提高电感传感器测量灵敏度的方法

如图2(b)和图2(c)对上下两线圈分别采用并联和串联电容C1和C2的方式，形成谐振回路I和回路II，通过后续仿真观察这两种方式电路性能的变化情况。输出电压



2 电路的仿真
2．1 仿真平台及仿真条件
仿真平台使用Multisim，它是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟／数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有庞大的元器件库和全面的仪器仪表库和丰富的仿真分析能力。采用它来对改进前后的电路进行仿真。
在仿真之前，先结合工程实际情况对仿真条件进行一些设定：
(1)激励电源：频率为7．5 kHz，峰峰值为5 V的交流电。
(2)传感器：总电感值为10mH差动电感传感器，线性范围为3～7mH，电感的自身的电阻值为54Ω。
如上文所述R1和R2固定不变，所以R1和R2为27Ω。而对应的纯电感L1和L2，会随着位移线行变化，满足L1+L2=10 mH(3L17，3L27)。
2．2 仿真过程及结果
对于半桥时电路II由于希望铁芯在最下方时回路II谐振，最上方时回路I谐振，因为L1和L2的变化范围为3～7 mH。L2为7 mH时回路II谐振，L1为7 mH时回路I谐振。按照仿真条件计算C1=C2=65 nF。简化仿真不妨取C1=C2，在65 nF附近从55～100 nF间隔5 nF进行仿真，观察电路性能，仿真结果如图3所示。

图中可以看出不同的电容值对电路的性能影响很大，如果选择不恰当，反而会使系统性能下降。只有选择适当容量的电容大小才能使测量灵敏度提高，同时保持尽量小的线性误差。所以选取曲线在L1=3～7 mH段时，灵敏度最高，线性度最好，进行最小二乘计算，它与普通半桥的对比如图4所示。

经Matlab计算普通半桥在3～7 mH段，电压变化范围1．5～3．5 V，电压对电感的灵敏度为0．5V／mH。线性度近似为1。对图4(b)采用最小二乘法拟合直线后，在3．8～6．3 mH段，输出电压的变化范围0．77～4．39 V。线性度可达2．39％，灵敏度为1．448 V／mH。
对全桥电路的仿真与半桥的方法类似，需要注意的是希望电桥在L1=L2=5 mL时平衡，所以对于匹配电阻的选取需要根据仿真条件计算
对于电路I：R3=R4=|jw×0．005+R1|=237 Ω；电路II：R3=R4=|(jwL+R1)∥(1／jwC1)|=817Ω；电路III：R3=R4=|jwL+R1+(1／jwC1)|=98Ω。