Нужен индукционный датчик.

woosterstring

Привет народ.
Нужно собрать индукционный датчик расстояния (просто концевик).
Сразу скажу, что промышленные не подходят по ряду причин, а главное по стоимости.
Изменение зазора между магнитопроводом и объектом - до 30 мм. Порог ~10мм.
Соленоид не подходит, магнитопровод разомкнутый, датчик не резонансный.
Например, вот в такую схему LC-генератора можно включить катушку с П-сердечником.
Но проблема для меня в том, что на таких больших расстояниях изменения индуктивности совсем незначительны и частота на выходе генератора почти не меняется. В данном случае линейность меня не волнует, могу проградуировать микроконтроллером. Также есть существенные ограничения на размеры магнитопровода.
Но как сделать чувствительный генератор, чтобы при изменении индуктивности на 1% частота на выходе менялась в разы? Тут я слаб в теории.

Реклама

mickbell

Сделать-то можно, вот только надо будет бороться со стабильностью. Как сделать - расскажу. Делается не один генератор, а два. Оба высокочастотные. Один из них - кварцевый. Выходы обоих генераторов подают на смеситель, после него ФНЧ - и вот с него уже снимается низкая частота, сильно меняющаяся в зависимости от величины индуктивности. Проблемы тут по крайней мере две. О первой я уже упомянул - это стабильность. Вторая проблема - возможное затягивание частоты одного генератора другим. Борьба против этого - хорошая развязка по всем цепям, особенно по питанию, экранирование и выполнение опорного генератора без индуктивностей - на кварце.

Реклама

woosterstring

Спасибо. В далёком прошлом городил такой металлоискатель. Там было что-то около 400 кГц и 0.5-2кГц на выходе смесителя. Но очень хочется обойтись максимально простой схемой, т.к. делать концевой выключатель сложным не хочется. Со стабильностью одного генератора можно побороться. Но если изменение частоты будет в разы, цифровая измерительная схема наверняка обеспечит запас по точности. Так что небольшой уход частоты...

Котёнок.

К сожалению формула Томпсона нам говорит, что в обычном LC генераторе при изменении индуктивности на 1%, частота изменится только на 0,5% и от этого в подобном генераторе не уйти.

$Изображение$

А вот сопротивление её переменному току при этом изменится тоже на 1%

Реклама

woosterstring

Да, я прикидывал частоту по этой формуле.
Но по незнанию думал "авось" есть какое-то схемное решение:-)
Но, видимо, два генератора и есть искомая схема.

Реклама

klamper

woosterstring писал(а):Привет народ.
Нужно собрать индукционный датчик расстояния (просто концевик).

Так датчик расстояния или все таки концевик ?
Это как проблема имеет длинную бороду и достаточно широко освещена в литературе как по схемотехническим решениям так и по констркуции.
Тут например:
http://imlab.narod.ru/Electron/L_Sensor/L_Sensor.htm
http://edu.dvgups.ru/METDOC/GDTRAN/NTS/ ... _LAB1.HTML

А чем в качестве концевика, не устраивает геркон с магнитом или датчик Холла?

Реклама

mickbell

woosterstring писал(а):Спасибо. В далёком прошлом городил такой металлоискатель. Там было что-то около 400 кГц и 0.5-2кГц на выходе смесителя. Но очень хочется обойтись максимально простой схемой, т.к. делать концевой выключатель сложным не хочется.

Да уж куда проще: три транзистора и чуть-чуть обвязки...

klamper

mickbell писал(а): Да уж куда проще: три транзистора и чуть-чуть обвязки...

Это при условии что:
- датчик (рамка) соизмеримы с размерами с фаянсовой тарелки.
- грунт и металлические конструкции будут находится как минимум в метре от датчика (рамки).
- есть возможность постоянной калибровки и настройки для выделения результата по критериям - интерпретация на слух или на глаз по отклонению стрелки.

mickbell

klamper писал(а):
mickbell писал(а): Да уж куда проще: три транзистора и чуть-чуть обвязки...
Это при условии что:
- датчик (рамка) соизмеримы с размерами с фаянсовой тарелки.

Либо частоты выбраны правильно.

klamper писал(а):- грунт и металлические конструкции будут находится как минимум в метре от датчика (рамки).

Либо датчик выполнен в металле, экранирующем его элементы.

klamper писал(а):- есть возможность постоянной калибровки и настройки для выделения результата по критериям - интерпретация на слух или на глаз по отклонению стрелки.

А вот калибровка может оказаться действительно необходимой. Впрочем, я предупреждал.

woosterstring

Klamper, спасибо за ссылки.
- Я написал концевик, т.к. мне, по сути, не нужен линейный выход (во всяком случае во всём диапазоне расстояний), но основа измерителя - индуктивная, трансформаторная или магнитомодуляционная. Никаких выносных элементов делать нельзя. В датчике выход CAN - так что хотелось использовать незатребованные возможности контроллера.
- Выключатель (типа ВП, ВУ, КУ) не подходит.
- Оптика не подходит.
- Ультразвук не подходит.
- Датчик Холла не подходит (сейчас и стоит, но, поверьте, есть проблемы).
- Геркон не подходит (датчик по сути на массу металла (до 3 см), а у стекляшек большой гистерезис, сложно подстраивать магнитную систему в корпусе, а ещё бьются).
- Хотелось установить датчик и задавать порог по команде "обучением" на месте.
- Геометрические ограничения чувствительного элемента - максимальный размер в объёме 10мм х 5 х 5 - немногим больше феррита из первой ссылки.
- Да и ограничения по питанию - 5В, 120мВт.

Вот как-то так, только от 10мм и выше
http://www.youtube.com/watch?v=-JDLNyNXORY
http://www.youtube.com/watch?v=2phdCorn ... re=related

А теорию я почитал. Например, Смирнова "Методы и средства функциональной диагностики ... на основе электромагнитных датчиков".
Спасибо за активное обсуждение. Теперь знаю, с какой стороны подходить.

woosterstring

Наконец-то дошли руки, собрал макет. По принципу описаному Mickbell.
Хватило LC-генератора на компараторе 100 кГц, почти прямоугольник на выходе.
Катушку намотал на ферритовой чашке, что была под рукой, M2000, D26. Получилось 16mH.
Частота на выходе генератора "плывёт" как-раз на 0-0.5 кГц.
Опорную частоту взял с кварцованного микроконтроллера, он же меряет частоту разницы с фильтра после "смесителя" на XOR. Даже при очень грубой "сборке" на гнездовой макетке получилось неплохо.
Металл начинает чувствовать с 15 мм, так что оказалось никчему мерять частоту с большой точностью, разрешения в 1 Гц достаточно. Правда, есть настабильность самого генератора в 1-15 Гц и небольшой джиттер.
Но это объяснимо, с кучей висящих проводников на макетке.
Теперь соберу всё в SMD и подниму частоту, изменю феррит и добротность, проверю, что с температурой. Сейчас потребление 4 микросхем и обвязки на уровне 30 mA (5В), полагаю, что можно снизить.

Вопрос такой - как быстро уменьшается ёмкость керамических SMD конденсаторов с течением времени?
Температурная стабильность естественно отсутствует, перепад t -20...+40 гр.
Я найду с небольшим ТКЕ, но вот о старении не пишут ни в одном datasheet.

Дмитрий

Для ориентира примите нестабильность LС генератора

и из этого исходите.

woosterstring

Хорошо. Приемлемо.

klamper

С учетом опыта работы с подобными системами "металлоискателей" мне уверено кажется что все ресурсы схемотехники уйдут на стабилизацию параметров.
Сомневаюсь что это обеспечит долговременную повторяемость и однозначность результатов
Более чувствительна по порогу и менее капризна к стабилизации параметров мостовая схема - реагирующая даже на фазу.

mozgososik

Несколько лет назад делал мостовой емкостной датчик

схема пороговая,но если вместо PVG612 поставить ОУ...
подстроечный резистор регулировал порог (лучше поставить конденсатор)
деталь penis(штырёк) может быть пластиной
генератор 40мГц (такие на мамах стоят) может быть на любую частоту
может пригодится кому

woosterstring

Мостовая схема - это два П-сердечника с собственным переменным воздушным зазором и обмотками, которые включены как плечи моста (плюс два резистора)? Это те, что используются как путевые на железных дорогах?
Если это уменьшить до размеров спичечного коробка, и если поднять частоты до 10-50 МГц, то зачем мне мост?
Пусть обе катушки включены в контуры двух генераторов, и тогда разница действительно будет существенна.

Так или иначе, датчик должен быть монолитным коробком, реагирующим на приближение балки, которая ко всему совершает колебания по двум координатам, и только по третьей перемещается "линейно" относительно неподвижного датчика. Какую-бы нибыло ответную часть на саму балку крепить нельзя.

Просто я упоминал, что соленоидный датчик или датчик с переменной площадью зазора не подходит.
Нужен только датчик на зазор (ниже в пристёжке Temp_1), а в моём случае я не знаю как сделать его дифференциальным или мостовым.

Объясните про мост. Это то, что называется линейный трансформатор (LVDT sensor)?
С готовыми драйверами типа AD598.

klamper

Мост это примерно так:

Ты можешь изменять амплитуду и частоту питания моста произвольно и дистанционно при сохранении стабильности.
В качестве датчика используется Z1, а настройка на срабатывание производится параметрами Z2 - например регулируемой металлической шторкой.
Можно фиксировать реакцию на баланс (нуль) или уровень напряжения на склоне характеристики посредством компаратора.

woosterstring

Значит, на мой П-сердечник я мотаю три катушки.
Как-то так. Я правильно понял?

Но мне непонятно, как в моём случае обеспечить разбалланс, ведь моя балка целиком уходит от магнитопровода.
Всё симметрично. Вот, например, из книги Михеев В., Просандеев А. Датчики и детекторы.
На рисунке а) перемещается плунжер, на рисунке б) короткозамкнутый виток.

А вот из книги Ж. Аш. Датчики измерительных систем.

klamper

Ты мотаешь две катушки датчик Z1 и аналог Z2 для компенсации, и подключаешь их к трехобмоточному дифференциальному трансформатору.
Все это может находится в разных местах и соединятся проводами по линии связи.
Частота десятки КГЦ индуктивности на ферритах.
Как снимать сигнал по нулю и на склоне баланса надеюсь понятно.

Такая схема еще при Сталине применялась для охраны периметров и Государственной границы - при ее высокой стабильности даже на птиц реагировала.

woosterstring

Klamper, я сразу не "въехал" относительно Z1 и Z2 и примером "регулируемой металлической шторки"
Я подумал, что это ты так нарисовал схему замещения трансформатора (как раз рылся в книгах).
Просто всюду, где упоминаются датчики с высокой стабильностью они выполнены с так или иначе распределёнными параметрами (механическими связями).
Теперь вроде ясно.
Трансформатор играет роль плеч моста, которые "изменяются" вслед за добавочными Z1 (Z2).
Прочитать или посмотреть было бы хорошо, поскольку не знаю в каких разделах каталога искать.

По конструктиву: если намотать трансформатор на замкнутом Ш-феррите, компенсирующую Z2 на разомкнутом торе (чтобы подстраивать шторкой), а собственно датчик Z1 на распиленном торе или разомкнутой чашке (т.к. это всё должно быть плотно упаковано)?

Относительно охраны периметров. Индуктивность там в земле и сильно распределена, так?