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Datenwandler Induktive Sensorik revolutioniert die Positions- und Bewegungserfassung

Redakteur: Kristin Rinortner

Texas Instruments hat mit dem industrieweit ersten „Inductance-to-Digital Converter“ (LDC) eine neue Datenwandler-Kategorie vorgestellt, die Spulen und Federn als induktive Sensoren nutzt. Vorteile dieser Technik sind niedrigere Systemkosten höhere Auflösung, Zuverlässigkeit und Flexibilität im Vergleich zu existierenden Lösungen.

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG
Texas Instruments Deutschland GmbH
Induktivitätswandler LDC1000
Induktivitätswandler LDC1000
(Bild: TI)

Die induktive Sensorik ist ein kontaktlos arbeitendes Verfahren, das sich nicht nur dazu eignet, Position, Bewegung oder Zusammensetzung eines Metalls oder eines leitenden Objekts zu messen, sondern auch das Zusammendrücken, Dehnen oder Verdrehen einer Feder detektieren kann.

Die Anwendungsmöglichkeiten der Induktivitätswandler reichen von einfachen Tastern, Drehknöpfen und Ein/Ausschaltern bis zu hochauflösenden Herzfrequenzmessgeräten, Turbinen, Durchflussmessern und schnellen Motor- und Getriebesteuerungen. LDCs können im Automotive-Sektor, bei weißer Ware, in der Consumer-Elektronik, in Mobilgeräten und Computern sowie industriellen und medizinischen Applikationen eingesetzt werden.

Ergänzendes zum Thema
Wie funktioniert ein LDC?

Ein magnetisches Wechselfeld wird durch ein oszillierendes LC-Glied erzeugt. Gelangt eine Drahtschleife in die Nähe dieses LC-Glieds, wird ein Wirbelstrom im Metall oder Leiter erzeugt. Dieser erzeugt Verluste im LC-Glied und verändert die Gesamtinduktivität.

Verwendet man das LC-Glied als Sensor, messen LDC sowohl die Verluste als auch die Oszillationsfrequenz des LC-Gliedes. Verluste im LC-Glied werden mit einem Wiederstand parallel zur Windung (parallele Resonanzimpedanz) gemessen. Die Oszillationsfrequenz ist ein Maß für die Induktivität.

„Die LDC-Technik gibt Ingenieuren die Möglichkeit, kostengünstige, ohnehin verfügbare Leiterbahnen oder Metallfedern zum Realisieren von Sensoren zu verwenden. „Inductance-to-Digital“-Wandler ermöglichen eine hochauflösende Erfassung beliebiger Metalle oder Leiter einschließlich des menschlichen Körpers“, sagt Dave Heacock, Senior Vice President von TI Silicon Valley Analog. „Systemdesigner erhalten mit den LCDs eine neue Plattform zur Entwicklung von Lösungen für schwierige Systemprobleme. Wir sind äußerst gespannt auf das, was diese Entwickler hervorbringen werden.“

Wichtige Vorteile der LDC-Technik

  • Höhere Auflösung: In Positionserfassungs-Anwendungen sind Auflösungen unter einem Mikrometer mit 16 Bit Resonanzimpedanz- und 24 Bit Induktivitätswerten möglich.
  • Verbesserte Zuverlässigkeit: Die kontaktlose Erfassung ist immun gegen nichtleitende Verunreinigungen beispielsweise durch Öl, Schmutz oder Staub, die die Equipment-Lebensdauer beeinträchtigen können.
  • Mehr Flexibilität: Der Sensor kann abgesetzt von der Elektronik an Orten platziert werden, an denen sich keine Leiterplatten unterbringen lassen.
  • Niedrigere Systemkosten: Es können kostengünstige Sensoren und Objekte verwendet werden. Magnete sind nicht erforderlich.
  • Unbegrenzte Möglichkeiten: Als Messobjekte eignen sich alle metallisierten Strukturen wie zum Beispiel Folien oder auch mit leitfähiger Tinte aufgedruckte Elemente.
  • Reduzierte System-Leistungsaufnahme: Die Leistungsaufnahme im regulären Betrieb beträgt weniger als 8,5 mW, im Standby-Modus weniger als 1,25 mW.

Das mit einem Mikrocontroller des Typs MSP430F5528 bestückte Evaluation Module LDC1000EVM ist zum Preis von 29 US-Dollar lieferbar.

Entwickler können den Inductive Sensing Designer in WEBENCH nutzen, um in wenigen Sekunden eine individuelle Sensorspule zu entwerfen und den LDC zu konfigurieren. Das Online-Tool vereinfacht das Design der Sensorspule und gibt – abgestimmt auf die Eigenschaften der Spule, die Applikations-Anforderungen und die Leistungsvorgaben des Systems als Konfigurations-Einstellungen für den LDC aus. Das optimierte Design lässt sich in populäre CAD-Programme exportieren.

Der LDC1000 ist in einem 4 x 5 mm großen SON-Gehäuse mit 16 Anschlüssen lieferbar und kostet 2,95 US-Dollar (ab 1000 Stück). Im ersten Halbjahr 2014 soll zusätzlich eine Automotive-qualifizierte Version kommen. //

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