提高電感傳感器測(cè)量靈敏度的方法

如圖2(b)和圖2(c)對(duì)上下兩線圈分別采用并聯(lián)和串聯(lián)電容C1和C2的方式，形成諧振回路I和回路II，通過后續(xù)仿真觀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(tái)及仿真條件
仿真平臺(tái)使用Multisim，它是美國(guó)國(guó)家儀器(NI)有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬／數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)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(kù)和全面的儀器儀表庫(kù)和豐富的仿真分析能力。采用它來(lái)對(duì)改進(jìn)前后的電路進(jìn)行仿真。
在仿真之前，先結(jié)合工程實(shí)際情況對(duì)仿真條件進(jìn)行一些設(shè)定：
(1)激勵(lì)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(duì)應(yīng)的純電感L1和L2，會(huì)隨著位移線行變化，滿足L1+L2=10 mH(3L17，3L27)。
2．2 仿真過程及結(jié)果
對(duì)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?yàn)長(zhǎng)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(jì)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，觀察電路性能，仿真結(jié)果如圖3所示。

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

經(jīng)Matlab計(jì)算普通半橋在3～7 mH段，電壓變化范圍1．5～3．5 V，電壓對(duì)電感的靈敏度為0．5V／mH。線性度近似為1。對(duì)圖4(b)采用最小二乘法擬合直線后，在3．8～6．3 mH段，輸出電壓的變化范圍0．77～4．39 V。線性度可達(dá)2．39％，靈敏度為1．448 V／mH。
對(duì)全橋電路的仿真與半橋的方法類似，需要注意的是希望電橋在L1=L2=5 mL時(shí)平衡，所以對(duì)于匹配電阻的選取需要根據(jù)仿真條件計(jì)算
對(duì)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。