适用于工业和交通市场的电感式位置传感器

跟着各行各业水平的进步，活动操纵的重要性日趋凸显。为了有效地驱动，描绘速率和地位的操纵输出必弗成少。然而，完成这类感测的手艺有多种，每种手艺都有分歧的特色和使用场景。

本文将比拟分歧的扭转感测手艺，并接头抉择它们的缘故原由。而后，咱们将懂得市场上的一些最新器件。

地位感测使用

为了进步精度、晋升良率并下降运营本钱，许多本来需求手动操纵的流程都完成了自动化，这使得地位感测使用敏捷增进。实际上，只需存在某种方式的活动，就需要有向控制器供应地位信息。

工业 4.0 推进工业市场在自动化畛域获得许多前进。机器人手艺愈来愈遍及，完成了全天候“无人”操纵，并且不会疲惫或犯错误——这就请求每一个活动轴都配备一个传感器。在传统工场中与人类一路事情的“合作机器人”也是云云。

往常，许多零部件都是经由过程机械创造的——有的应用数控 (CNC) 机床，有的应用激光切割机，另有的应用 3D 打印机。这些机械都有举止部件，需求正确的地位操纵能力餍足品质目的。零部件加工好后，通常会经由过程自动化物料搬运或传送带举行运输，这也需求地位感测性能。

在工场之外的场所，不少处所也需求地位操纵，比方那些能够挪移患者或扫描仪的大型医疗设置装备摆设。此外，机器人当初可以或许做手术，这异样需求异常正确的操纵。

在交通运输畛域，每一种使用都涉及到活动。无论是火车、农用机器、修筑机器等传统交通对象，仍是仓储中的自立挪移机器人 (AMR) 和成千上万的无人机等新兴使用，都需求地位感测。

跟着所有驱动体式格局（内燃机 (ICE)、纯电驱动 (EV) 和混杂能源）的乘用车都在向电气化偏向进展，机器操纵计划正在被“线控驱动”和“线控转向”等体系所庖代。为了使这些体系失常运作，必须将油门踏板（加速器）的地位信息传送给电子操纵单位 (ECU)，或许将方向盘的地位信息传送给转向操纵体系。

跟着电子操纵扩展到车辆操纵的简直所有方面，地位感测手艺也普遍应用于吊挂组件（用于调平/行驶操纵）、能源总成以及电动车窗、天窗、门锁等方面。

地位感测手艺比拟

扭转地位感测首要应用三种手艺——光学、磁性和电感手艺，每种手艺都有各自分歧的事情模式、好处、瑕玷和使用场景。

光学编码器通常被认为是最正确的（虽然并不是所有情况下都是云云），其事情道理是让光穿过带孔的圆盘，在圆盘扭转时，利用光脉冲来检测活动。

图 1：扭转地位感测的首要要领包孕光学、磁性和电感手艺

平日，这种器件用于需求极高精度的使用，比方周详机器人以及数控车床或激光切割机等机床。尽管它们精度高且对磁场不敏感，但易受圆盘上的振动和污垢影响，这些要素可能会致使它们生效。

磁性编码器每每精度较低，首要用于对成本异常敏感的使用。它们在存在振动和传染的情况下体现精良，但内部磁场会对其造成显然的影响，这限定了它们的合用局限。

电感式编码器精度优于磁性编码器，可以或许经受较高水平的振动和传染，并且对磁场不敏感。其余好处包孕：可重复性好，对温度不敏感，器件数目少，尺寸小，而且不需要稀土资料（即磁体）。

NCS32100 双电感地位传感器

安森美(onsemi)的 NCS32100 双电感地位传感器经由过程两个简略而立异的 PCB 盘，完成了卓越的非打仗式地位精度，精度优于 +50 角秒或许机器扭转 0.0138 度。一个 PCB 固定在机电定子（运动部份）上，而另一个单层 PCB 固定在转子或轴上。两个 PCB 平行搁置，旁边以 0.1mm 至 2.5mm 的气隙分隔。NCS32100 位于定子 PCB 上。

粗细（双）导电走线或线圈印刷在两个盘面上。第三条导电迹线称为励磁线圈，印刷在定子 PCB 上。NCS32100 向励磁线圈发送 4MHz 正弦波，使定子励磁线圈四周发生电磁场。依据法拉第互感定律，转子的粗细走线线圈与电磁场订交，将能量耦合到转子线圈中，构成涡流。

同时，定子的粗细线圈连贯至多八个 NCS32100 接收器输出。当转子扭转时，转子的涡流会滋扰定子接受线圈。NCS32100 经由过程其外部 DSP（数字旌旗灯号处理器）的专有算法处置这些滋扰，从而测量出转子地位。

图 2：双电感手艺经由过程简略计划供应高性能

接纳40mm PCB 传感器，NCS32100 能在 6,000 RPM 转速时完成 ±50 角秒的地位精度，在就义些许精度的情况下，转速高达 45,000 RPM。接纳更大的 PCB 传感器或让转子与定子正确瞄准，能够完成 +/- 10 角秒之内的更高精度。

这类简略计划只要应用大量电子器件，从而确保尺寸玲珑且本钱昂贵。另外，它还对温度动摇、传染和内部磁场完整不敏感。

双电感手艺集成计划

安森美的 NCS32100 支撑设想用于工业使用和环境的高精度扭转地位传感器。它是一款绝对地位器件，无需活动即可肯定地位。NCS32100 还可以或许在高达 45,000 RPM 的转速下计较转速。

在高达 6,000 RPM 的转速下，NCS32100供应了 ±50 角秒的残缺精度，可与许多光学编码器的功能相媲美。该器件还集成为了 Arm® Cortex® M0+ MCU，供应高度可设置性和外部温度传感器。

NCS32100 内置的校准例程同意传感器经由过程单个敕令完成自校准，此进程只要两秒钟。它不需求参考编码器，只需转子转速在100 到 1000 RPM 之间，，该步伐就能随时运转。所有校准系数都存储在非易失性存储器 (NVM) 中。

典范光学计划统共需求三块 PCB——光学圆盘、定子 PCB 和 LED 驱动器 PCB，完成全数性能需求约莫 100 个器件。

图 3：双电感手艺在精度上可媲美光学手艺，而复杂性和本钱比后者更低

相比之下，基于 NC32100 的计划仅需求两块 PCB：转子是不含任何器件的单层 PCB，而定子 PCB 仅包括 12 个器件。

在汽车使用中，尽管本钱和可靠性很首要，但安全性更是相当首要，尤其是在转向或刹车等使用中。安森美的汽车级绝对地位传感器 NCV77320 吻合 ISO26262 规范，特地针对这些关头使用场景而设想。NCV77320 的地位精度为 194.3 角秒或机器扭转 0.0539 度（详细取决于 PCB 多少外形），首要是因为它惟独 3 个接收器输出，而 NCS32100 有 8 个接收器输出，而且 NCV77320 不支持粗细线圈 PCB 设置。NCV77320 和 NCS32100 均可作为扭转编码器或线性编码器运转。

NCV77320 的使用包孕制动踏板传感器、油门踏板传感器、机电地位传感器、制动体系传感器、车辆程度传感器、变速箱挡位传感器、油门地位传感器和废气再循环阀传感器。

与 NCS32100 同样，NCV77320 对传染、温度变迁和磁场滋扰不敏感而且可用于环境温度局限为 -40ºC 至 +150ºC 的汽车环境。

NCV77320可以或许以高达 10,800 RPM 的转速运转经由过程 SENT、SPI模仿接口与配套 MCU举行通讯。

总结

电感手艺日趋遭到青眼并且跟着双电感传感器涌现当初可以或许打造具有光学级精度而又更具本钱效益的。