Els sistemes altament automatitzats que recullen contínuament dades de control de processos són cada cop més habituals a les plantes de fabricació actuals. Aquests sistemes autònoms proporcionen un control precís de la posició-en temps real mitjançant la informació precisa recopilada pels sensors. Els codificadors magnètics, sensors de proximitat, transmissors de pressió, motors i altres dispositius omnipresents a les fàbriques automatitzades requereixen detecció de posició avançada per recollir dades a nivell de planta-i millorar el rendiment.
Per no parlar dels sistemes robòtics, aquesta demanda de detecció de posició és pràcticament omnipresent en qualsevol sistema que requereixi un control de moviment d'alt rendiment-. La tecnologia de detecció de posició determina en gran mesura els límits superiors del rendiment d'un sistema. La mesura de la posició precisa, ràpida i fiable és el requisit previ per aconseguir un control de precisió-en temps real.
Aplicacions de control de moviment de la detecció de posició amb efecte Hall 3D
En comparació amb altres tecnologies de detecció de posició, la detecció de posició per efecte Hall és sens dubte l'opció més àmpliament adoptada en aplicacions d'automatització industrial. Els sensors de posició d'efecte Hall-lineal 3D supervisen els eixos del motor, amb els paràmetres del sensor que afecten directament el control del sistema, l'amplada de banda i la latència. Per evitar comprometre el rendiment del sistema mitjançant intercanvis-entre el rendiment de dades i l'error de mesura, els sensors Hall 3D integren ADC. Aquests utilitzen cadenes de senyal de precisió per aconseguir mesures de camp magnètic d'alta-precisió i baixa-deriva, seguides de la compensació de la deriva del-nivell del sistema mitjançant dades del sensor de temperatura del-xip.
La capacitat dels sensors de posició d'efecte Hall-3D per adaptar-se a qualsevol combinació d'eixos magnètics i temperatures és una característica molt valorada en les aplicacions industrials actuals. El manteniment d'un excel·lent rendiment de detecció en intervals de detecció de camp magnètics més amplis i intervals de temperatura ambient més amplis permet que aquests sensors destaquin en entorns industrials complexos. Alguns exemples inclouen els sensors de la sèrie HAL 39xy configurables d'arquitectura flexible de TDK, la sèrie SPI-configurable TMAG5170 de sensors d'efecte Hall- lineal 3D d'alta-precisió. Aquests sensors ofereixen flexibilitat per al disseny magnètic i mecànic en aplicacions de control de moviment mitjançant rangs de sensibilitat magnètica seleccionables i opcions de compensació de temperatura. Ara s'ha eliminat l'equívoc anterior sobre la inflexibilitat de la col·locació dels imants quan s'utilitzen sensors d'efecte Hall{12}}.
Tenint en compte els dos dispositius esmentats anteriorment, els sensors de la sèrie HAL 39xy de TDK inclouen un potent DSP i un microprocessador incrustat, mentre que la sèrie TMAG5170 de TI incorpora un motor de càlcul d'angle en-xip, eliminant la necessitat de processament fora de-xip. Les configuracions frontals-flexibles del sensor Hall també faciliten una varietat d'aplicacions més àmplia. En aplicacions de control de moviment, l'avenç d'aquests sensors de posició d'efecte Hall-3D ara desbloqueja nombroses possibilitats per als sistemes d'automatització.
Detecció de posició amb efecte de magnetoresistència anisotròpica (AMR) en aplicacions de control de moviment
L'efecte de magnetoresistència anisotròpica implica la dispersió anisòtropa d'orbitals s-i orbitals d- dins dels materials. Els sensors AMR presenten una relació de magnetoresistència (ΔR/Rmin) al voltant del 3%. La detecció d'AMR troba aplicacions àmplies en el control de moviment, especialment en sistemes de control de moviment de grau-automoció. Els principals fabricants estan desenvolupant solucions de detecció magnètica basades en AMR-, ja que els sensors AMR tenen un paper cada cop més crític en el control de moviment-automoció.
A diferència de la mesura de desplaçament lineal dels sensors Hall esmentats anteriorment, els sensors AMR ofereixen generalment una precisió més alta. També redueixen la ondulació del parell. L'alta precisió és una mètrica clau per als sensors magnètics. Tecnològicament, els sensors AMR solen tenir un consum d'energia molt baix, temps de resposta ràpids al voltant de 10 ns i una deriva de temperatura prop de 3000 PPM/K. La precisió específica varia segons el procés i la configuració del fabricant.
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 >rang de 500 mT; L'últim sensor AMR del fabricant nacional Duowei ha aconseguit una precisió absoluta de 0,1 graus.
Quan un sensor AMR funciona en condicions saturades, el seu senyal de sortida no es veu afectat per les variacions de la intensitat del camp magnètic absolut, demostrant robustesa en entorns de camp-magnètic- alt i proporcionant un marge ampli per a tot el sistema.
A més, per als sensors AMR i altres tecnologies de detecció magnètica, una altra consideració és fins a quin punt el dispositiu es veu afectat per la degradació dels paràmetres i la seva sensibilitat a l'envelliment dels imants. Aquest problema també depèn de l'estratègia de cada fabricant. L'enfocament de NXP consisteix a integrar el pont del sensor de resistència magnètica del sensor AMR, el circuit integrat-de senyal mixt (IC) i els condensadors necessaris dins d'un sol paquet. Els dos canals integrats funcionen de manera totalment independent, un disseny totalment aïllat que pràcticament no es veu afectat per la degradació dels paràmetres. Cada fabricant empra enfocaments diferents, tots intentant minimitzar l'impacte de la degradació dels paràmetres.
Resum
Per a aplicacions de control de moviment en sistemes d'automatització, la detecció magnètica també inclou les tecnologies GMR i TMR. Des d'un punt de vista tècnic, aquests ofereixen una precisió superior a l'AMR, tot i que presenten majors reptes tècnics i són dominats per menys fabricants. Troben un ús més extens en aplicacions d'automoció.
Per a aplicacions de control de moviment, aconseguir un rendiment de control superior requereix una detecció precisa de la posició. Dins del seu rang de mesura, la detecció AMR ofereix una sensibilitat i un temps de resposta excepcionals, permetent una mesura de posició altament precisa. Els sensors d'efecte Hall-lineal de precisió també s'aconsegueixen, aconseguint mesures ràpides, precises i fiables sense comprometre el rendiment ni augmentar el consum i el cost d'energia.