Proses kontrol verilerini sürekli olarak toplayan yüksek düzeyde otomasyona sahip sistemler günümüzün üretim tesislerinde giderek yaygınlaşmaktadır. Bu otonom sistemler, sensörler tarafından toplanan doğru bilgiler aracılığıyla hassas, gerçek-zamanlı konum kontrolü sağlar. Otomatik fabrikalarda her yerde bulunan manyetik kodlayıcılar, yakınlık sensörleri, basınç vericileri, motorlar ve diğer cihazların tümü, tesis düzeyinde verileri toplamak ve performansı artırmak için gelişmiş konum algılama gerektirir.
Robotik sistemlerin yanı sıra, konum algılamaya yönelik bu talep, yüksek-performanslı hareket kontrolü gerektiren tüm sistemlerde neredeyse her yerde mevcuttur. Konum algılama teknolojisi büyük ölçüde bir sistemin performansının üst sınırlarını belirler. Doğru, hızlı ve güvenilir konum ölçümü, gerçek-zamanlı hassas kontrole ulaşmanın ön koşuludur.
3D Hall Etkisi Konum Algılamanın Hareket Kontrolü Uygulamaları
Diğer konum algılama teknolojileriyle karşılaştırıldığında Hall etkisi konum algılama, endüstriyel otomasyon uygulamalarında tartışmasız en yaygın olarak benimsenen seçimdir. Doğrusal 3D Hall-etkili konum sensörleri, sistem kontrolünü, bant genişliğini ve gecikmeyi doğrudan etkileyen sensör parametreleriyle motor şaftlarını izler. 3D Hall sensörleri, veri çıkışı ve ölçüm hatası arasındaki-dengeler nedeniyle sistem performansından ödün verilmesini önlemek için ADC'leri entegre eder. Bunlar, yüksek-doğruluklu, düşük-sapıntılı manyetik alan ölçümleri elde etmek için hassas sinyal zincirlerinden yararlanır ve ardından çip üzerindeki sıcaklık sensörü verilerini kullanarak sistem-seviyesi sapma dengelemesini-sağlar.
3D Hall-etkili konum sensörlerinin herhangi bir manyetik eksen ve sıcaklık kombinasyonuna uyum sağlama yeteneği, mevcut endüstriyel uygulamalarda oldukça değerli bir özelliktir. Daha geniş manyetik alan algılama aralıklarında ve daha geniş ortam sıcaklığı aralıklarında mükemmel algılama performansının sürdürülmesi, bu sensörlerin karmaşık endüstriyel ortamlarda üstün performans göstermesini sağlar. Örnekler arasında TDK'nın esnek mimariyle yapılandırılabilir HAL 39xy serisi sensörleri, TI'nin SPI-yapılandırılabilir TMAG5170 serisi yüksek-hassas doğrusal 3D Hall-efekt sensörleri yer alır. Bu sensörler, seçilebilir manyetik hassasiyet aralıkları ve sıcaklık telafisi seçenekleri aracılığıyla hareket kontrol uygulamalarında manyetik ve mekanik tasarım açısından esneklik sunar. Hall{12}}etkisi sensörleri kullanıldığında mıknatıs yerleştirmenin esnek olmadığı konusundaki önceki yanlış kanı artık ortadan kaldırılmıştır.
Yukarıda bahsedilen iki cihaza bakıldığında, TDK'nın HAL 39xy serisi sensörleri güçlü bir DSP'ye ve yerleşik bir mikroişlemciye sahiptir; TI'nin TMAG5170 serisi ise çip dışı işleme ihtiyacını ortadan kaldıran bir çip üstü açı hesaplama motoru içerir. Esnek Hall sensörü ön uç yapılandırmaları-ayrıca daha geniş bir uygulama yelpazesini kolaylaştırır. Hareket kontrolü uygulamalarında, bu 3D Hall{8}}etkili konum sensörlerinin gelişimi artık otomasyon sistemleri için çok sayıda olasılığın kilidini açıyor.
Hareket Kontrolü Uygulamalarında Anizotropik Manyetodirenç Etkisi Konum Algılama (AMR)
Anizotropik Manyetodirenç Etkisi, malzemeler içindeki s-orbitallerin ve d-orbitallerin anizotropik saçılımını içerir. AMR sensörleri %3 civarında bir magnetorezistans oranı (ΔR/Rmin) sergiler. AMR algılama, hareket kontrolünde, özellikle de otomotiv sınıfı hareket kontrol sistemlerinde kapsamlı uygulamalar bulur. AMR sensörleri otomotiv sınıfı hareket kontrolünde giderek daha kritik bir rol oynadığından, büyük üreticiler AMR-tabanlı manyetik algılama çözümleri geliştiriyor.
Yukarıda bahsedilen Hall sensörlerinin doğrusal yer değiştirme ölçümünden farklı olarak AMR sensörleri genellikle daha yüksek hassasiyet sunar. Ayrıca tork dalgalanmasını da azaltırlar. Yüksek doğruluk, manyetik sensörler için önemli bir ölçümdür. Teknolojik olarak AMR sensörleri tipik olarak çok düşük güç tüketimine, 10 ns civarında hızlı tepki sürelerine ve 3000 PPM/K'ye yakın sıcaklık sapmasına sahiptir. Spesifik doğruluk, üreticinin prosesine ve konfigürasyonuna bağlı olarak değişir.
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 >500 mT aralığı; Yerli üretici Duowei'nin en yeni AMR sensörü 0,1 derecelik mutlak doğruluğa ulaştı.
Bir AMR sensörü doymuş koşullar altında çalıştığında, çıkış sinyali mutlak manyetik alan gücündeki değişikliklerden etkilenmeden kalır, bu da yüksek-manyetik-alan ortamlarında sağlamlık gösterir ve tüm sistem için geniş bir marj sağlar.
Ek olarak, AMR sensörleri ve diğer manyetik algılama teknolojileri için dikkate alınması gereken bir diğer husus, cihazın parametre bozulmasından ne ölçüde etkilendiği ve mıknatıs eskimesine karşı duyarlılığıdır. Bu konu aynı zamanda her üreticinin stratejisine de bağlıdır. NXP'nin yaklaşımı, AMR sensörünün manyetik direnç sensörü köprüsünü, karışık-sinyal entegre devresini (IC) ve gerekli kapasitörleri tek bir pakette entegre etmeyi içerir. Her iki entegre kanal da tamamen bağımsız olarak çalışır; tamamen izole edilmiş ve parametre bozulmasından neredeyse hiç etkilenmeyen bir tasarım. Her üretici, parametrelerdeki bozulmanın etkisini en aza indirmeye çalışan farklı yaklaşımlar kullanır.
Özet
Otomasyon sistemlerindeki hareket kontrolü uygulamaları için manyetik algılama aynı zamanda GMR ve TMR teknolojilerini de kapsar. Teknik açıdan bakıldığında bunlar AMR'den daha yüksek hassasiyet sunar, ancak daha büyük teknik zorluklar sunarlar ve daha az sayıda üretici tarafından uzmanlaşılır. Otomotiv uygulamalarında daha geniş kullanım alanı bulurlar.
Hareket kontrolü uygulamaları için üstün kontrol performansı elde etmek, hassas konum algılamayı gerektirir. AMR algılama, ölçüm aralığı dahilinde olağanüstü hassasiyet ve tepki süresi sunarak son derece hassas konum ölçümüne olanak tanır. Hassas doğrusal 3D Hall-efekt sensörleri de performanstan ödün vermeden veya güç tüketimini ve maliyeti artırmadan hızlı, doğru ve güvenilir ölçümler elde ederek kendi özelliklerini korur.