Benjamin Reiss

測(cè)量移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)元件位置的最佳傳感器類型是什么？

如今，有許多不同的方法來測(cè)量移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)元件的位置。除了光學(xué)編碼器、霍爾傳感器和旋轉(zhuǎn)變壓器外，還使用基于磁阻效應(yīng)的磁傳感器。存在巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）效應(yīng)以及各向異性磁阻（AMR）效應(yīng)，本文將進(jìn)一步探討。

ADI公司的ADA4570 AMR傳感器利用了鐵磁材料的特性，其中電阻取決于磁化方向，這是William Thomson（開爾文勛爵）在1851年左右發(fā)現(xiàn)的一種現(xiàn)象：

其中α是磁化方向與電流方向之間的角度。

為了在線性位移測(cè)量中獲得最佳傳感器響應(yīng)，傳感器的放置使磁體和傳感器位于同一平面上，并且磁體的中心與傳感器的中心對(duì)齊。由于AMR傳感器無法區(qū)分北極和南極，因此無法改變磁體的位置。

圖1.線性位移測(cè)量（左）、離軸測(cè)量（中）和軸端測(cè)量（右）。

對(duì)于旋轉(zhuǎn)元件，所謂的離軸或軸端配置很常見。在離軸配置的示例中（見圖 1），傳感器正弦/余弦輸出重復(fù)每個(gè)磁極的絕對(duì)信息，例如，45 極對(duì)磁體為 4°。

在軸端配置中（見圖 1），傳感器位于旋轉(zhuǎn)偶極磁體下方;在這里，北極和南極在磁體中心上方形成均勻的磁場(chǎng)。傳感器的位置使磁場(chǎng)和要測(cè)量的元件位于同一平面上。典型應(yīng)用是無刷直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)子位置測(cè)量和控制。對(duì)于典型的180°角度傳感器的AMR傳感器，電機(jī)必須是偶極對(duì)電機(jī);具有奇數(shù)個(gè)極對(duì)的電機(jī)需要 360° 信息進(jìn)行換向。與同樣用于電機(jī)控制的傳統(tǒng)霍爾傳感器相比，ADA4570和ADA4571等AMR傳感器具有更高的精度。它們還可以減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，并在啟動(dòng)后或怠速狀態(tài)下提供真正的絕對(duì)位置信息，無論電機(jī)位置如何。

ADI公司的AMR技術(shù)通過兩個(gè)惠斯通電橋測(cè)量角度，其中一個(gè)電橋相對(duì)于另一個(gè)旋轉(zhuǎn)45°（見圖2）。角度通過正弦和余弦函數(shù)計(jì)算，表示相對(duì)于傳感器從0°到180°的方向（ADA4570）。

在AMR傳感器中，區(qū)分電角度和機(jī)械角度。由于AMR傳感器的工作原理和前面描述的惠斯通電橋之間的45°角，可以通過公式2在180°機(jī)械旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)測(cè)量絕對(duì)角度。電周期在偶極磁體的 360° 旋轉(zhuǎn)中重復(fù)兩次。鑒于AMR傳感器在飽和狀態(tài)下工作，絕對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度與存在的某個(gè)最小磁場(chǎng)強(qiáng)度無關(guān)，從而在使用強(qiáng)磁體時(shí)允許強(qiáng)大的系統(tǒng)。

圖2.ADA4570、ADA4571 和 ADA4571-2 AMR 配置，惠斯通電橋彼此成 45° 角。

除了光學(xué)傳感器、霍爾傳感器和旋轉(zhuǎn)變壓器之外，磁傳感器還為在許多不同的應(yīng)用中以高精度和穩(wěn)健性測(cè)量位置提供了進(jìn)一步的優(yōu)雅解決方案。ADI公司為此提供了多種可能性，例如需要冗余的ADA4570、ADA4571和ADA4571-2。

審核編輯：郭婷