Induktiv gekoppelte passive Sensoren für Messungen in schwer zugänglichen Umgebungen

Abstract:
In diesem Beitrag präsentieren wir ein Auswerteverfahren für induktiv gekoppelte passive LC-Sensoren. Um die Grenzen des Ansprechbereiches des Sensors zu ermitteln, untersuchen wir zunächst den Kopplungsfaktor zwischen Sensor- und Lesespule messtechnisch präzise und vergleichen die Ergebnisse mit einem analytischen Berechnungsverfahren sowie einem FEM-Simulationsmodell. Es ergeben sich sehr gute Übereinstimmungen zwischen gemessenem und analytisch berechnetem Kopplungsfaktor mit einer relativen Abweichung von den Messwerten von unter 10 %. Anschließend präsentieren wir ein elektronisches System zur drahtlosen Auswertung passiver resonanter LC-Sensoren. Das von uns vorgestellte System besteht aus einer analogen Frontendschaltung, die den frequenzabhängigen Verlauf des reellwertigen Wirkwiderstandes der Lesepule misst, sowie einem digitalen Extremwertregler, der kontinuierlich der Sensorresonanzfrequenz folgt. Aus dem Systementwurf der Auswerteelektronik leiten wir ein analytisches Modell der Rauschempfindlichkeit ab, das wir mit einer Systemsimulation mit Matlab/Simulink plausibilisieren. So ist eine quantitative Abschätzung des maximal erreichbaren Abstandes bei bekannten Systemparametern wie der Sensorgüte und den Spulengrößen möglich.