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如何理解电感式接近传感器存在的多种处理问题?

发表时间:2021-06-08 17:45【

在恶劣的电气和机械环境中,对附近物体的线性或旋转位置的非接触式传感是一个常见的系统要求。 有很多方法可以实现这一目标,包括基于霍尔效应、磁致伸缩效应和磁耦合的传感器。


  一种广泛使用的方法是电感式接近感应,它有效、准确且耐用。 现代电子产品大大简化了它的实现,使其在性能、实用性和成本方面更具吸引力。 此常见问题解答将重点介绍可以提供此功能的电感式位置传感器和电路。


  什么是感应式感应?


  A:这种感应实际上分为三种:一种是间接利用电磁感应的高频振荡型,一种是利用磁铁的磁力型,一种是利用电容变化的电容型。 这里我们只关注第一个。


  为什么说“间接”?


   A:电感式传感器本身不测量电感; 说他们这样做是对不当术语的轻微误解。 相反,它们使用金属目标中磁场的电磁感应和空心变压器的众所周知的特性(法拉第定律)。 这允许传感器通过导电目标定位磁场干扰。 请注意,金属靶材不一定具有磁性(黑色金属); 铝等有色金属也适用。


  这些传感器在哪里使用?


   A:它们用于许多行业和其他具有挑战性的环境。 最常见的应用之一是通过检测齿轮齿的存在来测量电机轴(转子)的位置和旋转。 这些传感器广泛用于汽车应用,例如引擎盖或发动机附近。


  这个传感器是什么样子的?


   A:它看起来像一个标准螺栓,它们有不同的直径、不同的范围和灵敏度(图 1)。 这种传感器的实用优点之一是易于安装,因为它可以拧入标准螺纹孔中,然后使用匹配的螺母将其牢固地连接到支架或外壳上。


  这个传感器是如何工作的?


   A:有一个初级线圈,由一个频率(通常在 1 到 5 MHz 之间)激发产生磁场,两个次级线圈用于检测磁场(图 2)。 反过来,这些线圈将磁场转换为电压——想想拉第定律和变压器。  (请注意电感式位置传感器与LVDT的相似之处(请参考文末相关EE世界内容)。放置在磁场中的金属目标会在其内感应出与磁场相反的涡流,从而增加 感应电流和改变感应关系。


  这种变化具有衰减振荡的效果。 传感器通过振幅检测电路检测振荡状态的这种变化和阻尼。 两个接收线圈检测不同的电压,可以通过两个接收线圈的电压比值来确定目标的位置。 当比率超过某个预设限制时,阈值电路产生输出信号。


  传感器还有哪些其他属性?


   A:这些是最重要的:


  1、坚固可靠:全封闭,无外露部件。 此外,与 LVDT 类似,传感器本身(不包括电子元件)是一组线环或线圈,这意味着较宽的工作温度范围、抗冲击性和对环境应力的相对耐受性。


  2. 性能一致且可重复:基本设计坚固耐用,通过适当的电路,获取的信号在信号强度和阈值方面将保持一致。


  3. 体积小巧,安装方便:传感器头可以封装在更大的“螺栓”甚至小螺钉中,便于放置。 传感器头在一端,电线在另一端,便于布局和布线。 该传感器的长度可以在 5 毫米到 600 毫米之间。


  4. 灵敏度:根据设计细节,传感器可以轻松感知近至一毫米或更小或几厘米的目标。 分辨率的一致性也非常高,可以缩小到亚毫米甚至微米范围。


  5.读数不受灰尘和杂物的影响:同样,简单的机械外壳将东西挡在外面,读数不受非金属环境的影响。


  6. 对电磁干扰的高抗扰度:这些传感器的许多应用涉及电机和大电流,例如在 HEV 和 EV(数百安培的牵引电机)中,两者都会产生强大的杂散磁场。 传感器的双线圈设计意味着它可以执行差分传感,大多数杂散干扰磁场将在传感器接收器处自行消除。

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