Högautomatiserade system som kontinuerligt samlar in processtyrningsdata är allt vanligare i dagens tillverkningsanläggningar. Dessa autonoma system ger exakt-positionskontroll i realtid genom exakt information som samlas in av sensorer. Magnetiska kodare, närhetssensorer, trycksändare, motorer och andra enheter som finns överallt i automatiserade fabriker kräver alla avancerad positionsavkänning för att samla in data på anläggningsnivå och förbättra prestandan.
För att inte tala om robotsystem, detta krav på positionsavkänning är praktiskt taget överallt i alla system som kräver högpresterande rörelsekontroll. Positionsavkänningstekniken avgör till stor del de övre gränserna för ett systems prestanda. Noggrann, snabb och tillförlitlig positionsmätning är en förutsättning för att uppnå precisionskontroll i realtid-.
Motion Control Tillämpningar av 3D Hall Effect Position Sensing
Jämfört med andra positionsavkänningsteknologier är Hall-effektens positionsavkänning utan tvekan det mest använda valet i industriella automationsapplikationer. Linjära 3D Hall-effektpositionssensorer övervakar motoraxlar, med sensorparametrar som direkt påverkar systemkontroll, bandbredd och latens. För att undvika att kompromissa med systemets prestanda genom kompromisser- mellan datagenomströmning och mätfel, integrerar 3D Hall-sensorer ADC:er. Dessa använder precisionssignalkedjor för att uppnå hög-noggrannhet, låga-avdriftsmagnetfältsmätningar, följt av avdriftskompensation på-systemnivå med hjälp av-chiptemperatursensordata.
Förmågan hos 3D Hall-effektpositionssensorer för att klara alla kombinationer av magnetiska axlar och temperaturer är en mycket uppskattad egenskap i nuvarande industriella tillämpningar. Genom att bibehålla utmärkt avkänningsprestanda över bredare magnetfältsdetektionsintervall och bredare omgivningstemperaturintervall kan dessa sensorer utmärka sig i komplexa industriella miljöer. Exempel inkluderar TDK:s flexibla arkitektur konfigurerbara HAL 39xy-seriesensorer, TI:s SPI-konfigurerbara TMAG5170-serie med hög-precisionslinjär 3D Hall-effektsensorer. Dessa sensorer erbjuder flexibilitet för magnetisk och mekanisk design i rörelsekontrollapplikationer genom valbara magnetiska känslighetsområden och alternativ för temperaturkompensation. Den tidigare missuppfattningen om magnetplaceringens oflexibilitet vid användning av Hall-effektsensorer är nu eliminerad.
Om man tittar på de två enheterna som nämns ovan, har TDK:s HAL 39xy-seriesensorer en kraftfull DSP och en inbyggd mikroprocessor, medan TI:s TMAG5170-serie innehåller en-chipvinkelberäkningsmotor, vilket eliminerar behovet av av-chipsbehandling. Flexibla Hall-sensor-frontkonfigurationer- underlättar också ett större utbud av applikationer. I applikationer för rörelsekontroll låser nu utvecklingen av dessa 3D Hall-effektpositionssensorer upp många möjligheter för automationssystem.
Anisotropisk magnetoresistanseffekt Positionsavkänning (AMR) i rörelsekontrollapplikationer
Den anisotropiska magnetoresistanseffekten involverar anisotropisk spridning av s-orbitaler och d-orbitaler i material. AMR-sensorer uppvisar ett magnetoresistansförhållande (ΔR/Rmin) runt 3 %. AMR-avkänning hittar omfattande tillämpningar inom rörelsekontroll, särskilt i rörelsekontrollsystem för fordons-klass. Stora tillverkare utvecklar AMR-baserade magnetiska avkänningslösningar, eftersom AMR-sensorer spelar en allt viktigare roll i rörelsestyrning av fordons-kvalitet.
Till skillnad från den linjära förskjutningsmätningen av Hall-sensorer som nämns ovan, erbjuder AMR-sensorer generellt högre precision. De minskar också vridmomentet. Hög noggrannhet är ett nyckelmått för magnetiska sensorer. Tekniskt sett har AMR-sensorer vanligtvis mycket låg strömförbrukning, snabba svarstider runt 10 ns och temperaturdrift nära 3000 PPM/K. Specifik noggrannhet varierar beroende på tillverkarens process och konfiguration.
The dual-channel AMR sensing ADA457X series from ADI, featuring integrated signal conditioning amplifiers and ADC drivers, exhibits a typical angular error of just ±0.1° with output noise as low as 850μV rms. Infineon's single-AMR sensor TLE5109A16 series also achieves a typical error of ±0.1° across the 10 mT to >500 mT räckvidd; Den inhemska tillverkaren Duoweis senaste AMR-sensor har uppnått en absolut noggrannhet på 0,1 grad.
När en AMR-sensor fungerar under mättade förhållanden förblir dess utsignal opåverkad av variationer i den absoluta magnetiska fältstyrkan, vilket visar robusthet i miljöer med högt-magnetiskt-fält och ger gott om marginal för hela systemet.
Dessutom, för AMR-sensorer och andra magnetiska avkänningstekniker, är en annan övervägande i vilken utsträckning enheten påverkas av parameterförsämring och dess känslighet för magnetåldring. Denna fråga beror också på varje tillverkares strategi. NXP:s tillvägagångssätt innefattar att integrera AMR-sensorns magnetiska resistanssensorbrygga, blandade-signalintegrerade kretsar (IC) och erforderliga kondensatorer i ett enda paket. Båda integrerade kanalerna fungerar helt oberoende, en helt isolerad design som är praktiskt taget opåverkad av parameterförsämring. Varje tillverkare använder sig av olika tillvägagångssätt, alla strävar efter att minimera påverkan av parameterförsämring.
Sammanfattning
För rörelsestyrningstillämpningar i automationssystem omfattar magnetisk avkänning även GMR- och TMR-teknologier. Ur teknisk synvinkel erbjuder dessa högre precision än AMR, även om de innebär större tekniska utmaningar och bemästras av färre tillverkare. De finner mer omfattande användning i fordonstillämpningar.
För rörelsestyrningstillämpningar kräver överlägsen kontrollprestanda exakt positionsavkänning. Inom sitt mätområde ger AMR-avkänning enastående känslighet och svarstid, vilket möjliggör mycket exakt positionsmätning. Precisionslinjära 3D Hall-effektsensorer håller också sina egna egenskaper och uppnår snabba, exakta och tillförlitliga mätningar utan att kompromissa med prestanda eller öka strömförbrukningen och kostnaden.