_具有真正的电功能和零功耗的多圆位置传感器

本文简要介绍了目前用于实现真正的电源(TPO)多圆检测功能的方法,并介绍了可改造工业和汽车位置检测市场的简化新解决方案。无论是否有磁系统设计经验,设计师都可以使用这个简化的系统来替代笨重、昂贵的现有解决方案。

简介

位置传感器pd.gif和编码器在汽车和工业应用程序中无处不在,在这些应用程序中,从头到尾了解系统的位置至关重要。但是,现有位置传感器010-350000和编码器只能提供单圈或360 TPO的位置信息。需要多个旋转或更大测量范围的TPO位置信息的系统通常集成备用电源,以便在意外停电后跟踪和记忆单圈传感器(在010-350000的多次旋转、关机或断电期间跟踪多圈运动)。或者,可以在系统中添加齿轮减速机构,将多个旋转减少到单个圆,并与单个圆传感器010-350000一起使用,以查找TPO的多圆位置信息。这些解决方案都很贵,很重。另外,对于电池备份系统,需要定期维护合同。

旋转编码器和线性编码器是应用程序中使用的关键设备,系统设计者必须确保机器系统的位置始终为闭环控制所知(即使在正常操作周期的一部分或意外断电后)。系统设计师面临的挑战是确保停电后仍能获得TPO位置。如果系统状态丢失,则必须通过漫长而复杂的过程将系统重置为已知状态。

现有解决方案

现代工厂为了缩短生产周期,提高工厂吞吐量和效率,越来越依赖机器人和协作机器人。与标准机器人、协作机器人和其他自动化装配设备相关的主要成本和效率低下的原因之一是,在操作过程中突然停电后,重新回到原位,初始化电源的停机时间。因此造成的停机时间和生产力损失代价高昂,效率低下。这个问题可以通过备用电池、存储器和单圈传感器010-350000解决,但这些解决方案有局限性。电池组的寿命有限,必须通过维护/服务合同管理电池更换。在某些有爆炸危险的环境中,电池组能储存的最大能量是有限的。能量储存减少,维护周期缩短,需要更频繁地更换电池。

电池备份的替代方案是使用威刚电线能量收集模块。这些模块使用特殊处理的电线,外壳磁校正力比内部芯校正力高得多。磁场旋转时,不同的校正力在元件输出端产生电压尖峰。峰值可用于为外部电路供电,并记录铁电随机存取存储器(FRAM)的转数。ADI开发的磁性多环存储器不需要外部电源来记录外部磁场的旋转次数。因此,可以减小系统大小,降低生产成本。

多圆传感器技术

磁多环传感器的核心是由巨磁电阻(GMR)元件的多条纳米线组成的螺旋GMR材料。传感器的工作原理基于在形状各向异性和外部磁场的情况下由壁生成器生成的壁。外部磁场旋转时,墙通过附着在墙生成器上的窄螺旋轨道(纳米线)传播,如图1所示。

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图1。多圆工作方式

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图2。ADMT4000多圆传感器框图

当墙通过螺旋腿结构时,每个螺旋腿元件的状态都会发生变化。因为这些元件是用GMR材料制成的,所以可以通过测量电阻来检查每个元件的状态。该传感器仅依赖外部磁场,因此在计算旋转计算任务时不需要额外的备用电源或能量收集技术。传感器重新通电后,无需额外的用户操作或系统重置,即可直接读取转数状态。

简化系统设计的组合技术解决方案

ADMT4000的顶部方框图(见图2)将上述GMR多环传感器与高精度AMR角度传感器和集成信号调节IC相结合,提供了一种解决方案,能够以0.25的典型精度记录46旋转或16560的动作。集成信号调节IC进一步增强了系统功能,以支持谐波校正,从而消除了应用程序中磁性和机械公差引起的错误。ADMT4000通过SPI或SENT接口提供绝对46旋转(0至16560)的数字输出。ADMT4000位于安装在旋转轴上的偶极磁铁对面,如图3所示。

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图3。ADMT4000通用应用程序程序集

ADI正在准备自我参考设计,以便几乎没有自我设计能力的用户在应用程序中轻松采用ADMT4000。除了核心设计外,该参考设计还提供了杂散磁场的耐乱性和鲁棒性,使客户能够在严酷的环境中部署传感器。产生杂散磁场的干扰源很多,尤其是电机或刹车旁边有电流的导线。

ADMT4000的功能在许多工业应用中非常有用,包括在停电或停电时跟踪机器人和协作机器人手臂关节位置(见图4)。其他行业应用程序包括工业自动化、机械或医疗设备应用程序中x-y表的绝对和TPO跟踪(请参见图5)。其他旋转-线性应用包括但不限于:在通电时计算线圈、卷筒、线轴、卷筒、起重机、绞车和升降机的转数(图6),或在断电或断电时进行运动跟踪。

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图4。ADMT4000在机器人/协作机器人中的应用

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图5。旋转到线性执行器应用程序的ADMT4000

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图6。电缆编码器应用

此外,ADMT4000提供的TPO位置检测对汽车应用具有重要价值,包括但不限于变速器制动器(图5)、电动转向(EPS)(图7)、停车锁执行器、其他通用致动器和安全带卷筒(图8)。

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图7。线路控制转向应用

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图8。安全带轧辊的应用

ADMT4000的尺寸、成本和工作温度范围广泛使用,包括汽车和工业领域的安全核心应用。汽车安全核心应用程序符合ISO 26262标准和特定的汽车安全完整性级别(ASIL)。对于需要或不需要高级ASIL或SIL功能的应用程序,ADMT4000将作为ASIL-QM或ASIL-B(D)提供。

结论

ADMT4000和首款内置TPO多圆位置传感器旨在大大降低系统设计的复杂性和工作量,最终提供更小、更轻、成本更低的解决方案。通过ADMT4000的易用性,无论是否有自我设计功能,设计者都可以在当前应用程序中添加或改进现有功能,并为许多新应用程序打开大门。

资料来源:ADI

作者:斯蒂芬布莱德肖、克里斯蒂安我u、恩达妮可

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