電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）電容與電感是電路中的基礎(chǔ)元件，二者都可以用于傳感。電容式傳感器FDC是以電容作為傳感元件，將被測(cè)物理量或機(jī)械量轉(zhuǎn)換成為電容變化量的一種轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)際上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器，在位移、角度、振動(dòng)、速度、壓力等方面的測(cè)量應(yīng)用頗多。

電感式傳感器LDC則是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的一種裝置，在機(jī)電控制系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。

FDC：高魯棒非接觸測(cè)量

最典型的FDC由上下電極（極板）、絕緣體（電介質(zhì)）和襯底構(gòu)成，當(dāng)薄膜受壓力作用時(shí)，薄膜會(huì)發(fā)生一定的變形，帶動(dòng)上下電極之間的距離發(fā)生一定的變化，從而使電容發(fā)生變化，根據(jù)電容的變化得出對(duì)被測(cè)物體的傳感。一般來(lái)說(shuō)，任何基于電容的傳感系統(tǒng)的魯棒性對(duì)于可靠性和準(zhǔn)確性都很重要，因此如何突破傳統(tǒng)電容技術(shù)在魯棒性方面的局限尤為重要。

第一個(gè)影響來(lái)自溫度，F(xiàn)DC的上下電極間距很小，對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的變化很敏感，溫度可能引起的部件的相對(duì)位置變化會(huì)引發(fā)FDC測(cè)量不準(zhǔn)的問(wèn)題。因此選擇穩(wěn)定的材料并設(shè)置合理的上下電極間距是提高FDC魯棒性的有效辦法。

第二個(gè)是電容的邊緣效應(yīng)帶來(lái)的非線性影響，電容在邊緣處的不均勻電場(chǎng)分布會(huì)導(dǎo)致傳感器靈敏度的下降，并使非線性程度加深。想在這一點(diǎn)上提高FDC的魯棒性除了在傳感器布局上做相應(yīng)的設(shè)計(jì)，還需要用具有補(bǔ)償功能的測(cè)量電路對(duì)輸出電容進(jìn)行非線性補(bǔ)償。

還有一個(gè)限制因素則是電容避不開(kāi)的寄生電容影響，如果FDC本身電容很大這種影響相對(duì)來(lái)說(shuō)還小一點(diǎn)，如果FDC本身電容很小那寄生電容會(huì)嚴(yán)重影響傳感器的電容特性。靜電屏蔽是繁瑣但有效地克服寄生電容的一種手段。

為了減輕FDC外部寄生電容的影響，此前TI提出過(guò)一種異相（OoP）技術(shù)，通過(guò)對(duì)稱的傳感器布局，以獨(dú)特的方式使用電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器上的屏蔽驅(qū)動(dòng)器來(lái)抵消外部電容的影響并穩(wěn)定測(cè)量。當(dāng)時(shí)采用異相（OoP）技術(shù)的FDC在絕對(duì)誤差上相比傳統(tǒng)電容技術(shù)有著數(shù)量級(jí)的提升，消除外部電容影響后FDC的魯棒性有明顯的質(zhì)的飛躍。

FDC的非線性的這些缺點(diǎn)讓其應(yīng)用有一定的局限性，但總的來(lái)看，F(xiàn)DC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好還能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，是一類(lèi)很實(shí)用的高精度傳感器。

LDC的多面應(yīng)用

LDC同樣是一種非接觸測(cè)量的傳感手段，利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著很多用例。而且因?yàn)長(zhǎng)DC是無(wú)磁體感應(yīng)，其模擬前端和轉(zhuǎn)換器不受直流磁場(chǎng)的影響，無(wú)需磁體即可運(yùn)行，能夠用于在位置感應(yīng)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)超高精度。

LDC器件可以應(yīng)用的方向著實(shí)不少，電感式觸控器件在可穿戴設(shè)備上和工業(yè)HMI上已經(jīng)代替了很多機(jī)械按鈕應(yīng)用，LDC在觸控按鈕應(yīng)用里不需要金屬觸點(diǎn)和墊圈這種活動(dòng)部件，尺寸可以做到非常小，而且比機(jī)械式按鈕在各種工況下更穩(wěn)定，還能通過(guò)LDC進(jìn)行壓力檢測(cè)以實(shí)現(xiàn)多級(jí)按鈕功能。

多通道LDC在監(jiān)測(cè)多個(gè)傳感器的系統(tǒng)上也是替代高分辨率差分傳感器的不錯(cuò)選擇。多通道LDC能使用單個(gè)LDC器件來(lái)設(shè)計(jì)多傳感器系統(tǒng)，在連續(xù)采樣模式下，這些多通道LDC的功耗通常在幾毫安的量級(jí)上，比霍爾效應(yīng)傳感功耗來(lái)得更低，很實(shí)用。

而在非動(dòng)態(tài)的接近檢測(cè)領(lǐng)域，LDC也一直都是性價(jià)比非常高的選擇。這種LDC傳感本質(zhì)只是一個(gè)PCB線圈，成本很低。其感測(cè)距離與傳感器線圈的尺寸直接相關(guān)，一般1um-10cm是LDC的可行感測(cè)范圍。就大多數(shù) LDC器件而言，在高精度高分辨率的應(yīng)用里其最大感測(cè)范圍一般是線圈直徑的 50%，對(duì)于低精度低分辨率應(yīng)用，這個(gè)范圍可以擴(kuò)大到線圈直徑的100%。

這些LDC在各種應(yīng)用中發(fā)揮著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)里起著重要的作用。

小結(jié)

這些常見(jiàn)的電容式、電感式傳感在應(yīng)用里都有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，雖然各自的劣勢(shì)讓其應(yīng)用范圍有著局限性，但是隨著材料、工藝和電子技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)DC和LDC在盡可能克服短板的同時(shí)將其非接觸測(cè)量的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步發(fā)揮了出來(lái)。