在過去的幾年中，我們已經看到了人工智慧（AI）的真正成熟。從自動工廠到無人駕駛汽車，卡車再到機器人司機，人工智慧的諸多好處顯而易見-無論是提高效率和盈利能力，還是改善生活質量。自動化機器的日益普及的一個關鍵特性是它們能夠精確地測量位置和運動。
儘管可以通過不同的技術來測量位置，但我們看到的一種新興技術是感應式位置傳感器。該方法準確，經濟高效，並且具有良好的抗噪能力。
但是，由於存在某些誤解，阻礙了這項技術的應用。在這裡，我們試圖通過將感應式位置傳感器，包括霍爾效應和磁阻傳感器在內的可比較傳感器技術並列來消除這些誤解。
誤解1：電感式傳感器使用電感來測量位置
儘管電感式傳感器的名稱可能誤導人們以為它測量電感，但其實際功能卻大不相同。感應傳感器通過使用金屬目標中磁場的電磁感應來工作。而且，它使用法拉第定律的原理和空心變壓器的已知特性來精確定位該磁場的幹擾。用簡單的語言來說，感應傳感器通過測量導電目標對磁場的幹擾來工作。
與依賴於永磁體產生的磁場的霍爾效應傳感器和磁阻傳感器不同，感應傳感器使用的是變壓器初級繞組產生的磁場。在此，將金屬靶置於該磁場中，從而感應出渦流，抵消了磁場的影響，從而使靶的場強降至零。我們使用兩個放置在不同物理位置的次級線圈來檢測磁場。由於它們的位置不同，它們各自將檢測到不同的電壓。我們可以計算兩個接收線圈電壓的比率，以確定目標的位置。
誤解2：感應式位置傳感器無法準確測量位置
實際上，感應式位置傳感器非常精確，特別是在其他基於磁體的系統顯示次優性能的較高溫度下。
首先，它們僅取決於自生磁場的幹擾，而不受永磁體非線性特性的影響。這有助於在室溫下將整個測量範圍內的誤差保持在+/-0.1％以下。即使在溫度變化且目標與傳感器之間存在氣隙的情況下，誤差範圍也可以保持在+/-0.3％以下。同樣，算法被設計為使得溫度變化具有最小的影響。例如，當電感式位置傳感器使用LC振蕩器以1到6 MHz的頻率激發磁場時，對位置沒有影響。主振蕩器在輔助接收通道中引起同步解調，但不會影響接收信號的幅度。
但是，考慮到傳感器附近的金屬物體對磁場的影響，可能需要進行一些校準。這個校準與溫度變化無關。使用八個校準段的13位模數轉換器（ADC）和32位處理器或Microchip Technology的LX3302A可幫助消除任何計算和量化誤差。
誤解3：電感式位置傳感器的性價比不高
儘管人們普遍認為，負擔能力是以高性能為代價的，但對於感應式傳感器卻並非如此。例如，對於霍爾效應和磁阻傳感器，要獲得良好的精度，必須使用具有適當公差和強度的永磁體。該磁體需要專門製造，這增加了成本。
相比之下，電感式傳感器僅需要一塊金屬作為目標。當然，電感式傳感器需要更大的PCB來布線傳感器走線。但是，較大的PCB成本低於磁鐵。實際上，如果您有未使用的現有PCB空間，則可以消除此成本。與其他解決方案相比，這使得電感式位置傳感器更具成本效益。
誤解4：對外部磁場的敏感性
與霍爾效應傳感器和磁受體傳感器不同，感應位置傳感器使用主動解調來抑制由自動機產生的雜散磁場。
讓我們以具有多個系統的下一代電動汽車為例，例如無刷直流（BLDC）電動機，電子助力轉向和產生雜散磁場的制動輔助電動機。隨著這些雜散磁場的增加，它提出了對新規範的需求，這些規範要求在更高的磁場下進行更多的抗擾度測試。當汽車電子設備在EMC認證期間受到4mT DC磁場的影響時，無論是動力轉向，加速踏板，牽引轉子位置，任何對安全至關重要的傳感器都不會出現錯誤讀數。由於感應式位置感測僅過濾其需要感測的頻率，因此不受其他噪聲的影響；與霍爾效應和磁阻傳感器不同。
另外，由於它不使用任何磁性材料，因此它不可能吸收任何直流磁場。
誤解5：感應式位置感應是基於新技術的
儘管感應式位置傳感器提供了一種實現感應的新方法，但其基礎技術已廣為接受。感應式位置感應使用的原理與線性電壓差動變壓器（LVDT）密切相關。LVDT在機器人應用中使用一個初級線圈和兩個次級線圈來檢測金屬軸的位置，而電感式位置傳感器使用的技術相同，儘管只是PCB形式。電磁分解器也使用類似的技術。
無論是LVDT，旋轉變壓器還是電感式傳感器，它們都使用由導電元件對磁場的幹擾所感應的兩個電壓之比來感應位置。
誤解6：由於冗餘感應傳感器，所需空間增加了一倍
確實，某些關鍵的汽車和工業應用需要冗餘以確保最高的安全性。但是，這不必轉換為PCB空間的兩倍。相反，諸如優化PCB層和使用智能一次繞組技術之類的技術可以幫助節省空間。將兩個傳感器放置在相同的PCB空間中，可使它們共享相同的磁場，並通過磁場鬆散耦合，但仍提供電流隔離。在這種情況下，可以將次級電路放置在兩個IC上，從而使它們能夠輸出獨立且冗餘的位置。這也將有助於提高應用程式的安全性。
誤解7：適用性僅限於小型線性測量
當傳感器的長度接近所需的近似測量範圍時，電感式位置傳感器顯示出最佳的精度，因為這可以在最短的距離上縮放輸出解析度。但是，它們完全能夠測量長度在5毫米至600毫米之間甚至超出實際應用範圍的線性位置。振蕩器產生正確的LC諧振信號的能力是長度的唯一限制因素。
無論哪種方式，感應式位置傳感器均基於檢測磁場中的幹擾的原理來工作。對於線性測量，在許多實際測量範圍內採用單一測量原理可以幫助實現所需的靈敏度。
在霍爾效應的情況下，當磁體從一個位置移動到另一個位置時，需要多路復用多個傳感器，從而使分頻器的處理變得複雜並且容易受到溫度變化的影響。在電感式傳感器的情況下不會發生此問題。
誤區八：電感式位置傳感器只能用於線性測量
電感式位置傳感器非常適合於線性測量，但也可以用於電弧和旋轉測量。可以使用感應傳感技術的一些應用是在汽車踏板，空氣閥，水閥和轉子位置。在某些方面，一個360度旋轉傳感器幾乎就像一個線性傳感器，其兩端彎曲成彼此相遇的形狀。在所有這些情況下，電感式位置傳感器均具有更高的精度和更好的抗噪性。
誤解9：目標材料必須具有磁性
感應式位置傳感器通過檢測被金屬目標幹擾的磁場的變化來工作。但是，這並不意味著靶材必須由磁性材料製成。唯一的要求是目標材料允許渦流流動，以引起幹擾。儘管可以使用鐵等磁性材料，但當使用銅，鋁或鋼等優質導體時，電感式位置傳感器的性能甚至更好。
誤區10：需要通過輸入功率進行編程
傳感器通常通過電源線，地線和輸出引腳連接到發動機控制單元。如果電源引腳可以校準模塊，則無需額外連接傳感器PCB，從而節省了成本並最大程度地減少了組裝問題。
然而，在需要微控制器的應用中，經常需要嵌入式應用使用另一個微控制器而不是專用測試系統對傳感器進行編程。例如，可以通過GPIO引腳對Microchip的LX3302A進行編程。
誤區11：難以獲得設計方面的aax幫助
在早期，要獲得良好的結果，就需要對磁場有深入的了解，需要使用高端的有限元仿真套件，更不用說有反覆試驗的餘地了。
但現在，我們有IC供應商，可以通過評估板和套件將您帶入從概念到實際PCB軌跡仿真的整個過程。甚至在測試PCB之前，用戶還可以使用仿真結果獲得誤差估計。
如我們所見，電感式位置傳感器在霍爾效應和磁阻傳感器的準確性，抗雜散磁噪聲和成本效益等方面具有多個優勢。現在是時候在任何AI位置感應產品上嘗試該技術了。
作者：Microchip Technology混合信號和線性部門產品線市場經理Mark Smith博士
聲明：本文內容系作者個人觀點，不代表傳感器專家網觀點或立場。更多觀點，歡迎大家留言評論。
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