LinACE™ with digital outputs vs. LVDT sensor

2021年9月27日

LinACE™ 是電機感測器，可將物體的線性運動轉換成電氣訊號。

數位輸出在多方面比類比更出色，因其較不易受 EM 干涉影響、允許使用內建自我監控功能，甚至可以採用 CRC 等誤差偵測代碼。這些特色造成使用較長纜線時，數位輸出更加可靠。

LVDT 通常由圍繞管芯的三個線圈組成。中央的線圈為主要線圈，其他兩個線圈為次要線圈。

鐵磁芯移動時，主要線圈和兩個次要線圈之間的磁性連接會產生變化，造成感應電壓變化。次要線圈的感應電壓差會轉換成位置資訊。

與 LVDT 感測器不同，LinACE 感測器會讀取硬鍍鉻實心鋼桿寫入的絕對碼，並將編碼位置轉換成數位訊號。

讀取編碼軸可針對根據感應電壓變化評估位置變更來提供多種優勢。

有關 LinACE 的更多資訊，請造訪 LinACE 網站。

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小巧的設計

與 LVDT 不同，LinACE 讀頭的長度不受量測的長度影響。LinACE 的讀頭長度介於 29 mm 至 40 mm 之間，直徑最大 35 mm。

線圈長度需大於量測長度才能使用 LVDT 轉換器。因此，感測器測頭長度會隨量測長度增加。

若 LVDT 的量測長度為 20 mm 或以上，標準直徑為 19 mm 或 22 mm。可以使用整合或單獨處理的電子裝置。使用整合處理的電子裝置時，感測器測頭的長度會更大。如處理電子裝置為獨立式設計的，就需要：

額外配線、
安裝空間和
額外成本。

LinACE 與 LVDT 比較：讀頭長度和質量

量測長度 [mm]	長度 (mm)		質量 (g)
量測長度 [mm]	LinACE	LVDT (A)	LinACE	LVDT
20	29	140	94	130
100	29	230	111	265
150	29	280	122	325
300	29	450	144	520

LVDT：預估標準值（使用整合處理電子裝置）。
LinACE：含軸向纜線輸出、1 m 纜線和 6 mm 編碼軸直徑。

數位輸出和高階診斷功能與可靠性

LinACE 編碼器提供非同步序列、PWM、SSI 和 BiSS 輸出版本，並提供多種可選擇的解析度，範圍為 10 µm 至 0.5 µm，速度最高 5 m/s。

LinACE 編碼器內建進階自我監控功能，可持續檢查多項內部參數；所有數位介面皆提供錯誤報告、警告及其他狀態訊號。不需要訊號調節器或其他電子裝置。

LVDT 轉換器通常只有類比或 LVDT 輸出，不會顯示狀態資訊。使用 LVDT 輸出時，需使用單獨處理電子裝置（或訊號調節器）。

DEWESoft 的 LVDT 訊號調節器範例，DSI-LVDT 轉接器：

溫度穩定性

發生溫度波動時，我們可以預期導致位置產生漂移。LVDT 感測器的溫度係數通常為 0.015% /K 至 0.04%/K，會造成可觀的溫度漂移，尤其在量測長度較長時更是如此。

LinACE 位置量測只會因為編碼碳鋼軸和讀頭的鋁合金外殼發生熱膨脹，而隨著溫度漂移。其變化通常在裝置外框的熱膨脹範圍內。

輸出漣波 - 訊號雜訊

LVDT 提供的輸出漣波或訊號雜訊，單位通常是 mV (RMS) 或 mV (eff) 。量測長度越長，對精度的影響越大。量測長度中段的輸出漣波或雜訊通常較低，兩端則較高。若量測長度為 150 mm，雜訊等級可介於 30 µm 至 300 µm。如為高階 LVDT，量測範圍中段的雜訊等級可低至 3 µm。

LinACE 感測器的訊號雜訊不受量測的長度影響。一般雜訊值低於 2 µm。

比較訊號雜訊與感測器量測長度

量測長度 20 mm 或以上的精度

LinACE 編碼器具有 10 µm 至 0.5 µm 的解析度以及 ±100 µm 至 ±5 µm 的精度。±5 µm 的精度適用於最多 100 mm 的量測長度。±10 µm 的精度則適用於最多 450 mm 的量測長度。下方的 LinACE 精度圖顯示量測長度為 300 mm 且精度為 ±10 µm 時的標準精度。

不過，因為編碼軸與鋁合金外殼會熱膨脹，我們也必須考慮溫度漂移。

LVDT 轉換器標準非線性度為 0.1 % 至 0.5 %。因此，在量測範圍最多 10 mm 的情況下可以得出最佳精度和解析度（在 0.1% 非線性度的 ±5 mm 行程時為 ±5 µm）。不過，在 100 mm 行程時，預期為 100 µm 或以上的非線性度。為達到更好的線性度，客戶方需執行額外的校準。

下方的 LinACE 與 LVDT 精度比較圖表顯示非線性度為 0.1%、0.15% 和 0.2% 時的 LVDT。我們可以看到，較長的量測長度時，LinACE 明顯在精度更具優勢。

LinACE 精度圖

LVDT 精度圖

LinACE 與 LVDT 精度比較圖

無前行程或後行程

LinACE 編碼器無前行程或後行程。從開始到結束的整個編碼軸使用過程可以不受限制。

LVDT 轉換器在特定芯動作範圍中具備非常線性的輸出，但感測器會用於較廣泛的範圍，導致輸出線性度下降。此範圍通常在幾 mm 之內。

前行程：從 LVDT 轉換器完全向外位置（移動元件位於機械式碼錶處），到 LVDT 量測範圍開頭的機械動作。
後行程：從 LVDT 量測範圍（向內）末端，到完全向內位置（移動元件位於機械式碼錶處）的機械動作。

規格比較

	LinACE	LVDT
量測長度	從 20 mm 至 450 mm	從 0.254 mm 至 700 mm
編碼器長度	測量長度 + 29 mm 至 40 mm	約為量測長度 x 2
解析度	至 0.5 µm（20 mm 範圍時 >15 位元）	< 15 位元
精度	至 ±5 µm
非線性度	100 mm 範圍時 < 0.01%	0.1/0.2/0.25/0.5（整個磁性尺的百分比）
重複性	1 µm	0.01% 至 0.1%（100 mm 範圍時 10 µm 至 100 µm）
輸出頻寬	2000 Hz	15 Hz 至 500 Hz
輸出	異步化序列、PWM、SSI、BiSS	類比，RS485
供應電壓	5 V	5 V 至 12 V 或 10 V 至 30 V
耗電量	標準 500 mW* 最大600 mW*	300 mW 至 700 mW
IP 防護等級	IP40	IP40 至 IP68
溫度	-30°C 至 +105°C	0 °C 至 +65°C 或 -40°C 至 +200°C

* 無輸出負載。

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