מערכות אוטומטיות מאוד שאוספות ברציפות נתוני בקרת תהליכים נפוצות יותר ויותר במפעלי הייצור של היום. מערכות אוטונומיות אלו מספקות בקרת מיקום מדויקת-בזמן אמת באמצעות מידע מדויק שנאסף על ידי חיישנים. מקודדים מגנטיים, חיישני קרבה, משדרי לחץ, מנועים והתקנים אחרים הנמצאים בכל מקום במפעלים אוטומטיים, כולם דורשים חישת מיקום מתקדמת כדי לאסוף נתונים ברמת המפעל- ולשפר את הביצועים.
שלא לדבר על מערכות רובוטיות, הדרישה הזו לחישת מיקום קיימת כמעט בכל מערכת הדורשת בקרת תנועה-בביצועים גבוהים. טכנולוגיית חישת מיקום קובעת במידה רבה את הגבולות העליונים של ביצועי מערכת. מדידת מיקום מדויקת, מהירה ואמינה היא התנאי המקדים להשגת בקרת דיוק בזמן אמת-.
יישומי בקרת תנועה של חישת מיקום 3D Hall Effect
בהשוואה לטכנולוגיות חישת מיקום אחרות, חישת מיקום אפקט הול היא ללא ספק הבחירה המאומצת ביותר ביישומי אוטומציה תעשייתית. חיישני מיקום 3D Hall- ליניארי מנטרים את צירי המנוע, כאשר פרמטרי חיישנים משפיעים ישירות על בקרת המערכת, רוחב הפס והשהייה. כדי להימנע מפגיעה בביצועי המערכת באמצעות-החלפות בין תפוקת נתונים ושגיאת מדידה, חיישני הול תלת-ממדיים משלבים ADCs. אלה משתמשים בשרשראות אותות דיוק כדי להשיג מדידות-דיוק גבוה,-נמוכות של שדה מגנטי, ולאחר מכן פיצוי סחיפה ברמת-מערכת באמצעות-נתוני חיישן טמפרטורת שבב.
היכולת של חיישני מיקום 3D Hall-להתאים לכל שילוב של צירים וטמפרטורות מגנטיים היא תכונה מוערכת מאוד ביישומים תעשייתיים נוכחיים. שמירה על ביצועי חישה מצוינים על פני טווחי זיהוי רחבים יותר של שדה מגנטי וטווחי טמפרטורת סביבה רחבים יותר מאפשרת לחיישנים אלה להצטיין בסביבות תעשייתיות מורכבות. דוגמאות כוללות חיישני סדרת HAL 39xy הניתנים להגדרה של ארכיטקטורה גמישה של TDK, סדרת SPI-ניתנת להגדרה של TMAG5170 של חיישני אפקט 3D Hall-לניארי-בדיוק גבוה. חיישנים אלו מציעים גמישות לתכנון מגנטי ומכני ביישומי בקרת תנועה באמצעות טווחי רגישות מגנטית לבחירה ואפשרויות פיצוי טמפרטורה. התפיסה השגויה הקודמת לגבי חוסר הגמישות של מיקום המגנטים בעת שימוש בחיישני אפקט הול{12} בוטלה כעת.
בהסתכלות על שני המכשירים שהוזכרו לעיל, חיישני סדרת HAL 39xy של TDK כוללים DSP חזק ומעבד מיקרו משובץ, בעוד שסדרת TMAG5170 של TI משלבת מנוע חישוב זווית-שבב, ומבטל את הצורך בעיבוד שבב כבוי. תצורות קצה גמישות של חיישני Hall- מאפשרות גם מגוון רחב יותר של יישומים. ביישומי בקרת תנועה, התקדמותם של חיישני מיקום ה-3D Hall- הללו פותחת כעת אפשרויות רבות למערכות אוטומציה.
חישת מיקום (AMR) של אפקט מגנטוריסטי אנזוטרופי ביישומי בקרת תנועה
אפקט ההתנגדות המגנטית האניזוטרופית כוללת פיזור אנזוטרופי של-אורביטלים ו-אורביטלים בתוך חומרים. חיישני AMR מציגים יחס מגנוטוריזציה (ΔR/Rmin) בסביבות 3%. חישת AMR מוצאת יישומים נרחבים בבקרת תנועה, במיוחד במערכות בקרת תנועה בדרגת-רכב. יצרנים גדולים מפתחים פתרונות חישה מגנטיים מבוססי AMR{{7}, שכן חיישני AMR ממלאים תפקיד קריטי יותר ויותר בבקרת תנועה בדרגת-רכב.
שלא כמו מדידת התזוזה הליניארית של חיישני הול שהוזכרו לעיל, חיישני AMR בדרך כלל מציעים דיוק גבוה יותר. הם גם מפחיתים את אדוות המומנט. דיוק גבוה הוא מדד מפתח עבור חיישנים מגנטיים. מבחינה טכנולוגית, חיישני AMR כוללים בדרך כלל צריכת חשמל נמוכה מאוד, זמני תגובה מהירים בסביבות 10ns וסחפת טמפרטורה קרוב ל-3000 PPM/K. דיוק ספציפי משתנה בהתאם לתהליך והתצורה של היצרן.
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 >טווח 500 mT; חיישן AMR האחרון של היצרן המקומי Duowei השיג דיוק מוחלט של 0.1 מעלות.
כאשר חיישן AMR פועל בתנאים רוויים, אות המוצא שלו לא מושפע משונות בעוצמת השדה המגנטי המוחלט, מה שמפגין חוסן בסביבות שדה{{0} מגנטי- גבוהות ומספק מרווחים רבים לכל המערכת.
בנוסף, עבור חיישני AMR וטכנולוגיות חישה מגנטיות אחרות, שיקול נוסף הוא המידה שבה המכשיר מושפע מהשפלה של הפרמטרים והרגישות שלו להזדקנות המגנט. נושא זה תלוי גם באסטרטגיה של כל יצרן. הגישה של NXP כוללת שילוב של גשר חיישן ההתנגדות המגנטית של חיישן ה-AMR, מעגל משולב-אות מעורב (IC) וקבלים נדרשים בתוך חבילה אחת. שני הערוצים המשולבים פועלים באופן עצמאי לחלוטין, עיצוב מבודד לחלוטין שלמעשה אינו מושפע מהדרדרות פרמטרים. כל יצרן נוקט גישות שונות, כולן שואפות למזער את ההשפעה של השפלת הפרמטרים.
תַקצִיר
עבור יישומי בקרת תנועה במערכות אוטומציה, חישה מגנטית כוללת גם טכנולוגיות GMR ו-TMR. מנקודת מבט טכנית, אלה מציעים דיוק גבוה יותר מ-AMR, אם כי הם מציגים אתגרים טכניים גדולים יותר ושולטים בהם על ידי פחות יצרנים. הם מוצאים שימוש נרחב יותר ביישומי רכב.
עבור יישומי בקרת תנועה, השגת ביצועי שליטה מעולים מחייבת חישת מיקום מדויקת. בטווח המדידה שלו, חישת AMR מספקת רגישות וזמן תגובה יוצאי דופן, המאפשרת מדידת מיקום מדויקת ביותר. חיישני אפקט 3D Hall-לינאריים מדויקים גם מחזיקים מעמד, משיגים מדידות מהירות, מדויקות ואמינות מבלי לפגוע בביצועים או להגדיל את צריכת החשמל והעלות.