LDC1614EVM: LDC1614EVM inductance measurement

Hi, TI.

Thanks for your product of LDC1614EVM. It is a good evaluation tool for inductive sensing.

Now, I am applying for medical applications. 

I have some questions as below:

I used the 0.9%saline, human finger to do a simple move-in and move-out test and then obtained the positive tone value for inductance measurement.

Is it correct for positive tone for measured inductance value during move-in our target (0.9%saline or human finger)? I 

Is it make sense with inductive sensing? like the metal, the measured inductance tone will be down that makes sense due to eddy current damping.

But in slight conductive objects (such as 0.9% saline/ Human finger) that do not like the metal detection?

I obtained the opposite sign of the measurement profile in inductance measurement. 

Thank you

Ting-Wei Wang：

In typical, the object move approach to the coil, the coil resistance will increase and coil inductance will decreases. These change that can be measured through LDC1614.

But why obtain the opposite tone for inductance value in the saline experiment?

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Amy Luo：

您好，

If you want to post in E2E English forum, please post in the following link（如果您想在E2E英文论坛发帖，请在下面链接发帖）：

https://e2e.ti.com/support/sensors-group/sensors/f/sensors-forum

首先，线圈电阻是随目标距离减小而减小的，您可以通过下面链接方法测量LC传感器的Rp 值：

https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/snoa936/snoa936.pdf

您是想使用生理盐水模拟人的手指来测量到线圈（传感器）的距离吗？您是怎样使用生理盐水作为目标测量距离的，您可以再详细描述说明吗？

因为测量的距离、测量的灵敏度等与目标物体的大小、厚度、导电率等有关系，具体查看：

LDC Target Design (Rev. B)：https://www.ti.com/lit/an/snoa957b/snoa957b.pdf

LDC Sensor Design (Rev. C)：https://www.ti.com/lit/an/snoa930c/snoa930c.pdf

电感传感器 FAQ链接也附在下面，希望对您有帮助：

https://e2e.ti.com/support/sensors-group/sensors/f/sensors-forum/295036/faq-inductive-sensing-faq—frequently-asked-questions

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Ting-Wei Wang：

Amy您好. 我是使用LDC1614EVM及開發板中的sample coil, 去進行生理食鹽水偵測, 我將生理食鹽水放入試管中, 並將其靠近與遠離coil, 量測inductance變化發現量測到的inductance value都是往上的(相較於baseline), 請問這是正常嗎?因為生理食鹽水也是類導電物(雖然不及金屬), 但相較於空氣而言是一導電物當生理實驗水靠近線圈, 線圈會產生渦流在生理實驗水, 並產生反向磁場, 應該會造成線圈的inductance value 下降但量測出來則是上升?

試問有其他量測物標物靠近線圈時, 也會讓量測到的inductance值上升嗎? (量測金屬是inductance下降沒錯)試問其量測到的inductance 上升, 可能原因為何?

謝謝

生理實驗水測試 (生理食鹽水靠近時, inductance 往上? 合理?)

金屬測試 (金屬靠近時inductance 往下合理)

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Ting-Wei Wang：

未來的應用是偵測人體水腫的含量, 因人體水腫成分類似生理食鹽水溶度, 生理食鹽水在一般的認知上是具有一定的導電程度,故因類似金屬一般? 當靠近線圈時因線圈會產生渦流在生理實驗水, 並產生反向磁場, 應該會造成線圈的inductance value 下降但量測出來則是上升? 故不知是設定上的問題, 還是有其他原理需做考量, 

生理食鹽水為一般常見的0.9% Saline, 我使用的cc數為0.8cc, 裝在一tube上, tube 大小與sample coil 一致, 將其靠近coil 做inductance量測

請問有任何可能性是因為量測物與coil 間的雜散電容, 導致稍微不導體的目標物量測出positive tone的 inductance 結果? 如以下公式推測?

不知道有遇到類似問題? 想釐清其原理與機制, 謝謝

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Amy Luo：

感谢您提供的示意图，这种现象应该是正常的，在我上面提供的LDC Target Design (Rev. B）文档中就提到了这种特殊的现象，如下截图，不锈钢416就产生了电感增加，这是由于磁力线穿透目标引起的。这根本原因还是Skin Depth太大造成的，导电率差的材质，Skin Depth相对大，为了使导体承载更多的电流，目标厚度需要至少3个δs（Skin Depth），另外一个方法是提供频率。

这篇文档也提到了饱和盐水和人体：

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Ting-Wei Wang：

謝謝您的回覆, 關於使用Low conductivity target, 使LDC sensor 產生eddy current 會因skin effect 在low conductivity target上有較深的skin depth.

即使target 厚度小於3δs, 在target 上仍有eddy current 存在, skin depth 定義應為magnetic field penetration最大深度.

在low conductivity target 上仍有eddy current 存在, 亦會產生反向磁場, 造成sensor inductance decrease 只是幅度比high conductivity target 小但怎麼具體解釋在low conductivity (maybe low frequency operating) 下, 會產生positive shift 在inductance measurement

也就是您提到的Figure 4-12. 在Stainless Steel 416, 在低頻的sensor frequnecy 下, 產生positive shift, 在文檔中的解釋僅為Skin depth變深, magnetic field line permeating, 造成sensor inductance 上升.

"但為何 magnetic field line permeating 會造成sensor 端量測到的inductance 上升?" 不知有具體的公式做其解釋,

不好意思, 再麻煩您

真心感謝

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Ting-Wei Wang：

另一個問題是LDC1614EVM 主要是量測fsensor 再利用公式"推算" L及raw code ?? 這是正確嗎??

若是正確, 量測的low conductivity target 因為導電度低, eddy current 效應小, 無法產生足夠的反向磁場與LDC1614EVM形成共振電路, 故主要的感測機制是來capacitive effect? 因為線圈與low conductivity target間形成stray capaitance,造成整體的C(Csensor+Cstray)上升, 迫使量測到的f下降, 根據以下公式 (在這公式假設前提為L為固定)f下降後, 因L是公式計算出來, 故L上升

以上推論是建立在LDC1614EVM主要量測item為frequency 再推算出L, 不知是否正確?

謝謝

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Ting-Wei Wang：

以上為示意圖, LDC1614EVM量測f, (使用者自己key入C value) L 為推算出來的值

造成lower conductivity target 的 電感正偏移, 主要來自於capacitive coupling,造成量測到的f下降, 推算出的L上升?

這樣的現象解釋不知合理? 謝謝

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Amy Luo：

关于您的第一个问题：

Ting-Wei Wang 说："但為何 magnetic field line permeating 會造成sensor 端量測到的inductance 上升?" 不知有具體的公式做其解釋,

我想这个应该没有公式做解释，只能做感性的认识，我是这样理解的，磁感线穿过目标后（而不是在目标上产生eddy currents），因为目标是导体，磁场会借助这个目标导体加强原有的磁场，而不是削弱原有的磁场，因为只有在目标导体上产生涡流eddy currents，才能形成与原有磁场相反的磁场以削弱原有的磁场。

其实这也是Lenz’s Law，只不过传感器产生的磁场没有按期望的变化，本来放置目标是用来削弱传感器产生的磁场的，但是因为其Skin depth太大，而您使用的生理盐水厚度又这么小，所以很容易穿透，穿透后磁场就会借助目标加强自己的强度，从而增加了谐振电路的电感

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Amy Luo：

您的第二个和第三个回复，是在尝试解释为什么生理盐水实验时为什么L增大吗？

Ting-Wei Wang 说：因為導電度低, eddy current 效應小, 無法產生足夠的反向磁場與LDC1614EVM形成共振電路

这里应该不是产生反向磁场与传感器形成共振，它是在目标导体形成涡流，这个涡流形成反向磁场，来削弱原来的磁场，使得降低谐振电路的电感

我认为LDC是测量的LC相互作用之后的谐振频率fsensor，不是说fsensor降低就一定是L变小的结果，是L和C共同的结果，因为LDC传感器它只测量频率，是谁造成的频率变化它不知道，因此，在实际应用时，需保证C不变；而在您上述推理中L和C都不能保证不变，虽然计算出的L变大了，那也可能是C减小的缘故。

所以您上面的解释很牵强