【導(dǎo)讀】如今有許多不同的方法可測(cè)量移動(dòng)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)。
問題:
測(cè)量移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)元件位置的最佳傳感器類型是什么？
答案:
試試各向異性磁阻(AMR)傳感器，例如ADA4570。
如今有許多不同的方法可測(cè)量移動(dòng)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公司的 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(cè)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(wú)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(cè)量（左）、離軸測(cè)量（中）和軸尾測(cè)量（右）
對(duì)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(duì)信息——例如，4極對(duì)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(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)。適當(dāng)定位傳感器，使得磁場(chǎng)和要測(cè)量的元件處于同一平面。典型應(yīng)用是無(wú)刷直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)子位置測(cè)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(duì)電機(jī)；奇數(shù)極對(duì)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(dòng)后或空閑狀態(tài)提供與電機(jī)位置無(wú)關(guān)的真正上電絕對(duì)位置信息。
ADI公司的AMR技術(shù)通過兩個(gè)惠斯通電橋測(cè)量角度，一個(gè)電橋相對(duì)于另一個(gè)電橋旋轉(zhuǎn)45°（參見圖2）。角度通過正弦和余弦函數(shù)計(jì)算，代表相對(duì)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(duì)角度便可通過式2測(cè)量得到。對(duì)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(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，絕對(duì)場(chǎng)強(qiáng)便與此無(wú)關(guān)，由此展現(xiàn)出在強(qiáng)磁條件下工作時(shí)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(cè)量解決方案，。ADI公司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）。欲了解有關(guān)此主題的更多信息，請(qǐng)參閱文末列出的參考資料。
參考資料
Guyol，Robert。“AN-1314應(yīng)用筆記：AMR角度傳感器” 。ADI公司，2014年10月。
Nicholl，Enda。“適用于安全關(guān)鍵應(yīng)用的雙AMR電機(jī)位置傳感器” 。《模擬對(duì)話》，第53卷第4期，2019年11月。
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