涡旋电流量会形成一个新的电磁场从而危害以前的电磁场，进而转变了原先LC互联网的电感器值和特性阻抗，不一样的贴近间距，不一样的金属材料种类，不一样的金属材料规格都是会造成不一样尺寸的危害，进而根据电感器和特性阻抗的更改，能够完成间距，金属材料种类，规格多少等精确测量；而根据操作系统的设计方案，能够把检测的标量拓展到间距、视角、偏移、电源开关、力、变形、震动这些各种各样标量，因而LDC1000的运用十分普遍。

如Figure?2一样为LDC1000构造框架图，图上左侧LRC程序框图一部分是外界电感器和串联谐振电容器的等效原理图，L表明电感器的电感器值，RS是电感器的等效电路串联电阻，C是外置的串联谐振电容器。LDC1000內部有一个高频率震荡器，持续輸出扫频信号，当外界LC互联网产生串联谐振时，LC串联谐振控制回路的特性阻抗较大 ，这时輸出脚位处工作电压较大 ，根据保持輸出脚位维持在某一较大 工作电压值，进而保持LC互联网一直处在串联谐振情况。

电磁线圈与控制系统设计

从理论上而言，全部具备电感器特点的元器件，包含电磁线圈、电感器、扭簧这些可以做为LDC的检测元器件。因为PCB电磁线圈具备成本低、高灵敏、设计方案灵便、一致性优质等特性，因而大部分LDC运用中应用PCB电磁线圈做为电感器感应器。?

上文章早已提及，LDC1000能够实现对LC并联电路电感器和特性阻抗的精确测量，可是因为特性阻抗易受气温危害，而电感器具备优良的可靠性，因而不仅在金属材料辨别之外的大部分使用中，强烈推荐应用电感器做为精确测量主要参数。文中主要是从电感器视角考虑，叙述电磁线圈设计方案关键点。自然特性阻抗在敏感度和噪音等领域还有相似的特性，还可以以此来做为参照。

在实际的系统开发中，必须考量的主要参数有：PCB电磁线圈几何图形主要参数设计方案、总体目标物挑选及其串联谐振挑选，在其中PCB电磁线圈几何图形主要参数设计方案将决策磁感应间距，与此同时也会危害电磁线圈的特性阻抗、Q值和自串联谐振；总体目标物挑选会影响到检测的敏感度；而串联谐振的挑选不但危害到电磁线圈的特性阻抗和Q值，而且也会危害LDC1000的采样频率和屏幕分辨率这些主要参数，下面将主要紧紧围绕这三个主要参数详尽叙述。??

PCB电磁线圈几何图形主要参数设计方案?

PCB电磁线圈框架图如下图Figure?3所显示，图上以两层板电磁线圈为实例，从图上能够看得出，电磁线圈几何图形主要参数设计方案必须牵涉到4个主要参数：电磁线圈直徑（D）、电磁线圈电缆线径（w）、电磁线圈线距（s）及其电磁线圈叠加层数

对电感器感测器而言，PCB电磁线圈的孔径十分关键。由于PCB电磁线圈直徑非常大水平上确定了电磁线圈周边磁感线的遍布，因而也就选择了温度传感器的合理磁感应间距，与此同时也确定了感应器针对总体目标物间距改变的检测敏感度。?

为了更好地品牌形象地表明这个问题，根据对5mm、10mm，14mm，20mm及其50mm共5种不一样孔径的电磁线圈开展检测，在其中5mm电磁线圈应用4多层板，其他应用两层板，电缆线径和线距全是6mil（文中中全部PCB电磁线圈均应用1.6mm板厚、1oz铜厚加工工艺）。检测时应用铝合金型材6061做为目的物，且总体目标物的直徑高于或等于电磁线圈直徑，持续更改总体目标物和电磁线圈中间的间距，纪录间距改变时电感器的转变，试验效果如Figure?4所显示：

图上横坐标表明电磁线圈间距总体目标物间距与电磁线圈直徑的百分数比率，纵坐标则是电磁线圈当今电感器值与电磁线圈较大 电感器值（电磁线圈周边无内部金属物时的电感器值）的比率。从图上能够看得出，5种不一样孔径的电磁线圈拥有类似的偏移电感器回应曲线图，Figure?4中5mm电磁线圈在偏移零点处相对性其他电磁线圈差别很大，这是由于5种电磁线圈的薄厚都是1.6mm，当电磁线圈直徑很钟头，电磁线圈薄厚所产生的零点部位的界定会有一定的偏差，由于在检测全过程里都是以电磁线圈面对总体目标物的那一面做为偏移起止零点的。???????

从Figure?4中能够看出下列信息内容：?

1,?针对PCB电磁线圈来讲，较大 磁感应间距大概是电磁线圈的直徑；??2,?伴随着电磁线圈和总体目标物间距的扩大，敏感度迅速降低；?

3,?当电磁线圈和总体目标物间距超过电磁线圈半经时，敏感度早已比较严重降低，因而要想保持稳定的敏感度，电磁线圈和总体目标物间距要低于直徑的一半，最好直徑的四分之一。?

与此同时PCB的外径也会危害电磁线圈的Q值、特性阻抗及其自串联谐振，下面的图Figure?5得出了不一样直徑电磁线圈Q值及特性阻抗随頻率的改变图。

从Figure?5和Table?1中还可以看得出，在一样电缆线径、叠加层数及其输出功率的情形下，直徑越大，Q值越高，与此同时特性阻抗也越大，殊不知电磁线圈的孔径越大，?其自串联谐振越低。

除开直徑尺寸外，PCB叠加层数、线径线距（在具体设计方案中电磁线圈电缆线径与线距通常同样或是相仿，因此 这两个主要参数一起阐述）也会决策电磁线圈的Q值、特性阻抗及其自串联谐振。下面的图Figure?6和Figure?7先后得出不一样PCB叠加层数电磁线圈Q值及特性阻抗随頻率转变 图、不一样线径线距电磁线圈Q值及特性阻抗随頻率转变 图。

电磁线圈设计方案实例

假定一个系统软件待测距离范畴是1~3mm，规定精确测量屏幕分辨率为10μm，取样速率为100Hz，实际设计方案流程以下：?

1,直徑挑选：因为实例规定较高的屏幕分辨率，为了更好地确保较好的敏感度，较大 待测距离应当低于电磁线圈直徑的四分之一，因此 电磁线圈直徑需要超过12mm，这儿取14mm；?

2,PCB叠加层数挑选：因为14mm直徑电磁线圈直徑相比很大，即便根据一般两层PCB加工工艺也可以完成kΩ级的特性阻抗，为了更好地控制成本，因而在这里应用两层PCB板；?

3,线径线距挑选：为了更好地尽可能提升电磁线圈特性阻抗，这儿应用4mil线径和线距。?

因而应用14mm直徑、4mil线径和线距的两层板电磁线圈做为实例电磁线圈，电感线圈约为20μH，为了更好地确保不错的Q值和特性阻抗，这儿应用100pF电容器做为串联谐振电容器，串联谐振3.5MHz，既可以达到LDC1000工作中标准，又具备一定的裕量。经检测，电磁线圈串联谐振特性阻抗为14kΩ，Q数值36，

Response?TIme取6144，因此 采样频率约为1.7kHz，基础理论屏幕分辨率约为12.2位，而根据Figure?4能够看得出，针对14mm直徑的电磁线圈来讲，1~3mm的间距转变 区域能够获得全测量范围约20%的电感器转变 范畴，因此 合理的基础理论屏幕分辨率约为9.8位，假定噪音位为2位（很多试验数据显示LDC1000电感器精确测量噪音位一般约为1~3位，因电磁线圈特性阻抗、Q值及其系统软件标准不一样而异），合理屏幕分辨率约为7.8位，因而在1~3mm的间距转变 区域内大概能够获得9μm的屏幕分辨率。???????

构建系统软件，应用铝合金型材做为总体目标金属材料，功能测试結果如下图所显示：

横坐标为金属材料总体目标物与电磁线圈间的间距，主纵坐标为电感线圈，第二纵坐标为位移测量的屏幕分辨率。从检测結果看来，在1~3mm的间距转变 区域内，电感器转变 范畴为12μH~17μH，位移测量屏幕分辨率在1mm处约为3μm，在3mm处约为9μm，基本上合乎控制系统设计规定。此外因为采样频率约为1.7kHz，而系统软件要求为100Hz，因而能够采用数据滑动平均过滤器或是其他数字滤波方式进一步提高系统软件精确测量屏幕分辨率。?

独特电磁线圈运用?

PCB电磁线圈因为具备设计方案灵便成本费较低这些特性，因而广泛运用于电感器感测器系统软件中，但在很多状况下，PCB电磁线圈不能够达到运用规定，这时候能够采用一些非PCB电磁线圈来达到运用规定。比如在有一些规定很小规格电磁线圈的运用场所中，能够应用贴片电感来做为电感器感应器，比如一颗封裝为0603的贴片电感就可以用以一些很小室内空间范畴的贴近感测器；此外在一些场所扭簧还可以做为电感器感应器使用于LDC1000中，扭簧的变形会造成电感器的转变，根据检验电感器的改变就能感受力的改变或是偏移的转变。总而言之一切具备电感器特点的元器件，包含电磁线圈（输电线电磁线圈，PCB电磁线圈，或是软性PCB电磁线圈等）、电感器、扭簧这些可以做为LDC的检测元器件。?

和PCB电磁线圈不一样，电感器一般都含有磁心，其在较宽的频段频率段范畴内都有着优良的Q值，在绝大多数状况下，为了更好地确保较好的屏幕分辨率，尽可能挑选相对性较低的串联谐振，进而确保LDC1000具备充足多的计标值，自然较低的串联谐振也会减少LDC1000的变换速率。而针对扭簧元器件来讲，许多扭簧因为其Q值和特性阻抗都很低，因而要挑选尽可能高的串联谐振，提升Q值和特性阻抗，有一些扭簧在最大的串联谐振下很有可能也达不上LDC1000规定的特性阻抗范畴，这时候还可以在弹簧片上串连一个稳定的电感器，随后再连接LDC1000，进而促使LC耦合电路的特性阻抗达到LDC1000的规定，自然因为串连了电感，最后会放弃系统软件的屏幕分辨率。

总结

有关ldc1000电磁线圈制做设计方案就讲解到这了，若有存在的不足之处热烈欢迎纠正。

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