Vysoko automatizované systémy, ktoré nepretržite zbierajú údaje o riadení procesov, sú v dnešných výrobných závodoch čoraz bežnejšie. Tieto autonómne systémy poskytujú presné{1}}riadenie polohy v reálnom čase prostredníctvom presných informácií zhromaždených senzormi. Magnetické kódovače, snímače priblíženia, tlakové vysielače, motory a ďalšie zariadenia, ktoré sú všadeprítomné v automatizovaných továrňach, všetky vyžadujú pokročilé snímanie polohy na zhromažďovanie údajov na-úrovni závodu a zvýšenie výkonu.
Nehovoriac o robotických systémoch, tento dopyt po snímaní polohy je prakticky všadeprítomný v akomkoľvek systéme vyžadujúcom-výkonné riadenie pohybu. Technológia snímania polohy do značnej miery určuje horné hranice výkonu systému. Presné, rýchle a spoľahlivé meranie polohy je predpokladom na dosiahnutie presnosti{3}}riadenia v reálnom čase.
Aplikácie riadenia pohybu 3D snímania polohy Hallovým efektom
V porovnaní s inými technológiami snímania polohy je snímanie polohy podľa Hallovho efektu pravdepodobne najrozšírenejšou voľbou v aplikáciách priemyselnej automatizácie. Snímače polohy s lineárnym 3D Hall-efektom monitorujú hriadele motora, pričom parametre snímača priamo ovplyvňujú ovládanie systému, šírku pásma a latenciu. Aby sa predišlo ohrozeniu výkonu systému prostredníctvom kompromisov- medzi priepustnosťou údajov a chybou merania, 3D Hallove senzory integrujú ADC. Tieto využívajú presné signálne reťazce na dosiahnutie vysokej-presnosti a nízkych{8}}meraní driftu magnetického poľa, po ktorých nasleduje kompenzácia driftu na-úrovni systému pomocou{10}}údajov snímača teploty na čipe.
Schopnosť snímačov polohy s 3D Hallovým-effektom prispôsobiť sa akejkoľvek kombinácii magnetických osí a teplôt je v súčasných priemyselných aplikáciách vysoko cenená vlastnosť. Zachovanie vynikajúceho snímacieho výkonu v rámci širších rozsahov detekcie magnetického poľa a širších rozsahov okolitých teplôt umožňuje týmto snímačom vynikať v zložitých priemyselných prostrediach. Príklady zahŕňajú flexibilnú architektúru konfigurovateľných snímačov HAL 39xy série TDK, TI SPI-konfigurovateľnú sériu TMAG5170 s vysokou-presnosťou lineárnych 3D Hallových- senzorov s Hallovým efektom. Tieto snímače ponúkajú flexibilitu pre magnetický a mechanický dizajn v aplikáciách riadenia pohybu prostredníctvom voliteľných rozsahov magnetickej citlivosti a možností teplotnej kompenzácie. Predchádzajúca mylná predstava o nepružnosti umiestnenia magnetu pri použití snímačov s Hallovým{12} efektom je teraz eliminovaná.
Keď sa pozrieme na dve vyššie uvedené zariadenia, snímače série HAL 39xy od TDK sú vybavené výkonným DSP a vstavaným mikroprocesorom, zatiaľ čo séria TMAG5170 od TI obsahuje on-motor na výpočet uhla čipu, ktorý eliminuje potrebu mimo-spracovania čipu. Flexibilné predné konfigurácie Hallovho senzora-uľahčujú aj širšiu škálu aplikácií. V aplikáciách riadenia pohybu teraz pokrok týchto snímačov polohy s 3D Hallovým-efektom otvára množstvo možností pre automatizačné systémy.
Snímanie polohy anizotropného magnetorezistentného efektu (AMR) v aplikáciách riadenia pohybu
Anizotropný magnetorezistentný efekt zahŕňa anizotropný rozptyl s-orbitálov a d-orbitálov v materiáloch. Snímače AMR vykazujú pomer magnetorezistencie (AR/Rmin) okolo 3 %. AMR sensing nachádza rozsiahle aplikácie v riadení pohybu, najmä v automobilových-systémoch riadenia pohybu. Veľkí výrobcovia vyvíjajú riešenia magnetického snímania-založené na AMR, keďže snímače AMR zohrávajú čoraz dôležitejšiu úlohu v automobilovom-riadení pohybu.
Na rozdiel od vyššie uvedeného merania lineárneho posunu Hallových snímačov, snímače AMR vo všeobecnosti ponúkajú vyššiu presnosť. Znižujú tiež zvlnenie krútiaceho momentu. Vysoká presnosť je kľúčovou metrikou magnetických snímačov. Technologicky sa senzory AMR typicky vyznačujú veľmi nízkou spotrebou energie, rýchlymi dobami odozvy okolo 10 ns a teplotným posunom takmer 3000 PPM/K. Špecifická presnosť sa líši v závislosti od procesu a konfigurácie výrobcu.
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 >rozsah 500 mT; Najnovší AMR senzor domáceho výrobcu Duowei dosiahol absolútnu presnosť 0,1 stupňa.
Keď snímač AMR funguje v nasýtených podmienkach, jeho výstupný signál zostáva neovplyvnený zmenami absolútnej intenzity magnetického poľa, čo demonštruje odolnosť v prostrediach s vysokým -magnetickým{1}}poľom a poskytuje dostatočnú rezervu pre celý systém.
Okrem toho pri senzoroch AMR a iných technológiách magnetického snímania je ďalšou úvahou, do akej miery je zariadenie ovplyvnené degradáciou parametrov a jeho citlivosťou na starnutie magnetov. Táto otázka závisí aj od stratégie každého výrobcu. Prístup spoločnosti NXP zahŕňa integráciu mostíka magnetického odporového snímača AMR, integrovaného obvodu so zmiešaným{2}}signálom (IC) a požadovaných kondenzátorov do jedného balenia. Oba integrované kanály fungujú úplne nezávisle, úplne izolovaný dizajn, ktorý prakticky nie je ovplyvnený degradáciou parametrov. Každý výrobca používa odlišné prístupy, pričom všetky sa snažia minimalizovať vplyv degradácie parametrov.
Zhrnutie
Pre aplikácie riadenia pohybu v automatizačných systémoch zahŕňa magnetické snímanie aj technológie GMR a TMR. Z technického hľadiska ponúkajú vyššiu presnosť ako AMR, hoci predstavujú väčšie technické výzvy a ovláda ich menej výrobcov. Širšie využitie nachádzajú v automobilových aplikáciách.
Pre aplikácie riadenia pohybu si dosiahnutie vynikajúceho výkonu riadenia vyžaduje presné snímanie polohy. V rámci svojho meracieho rozsahu poskytuje snímanie AMR vynikajúcu citlivosť a čas odozvy, čo umožňuje vysoko presné meranie polohy. Presné lineárne snímače s 3D Hallovým-efektom si tiež držia svoje miesto a dosahujú rýchle, presné a spoľahlivé merania bez zníženia výkonu alebo zvýšenia spotreby energie a nákladov.