提高電感傳感器測量靈敏度的方法

如圖2(b)和圖2(c)對上下兩線(xiàn)圈分別采用并聯(lián)和串聯(lián)電容C1和C2的方式，形成諧振回路I和回路II，通過(guò)后續仿真觀(guān)察這兩種方式電路性能的變化情況。輸出電壓



2 電路的仿真
2．1 仿真平臺及仿真條件
仿真平臺使用Multisim，它是美國國家儀器(NI)有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬／數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有龐大的元器件庫和全面的儀器儀表庫和豐富的仿真分析能力。采用它來(lái)對改進(jìn)前后的電路進(jìn)行仿真。
在仿真之前，先結合工程實(shí)際情況對仿真條件進(jìn)行一些設定：
(1)激勵電源：頻率為7．5 kHz，峰峰值為5 V的交流電。
(2)傳感器：總電感值為10mH差動(dòng)電感傳感器，線(xiàn)性范圍為3～7mH，電感的自身的電阻值為54Ω。
如上文所述R1和R2固定不變，所以R1和R2為27Ω。而對應的純電感L1和L2，會(huì )隨著(zhù)位移線(xiàn)行變化，滿(mǎn)足L1+L2=10 mH(3L17，3L27)。
2．2 仿真過(guò)程及結果
對于半橋時(shí)電路II由于希望鐵芯在最下方時(shí)回路II諧振，最上方時(shí)回路I諧振，因為L(cháng)1和L2的變化范圍為3～7 mH。L2為7 mH時(shí)回路II諧振，L1為7 mH時(shí)回路I諧振。按照仿真條件計算C1=C2=65 nF。簡(jiǎn)化仿真不妨取C1=C2，在65 nF附近從55～100 nF間隔5 nF進(jìn)行仿真，觀(guān)察電路性能，仿真結果如圖3所示。

圖中可以看出不同的電容值對電路的性能影響很大，如果選擇不恰當，反而會(huì )使系統性能下降。只有選擇適當容量的電容大小才能使測量靈敏度提高，同時(shí)保持盡量小的線(xiàn)性誤差。所以選取曲線(xiàn)在L1=3～7 mH段時(shí)，靈敏度最高，線(xiàn)性度最好，進(jìn)行最小二乘計算，它與普通半橋的對比如圖4所示。

經(jīng)Matlab計算普通半橋在3～7 mH段，電壓變化范圍1．5～3．5 V，電壓對電感的靈敏度為0．5V／mH。線(xiàn)性度近似為1。對圖4(b)采用最小二乘法擬合直線(xiàn)后，在3．8～6．3 mH段，輸出電壓的變化范圍0．77～4．39 V。線(xiàn)性度可達2．39％，靈敏度為1．448 V／mH。
對全橋電路的仿真與半橋的方法類(lèi)似，需要注意的是希望電橋在L1=L2=5 mL時(shí)平衡，所以對于匹配電阻的選取需要根據仿真條件計算
對于電路I：R3=R4=|jw×0．005+R1|=237 Ω；電路II：R3=R4=|(jwL+R1)∥(1／jwC1)|=817Ω；電路III：R3=R4=|jwL+R1+(1／jwC1)|=98Ω。