如今有許多不同的方法可測量移動和旋轉(zhuǎn)元件的位置。除了光學(xué)編碼器、霍爾傳感器和旋變器外,還有基于磁阻效應(yīng)的磁傳感器可供使用。磁阻效應(yīng)分三種:巨磁阻(GMR)效應(yīng)、隧道磁阻(TMR)效應(yīng)和各向異性磁阻(AMR)效應(yīng),本文將深入探討最后一種效應(yīng)。
ADI的 ADA4570 AMR傳感器利用了鐵磁性材料的特性,即電阻取決于磁化方向——該現(xiàn)象由William Thomson(Kelvin勛爵)于大約1851年發(fā)現(xiàn):
其中α為磁化方向與電流方向的夾角。
在線性位移測量中,為獲得最佳傳感器響應(yīng),傳感器的位置應(yīng)適當(dāng),以使磁體和傳感器處于同一平面,并且磁體的中心與傳感器的中心一致。由于AMR傳感器無法區(qū)分北極和南極,因此不能改變磁體的位置。
圖1.線性位移測量(左)、離軸測量(中)和軸尾測量(右)
對于旋轉(zhuǎn)元件,所謂的離軸或軸端是常見的配置。在離軸配置示例中(參見圖1),傳感器正弦/余弦輸出重復(fù)每極的絕對信息——例如,4極對磁體是45°。
在軸端配置中(參見圖1),傳感器位于旋轉(zhuǎn)偶極磁體下方;在這種情況下,北極和南極在磁體中心上方形成一個勻強(qiáng)磁場。適當(dāng)定位傳感器,使得磁場和要測量的元件處于同一平面。典型應(yīng)用是無刷直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)子位置測量和控制。AMR傳感器是180°角傳感器,因此電機(jī)必須是偶數(shù)極對電機(jī);奇數(shù)極對的電機(jī)需要360°信息以便換向。與常規(guī)霍爾傳感器(其也用于電機(jī)控制)相比,AMR傳感器如ADA4570和 ADA4571 具有更高的精密性。AMR傳感器還能降低扭矩紋波,并在啟動后或空閑狀態(tài)提供與電機(jī)位置無關(guān)的真正上電絕對位置信息。
ADI的AMR技術(shù)通過兩個惠斯通電橋測量角度,一個電橋相對于另一個電橋旋轉(zhuǎn)45°(參見圖2)。角度通過正弦和余弦函數(shù)計算,代表相對于傳感器(ADA4570)的0°到180°的方向。
AMR傳感器區(qū)分電氣角度和機(jī)械角度。由于AMR傳感器的工作原理和上述惠斯通電橋之間的45°角,機(jī)械旋轉(zhuǎn)180°后,絕對角度便可通過式2測量得到。對于偶極磁體,經(jīng)過360°旋轉(zhuǎn),電氣周期重復(fù)兩次。當(dāng)AMR傳感器在飽和情況下工作,在某一最小磁場強(qiáng)度時,絕對場強(qiáng)便與此無關(guān),由此展現(xiàn)出在強(qiáng)磁條件下工作時魯棒系統(tǒng)的裕量。
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、霍爾傳感器和旋變器外,磁傳感器在很多不同應(yīng)用中提供了一種更加優(yōu)雅、高精度和魯棒性的位置測量解決方案,ADI為此提供了許多可能性,例如ADA4570、ADA4571和 ADA4571-2 (適合需要冗余的情況)。
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