在過(guò)去的幾年中，我們已經(jīng)看到了人工智能（AI）的真正成熟。從自動(dòng)工廠到無(wú)人駕駛汽車，卡車再到機(jī)器人司機(jī)，人工智能的諸多好處顯而易見(jiàn)-無(wú)論是提高效率和盈利能力，還是改善生活質(zhì)量。自動(dòng)化機(jī)器的日益普及的一個(gè)關(guān)鍵特性是它們能夠精確地測(cè)量位置和運(yùn)動(dòng)。
盡管可以通過(guò)不同的技術(shù)來(lái)測(cè)量位置，但我們看到的一種新興技術(shù)是感應(yīng)式位置傳感器。該方法準(zhǔn)確，經(jīng)濟(jì)高效，并且具有良好的抗噪能力。
但是，由于存在某些誤解，阻礙了這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。在這里，我們?cè)噲D通過(guò)將感應(yīng)式位置傳感器，包括霍爾效應(yīng)和磁阻傳感器在內(nèi)的可比較傳感器技術(shù)并列來(lái)消除這些誤解。
誤解1：電感式傳感器使用電感來(lái)測(cè)量位置
盡管電感式傳感器的名稱可能誤導(dǎo)人們以為它測(cè)量電感，但其實(shí)際功能卻大不相同。感應(yīng)傳感器通過(guò)使用金屬目標(biāo)中磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)來(lái)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(lái)精確定位該磁場(chǎng)的干擾。用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，感應(yīng)傳感器通過(guò)測(cè)量導(dǎo)電目標(biāo)對(duì)磁場(chǎng)的干擾來(lái)工作。
與依賴于永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的霍爾效應(yīng)傳感器和磁阻傳感器不同，感應(yīng)傳感器使用的是變壓器初級(jí)繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)。在此，將金屬靶置于該磁場(chǎng)中，從而感應(yīng)出渦流，抵消了磁場(chǎng)的影響，從而使靶的場(chǎng)強(qiáng)降至零。我們使用兩個(gè)放置在不同物理位置的次級(jí)線圈來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)。由于它們的位置不同，它們各自將檢測(cè)到不同的電壓。我們可以計(jì)算兩個(gè)接收線圈電壓的比率，以確定目標(biāo)的位置。
誤解2：感應(yīng)式位置傳感器無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量位置
實(shí)際上，感應(yīng)式位置傳感器非常精確，特別是在其他基于磁體的系統(tǒng)顯示次優(yōu)性能的較高溫度下。
首先，它們僅取決于自生磁場(chǎng)的干擾，而不受永磁體非線性特性的影響。這有助于在室溫下將整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的誤差保持在+/-0.1％以下。即使在溫度變化且目標(biāo)與傳感器之間存在氣隙的情況下，誤差范圍也可以保持在+/-0.3％以下。同樣，算法被設(shè)計(jì)為使得溫度變化具有最小的影響。例如，當(dāng)電感式位置傳感器使用LC振蕩器以1到6 MHz的頻率激發(fā)磁場(chǎng)時(shí)，對(duì)位置沒(méi)有影響。主振蕩器在輔助接收通道中引起同步解調(diào)，但不會(huì)影響接收信號(hào)的幅度。
但是，考慮到傳感器附近的金屬物體對(duì)磁場(chǎng)的影響，可能需要進(jìn)行一些校準(zhǔn)。這個(gè)校準(zhǔn)與溫度變化無(wú)關(guān)。使用八個(gè)校準(zhǔn)段的13位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和32位處理器或Microchip Technology的LX3302A可幫助消除任何計(jì)算和量化誤差。
誤解3：電感式位置傳感器的性價(jià)比不高
盡管人們普遍認(rèn)為，負(fù)擔(dān)能力是以高性能為代價(jià)的，但對(duì)于感應(yīng)式傳感器卻并非如此。例如，對(duì)于霍爾效應(yīng)和磁阻傳感器，要獲得良好的精度，必須使用具有適當(dāng)公差和強(qiáng)度的永磁體。該磁體需要專門制造，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(biāo)。當(dāng)然，電感式傳感器需要更大的PCB來(lái)布線傳感器走線。但是，較大的PCB成本低于磁鐵。實(shí)際上，如果您有未使用的現(xiàn)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(duì)外部磁場(chǎng)的敏感性
與霍爾效應(yīng)傳感器和磁受體傳感器不同，感應(yīng)位置傳感器使用主動(dòng)解調(diào)來(lái)抑制由自動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)。
讓我們以具有多個(gè)系統(tǒng)的下一代電動(dòng)汽車為例，例如無(wú)刷直流（BLDC）電動(dòng)機(jī)，電子助力轉(zhuǎn)向和產(chǎn)生雜散磁場(chǎng)的制動(dòng)輔助電動(dòng)機(jī)。隨著這些雜散磁場(chǎng)的增加，它提出了對(duì)新規(guī)范的需求，這些規(guī)范要求在更高的磁場(chǎng)下進(jìn)行更多的抗擾度測(cè)試。當(dāng)汽車電子設(shè)備在EMC認(rèn)證期間受到4mT DC磁場(chǎng)的影響時(shí)，無(wú)論是動(dòng)力轉(zhuǎn)向，加速踏板，牽引轉(zhuǎn)子位置，任何對(duì)安全至關(guān)重要的傳感器都不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤讀數(shù)。由于感應(yīng)式位置感測(cè)僅過(guò)濾其需要感測(cè)的頻率，因此不受其他噪聲的影響；與霍爾效應(yīng)和磁阻傳感器不同。
另外，由于它不使用任何磁性材料，因此它不可能吸收任何直流磁場(chǎng)。
誤解5：感應(yīng)式位置感應(yīng)是基于新技術(shù)的
盡管感應(yīng)式位置傳感器提供了一種實(shí)現(xiàn)感應(yīng)的新方法，但其基礎(chǔ)技術(shù)已廣為接受。感應(yīng)式位置感應(yīng)使用的原理與線性電壓差動(dòng)變壓器（LVDT）密切相關(guān)。LVDT在機(jī)器人應(yīng)用中使用一個(gè)初級(jí)線圈和兩個(gè)次級(jí)線圈來(lái)檢測(cè)金屬軸的位置，而電感式位置傳感器使用的技術(shù)相同，盡管只是PCB形式。電磁分解器也使用類似的技術(shù)。
無(wú)論是LVDT，旋轉(zhuǎn)變壓器還是電感式傳感器，它們都使用由導(dǎo)電元件對(duì)磁場(chǎng)的干擾所感應(yīng)的兩個(gè)電壓之比來(lái)感應(yīng)位置。
誤解6：由于冗余感應(yīng)傳感器，所需空間增加了一倍
確實(shí)，某些關(guān)鍵的汽車和工業(yè)應(yīng)用需要冗余以確保最高的安全性。但是，這不必轉(zhuǎn)換為PCB空間的兩倍。相反，諸如優(yōu)化PCB層和使用智能一次繞組技術(shù)之類的技術(shù)可以幫助節(jié)省空間。將兩個(gè)傳感器放置在相同的PCB空間中，可使它們共享相同的磁場(chǎng)，并通過(guò)磁場(chǎng)松散耦合，但仍提供電流隔離。在這種情況下，可以將次級(jí)電路放置在兩個(gè)IC上，從而使它們能夠輸出獨(dú)立且冗余的位置。這也將有助于提高應(yīng)用程序的安全性。
誤解7：適用性僅限于小型線性測(cè)量
當(dāng)傳感器的長(zhǎng)度接近所需的近似測(cè)量范圍時(shí)，電感式位置傳感器顯示出最佳的精度，因?yàn)檫@可以在最短的距離上縮放輸出分辨率。但是，它們完全能夠測(cè)量長(zhǎng)度在5毫米至600毫米之間甚至超出實(shí)際應(yīng)用范圍的線性位置。振蕩器產(chǎn)生正確的LC諧振信號(hào)的能力是長(zhǎng)度的唯一限制因素。
無(wú)論哪種方式，感應(yīng)式位置傳感器均基于檢測(cè)磁場(chǎng)中的干擾的原理來(lái)工作。對(duì)于線性測(cè)量，在許多實(shí)際測(cè)量范圍內(nèi)采用單一測(cè)量原理可以幫助實(shí)現(xiàn)所需的靈敏度。
在霍爾效應(yīng)的情況下，當(dāng)磁體從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置時(shí)，需要多路復(fù)用多個(gè)傳感器，從而使分頻器的處理變得復(fù)雜并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(huì)發(fā)生此問(wèn)題。
誤區(qū)8：電感式位置傳感器只能用于線性測(cè)量
電感式位置傳感器非常適合于線性測(cè)量，但也可以用于電弧和旋轉(zhuǎn)測(cè)量。可以使用感應(yīng)傳感技術(shù)的一些應(yīng)用是在汽車踏板，空氣閥，水閥和轉(zhuǎn)子位置。在某些方面，一個(gè)360度旋轉(zhuǎn)傳感器幾乎就像一個(gè)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(biāo)材料必須具有磁性
感應(yīng)式位置傳感器通過(guò)檢測(cè)被金屬目標(biāo)干擾的磁場(chǎng)的變化來(lái)工作。但是，這并不意味著靶材必須由磁性材料制成。唯一的要求是目標(biāo)材料允許渦流流動(dòng)，以引起干擾。盡管可以使用鐵等磁性材料，但當(dāng)使用銅，鋁或鋼等優(yōu)質(zhì)導(dǎo)體時(shí)，電感式位置傳感器的性能甚至更好。
誤區(qū)10：需要通過(guò)輸入功率進(jìn)行編程
傳感器通常通過(guò)電源線，地線和輸出引腳連接到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。如果電源引腳可以校準(zhǔn)模塊，則無(wú)需額外連接傳感器PCB，從而節(jié)省了成本并最大程度地減少了組裝問(wèn)題。
然而，在需要微控制器的應(yīng)用中，經(jīng)常需要嵌入式應(yīng)用使用另一個(gè)微控制器而不是專用測(cè)試系統(tǒng)對(duì)傳感器進(jìn)行編程。例如，可以通過(guò)GPIO引腳對(duì)Microchip的LX3302A進(jìn)行編程。
誤區(qū)11：難以獲得設(shè)計(jì)方面的aax幫助
在早期，要獲得良好的結(jié)果，就需要對(duì)磁場(chǎng)有深入的了解，需要使用高端的有限元仿真套件，更不用說(shuō)有反復(fù)試驗(yàn)的余地了。
但現(xiàn)在，我們有IC供應(yīng)商，可以通過(guò)評(píng)估板和套件將您帶入從概念到實(shí)際PCB軌跡仿真的整個(gè)過(guò)程。甚至在測(cè)試PCB之前，用戶還可以使用仿真結(jié)果獲得誤差估計(jì)。
如我們所見(jiàn)，電感式位置傳感器在霍爾效應(yīng)和磁阻傳感器的準(zhǔn)確性，抗雜散磁噪聲和成本效益等方面具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在是時(shí)候在任何AI位置感應(yīng)產(chǎn)品上嘗試該技術(shù)了。
