Hallo, mein Name ist Scott Bryson, und ich bin Anwendungsingenieur für die Strom - und Positionserfassung von Texas Instruments. In diesem Video erfahren Sie, wie lineare Hall-Effekt-Sensoren zur Messung der absoluten Winkelposition verwendet werden können. Viele Anwendungen basieren auf erfassten Positionsrückmeldungen, um den Systemzustand zu bestimmen, wenn sich das Objekt dreht. Es gibt Fälle, in denen die inkrementelle Kodierung keine ausreichende Auflösung bietet oder die Ausgangsbedingungen beim Einschalten nicht erkennen kann. \r\nDie Fähigkeit, den absoluten Winkel des Ziels zu definieren, selbst beim Einschalten, bietet einen stabileren Betrieb sowie einen größeren Nutzen und ein besseres Design. Einige Beispiele, bei denen die Winkelerfassung für die Gesamtsystemfunktionen wichtig ist, sind Industrierobotik, elektronische Lenkmechanismen und verschiedene Konsumgüter mit Drehschnittstellen, wie zum Beispiel digitale Thermostate. Zu diesem Zweck wird am häufigsten mit Hall-Effekt-Sensoren ein rotierender diametrischer Magnet verwendet. Wenn wir eine Top-down-Ansicht der Feldvektoren betrachten, die von diesem Magnettyp erzeugt werden, können wir die Krümmung des Feldes um den Magneten mit einem beliebigen Rumpfelement beobachten. \r\nNur die Komponente des Vektors, die orthogonal zum Sensorelement ist, wird erkannt. Wenn wir einen Sensor in Richtung der Pull unseres Magneten platzieren, können wir einen Pfad um den Magneten verfolgen und die Feldvektoren untersuchen, als ob sich der Magnet drehen würde. Wenn der Sensor dem Magneten in verschiedenen Winkeln ausgesetzt ist, ist zu beachten, dass die resultierende Darstellung der Feldstärke gegenüber dem Winkel sinusförmig zu sein scheint. Mit einem einzelnen Sensorelement. \r\nWir können dieses Verhalten verwenden, um eine grobe Winkelberechnung durchzuführen, wenn wir die Amplitude des erwarteten Magnetfelds kennen. Wir können den Winkel anhand der Erwartung schätzen, dass die Ausgabe der Sinusfunktion entspricht, wobei hier eine Amplitude durch Alpha dargestellt wird. Beispiel: Wenn wir uns die Darstellung ansehen, die die tatsächlichen Komponenten eines echten Magneten darstellt. Wir könnten die y-Komponente bei 90 Grad betrachten. \r\nWir beobachten, dass das Feld eine Größe von -25 Millisekunden hat. Wir könnten daran interessiert sein, den Winkel zu bestimmen, wenn das Feld etwa 20 Millisekunden beträgt. Wir können Θ lösen und feststellen, dass dies bei etwa 127 Grad geschieht. Mit dieser Methode sollten wir in der Lage sein, eine Drehung von bis zu 180 Grad zu überwachen. \r\nWenn der Magnet jedoch jemals mehr als 180 Grad fahren durfte, konnten wir nicht feststellen, ob der Magnet 53 oder 127 Grad hatte. Drehung. Diese eingeschränkte Sicht kann für viele rotierende Systeme problematisch sein. Um die Ansicht auf volle 360 Grad zu erweitern, müssen wir einen zweiten Hall-Effekt-Sensor hinzufügen, der um 90 Grad phasenverschoben ist. Wenn wir die Y-Komponente des Magnetfelds mit beiden Geräten überwachen, erhalten wir die hier gezeigten Eingaben. \r\nDadurch erhalten wir sowohl eine Sinus- als auch eine Kosinus-Funktion, die wir gemeinsam verwenden können. Mit der Funktion „Arkustangente“ können wir nun den Rotationswinkel für alle Positionen bestimmen. In vielen mathematischen Bibliotheken ist es nützlich, die ATAN2-Funktion als zu betrachten. Dies vereinfacht die Berechnung, indem der Sinus von b1 und B2 berücksichtigt wird. \r\nWährend des Vorgangs. Die Implementierung einer zwei Sensorkonfiguration ist mit einer Vielzahl von Konfigurationen möglich. Eine Methode besteht in der Verwendung von zwei unterschiedlichen linearen Hall-Effekt-Sensoren, die mechanisch durch 90 Grad getrennt sind. Bei diesem Ansatz gibt es zwei grundlegende Ausrichtungsoptionen. \r\nBei der ersten Anordnung werden oberflächenmontierte Geräte verwendet, die sich unterhalb der äußeren Fläche des rotierenden Magneten in einer Ausrichtung außerhalb der Ebene befinden. Dies wird manchmal auch als „außerhalb der Achse“ bezeichnet. In dieser Position reagieren die Sensoren empfindlich auf die z-Komponente des Vektors. Eine zweite Option besteht in der Verwendung von Schwellenwerten, die mit dem Magneten koplanar oder in der Ebene platziert werden. \r\nPolarisationssensoren an dieser Stelle erkennen das Feld, das radial vom Magneten nach außen gerichtet ist, wobei der zweite Sensor um 90 Grad um die Mitte des Magneten gedreht wird. Ab dem ersten wird jeder Sensor über eine volle Drehung mit einer Phasendifferenz von 90 Grad demselben Feld ausgesetzt. Mit dieser einfachen Methode können Sie die erforderlichen Signale für Winkelberechnungen einrichten. Diese Konfiguration hat einige Nachteile, darunter, dass die Anwendung möglicherweise über einen begrenzten physischen Platz für die genaue Platzierung von zwei Sensoren verfügt. \r\nEs können Fehler bei der Sensorausrichtung während der Montage auftreten, und Empfindlichkeitsfehler, die sich aus Abweichungen zwischen Geräten ergeben, müssen berücksichtigt werden, um den physischen Platzbedarf zu verringern und eine 90-Grad-Phasenausrichtung zu gewährleisten. Dreidimensionale Positionssensoren integrieren gegenseitig orthogonale Sensorelemente für jede Richtung in einem einzigen Gehäuse. Dadurch kann das Gerät eine umfassendere Sicht auf das Magnetfeld bieten. Ein Gerät mit Sensorelementen, die mehrere Komponenten des Magnetfelds erkennen können, bietet viel mehr mechanische Flexibilität als ein eindimensionaler Sensor. \r\nWenn Sie die Darstellung des zuvor gezeigten reellen Magneten wiederholen, können Sie nun die Z- und Y-Komponenten für diese Berechnung auswählen. Diese beiden Komponenten sind von Natur aus 90 Grad phasenverschoben während der gesamten Magnetdrehung. Wir müssen uns jetzt keine Gedanken über die Ausrichtung von Kanal zu Kanal machen, und jedes Rumpelelement in demselben Gehäuse zeigt in der Regel eine bessere Gesamtempfindlichkeitsanpassung, als von zwei diskreten Sensoren zu erwarten wäre. Auch hier gibt es eine Reihe von Ausrichtungsoptionen für 3D-Positionssensoren. \r\nDer Sensor beobachtet ideale Felder für diese Anwendung, wenn er entlang der Rotationsachse oder auf der Achse platziert wird. Das Gerät kann auch in einer Ebene platziert werden, wie wir zuvor gesehen haben, mit dem eindimensionalen Sensor, oder fast überall außerhalb der Ebene, wo eine ausreichende magnetische Flussdichte vorhanden ist. In jedem Fall stehen immer mindestens zwei Komponenten zur Verfügung, um Berechnungen in Arkustangenten durchzuführen. Die Komponenten des realen Magnetfelds erneut zu betrachten, ist bemerkenswert, dass die Größe der Komponenten ungleich ist. \r\nIn einigen Anwendungen kann der Baustein an einer idealen Stelle platziert oder gedreht werden, um den Durchschnitt zweier Feldkomponenten zu ermitteln. In vielen Fällen ist diese Amplitudenabweichung unvermeidlich, selbst wenn die Magnetfeldeingänge des Bausteins perfekt aufeinander abgestimmt sind, kommt es dennoch zu einer Empfindlichkeitsabweichung, was je nach Größe des Unterschieds zu einer geringen Ungleichheit zwischen den beiden Kanälen führen kann, kann dieser Fehler ziemlich signifikant werden. Hier ergibt sich unsere Spitzenamplitudendifferenz von etwa vier Millilitesla zwischen B und BZ mit einem Winkelfehler im schlimmsten Fall von über vier Grad. Um die höchste Winkelgenauigkeit zu erreichen, müssen die beiden Vektoren normalisiert werden. \r\nDies kann durch Anwenden eines Dämpfungsfaktors auf den größeren der beiden Signale, in diesem Fall BZ, erfolgen. Um sie so zu reduzieren, dass sie mit der anderen Komponente übereinstimmt. In unserem Beispiel misst BZ etwa 29 Millisekunden, während B 25 Millisekunden misst. Wenn wir BZ um 86 % verringern, erwarten wir weniger als 0,5% der Abweichung zwischen den beiden Signalen, und der daraus resultierende Winkelfehler aus diesen Quellen wird praktisch nicht mehr vorhanden sein. Diese Funktion ist in Geräte wie TMAG 5170 integriert, \r\num diese Messung für alle Ausrichtungsoptionen schnell zu ermöglichen. Der Gesamtfehler in einem System hängt auch von einer Reihe anderer Faktoren ab, wie z. B. Rauschen, Drehzahl und Magnetdrehungsfehler wie Neigen und Wackeln. Die Reduzierung der Auswirkungen dieser Fehler ist möglich. \r\nWeitere Details zu diesen Lösungen und zum Design von Präzisionsmessungen werden in unserer Anwendung besprochen. Hinweise. Lineare Hall-Effekt-Sensor-Winkelmessung, Implementierung und Kalibrierung sowie Winkelmessung mit linearen Hall-Effekt-Sensoren mit mehreren Achsen und diesen Dokumenten. Detailliertere Diskussionen zur Winkelpositionserfassung werden zusammen mit realen Beispielen vorgestellt, die eine vollständige 360-Grad-Rotationserfassung und deren Kalibrierungen implementieren. \r\nWenn Sie mehr über das Sortiment an Hall-Effekt-Sensoren erfahren möchten, besuchen Sie bitte TI. com/DLP, um unsere technischen Ressourcen und Produkte zu entdecken.