测量逐飞制作的正交工字型电感
简 介：本文对比测试了两种正交工字型电感传感器性能差异。通过实验发现，细腰电感传感器信号幅度更大、噪声更低，计算角度无突变；而等腰电感因谐振电容不匹配导致灵敏度下降、相位偏移，造成角度计算出现非线性波动。分析表明，细腰电感因其特殊结构使电感量更适配1nF谐振电容，处于最佳谐振状态。建议采用细腰电感或调整等腰电感匹配电容至1.1nF以改善性能。实验数据证实正交电感设计需同时考虑几何结构与电路参数的匹配优化。
关键词：导航电感，正交电感，谐振幅度
楚王为何好细腰？
- 增加0.1nF电筒改进测量效果
01正交电感
一、正交电感
刚刚快递发送过来逐飞制作的正交工字型电感。 两个电感之间使用了胶水进行固定。 下面通过实验测试一下，这个电感是否满足正交。 也就是在测量角度的时候是否不存在死区。 测试的方法仍然和前几天实验采用相同的方式。
二、测量结果
使用舵机带动电感转动， 测量不同角度下两个线圈的数据。 利用双通道采集板 DMA 获得两个通道的 256 个ADC数据。 可以看到采集到的数据幅度偏小。 两个线圈基本上是正交的。 但是还是存在一点点的互感。 第二个传感器正交性更好。 表现在线圈信号的幅度几乎可以降低到 0 。 但是这两个线圈信号增益不同。 猜测是两个匹配电容没有使用精密电容， 造成谐振增益相差比较大。 反映到角度计算数值上， 在角度大的时候， 出现了一些非线性。 在零点没有死区。 第三个传感器， 正交性也非常好。 但是两个线圈的增益反过来了， 线圈一的信号幅度比线圈二大， 不过现在有一个问题， 那就是两个线圈数据的互相关数值比较小。 这就造成角度的极性出现了大的波动。 为什么两个绕组信号的互相关这么小呢？
三、对比两种电感
作为对比, 这里使用了细腰工字型电感. 这两个电感也是经过手工调整之后的正交电感。 在同样的采集板的增益下，采集两路信号。 首先，电感所获得到信号幅度很大。 这说明线圈处在正确的谐振点上。 更重要的是， 两路信号的互感数据非常大， 而且噪声很低。 这就使得计算出的角度没有突变。
这两种电感，体积差不多， 电感量都是 1mH， 为什么细腰电感做成的传感器性能要远好于等腰电感呢？ 我们知道，等腰电感的为 1mH， 对于150kHz的频率， 需要的谐振电容为 1.126nF。 现在电路板上配的是 1nF， 所以 LC 并没有处在谐振状态。 细腰电感，由于在垂直重叠的时候， 其中一个电感已经嵌入在另外一个电感的磁路中。 经过实际测量可以知道， 此时电感已经变成了 1.13mH, 那么对应的谐振电容恰好就是 1nF。 所以， 细腰电感组成的传感器的灵敏度高于等腰电感。 特别是，它处在谐振状态， 因此，信号没有引入附加相移。 这样，两路信号之间就会相差 180°。 但是，等腰电感由于没有处在谐振状态， 引入的相位使得两路信号正好处在正负 90°。 再考虑到 DMA 采集信号到来的相移， 这就使得两路信号几乎处在正交状态， 这就大大减小了两路信号的相关数值， 从而使得角度计算出现突变。 由此我们可以知道， 使用细腰电感能够更好的适应现在匹配的电容。
※总结 ※
本文测试了来自逐飞制作的正交电感传感器。 三个传感器基本都是正交的。 但是由于使用了等腰电感， 这就使得匹配谐振电容应该采用 1.1nF。 但是电路板上使用了 1nF的谐振电容， 造成了传感器灵敏度大为下降。 同时失去谐振带来的相移使得两路信号的相关数据幅度降低， 噪声增加。 这就造成计算出的角度数值会出现突变。 所以，采用细腰工字型电感更能适合作为传感器。 或者改变匹配电容，改为 1.1nF 也能够改善传感器的性能。