Stærkt automatiserede systemer, der kontinuerligt indsamler proceskontroldata, er i stigende grad almindelige i nutidens produktionsanlæg. Disse autonome systemer giver præcis-tidspositionskontrol gennem nøjagtig information indsamlet af sensorer. Magnetiske indkodere, nærhedssensorer, tryktransmittere, motorer og andre enheder, der er allestedsnærværende i automatiserede fabrikker, kræver alle avanceret positionsregistrering for at indsamle anlægs-data og forbedre ydeevnen.
For ikke at nævne robotsystemer, er denne efterspørgsel efter positionsregistrering stort set allestedsnærværende i ethvert system, der kræver høj-bevægelseskontrol. Positionsfølende teknologi bestemmer i høj grad de øvre grænser for et systems ydeevne. Nøjagtig, hurtig og pålidelig positionsmåling er forudsætningen for at opnå nøjagtig-tidspræcisionskontrol.
Motion Control Anvendelser af 3D Hall Effect Position Sensing
Sammenlignet med andre positionsfølende teknologier er Hall-effekt positionsføling uden tvivl det mest udbredte valg i industrielle automationsapplikationer. Lineære 3D Hall-effektpositionssensorer overvåger motoraksler, med sensorparametre, der direkte påvirker systemkontrol, båndbredde og latens. For at undgå at kompromittere systemets ydeevne gennem kompromiser- mellem datagennemløb og målefejl, integrerer 3D Hall-sensorer ADC'er. Disse anvender præcisionssignalkæder til at opnå høj-nøjagtighed, lav-afdriftsmagnetisk feltmåling efterfulgt af system-afdriftskompensation ved hjælp af-chiptemperatursensordata.
Evnen til 3D Hall-effektpositionssensorer til at rumme enhver kombination af magnetiske akser og temperaturer er en højt værdsat funktion i nuværende industrielle applikationer. Opretholdelse af fremragende sensorydeevne på tværs af bredere magnetfeltdetektionsområder og bredere omgivende temperaturområder gør det muligt for disse sensorer at udmærke sig i komplekse industrielle miljøer. Eksempler inkluderer TDK's fleksible arkitektur konfigurerbare HAL 39xy serie sensorer, TI's SPI-konfigurerbare TMAG5170 serie af høj-præcision lineære 3D Hall-effektsensorer. Disse sensorer tilbyder fleksibilitet til magnetisk og mekanisk design i motion control-applikationer gennem valgbare magnetiske følsomhedsområder og temperaturkompensationsmuligheder. Den tidligere misforståelse om ufleksibel placering af magneter ved brug af Hall{12}}effektsensorer er nu elimineret.
Ser man på de to ovennævnte enheder, har TDK's HAL 39xy-serie sensorer en kraftfuld DSP og en indlejret mikroprocessor, mens TI's TMAG5170-serie inkorporerer en-chip-vinkelberegningsmotor, hvilket eliminerer behovet for off-chipbehandling. Fleksible Hall-sensor front-konfigurationer letter også en bredere vifte af applikationer. I applikationer til bevægelseskontrol åbner udviklingen af disse 3D Hall-effektpositionssensorer nu adskillige muligheder for automatiseringssystemer.
Anisotropisk magnetoresistenseffekt Positionssensor (AMR) i Motion Control-applikationer
Den anisotropiske magnetoresistenseffekt involverer anisotropisk spredning af s-orbitaler og d-orbitaler i materialer. AMR-sensorer udviser et magnetoresistensforhold (ΔR/Rmin) omkring 3 %. AMR-sensing finder omfattende anvendelser inden for bevægelseskontrol, især i bevægelseskontrolsystemer i bilindustrien-. Større producenter udvikler AMR-baserede magnetiske sensorløsninger, da AMR-sensorer spiller en stadig mere kritisk rolle i bilindustriens-bevægelseskontrol.
I modsætning til den lineære forskydningsmåling af Hall-sensorer nævnt ovenfor, tilbyder AMR-sensorer generelt højere præcision. De reducerer også drejningsmoment. Høj nøjagtighed er et nøglemål for magnetiske sensorer. Teknologisk har AMR-sensorer typisk et meget lavt strømforbrug, hurtige responstider omkring 10 ns og temperaturdrift tæt på 3000 PPM/K. Den specifikke nøjagtighed varierer afhængigt af producentens proces og 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 rækkevidde; Den indenlandske producent Duoweis seneste AMR-sensor har opnået en absolut nøjagtighed på 0,1 grad.
Når en AMR-sensor fungerer under mættede forhold, forbliver dens udgangssignal upåvirket af variationer i den absolutte magnetiske feltstyrke, hvilket viser robusthed i miljøer med høje-magnetiske-felter og giver rigelig margin til hele systemet.
For AMR-sensorer og andre magnetiske sensorteknologier er en anden overvejelse desuden, i hvilket omfang enheden påvirkes af parameternedbrydning og dens følsomhed over for magnetældning. Dette spørgsmål afhænger også af hver producents strategi. NXP's tilgang involverer at integrere AMR-sensorens magnetiske modstandssensorbro, blandede-signal-integrerede kredsløb (IC) og nødvendige kondensatorer i en enkelt pakke. Begge integrerede kanaler fungerer fuldstændig uafhængigt, et fuldstændigt isoleret design, der praktisk talt er upåvirket af parameterforringelse. Hver producent anvender forskellige tilgange, der alle stræber efter at minimere virkningen af parameterforringelse.
Oversigt
Til bevægelseskontrolapplikationer i automationssystemer omfatter magnetisk sensing også GMR- og TMR-teknologier. Fra et teknisk synspunkt tilbyder disse højere præcision end AMR, selvom de giver større tekniske udfordringer og mestres af færre producenter. De finder mere udstrakt brug i bilindustrien.
For bevægelseskontrolapplikationer kræver opnåelse af overlegen kontrolydelse præcis positionsføling. Inden for sit måleområde leverer AMR-sensing enestående følsomhed og responstid, hvilket muliggør meget nøjagtig positionsmåling. Præcisions lineære 3D Hall--effektsensorer holder også deres egen stand og opnår hurtige, nøjagtige og pålidelige målinger uden at gå på kompromis med ydeevnen eller øge strømforbruget og omkostningerne.