Visoko automatizirani sustavi koji kontinuirano prikupljaju podatke o kontroli procesa sve su češći u današnjim proizvodnim pogonima. Ovi autonomni sustavi pružaju preciznu kontrolu-pozicije u stvarnom vremenu putem točnih informacija koje prikupljaju senzori. Magnetski koderi, senzori blizine, transmiteri tlaka, motori i drugi uređaji koji su sveprisutni u automatiziranim tvornicama zahtijevaju napredno detektiranje položaja za prikupljanje-podataka na razini pogona i poboljšanje performansi.
Da ne spominjemo robotske sustave, ova potražnja za senzorom položaja praktički je sveprisutna u svakom sustavu koji zahtijeva-kontrolu pokreta visokih performansi. Tehnologija senzora položaja uvelike određuje gornje granice performansi sustava. Točno, brzo i pouzdano mjerenje položaja preduvjet je za postizanje-precizne kontrole u stvarnom vremenu.
Primjene kontrole kretanja 3D senzora položaja s Hallovim efektom
U usporedbi s drugim tehnologijama senzora položaja, senzor položaja s Hallovim efektom vjerojatno je najprihvaćeniji izbor u aplikacijama industrijske automatizacije. Senzori položaja s linearnim 3D Hall-efektom nadziru osovine motora, pri čemu parametri senzora izravno utječu na kontrolu sustava, propusnost i latenciju. Kako bi se izbjeglo ugrožavanje performansi sustava putem kompromisa-između protoka podataka i pogreške mjerenja, 3D Hall senzori integriraju ADC. Oni koriste precizne signalne lance za postizanje visoke-preciznosti, niskog-odstupanja magnetskog polja, nakon čega slijedi kompenzacija-odstupanja na razini sustava pomoću-podataka senzora temperature na čipu.
Sposobnost senzora položaja s 3D Hall-efektom da prilagode bilo koju kombinaciju magnetskih osi i temperatura vrlo je cijenjena značajka u trenutnim industrijskim primjenama. Održavanje izvrsnih performansi senzora u širim rasponima detekcije magnetskog polja i širim rasponima temperature okoline omogućuje ovim senzorima da budu izvrsni u složenim industrijskim okruženjima. Primjeri uključuju TDK-ovu fleksibilnu arhitekturu konfigurabilnih HAL 39xy senzora serije, TI-jevu SPI-konfigurabilnu TMAG5170 seriju visoko{7}}preciznih linearnih 3D Hall-senzora. Ovi senzori nude fleksibilnost za magnetski i mehanički dizajn u aplikacijama upravljanja kretanjem putem odabira raspona magnetske osjetljivosti i opcija temperaturne kompenzacije. Prethodno pogrešno shvaćanje o nefleksibilnosti postavljanja magneta pri korištenju senzora s Hall-efektom sada je eliminirano.
Gledajući gore spomenuta dva uređaja, TDK-ovi senzori serije HAL 39xy imaju snažan DSP i ugrađeni mikroprocesor, dok TI-jeva serija TMAG5170 uključuje mehanizam za izračunavanje kuta na-čipu, eliminirajući potrebu za obradom izvan-čipa. Fleksibilne prednje-konfiguracije senzora Hall također olakšavaju veći izbor aplikacija. U aplikacijama za kontrolu kretanja, napredak ovih senzora položaja s 3D Hall-efektom sada otključava brojne mogućnosti za sustave automatizacije.
Senzor položaja s efektom anizotropnog magnetskog otpora (AMR) u aplikacijama upravljanja kretanjem
Efekt anizotropnog magnetootpora uključuje anizotropno raspršenje s-orbitala i d-orbitala unutar materijala. AMR senzori pokazuju omjer magnetskog otpora (ΔR/Rmin) oko 3%. AMR očitavanje nalazi široku primjenu u kontroli kretanja, posebno u-automobilskim sustavima kontrole kretanja. Veliki proizvođači razvijaju rješenja magnetskog senzora-temeljena na AMR-u, budući da AMR senzori igraju sve kritičniju ulogu u-automobilskoj kontroli kretanja.
Za razliku od gore spomenutog mjerenja linearnog pomaka Hall senzora, AMR senzori općenito nude veću preciznost. Oni također smanjuju valovitost momenta. Visoka točnost je ključna metrika za magnetske senzore. Tehnološki, AMR senzori obično imaju vrlo nisku potrošnju energije, brzo vrijeme odziva oko 10 ns i temperaturni pomak blizu 3000 PPM/K. Specifična točnost varira ovisno o procesu i konfiguraciji proizvođača.
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 raspon; Najnoviji AMR senzor domaćeg proizvođača Duowei postigao je apsolutnu točnost od 0,1 stupanj.
Kada AMR senzor radi u uvjetima zasićenja, na njegov izlazni signal ne utječu varijacije u apsolutnoj jakosti magnetskog polja, pokazujući robusnost u okruženjima s-magnetskim-poljima i pružajući dovoljnu marginu za cijeli sustav.
Dodatno, za AMR senzore i druge tehnologije magnetskog senzora, još jedno razmatranje je stupanj u kojem na uređaj utječe degradacija parametara i njegova osjetljivost na starenje magneta. Ovo pitanje također ovisi o strategiji svakog proizvođača. NXP-ov pristup uključuje integraciju mosta senzora magnetskog otpora AMR senzora, integriranog kruga miješanog-signala (IC) i potrebnih kondenzatora unutar jednog paketa. Oba integrirana kanala rade potpuno neovisno, potpuno izoliran dizajn na koji praktički ne utječe degradacija parametara. Svaki proizvođač koristi različite pristupe, a svi teže smanjenju utjecaja degradacije parametara.
Sažetak
Za aplikacije upravljanja kretanjem u sustavima automatizacije, magnetski senzori također obuhvaćaju GMR i TMR tehnologije. S tehničkog stajališta, oni nude veću preciznost od AMR-a, iako predstavljaju veće tehničke izazove i njima upravlja manje proizvođača. Pronalaze širu primjenu u automobilskim aplikacijama.
Za aplikacije kontrole kretanja, postizanje vrhunske izvedbe kontrole zahtijeva precizno detektiranje položaja. Unutar svog mjernog raspona, AMR senzor pruža izvanrednu osjetljivost i vrijeme odziva, omogućujući vrlo precizno mjerenje položaja. Precizni linearni 3D Hall-senzori s efektom također se drže, postižući brza, precizna i pouzdana mjerenja bez ugrožavanja performansi ili povećanja potrošnje energije i troškova.