电感式感测窄带LC传感器不受直流磁场的影响

“将磁铁放在电感数字转换器（LDC），如LDC1612等附近会产生什么样的效果？”不受直流磁场的影响对于安全关键系统以及必须具有防干扰功能的系统（如家庭安全系统）而言尤为重要。

答案非常简单，就是窄带LC传感器不会受直流磁场的影响。但可以通过在传感器附近移动磁铁来轻松观察到传感器电感的变化情况。

确切地说，直流磁铁会以两种方式来改变LDC传感器的读数：

一般情况下，永久磁铁也是导体，或涂有导电涂层；LDC实际感测的是导电组件，而非磁铁的直流磁场。

如果将铁等铁磁材料作为目标，即使在传感器附近，直流磁铁可能使材料的磁畴达到饱和，并使得传感器交流磁场的目标特征发生变化。

必须要注意的是，这些为二次效应；并非直接由直流磁场引起。让我们来详细审视一下这个问题。

为什么LDC不受直流磁场的影响？

LDC传感器均为窄带谐振器，仅受频率与传感器相同的交流磁场影响。传感器的频率Q越高，其带就越窄，对带外干扰的抗扰性就越强。

直流磁场（如永久性磁铁所产生的直流磁场）不会使得传感器的振荡频率发生变化，因此不会改变LDC的测量结果。

为了调查对直流磁场的抗扰性，我使用了极强的铷磁铁，这种磁铁为市面上强度最高的一种永久性磁铁（参见图1）。这种磁铁的尺寸为40mm*40mm*20mm，非常强韧：其拉力为80kg！

图1：这一钕磁铁的尺寸为40mm*40mm*20mm，拉力高达80kg

我采用高斯计对直流磁场强度进行了测量，并在3mm的距离处获得了335mT的读数，如图2所示。

图2：高斯计显示在距离3mm处，测得的磁铁磁场强度为335mT。

我为什么要屏蔽？

永久性磁场不会干扰测量。但是，制成磁铁的导电材料本身就是一个目标。

为了消除磁铁导电性对LDC的影响，我在磁铁和高斯计的探头之间加装了一个1.6mm厚的铝挡板。如图3所示，铝板不会影响磁铁的直流磁场。

图3：直流磁场不受1.5mm铝板的影响

接下来，我在印制电路板（PCB）上安装了一个带有直径为29mm的线圈的LDC1612。该线圈取自LDC参考线圈电路板，每层35匝，共两层，导线宽度和间距均为0.15mm。传感器带有一个330pF的电容器，以1MHz的频率震荡。

加装铝板后，确保了LDC暴露在磁铁的磁通上，而非暴露在制成磁铁的导电材料上。当选定的传感器频率为1MHz时，铝板的表皮深度为82µm。因此，1.6mm厚的铝板超过了19层表皮的深度。由于在前6个表皮深度内已经流入了>99.9999998%的电流，因此深达19层表皮的铝板可以避免磁铁的导电材料干扰传感器所产生的交流磁场。

结果

我在两种试验条件下对传感器PCB的响应进行了比较，如图4所示。

测试1：无铝板。将磁铁从距传感器50mm处移到距离3mm处。

测试2：按照与传感器1mm的固定距离插入铝板。将磁铁从距传感器50mm处移到距离3mm处。

我记录了每一点处LDC所测的电感数据和直流磁场强度。

图4：测量装置

在无铝板的情况下，当我将磁铁从距传感器3mm处移至50mm处时，传感器线圈电感增大了45%，如图5所示。

但是，当有铝板时，未观察到电感变化（3mm和50mm之间<0.01）。

在同一范围内，磁场强度下降了93%，从335mT降至21mT。

图5：线圈磁铁距离与电感变化和磁场强度

测量显示：LDC的窄带结构能够检测到制成磁铁的导电材料，但不受来自其磁场的干扰。金属薄片可以屏蔽不必要的金属干扰，但对直流磁场的影响不作规定。

审核编辑：郭婷