如何測(cè)量二維

電感式位置傳感器可以精確測(cè)量金屬目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)或線性位置。與其他磁場(chǎng)傳感器不同，它們不需要磁性目標(biāo)。相反，它們使用替代磁場(chǎng)在金屬目標(biāo)中感應(yīng)磁場(chǎng)，然后能夠精確測(cè)量目標(biāo)的位置。這個(gè)目標(biāo)可以是任何金屬，但最好的目標(biāo)是銅、鋁或不銹鋼。雖然它們非常適合測(cè)量線性距離和旋轉(zhuǎn)角度，但有時(shí)在應(yīng)用中需要多個(gè)維度。為了進(jìn)行精確測(cè)量，可以添加第二個(gè)電感式位置傳感器來(lái)測(cè)量這個(gè)額外的軸，但第二個(gè)軸并不總是需要相同水平的精度，例如，具有按鈕功能的旋鈕或具有手動(dòng)換檔功能的汽車(chē)換檔器，通過(guò)將齒輪向左或向右拉動(dòng)。在任一情況下，具有一定余量的閾值都是可以接受的。

使用我們的電感式位置傳感器LX3302A，您可以添加第二個(gè)軸的測(cè)量。在描述如何完成之后，我們將介紹在您的兩軸傳感器設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)它的步驟。

我們的電感式位置傳感器如何測(cè)量第二個(gè)維度

Microchip獨(dú)特地使用帶有電感式傳感器的快速連續(xù)自動(dòng)增益控制（AGC）電路，有助于提供準(zhǔn)確的測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)第二軸測(cè)量。下圖顯示了電感式位置傳感器的框圖和AGC的操作。磁場(chǎng)由 OSC1 和 OSC2 信號(hào)引入金屬目標(biāo)。接收信號(hào)CL1和CL2被解調(diào)以表示Raw Sin（x）和Raw Cos（x），其中x表示角度或位置。這些信號(hào)的幅度由固定輸入范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）讀取，以將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字域。然后，微控制器可以使用sin（x）和Cos（x）值確定精確的角度或位置x，以計(jì)算arctan（x）以及其他校準(zhǔn)算法。

為了最大限度地提高這些ADC讀數(shù)的分辨率，調(diào)整AGC以確保Sin（x）和Cos（x）的峰值在不同的信號(hào)強(qiáng)度下保持在ADC的最大范圍內(nèi)。它通過(guò)控制 OSC1 和 OSC2 振幅來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)

圖1.電感式位置傳感器的模擬前端（AFE）框圖

使用以下三角恒等式作為控制律：

其中x表示和旋轉(zhuǎn)角度或測(cè)量的距離。AGC（x） 然后由以下公式計(jì)算：

其中AGC（x）是每個(gè)角度或位置x處的增益，K是由電路定義的恒定半徑?？刂坡珊涂驁D說(shuō)明，隨著目標(biāo)距離的調(diào)整，接收到的信號(hào)CL1和CL2不會(huì)增加或減少，因?yàn)锳GC（x）會(huì)自動(dòng)變化以保持sin（x）和cos（x）信號(hào)的峰值恒定，以便ADC讀取。我們將使用此AGC（x）增益來(lái)提供僅使用一個(gè)電感式位置傳感器集成電路（IC）的第二個(gè)測(cè)量軸。

傳感器目標(biāo)距離變化增益

如果沒(méi)有AGC，CL1和CL2的接收信號(hào)強(qiáng)度會(huì)隨著氣隙而變化。從概念上講，由于傳感器和金屬目標(biāo)之間的氣隙較大，OSC1和OSC2產(chǎn)生的磁場(chǎng)不會(huì)在金屬目標(biāo)中感應(yīng)出那么多的磁場(chǎng)，CL1和CL2將接收較少的信號(hào)。然而，通過(guò)實(shí)施這種連續(xù)AGC，我們現(xiàn)在可以直接測(cè)量傳感器和目標(biāo)之間的氣隙或距離。只要可以調(diào)整傳感器機(jī)械設(shè)計(jì)以利用此氣隙，就可以使用第二個(gè)軸（即z軸）。下一個(gè)問(wèn)題是：我們?nèi)绾魏饬窟@種收益？

用于救援的 10 位 ADC

Microchip的LX3302A、LX3301A和LX34211具有10位ADC以提供動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)。它通過(guò)測(cè)量振蕩器電壓的幅度（代表增益）進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)，并用它來(lái)補(bǔ)償不同AGC增益下非理想傳感器的失調(diào)電壓。傳感器偏移定義為Sin（x）或Cos（x）信號(hào)中不存在的不需要的恒定電壓的添加：

LX3302A具有特殊的單邊沿半字節(jié)傳輸（SENT）模式，可傳輸此ADC 10位增益信息以及主軸位置信息。

使用更多 SENT 通道帶寬

LX3302A是一款多功能IC，具有四種不同的方法與外部主機(jī)微控制器或計(jì)算機(jī)接口。它可以輸出模擬，PWM，SENT或PSI5值的傳感器輸出，如框圖吹所示。您還可以看到與測(cè)量振蕩器電壓的AFE模塊的10位ADC連接。

LX3302A的單邊半字節(jié)傳輸（SENT）是輸出接口之一，是一種可靠的抗噪聲通信方法。SENT 協(xié)議有兩個(gè)快速 12 位通道和一個(gè)用于傳輸信息的慢速 12 位通道。LX3302A SENT 模式 （FCM = 0100） 利用第二個(gè)快速通道發(fā)送此 10 位 ADC 振蕩器電壓，同時(shí)還通過(guò)第一個(gè)快速通道傳輸精確的位置信息。10位（0-1024）ADC值通過(guò)第二個(gè)快速通道傳輸。

然后，主機(jī)微控制器可以使用此信息來(lái)確定AGC的增益和氣隙，并測(cè)量第二個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。LX3302A的應(yīng)用筆記展示了即使微控制器沒(méi)有本機(jī)SENT外設(shè)，如何使用微控制器讀取此SENT信息。總之，關(guān)于我們之前的示例，帶有按鈕指示器的旋鈕可以使用氣隙變化來(lái)檢測(cè)用戶何時(shí)按下旋鈕。

實(shí)際考慮

精確的傳感器將具有非常小的傳感器偏移（即Offsin= Offcos = 0），但有時(shí)很難實(shí)現(xiàn)。使用動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)，這些傳感器也可以是準(zhǔn)確的，但振蕩器電壓最終會(huì)在測(cè)量范圍內(nèi)移動(dòng)。這些傳感器也可以使用此AGC增益來(lái)檢測(cè)次軸運(yùn)動(dòng)，但可能需要利用位置傳感器信息。在一個(gè)極端的例子中，下面的線性傳感器有一個(gè)異常大的偏移，從測(cè)量范圍內(nèi)的振蕩器電壓可以看出。測(cè)量了三種不同的氣隙。

圖2.具有大失調(diào)電壓的傳感器

即使在這些條件下，使用位置信息也可以檢測(cè)到氣隙。如果目標(biāo)是檢測(cè)氣隙何時(shí)下降到6.5 mm以下并具有一定的裕量，則可以選擇位置上的10位ADC值，該值大約適合6 mm氣隙曲線。例如，在測(cè)量位置5，如果ADC 10位值小于340，則氣隙小于6 mm。在位置15處，ADC 10位值減去550時(shí)，將檢測(cè)到相同的6 mm氣隙。

使用主機(jī)微控制器，以下氣隙閾值曲線可以作為這種極端條件的示例，即使用具有大量偏移的傳感器實(shí)現(xiàn)此次軸測(cè)量。

圖3.對(duì)輔助軸閾值使用可變閾值

使用上述方法，您可以使用Microchip電感式位置傳感器的快速連續(xù)調(diào)整AGC回路來(lái)記錄第二個(gè)測(cè)量軸。

審核編輯：郭婷