Υψηλά αυτοματοποιημένα συστήματα που συλλέγουν συνεχώς δεδομένα ελέγχου διεργασιών είναι ολοένα και πιο κοινά στα σημερινά εργοστάσια παραγωγής. Αυτά τα αυτόνομα συστήματα παρέχουν ακριβή-έλεγχο της θέσης σε πραγματικό χρόνο μέσω ακριβών πληροφοριών που συλλέγονται από αισθητήρες. Οι μαγνητικοί κωδικοποιητές, οι αισθητήρες εγγύτητας, οι πομποί πίεσης, οι κινητήρες και άλλες συσκευές που υπάρχουν παντού σε αυτοματοποιημένα εργοστάσια απαιτούν προηγμένη ανίχνευση θέσης για τη συλλογή-δεδομένων σε επίπεδο εγκατάστασης και τη βελτίωση της απόδοσης.
Για να μην αναφέρουμε τα ρομποτικά συστήματα, αυτή η απαίτηση για ανίχνευση θέσης είναι σχεδόν πανταχού παρούσα σε κάθε σύστημα που απαιτεί-έλεγχο κίνησης υψηλής απόδοσης. Η τεχνολογία ανίχνευσης θέσης καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τα ανώτερα όρια απόδοσης ενός συστήματος. Η ακριβής, γρήγορη και αξιόπιστη μέτρηση θέσης είναι η προϋπόθεση για την επίτευξη ελέγχου ακριβείας σε πραγματικό χρόνο.
Εφαρμογές ελέγχου κίνησης της 3D Hall Effect Position Sensing
Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες ανίχνευσης θέσης, η ανίχνευση θέσης εφέ Hall είναι αναμφισβήτητα η πιο ευρέως διαδεδομένη επιλογή σε εφαρμογές βιομηχανικού αυτοματισμού. Οι γραμμικοί αισθητήρες θέσης εφέ 3D Hall- παρακολουθούν τους άξονες του κινητήρα, με παραμέτρους αισθητήρων που επηρεάζουν άμεσα τον έλεγχο του συστήματος, το εύρος ζώνης και την καθυστέρηση. Για να αποφευχθεί ο συμβιβασμός της απόδοσης του συστήματος μέσω αντιστάθμισης-μεταφοράς δεδομένων και σφάλματος μέτρησης, οι αισθητήρες 3D Hall ενσωματώνουν ADC. Αυτά χρησιμοποιούν αλυσίδες σημάτων ακριβείας για να επιτύχουν μετρήσεις μαγνητικού πεδίου υψηλής-ακρίβειας, χαμηλής-μετακίνησης, ακολουθούμενες από αντιστάθμιση μετατόπισης επιπέδου συστήματος-με χρήση δεδομένων αισθητήρα θερμοκρασίας στο τσιπ{10}.
Η ικανότητα των αισθητήρων θέσης εφέ 3D Hall- να προσαρμόζουν οποιονδήποτε συνδυασμό μαγνητικών αξόνων και θερμοκρασιών είναι ένα ιδιαίτερα αξιόλογο χαρακτηριστικό στις τρέχουσες βιομηχανικές εφαρμογές. Η διατήρηση της εξαιρετικής απόδοσης ανίχνευσης σε ευρύτερα εύρη ανίχνευσης μαγνητικού πεδίου και ευρύτερα εύρη θερμοκρασιών περιβάλλοντος επιτρέπει σε αυτούς τους αισθητήρες να υπερέχουν σε πολύπλοκα βιομηχανικά περιβάλλοντα. Παραδείγματα περιλαμβάνουν τους διαμορφώσιμους αισθητήρες της σειράς HAL 39xy με ευέλικτη αρχιτεκτονική της TDK, τη σειρά εφέ γραμμικών 3D Hall-της σειράς TI's SPI{5}}με δυνατότητα διαμόρφωσης TMAG5170 υψηλής-ακρίβειας. Αυτοί οι αισθητήρες προσφέρουν ευελιξία για μαγνητικό και μηχανικό σχεδιασμό σε εφαρμογές ελέγχου κίνησης μέσω επιλεγμένων περιοχών μαγνητικής ευαισθησίας και επιλογών αντιστάθμισης θερμοκρασίας. Η προηγούμενη παρανόηση σχετικά με την ακαμψία της τοποθέτησης μαγνητών κατά τη χρήση αισθητήρων εφέ Hall έχει πλέον εξαλειφθεί.
Εξετάζοντας τις δύο συσκευές που αναφέρθηκαν παραπάνω, οι αισθητήρες της σειράς HAL 39xy της TDK διαθέτουν ισχυρό DSP και ενσωματωμένο μικροεπεξεργαστή, ενώ η σειρά TMAG5170 της TI ενσωματώνει έναν μηχανισμό υπολογισμού γωνίας στο τσιπ-, εξαλείφοντας την ανάγκη για επεξεργασία εκτός-τσιπ. Οι διαμορφώσεις του μπροστινού{5}}του εύκαμπτου αισθητήρα Hall διευκολύνουν επίσης μια ευρύτερη ποικιλία εφαρμογών. Στις εφαρμογές ελέγχου κίνησης, η πρόοδος αυτών των αισθητήρων θέσης εφέ 3D Hall-ξεκλειδώνει τώρα πολυάριθμες δυνατότητες για συστήματα αυτοματισμού.
Ανισότροπη ανίχνευση θέσης επίδρασης μαγνητικής αντίστασης (AMR) σε εφαρμογές ελέγχου κίνησης
Το φαινόμενο ανισότροπης μαγνητοσύνθεσης περιλαμβάνει την ανισότροπη σκέδαση s-τροχιακών και d-τροχιακών εντός των υλικών. Οι αισθητήρες AMR παρουσιάζουν λόγο μαγνητοαντίστασης (ΔR/Rmin) περίπου 3%. Η ανίχνευση AMR βρίσκει εκτεταμένες εφαρμογές στον έλεγχο κίνησης, ιδιαίτερα σε συστήματα ελέγχου κίνησης-βαθμού αυτοκινήτου. Μεγάλοι κατασκευαστές αναπτύσσουν λύσεις μαγνητικής ανίχνευσης βασισμένες σε AMR, καθώς οι αισθητήρες AMR διαδραματίζουν ολοένα και πιο κρίσιμο ρόλο στον έλεγχο κίνησης-του αυτοκινήτου.
Σε αντίθεση με τη μέτρηση γραμμικής μετατόπισης των αισθητήρων Hall που αναφέρθηκαν παραπάνω, οι αισθητήρες AMR προσφέρουν γενικά μεγαλύτερη ακρίβεια. Μειώνουν επίσης τον κυματισμό της ροπής. Η υψηλή ακρίβεια είναι μια βασική μέτρηση για τους μαγνητικούς αισθητήρες. Τεχνολογικά, οι αισθητήρες AMR διαθέτουν συνήθως πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, γρήγορους χρόνους απόκρισης περίπου 10ns και μετατόπιση θερμοκρασίας κοντά στα 3000 PPM/K. Η συγκεκριμένη ακρίβεια ποικίλλει ανάλογα με τη διαδικασία και τη διαμόρφωση του κατασκευαστή.
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 >Εύρος 500 mT; Ο τελευταίος αισθητήρας AMR του εγχώριου κατασκευαστή Duowei έχει επιτύχει απόλυτη ακρίβεια 0,1 μοιρών.
Όταν ένας αισθητήρας AMR λειτουργεί υπό κορεσμένες συνθήκες, το σήμα εξόδου του παραμένει ανεπηρέαστο από τις διακυμάνσεις της έντασης του απόλυτου μαγνητικού πεδίου, επιδεικνύοντας στιβαρότητα σε περιβάλλοντα υψηλού-μαγνητικού-πεδίου και παρέχοντας άφθονο περιθώριο για ολόκληρο το σύστημα.
Επιπλέον, για τους αισθητήρες AMR και άλλες τεχνολογίες μαγνητικής ανίχνευσης, μια άλλη εκτίμηση είναι ο βαθμός στον οποίο η συσκευή επηρεάζεται από την υποβάθμιση των παραμέτρων και την ευαισθησία της στη γήρανση του μαγνήτη. Αυτό το ζήτημα εξαρτάται επίσης από τη στρατηγική του κάθε κατασκευαστή. Η προσέγγιση του NXP περιλαμβάνει την ενσωμάτωση της γέφυρας αισθητήρα μαγνητικής αντίστασης του αισθητήρα AMR, του ολοκληρωμένου κυκλώματος μικτού σήματος (IC) και των απαιτούμενων πυκνωτών σε ένα μόνο πακέτο. Και τα δύο ενσωματωμένα κανάλια λειτουργούν εντελώς ανεξάρτητα, μια πλήρως απομονωμένη σχεδίαση που ουσιαστικά δεν επηρεάζεται από την υποβάθμιση των παραμέτρων. Κάθε κατασκευαστής χρησιμοποιεί ξεχωριστές προσεγγίσεις, όλες προσπαθώντας να ελαχιστοποιήσουν τον αντίκτυπο της υποβάθμισης των παραμέτρων.
Περίληψη
Για εφαρμογές ελέγχου κίνησης σε συστήματα αυτοματισμού, η μαγνητική ανίχνευση περιλαμβάνει επίσης τις τεχνολογίες GMR και TMR. Από τεχνική άποψη, αυτά προσφέρουν μεγαλύτερη ακρίβεια από το AMR, αν και παρουσιάζουν μεγαλύτερες τεχνικές προκλήσεις και κατέχουν λιγότερους κατασκευαστές. Βρίσκουν πιο εκτεταμένη χρήση σε εφαρμογές αυτοκινήτων.
Για εφαρμογές ελέγχου κίνησης, η επίτευξη ανώτερης απόδοσης ελέγχου απαιτεί ακριβή ανίχνευση θέσης. Εντός του εύρους μέτρησής του, η ανίχνευση AMR προσφέρει εξαιρετική ευαισθησία και χρόνο απόκρισης, επιτρέποντας μέτρηση θέσης υψηλής ακρίβειας. Οι γραμμικοί αισθητήρες εφέ 3D Hall{3}}ακριβείας διατηρούνται επίσης, επιτυγχάνοντας γρήγορες, ακριβείς και αξιόπιστες μετρήσεις χωρίς συμβιβασμούς στην απόδοση ή αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας και του κόστους.