Benjamin Reiss

測量移動和旋轉(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量移動和旋轉(zhuǎn)元件的位置。除了光學編碼器、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.線性位移測量（左）、離軸測量（中）和軸端測量（右）。

對于旋轉(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/余弦輸出重復每個磁極的絕對信息，例如，45 極對磁體為 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。傳感器的位置使磁場和要測量的元件位于同一平面上。典型應(yīng)用是無刷直流電機中的轉(zhuǎn)子位置測量和控制。對于典型的180°角度傳感器的AMR傳感器，電機必須是偶極對電機;具有奇數(shù)個極對的電機需要 360° 信息進行換向。與同樣用于電機控制的傳統(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，并在啟動后或怠速狀態(tài)下提供真正的絕對位置信息，無論電機位置如何。

ADI公司的AMR技術(shù)通過兩個惠斯通電橋測量角度，其中一個電橋相對于另一個旋轉(zhuǎn)45°（見圖2）。角度通過正弦和余弦函數(shù)計算，表示相對于傳感器從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°機械旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)測量絕對角度。電周期在偶極磁體的 360° 旋轉(zhuǎn)中重復兩次。鑒于AMR傳感器在飽和狀態(tài)下工作，絕對磁場強度與存在的某個最小磁場強度無關(guān)，從而在使用強磁體時允許強大的系統(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)健性測量位置提供了進一步的優(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