如何測量二維

電感式位置傳感器可以精確測量金屬目標的旋轉或線性位置。與其他磁場傳感器不同，它們不需要磁性目標。相反，它們使用替代磁場在金屬目標中感應磁場，然后能夠精確測量目標的位置。這個目標可以是任何金屬，但最好的目標是銅、鋁或不銹鋼。雖然它們非常適合測量線性距離和旋轉角度，但有時在應用中需要多個維度。為了進行精確測量，可以添加第二個電感式位置傳感器來測量這個額外的軸，但第二個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換檔功能的汽車換檔器，通過將齒輪向左或向右拉動。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，您可以添加第二個軸的測量。在描述如何完成之后，我們將介紹在您的兩軸傳感器設計中實現它的步驟。

我們的電感式位置傳感器如何測量第二個維度

Microchip獨特地使用帶有電感式傳感器的快速連續自動增益控制（AGC）電路，有助于提供準確的測量，并實現第二軸測量。下圖顯示了電感式位置傳感器的框圖和AGC的操作。磁場由 OSC1 和 OSC2 信號引入金屬目標。接收信號CL1和CL2被解調以表示Raw Sin（x）和Raw Cos（x），其中x表示角度或位置。這些信號的幅度由固定輸入范圍的模數轉換器（ADC）讀取，以將信號轉換為數字域。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，以計算arctan（x）以及其他校準算法。

為了最大限度地提高這些ADC讀數的分辨率，調整AGC以確保Sin（x）和Cos（x）的峰值在不同的信號強度下保持在ADC的最大范圍內。它通過控制 OSC1 和 OSC2 振幅來實現這一點

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表示和旋轉角度或測量的距離。AGC（x） 然后由以下公式計算：

其中AGC（x）是每個角度或位置x處的增益，K是由電路定義的恒定半徑。控制律和框圖說明，隨著目標距離的調整，接收到的信號CL1和CL2不會增加或減少，因為AGC（x）會自動變化以保持sin（x）和cos（x）信號的峰值恒定，以便ADC讀取。我們將使用此AGC（x）增益來提供僅使用一個電感式位置傳感器集成電路（IC）的第二個測量軸。

傳感器目標距離變化增益

如果沒有AGC，CL1和CL2的接收信號強度會隨著氣隙而變化。從概念上講，由于傳感器和金屬目標之間的氣隙較大，OSC1和OSC2產生的磁場不會在金屬目標中感應出那么多的磁場，CL1和CL2將接收較少的信號。然而，通過實施這種連續AGC，我們現在可以直接測量傳感器和目標之間的氣隙或距離。只要可以調整傳感器機械設計以利用此氣隙，就可以使用第二個軸（即z軸）。下一個問題是：我們如何衡量這種收益？

用于救援的 10 位 ADC

Microchip的LX3302A、LX3301A和LX34211具有10位ADC以提供動態校準。它通過測量振蕩器電壓的幅度（代表增益）進行動態校準，并用它來補償不同AGC增益下非理想傳感器的失調電壓。傳感器偏移定義為Sin（x）或Cos（x）信號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微控制器或計算機接口。它可以輸出模擬，PWM，SENT或PSI5值的傳感器輸出，如框圖吹所示。您還可以看到與測量振蕩器電壓的AFE模塊的10位ADC連接。

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

然后，主機微控制器可以使用此信息來確定AGC的增益和氣隙，并測量第二個運動軸。LX3302A的應用筆記展示了即使微控制器沒有本機SENT外設，如何使用微控制器讀取此SENT信息。總之，關于我們之前的示例，帶有按鈕指示器的旋鈕可以使用氣隙變化來檢測用戶何時按下旋鈕。

實際考慮

精確的傳感器將具有非常小的傳感器偏移（即Offsin= Offcos = 0），但有時很難實現。使用動態校準，這些傳感器也可以是準確的，但振蕩器電壓最終會在測量范圍內移動。這些傳感器也可以使用此AGC增益來檢測次軸運動，但可能需要利用位置傳感器信息。在一個極端的例子中，下面的線性傳感器有一個異常大的偏移，從測量范圍內的振蕩器電壓可以看出。測量了三種不同的氣隙。

圖2.具有大失調電壓的傳感器

即使在這些條件下，使用位置信息也可以檢測到氣隙。如果目標是檢測氣隙何時下降到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，將檢測到相同的6 mm氣隙。

使用主機微控制器，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現此次軸測量。

圖3.對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調整AGC回路來記錄第二個測量軸。

審核編輯：郭婷