電感式感應(yīng)：如何屏蔽金屬干擾

您是否嘗試使用電感式傳感器，但附近有干擾導(dǎo)體？這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)在干擾金屬和傳感器線圈之間插入一塊鐵氧體材料來(lái)解決。

感應(yīng)傳感技術(shù)測(cè)量導(dǎo)電材料的接近度，例如附近的金屬片。距離最多大約一個(gè)傳感器線圈直徑的金屬會(huì)影響電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (LDC) 的電感讀數(shù)，例如LDC1614。 

與在電力變壓器中的使用類似，鐵氧體材料可用于感應(yīng)傳感系統(tǒng)，以集中和重定向磁通量。鐵氧體的高磁導(dǎo)率和低電導(dǎo)率增加了傳感器的動(dòng)態(tài)范圍，因此擴(kuò)展了其可用范圍。鐵氧體還有助于保護(hù)傳感器免受感應(yīng)線圈附近不需要的金屬的影響。這種干擾金屬可能是一塊大的靜態(tài)金屬，例如金屬外殼，或傳感器附近的另一個(gè)移動(dòng)部件。

為了評(píng)估鐵氧體背襯的影響，我建立了一個(gè)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中我測(cè)量了 24 位電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出 同時(shí)改變鋁靶和線圈之間的距離。然后我將干擾金屬和/或鐵氧體材料片放置在線圈的另一側(cè)。

我使用了以下組件（按組裝順序）：

1. 目標(biāo)：（55mm x 80mm 鋁，1.3-mm 厚度）

2. 傳感器 PCB 線圈：（直徑 50mm，120 匝/層，2 層，4 mil 跡線/空間）帶有 330pF 傳感器電容器

3. 鐵氧體片：Würth Elektronik 柔性燒結(jié)鐵氧體片（部件號(hào) 354 003），（55mm x 80mm）

4. 干擾金屬：（55mm x 80mm 鋁，1.3 mm 厚）

我測(cè)量了干擾金屬的影響以及鐵氧體材料的屏蔽效果。

測(cè)量 1：干擾金屬的影響

傳感器線圈附近的任何不需要的導(dǎo)電材料都會(huì)通過(guò)降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍來(lái)影響 LDC 的輸出。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，我以 500μm 的步長(zhǎng)將目標(biāo)移動(dòng)到線圈前面 2.5 毫米（線圈直徑的 5%）到 25 毫米（線圈直徑的 50%）處，如下所示。

接下來(lái)，我在傳感器的另一側(cè)引入了一個(gè)干擾導(dǎo)體，并將目標(biāo)從 2.5mm 移動(dòng)到 25mm，如下圖所示。

下圖中的紅線表示沒(méi)有干擾的 LDC 輸出，紫線表示存在干擾時(shí)的輸出。在沒(méi)有干擾源的情況下，隨著目標(biāo)從最小距離 (2.5mm) 移動(dòng)到最大距離 (25mm)，LDC 輸出代碼改變了 67,023 個(gè)代碼。使用干擾源后，代碼的總變化減少了 6,381 個(gè)代碼——動(dòng)態(tài)范圍減少了 10.2%。

如果干擾源是較大的導(dǎo)體或者如果它更靠近感應(yīng)線圈，則可用動(dòng)態(tài)范圍的下降可能會(huì)更加嚴(yán)重。

測(cè)量 2：用鐵氧體屏蔽干擾金屬

在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我用鐵氧體屏蔽覆蓋了傳感器的背面。

鐵氧體的目的是將磁場(chǎng)強(qiáng)度引導(dǎo)至目標(biāo)并屏蔽干擾金屬。下面的綠線顯示了鐵氧體的效果。在這些測(cè)試條件下，我測(cè)量了最小和最大目標(biāo)距離之間的 70,898 個(gè)代碼差異，動(dòng)態(tài)范圍增加了 5.8%。該測(cè)量表明，與沒(méi)有干擾物的第一次測(cè)量相比，添加鐵氧體不僅消除了干擾目標(biāo)的影響，而且甚至提高了我的動(dòng)態(tài)范圍。

鐵氧體的好處

添加鐵氧體背襯可能是引導(dǎo)磁場(chǎng)的有效方法，以提高電感傳感器的動(dòng)態(tài)范圍并使其免受干擾金屬的影響。下表總結(jié)了這些發(fā)現(xiàn)并表明可以使用鐵氧體背襯來(lái)消除來(lái)自導(dǎo)體的干擾。事實(shí)上，與沒(méi)有鐵氧體和沒(méi)有干擾的情況相比，鐵氧體甚至提高了動(dòng)態(tài)范圍。