Detectar si la bobina está cerca de la pieza de acero usando MCU

Hace años, usé un PIC12F509 para hacer este tipo de sensor. Utilizó inductor de tipo de resistencia de plomo 100uH L = 6mm D = 2.5mm. Los valores reales del condensador no puedo recordar. Se usó para hacer un interruptor a prueba de agua que funcionaba de manera confiable en agua salada. En mi caso, un resorte (ID = 8 mm L = 4 mm) se deslizó sobre la bobina formando un giro corto.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

C1, L1 forman un circuito resonante a 150 kHz (para los valores mostrados). Un medio ciclo es aproximadamente 3us La salida está habilitada, luego un solo impulso energiza el circuito (hi para 2us), luego cambia de nuevo a la entrada y muestra la entrada. El tanque LC ahora resonará. es decir, irá - + - + a la frecuencia de resonancia durante un par de ciclos. Inmediatamente después de activarlo, se vuelve negativo, luego un medio ciclo más tarde, el voltaje será máximo + ve, y tomará muestras como lógica 1. Cuando hay metal formando un giro en cortocircuito, el pico ocurre antes, porque L se reduce efectivamente y muestreará 0. El código es muy simple, probablemente menos de 10 códigos de operación.

Debe elegir L y C para adaptarse a la rapidez con la que funciona su micro (el PIC era uno de nuestros ciclos de instrucción). Necesita experimentar con tipos de bobinas para adaptarse a su situación. Debe probar empíricamente el mejor pulso de excitación (qué ancho, pulso + ve + vs pulso 1/0) y explorar cómo se ve la resonancia y cómo se mueve, usando un osciloscopio. Tenga en cuenta que hay dos modos de detección posibles. Usé el cambio en L y, por lo tanto, el cambio en la posición del pulso resonante.

También es posible observar el tiempo de caída del timbre contando el número de ciclos de timbre. En este caso, la presencia de metal aumentará la pérdida, y el timbre muere más rápido. por ejemplo, el recuento de anillos cae de 3 a 1.

Hay dos enfoques obvios.

Haga que la bobina forme parte de un oscilador LC y busque el cambio de frecuencia. Esto ya se ha cubierto en otra respuesta, por lo que no lo ampliaré aquí.

La segunda forma es crear un oscilador de frecuencia fija. Aplíquelo en un circuito LR en serie o LCR y busque un cambio en la corriente midiendo el voltaje a través de la resistencia.

Para la detección del cambio de inductancia, el esquema convencional es diseñar la bobina en un circuito oscilador. Los cambios de inductancia se determinan indirectamente al detectar el cambio de frecuencia del oscilador.

Se puede usar un temporizador MCU para verificar la frecuencia por uno de dos métodos.

1) Mida el período de tiempo de los ciclos de la señal del oscilador. Tomar varias lecturas y promedio.

2) Cuente los ciclos de la señal del oscilador en un intervalo de tiempo determinado.

Para hacer que la solución tenga la menor potencia posible, diseñe el oscilador de modo que pueda cerrarse mediante un GPIO separado de la MCU. Luego, solo inicie el oscilador y realice sus lecturas de forma periódica que sea compatible con la latencia máxima con la que puede vivir en su aplicación.

Investigue las MCU EFM32 con periférico LESENSE: detección inductiva de muy baja potencia. Silicon Labs tiene una nota de aplicación que cubre su tema exacto.

Crea un oscilador LC (inductor-condensador). La L es la inductancia de su sensor, que varía. C es una capacitancia conocida. La frecuencia del oscilador dependerá de la inductancia.

Hay varios métodos para determinar la frecuencia mediante un microcontrolador. Algunas MCU tienen contadores, por lo que puede contar el número de oscilaciones del circuito LC durante un período de tiempo conocido. Algunas MCU tienen periféricos que pueden medir períodos de tiempo.

También hay circuitos convertidores de frecuencia a voltaje. El voltaje de salida es DC proporcional a la frecuencia. El voltaje resultante puede ser leído por un ADC en un microcontrolador.

editar: Aparentemente, hay circuitos integrados especializados que son inductancia a los convertidores digitales (también aquí ).