Visoko avtomatizirani sistemi, ki nenehno zbirajo podatke o nadzoru procesov, so v današnjih proizvodnih obratih vse bolj pogosti. Ti avtonomni sistemi zagotavljajo natančno-nadzor položaja v realnem času z natančnimi informacijami, ki jih zberejo senzorji. Magnetni kodirniki, senzorji bližine, tlačni oddajniki, motorji in druge naprave, ki so vseprisotne v avtomatiziranih tovarnah, zahtevajo napredno zaznavanje položaja za zbiranje-podatkov na ravni obrata in izboljšanje učinkovitosti.
Da ne omenjam robotskih sistemov, je ta zahteva po zaznavanju položaja tako rekoč vseprisotna v vseh sistemih, ki zahtevajo visoko-zmogljiv nadzor gibanja. Tehnologija zaznavanja položaja v veliki meri določa zgornje meje zmogljivosti sistema. Natančna, hitra in zanesljiva meritev položaja je predpogoj za doseganje-natančnega nadzora v realnem času.
Aplikacije za nadzor gibanja 3D zaznavanja položaja s Hallovim učinkom
V primerjavi z drugimi tehnologijami zaznavanja položaja je zaznavanje položaja z Hallovim učinkom nedvomno najbolj razširjena izbira v aplikacijah industrijske avtomatizacije. Senzorji položaja linearnega 3D Hall-učinka nadzirajo gredi motorja, pri čemer parametri senzorjev neposredno vplivajo na nadzor sistema, pasovno širino in zakasnitev. Da bi se izognili ogrožanju delovanja sistema zaradi-kompromisov med prepustnostjo podatkov in napako meritve, 3D Hallovi senzorji integrirajo ADC. Ti uporabljajo natančne signalne verige za doseganje visoke-natančnosti meritev magnetnega polja z nizkim-odnašanjem, čemur sledi kompenzacija odmika-na nivoju sistema z uporabo-podatkov senzorja temperature na čipu.
Sposobnost senzorjev položaja s 3D Hall-učinkom, da se prilagodijo kakršni koli kombinaciji magnetnih osi in temperatur, je zelo cenjena lastnost v trenutnih industrijskih aplikacijah. Ohranjanje odlične zmogljivosti zaznavanja v širših razponih zaznavanja magnetnega polja in širših razponih temperature okolja omogoča tem senzorjem, da se odlikujejo v zapletenih industrijskih okoljih. Primeri vključujejo senzorje serije HAL 39xy s prilagodljivo arhitekturo TDK, serijo visoko-natančnih linearnih 3D Hallovih-senzorjev TI SPI-TMAG5170. Ti senzorji ponujajo prilagodljivost za magnetno in mehansko zasnovo v aplikacijah za nadzor gibanja prek izbirnih razponov magnetne občutljivosti in možnosti temperaturne kompenzacije. Prejšnje napačno prepričanje o neprilagodljivosti postavitve magnetov pri uporabi senzorjev s Hall{12}}učinkom je zdaj odpravljeno.
Če pogledamo zgoraj omenjeni napravi, TDK-jevi senzorji serije HAL 39xy vključujejo zmogljiv DSP in vdelan mikroprocesor, medtem ko TI-jeva serija TMAG5170 vključuje mehanizem za izračun kota na-čipu, kar odpravlja potrebo po obdelavi zunaj-čipa. Fleksibilne sprednje konfiguracije senzorja Hall-omogočajo tudi več različnih aplikacij. V aplikacijah za nadzor gibanja napredek teh senzorjev položaja s 3D Hall-učinkom zdaj odpira številne možnosti za sisteme avtomatizacije.
Zaznavanje položaja z anizotropnim magnetnim uporom (AMR) v aplikacijah za nadzor gibanja
Učinek anizotropne magnetne upornosti vključuje anizotropno sipanje s-orbital in d-orbital znotraj materialov. Senzorji AMR kažejo razmerje magnetne upornosti (ΔR/Rmin) okoli 3 %. Zaznavanje AMR najde široko uporabo pri nadzoru gibanja, zlasti v avtomobilskih-sistemih za nadzor gibanja. Večji proizvajalci razvijajo rešitve magnetnega zaznavanja-na osnovi AMR, saj imajo senzorji AMR čedalje pomembnejšo vlogo pri nadzoru gibanja-avtomobilske opreme.
Za razliko od zgoraj omenjenih meritev linearnega pomika Hallovih senzorjev, senzorji AMR na splošno ponujajo večjo natančnost. Prav tako zmanjšajo valovanje navora. Visoka natančnost je ključna metrika za magnetne senzorje. Tehnološko gledano imajo senzorji AMR običajno zelo nizko porabo energije, hitre odzivne čase okoli 10 ns in temperaturni zamik blizu 3000 PPM/K. Specifična natančnost se razlikuje glede na postopek in konfiguracijo proizvajalca.
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 >razpon 500 mT; Najnovejši senzor AMR domačega proizvajalca Duowei je dosegel absolutno natančnost 0,1 stopinje.
Ko senzor AMR deluje v nasičenih pogojih, na njegov izhodni signal ne vplivajo variacije absolutne jakosti magnetnega polja, kar dokazuje robustnost v okoljih z močnim-magnetnim-poljem in zagotavlja dovolj rezerve za celoten sistem.
Poleg tega je pri senzorjih AMR in drugih tehnologijah za magnetno zaznavanje še en dejavnik, v kolikšni meri na napravo vpliva degradacija parametrov in njena občutljivost na staranje magneta. To vprašanje je odvisno tudi od strategije posameznega proizvajalca. Pristop družbe NXP vključuje integracijo mostu senzorja magnetnega upora senzorja AMR, integriranega vezja (IC) z mešanimi-signali in potrebnih kondenzatorjev v enem ohišju. Oba integrirana kanala delujeta popolnoma neodvisno, popolnoma izolirana zasnova, na katero degradacija parametrov praktično ne vpliva. Vsak proizvajalec uporablja različne pristope, vsi pa si prizadevajo čim bolj zmanjšati vpliv degradacije parametrov.
Povzetek
Za aplikacije nadzora gibanja v sistemih avtomatizacije magnetno zaznavanje vključuje tudi tehnologiji GMR in TMR. S tehničnega vidika ponujajo večjo natančnost kot AMR, čeprav predstavljajo večje tehnične izzive in jih obvlada manj proizvajalcev. Najdejo obsežnejšo uporabo v avtomobilskih aplikacijah.
Pri aplikacijah za nadzor gibanja je za doseganje vrhunske učinkovitosti nadzora potrebno natančno zaznavanje položaja. Znotraj svojega merilnega območja zaznavanje AMR zagotavlja izjemno občutljivost in odzivni čas, kar omogoča zelo natančno merjenje položaja. Tudi natančni linearni 3D-senzorji z-učinkom Hall držijo svoje, saj dosegajo hitre, natančne in zanesljive meritve brez ogrožanja učinkovitosti ali povečanja porabe energije in stroškov.