電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）不斷采集流程控制數(shù)據(jù)的高度自動化系統(tǒng)在現(xiàn)如今的制造業(yè)、工廠越來越常見，這些自主系統(tǒng)通過傳感器收集的準(zhǔn)確信息提供精準(zhǔn)的實時位置控制。磁性編碼器、接近傳感器、壓力變送器、電機等等這些在自動化工廠里隨處可見的設(shè)備都需要先進的位置傳感來收集工廠級數(shù)據(jù)進而提升性能。
且不用說在機器人系統(tǒng)里，在任何對運動控制有高性能要求的系統(tǒng)里，這種對位置傳感的要求幾乎都是無處不在的，位置傳感技術(shù)很大程度上決定了系統(tǒng)的性能上限。準(zhǔn)確、快速和可靠的位置測量是實現(xiàn)實時精準(zhǔn)控制的前提。
3D霍爾效應(yīng)位置傳感的運控應(yīng)用
相比于其他位置傳感，霍爾效應(yīng)位置傳感在工業(yè)自動化應(yīng)用里應(yīng)該是最多的那一類選擇。線性3D霍爾效應(yīng)位置傳感器監(jiān)控電機軸，傳感器的相關(guān)參數(shù)對系統(tǒng)的控制、帶寬和延遲有很直接的影響。為了避免傳感器在數(shù)據(jù)吞吐量和誤差上做權(quán)衡進而影響系統(tǒng)性能，3D霍爾傳感器內(nèi)會集成ADC通過精密的信號鏈來實現(xiàn)高精度和低漂移磁場測量，然后再通過片上溫度傳感器數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)級漂移補償。
（線性3D霍爾效應(yīng)位置傳感器，TI）
3D霍爾效應(yīng)位置傳感器能否實現(xiàn)磁軸和溫度的任意組合是現(xiàn)在工業(yè)場景比較看重的一項功能。在更寬的磁場檢測范圍、更寬的環(huán)境溫度范圍中保持優(yōu)異的傳感才能在復(fù)雜的工業(yè)場景中發(fā)揮用武之地，比如TDK靈活架構(gòu)的可配置HAL 39xy系列傳感器，TI通過SPI靈活配置的TMAG5170 系列高精度線性3D霍爾效應(yīng)傳感器，這些傳感器在運控應(yīng)用上通過可選磁性靈敏度范圍以及溫度補償選項為磁性和機械設(shè)計提供靈活性。此前有關(guān)使用霍爾效應(yīng)傳感器時磁鐵放置不靈活的這種認(rèn)知誤區(qū)現(xiàn)在也不復(fù)存在了。
從上面提到的兩個器件來看，TDK的HAL 39xy系列傳感器配置了強大的DSP和一個嵌入式微處理器，TI的TMAG5170 系列也具有片上角度計算引擎，無需片外處理。靈活的霍爾傳感器前端配置也有助于實現(xiàn)更多種類的應(yīng)用。在運控應(yīng)用上，現(xiàn)在這些3D霍爾效應(yīng)位置傳感器的發(fā)展給予了自動化系統(tǒng)很多可能性。
各向異性磁阻效應(yīng)位置傳感AMR運控應(yīng)用
各向異性磁阻效應(yīng)涉及材料中的S軌道與d軌道電子散射各向異性。AMR傳感磁電阻比（ΔR/Rmin）在3%左右，AMR傳感在運控應(yīng)用，尤其是車規(guī)級運控應(yīng)用上有很多應(yīng)用?；贏MR的磁傳感很多大廠都有在做，畢竟現(xiàn)在在車規(guī)級運控上AMR傳感有著不可忽視的重要作用。
不同于上面霍爾傳感的線性位移測量，AMR傳感器一般來說具有更高的精密性。而且它還能降低扭矩紋波。磁傳感器大家都關(guān)注高精度這個指標(biāo)。從技術(shù)角度來說，AMR傳感的功耗普遍做得很低，響應(yīng)時間大多也很快在10ns左右，溫漂在3000 PPM/K附近，具體的精度視不同廠商的工藝與配置有所不同。
像ADI集成信號調(diào)理放大器和ADC驅(qū)動器的雙通道AMR傳感ADA457X系列的典型角度誤差僅僅只有±0.1°，輸出噪聲也低到850μV rms；英飛凌的單AMR技術(shù)傳感TLE5109A16系列從10mT 到>500mT的范圍內(nèi)典型誤差也僅為±0.1°；國內(nèi)廠商多維的最新AMR傳感絕對精度做到了0.1°。
（圖源：多維科技）
當(dāng)AMR傳感器在飽和情況下工作，絕對磁場強度與存在的磁場強度是沒有關(guān)系的，其輸出信號將不隨磁場強度的變化而變化，由此也能看到AMR傳感展現(xiàn)出的在強磁條件下工作時魯棒性，能給整個系統(tǒng)充足的裕量。
另外對AMR傳感還有其他磁傳感來說，還要考慮的一點是器件受到參數(shù)降級的影響有多大，對磁鐵老化敏不敏感。這個問題也得視各個廠商的策略而定，NXP的做法是把AMR傳感在單一封裝內(nèi)集成磁阻傳感器電橋、混合信號集成電路IC和所需的電容，其中集成的兩路通道均以完全獨立的方式工作，這種完全獨立的方式幾乎不受參數(shù)降級的影響。每個廠商的應(yīng)對方法不盡相同，都盡可能規(guī)避了參數(shù)降級的影響。
小結(jié)
在自動化系統(tǒng)的運控應(yīng)用上，磁傳感還有GMR和TMR兩條技術(shù)路線，從技術(shù)原理上說這兩個技術(shù)有比AMR更高的精準(zhǔn)度，當(dāng)然技術(shù)難度也會更高，掌握該技術(shù)廠商更少。在汽車應(yīng)用上用得更多。
對于運控應(yīng)用來說，要實現(xiàn)更好的控制效果，位置控制是避不開的一環(huán)。在AMR傳感的測量范圍內(nèi)，它有著優(yōu)秀的靈敏度和響應(yīng)時間，能提供這種精準(zhǔn)的位置測量。而精密線性3D霍爾效應(yīng)傳感器也沒有落入下風(fēng)，在不犧牲性能或增加功耗和成本的前提下，實現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確和可靠的測量。
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