Pytanie: Jaki jest najlepszy rodzaj czujnika do pomiaru pozycji ruchomych i obracających się elementów?
Odpowiedź: Warto wypróbować anizotropowy sensor magnetorezystancyjny (AMR), taki jak ADA4570.
Obecnie na rynku dostępnych jest wiele różnych czujników dedykowanych do mierzenia pozycji ruchomych i obracających się przedmiotów. Oprócz enkoderów optycznych, sensorów Halla i rezolwerów stosuje się czujki magnetyczne oparte na efekcie magnetorezystancyjnym. Istnieje wiele ich rodzajów: gigantyczny efekt magnetorezystywny (GMR), tunelowy (TMR), a także anizotropowy (AMR). W poniższym artykule omawiane są sensory, które stosują ten ostatni.
Czujnik ADA4570 AMR firmy Analog Devices wykorzystuje charakterystykę materiałów ferromagnetycznych, w których opór elektryczny zależy od kierunku namagnesowania — zjawisko to zostało odkryte przez Williama Thomsona (Lorda Kelvina) około 1851 roku:
$$R=R_0 + \Delta R \times cos(2\times \alpha) \qquad (1)$$
Gdzie α jest kątem między kierunkiem namagnesowania a kierunkiem przepływu prądu.
W celu uzyskania optymalnej odpowiedzi czujnika przy pomiarach przemieszczeń liniowych należy go umieścić w taki sposób, aby on i magnes znajdowały się w tej samej płaszczyźnie, a środek tego drugiego pokrywał się z punktem centralnym sensora. Ponieważ czujnik AMR nie rozróżnia biegunów północnych i południowych, nie można zmienić położenia magnesu.
Rys.1. Pomiar przemieszczenia liniowego (po lewej) oraz ruchu obrotowego: poza wałem (w środku) i na wale (po prawej).
W przypadku elementów obrotowych powszechne są tak zwane konfiguracje pozawałowe lub końcowe. W odniesieniu do konfiguracji poza wałem (patrz rysunek 1), wyjścia sinus/cosinus czujnika powtarzają informację bezwzględną dla każdego bieguna — na przykład co 45° dla 4-biegunowej pary magnesów.
W konfiguracji z sensorem na końcu wału (patrz rysunek 1), czujnik znajduje się poniżej obracającego się magnesu dipolowego; tutaj bieguny północny i południowy tworzą jednolite pole nad środkiem elementu. Czujnik jest umieszczony w taki sposób, aby pole magnetyczne i mierzony detal znajdowały się w tej samej płaszczyźnie. Typowym zastosowaniem jest pomiar i sterowanie położeniem wirnika w bezszczotkowych silnikach prądu stałego (BLDC). W przypadku sensorów AMR, które są charakterystycznymi czujnikami kątowymi 180°, silnik musi być parzystobiegunowy; silniki z nieparzystą liczbą par biegunów wymagają informacji 360° do komutacji. W porównaniu z konwencjonalnymi czujnikami Halla, które są również używane w sterowaniu silnikami, sensory AMR, takie jak ADA4570 i ADA4571, mają wyższą precyzję. Zmniejszają również tętnienia momentu obrotowego i zapewniają dane o realnej mocy na podstawie bezwzględnych informacji o położeniu wirnika po uruchomieniu, jak i w stanie bezczynności, niezależnie od pozycji silnika.
Technologia AMR firmy Analog Devices mierzy kąt za pomocą dwóch mostków Wheatstone'a, z których jeden jest obrócony o 45° względem drugiego (patrz rysunek 2). Kąt jest obliczany przy użyciu funkcji sinus i cosinus oraz przedstawia orientację od 0° do 180° w stosunku do czujnika (ADA4570).
$$\alpha = arctan \frac {\frac{V_{SIN}}{V_{COS}}}{2} \qquad (2)$$
W sensorach AMR rozróżnia się kąty elektryczne i mechaniczne. Ze względu na zasadę działania czujników AMR i opisany wcześniej kąt 45° między mostkami Wheatstone'a, kąt bezwzględny można zmierzyć za pomocą równania 2 przy obrocie mechanicznym o 180°. Okres elektryczny powtarza się dwukrotnie podczas obrotu o 360° dla magnesu dipolowego. Biorąc pod uwagę, że sensory AMR pracują w nasyceniu, bezwzględne natężenie pola jest nieistotne przy określonym minimalnym natężeniu pola magnetycznego, co pozwala na niezawodnie działające systemy podczas pracy z silnymi magnesami.
Rys.2. Konfiguracje ADA4570, ADA4571 i ADA4571-2 AMR z mostkami Wheatstone'a ustawionymi względem siebie pod kątem 45°.
Oprócz czujników optycznych, Halla i rezolwerów, czujki magnetyczne zapewniają kolejne eleganckie rozwiązanie do pomiaru pozycji z wysoką precyzją i niezawodnością w wielu różnych zastosowaniach. Analog Devices oferuje kilka możliwości, takich jak ADA4570, ADA4571 i ADA4571-2 w systemach gdzie wymagana jest redundancja.
Źródło: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-198.html
Odpowiedź: Warto wypróbować anizotropowy sensor magnetorezystancyjny (AMR), taki jak ADA4570.
Obecnie na rynku dostępnych jest wiele różnych czujników dedykowanych do mierzenia pozycji ruchomych i obracających się przedmiotów. Oprócz enkoderów optycznych, sensorów Halla i rezolwerów stosuje się czujki magnetyczne oparte na efekcie magnetorezystancyjnym. Istnieje wiele ich rodzajów: gigantyczny efekt magnetorezystywny (GMR), tunelowy (TMR), a także anizotropowy (AMR). W poniższym artykule omawiane są sensory, które stosują ten ostatni.
Czujnik ADA4570 AMR firmy Analog Devices wykorzystuje charakterystykę materiałów ferromagnetycznych, w których opór elektryczny zależy od kierunku namagnesowania — zjawisko to zostało odkryte przez Williama Thomsona (Lorda Kelvina) około 1851 roku:
$$R=R_0 + \Delta R \times cos(2\times \alpha) \qquad (1)$$
Gdzie α jest kątem między kierunkiem namagnesowania a kierunkiem przepływu prądu.
W celu uzyskania optymalnej odpowiedzi czujnika przy pomiarach przemieszczeń liniowych należy go umieścić w taki sposób, aby on i magnes znajdowały się w tej samej płaszczyźnie, a środek tego drugiego pokrywał się z punktem centralnym sensora. Ponieważ czujnik AMR nie rozróżnia biegunów północnych i południowych, nie można zmienić położenia magnesu.
Rys.1. Pomiar przemieszczenia liniowego (po lewej) oraz ruchu obrotowego: poza wałem (w środku) i na wale (po prawej).
W przypadku elementów obrotowych powszechne są tak zwane konfiguracje pozawałowe lub końcowe. W odniesieniu do konfiguracji poza wałem (patrz rysunek 1), wyjścia sinus/cosinus czujnika powtarzają informację bezwzględną dla każdego bieguna — na przykład co 45° dla 4-biegunowej pary magnesów.
W konfiguracji z sensorem na końcu wału (patrz rysunek 1), czujnik znajduje się poniżej obracającego się magnesu dipolowego; tutaj bieguny północny i południowy tworzą jednolite pole nad środkiem elementu. Czujnik jest umieszczony w taki sposób, aby pole magnetyczne i mierzony detal znajdowały się w tej samej płaszczyźnie. Typowym zastosowaniem jest pomiar i sterowanie położeniem wirnika w bezszczotkowych silnikach prądu stałego (BLDC). W przypadku sensorów AMR, które są charakterystycznymi czujnikami kątowymi 180°, silnik musi być parzystobiegunowy; silniki z nieparzystą liczbą par biegunów wymagają informacji 360° do komutacji. W porównaniu z konwencjonalnymi czujnikami Halla, które są również używane w sterowaniu silnikami, sensory AMR, takie jak ADA4570 i ADA4571, mają wyższą precyzję. Zmniejszają również tętnienia momentu obrotowego i zapewniają dane o realnej mocy na podstawie bezwzględnych informacji o położeniu wirnika po uruchomieniu, jak i w stanie bezczynności, niezależnie od pozycji silnika.
Technologia AMR firmy Analog Devices mierzy kąt za pomocą dwóch mostków Wheatstone'a, z których jeden jest obrócony o 45° względem drugiego (patrz rysunek 2). Kąt jest obliczany przy użyciu funkcji sinus i cosinus oraz przedstawia orientację od 0° do 180° w stosunku do czujnika (ADA4570).
$$\alpha = arctan \frac {\frac{V_{SIN}}{V_{COS}}}{2} \qquad (2)$$
W sensorach AMR rozróżnia się kąty elektryczne i mechaniczne. Ze względu na zasadę działania czujników AMR i opisany wcześniej kąt 45° między mostkami Wheatstone'a, kąt bezwzględny można zmierzyć za pomocą równania 2 przy obrocie mechanicznym o 180°. Okres elektryczny powtarza się dwukrotnie podczas obrotu o 360° dla magnesu dipolowego. Biorąc pod uwagę, że sensory AMR pracują w nasyceniu, bezwzględne natężenie pola jest nieistotne przy określonym minimalnym natężeniu pola magnetycznego, co pozwala na niezawodnie działające systemy podczas pracy z silnymi magnesami.
Rys.2. Konfiguracje ADA4570, ADA4571 i ADA4571-2 AMR z mostkami Wheatstone'a ustawionymi względem siebie pod kątem 45°.
Oprócz czujników optycznych, Halla i rezolwerów, czujki magnetyczne zapewniają kolejne eleganckie rozwiązanie do pomiaru pozycji z wysoką precyzją i niezawodnością w wielu różnych zastosowaniach. Analog Devices oferuje kilka możliwości, takich jak ADA4570, ADA4571 i ADA4571-2 w systemach gdzie wymagana jest redundancja.
Źródło: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-198.html
Fajne? Ranking DIY