LDC1000


Nel 1820, Johann Schweigger inventò il galvanometro – il primo strumento utilizzato per rilevare e misurare le correnti elettriche –  da molti considerato come il primo sensore al mondo.

Quest’anno Texas Intruments propone una tecnologia altrettanto rivoluzionaria che può essere utilizzata per realizzare qualsiasi tipo di sensore, da quelli di movimento, rotazione e spostamento, sino ai sensori di flusso, pressione e forza che trovano applicazione in ambito industriale, automotive, consumer, medicale, mobile e tanti altri ancora.

L’annuncio è stato fatto da Jon Baldwin, Product Line Manager, Sensor Signal Path di Texas Instruments durante un’affollata conferenza stampa internazionale che si è tenuta a Monaco di Baviera.

La nuova tecnologia si basa su un dispositivo a basso costo denominato LDC (inductance-to-digital converter), convertitore analogico-digitale di induttanza, che utilizza una bobina, anche a forma di molla, che crea un campo elettromagnetico entro il quale si trova un target conduttivo il cui movimento può essere rilevato con grandissima precisione. Anche la compressione, trazione o torsione della molla può essere percepita e rilevata.

Il seguente disegno evidenzia le tecnologie attualmente utilizzate per realizzare i sensori:

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Ciascuna di queste tecnologie presenta vantaggi e svantaggi: i sensori di tipo ohmico (meccanico) non possono essere utilizzati in ambienti ostili e vanno opportunamente protetti; i trasduttori di forza (FSR) presentano una scarsa risoluzione e una limitata distanza di funzionamento; i sensori ad ultrasuoni sono soggetti a disturbi ambientali e funzionano male alle piccole distanze; i sensori capacitivi, pur avendo una elevata sensibilità, presentano una scarsa selettività; i sensori ad effetto Hall richiedono l’impiego di componenti magnetici (non sempre compatibili con l’ambiente di lavoro) e necessitano di una attenta calibrazione; infine i sensori ottici non possono funzionare in ambienti inquinati.

Tutte le criticità di queste tecnologie possono essere eliminate facendo ricorso al sistema messo a punto da Texas Instruments che utilizza uno o più convertitori induttivo-digitali e una bobina che può assumere le forme più diverse. Il principio di funzionamento e la sensibilità sono evidenziati nella seguente illustrazione:

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Il target che si muove all’interno del campo creato dalla bobina dell’LDC, grazie all’elevatissima risoluzione del dispositivo, viene rilevato con una precisione sub-micrometrica. Ciò significa, ad esempio, che questo sistema potrebbe rilevare le fratture micrometriche nella struttura dei velivoli, sostituendo i sistemi radiografici attualmete in uso.

Di seguito alcuni esempi che chiariscono come possono essere sfruttate le caratteristiche di questa tecnologia:

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Quest’ultima illustrazione evidenzia come il sistema sia in grado di rilevare la deformazione di una bobine a forma di molla (ma anche di un conduttore posto lungo una struttura) così come di distinguere metalli di differente natura. La prima applicazione che ci viene in mente osservando questo disegno è quella di un cercametalli in grado di discernere tra metalli preziosi e di scarso valore. Tanto più che la sensibilità del dispositivo garantisce una portata che, con una opportuna bobina, potrebbe arrivare al metro.

Schema a blocchi e caratteristiche tecniche:

  • Frequenza di lavoro: 5 kHz – 5 MHz
  • Risoluzione corrente parassita (Rp): 16 bit 
  • Risoluzione Impedenza: 24 bit
  • Tensione di alimentazione: 5 V
  • Corrente assorbita: 1,7 mA
  • Contenitore: SON-16
  • Interfaccia: SPI

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Principali vantaggi della tecnologia LDC:

  • Maggiore risoluzione: risoluzione sub-micrometrica nelle applicazioni con impedenza di risonanza a 16-bit e valori di induttanza a 24-bit .
  • Maggiore affidabilità: rilevamento senza contatto immune agli inquinanti non conduttivi quali olio, sporcizia e polvere, che possono accorciare la vita dei sensori.
  • Maggiore flessibilità: possibilità di posizionare il sensore a distanza dall’elettronica di controllo.
  • Costo inferiore: utilizza bobine e target a basso costo e non richiede magneti.
  • Possibilità illimitate: funziona anche con fogli di stagnola e inchiostri conduttivi offrendo infinite possibilità di realizzare progetti innovativi e creativi.
  • Consumo limitato: necessita di meno di 8,5 mW durante il funzionamento e meno di 1,25 mW in modalità standby.

Questa infografica illustra le possibili applicazioni del nuovo LDC1000 di Texas Instruments.

Il dispositivo LDC1000 è già disponibile in contenitore SON a 16 pin 5×4 mm al prezzo di 2,95 dollari cad. per lotti di 1.000 pezzi. La versione omologata per impiego automobilistico sarà disponibile nella primavera del 2014.

Strumenti e supporto

Texas Instruments mette a disposizione una evaluation board (LDC1000EVM), che include un microcontrollore  MSP430F5528 e che viene offerta a 29 dollari.

I progettisti possono creare una bobina personalizzata e configurare l’LDC in pochi secondi con il WEBENCH® Inductive Sensing Designer. Lo strumento online semplifica il processo di progettazione della bobina del sensore e fornisce le impostazioni di configurazione per l’LDC in base alle caratteristiche della bobina, i requisiti dell’applicazione e le esigenze di prestazioni del sistema. Il design ottimizzato può essere facilmente esportati in una varietà di programmi CAD più diffusi, per incorporare rapidamente la bobina del sensore nel proprio progetto.

Guarda i video che illustrano le caratteristiche di questo nuovo prodotto:

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