Как измерить перемещение в пространстве: 3D-датчики магнитного поля Infineon

С появлением бюджетных датчиков Холла, измеряющих вертикальную составляющую магнитного поля, стали популярны линейные измерения магнитного поля. Такие датчики полезны для многих применений, например, для контроля положения клапанов, они встречаются в приводах систем климат-контроля, используются для распознавания столкновений в роботах-пылесосах и т.д. В силу того, что магнитные измерения являются бесконтактными, в суровых условиях эти изделия более надежны, чем контактные резистивные датчики, для которых влага и грязь могут быть губительны. Применяют два способа измерения магнитного поля вдоль одной оси с помощью стандартных 1D-датчиков Холла: прямой и непрямой. Оба способа предполагают использование магнита, выставленного соосно с датчиком Холла
4179
В избранное

С появлением бюджетных датчиков Холла, измеряющих вертикальную составляющую магнитного поля, стали популярны линейные измерения магнитного поля. Такие датчики полезны для многих применений, например, для контроля положения клапанов, они встречаются в регуляторах громкости в микшерных пультах, в приводах систем климат-контроля, используются для распознавания столкновений в роботах-пылесосах и так далее. В силу того, что магнитные измерения являются бесконтактными, в суровых условиях эти изделия более надежны, чем контактные резистивные датчики, для которых влага и грязь могут быть губительны.

Применяют два способа измерения магнитного поля вдоль одной оси с помощью стандартных 1D-датчиков Холла: прямой и непрямой. Оба способа предполагают использование магнита, выставленного соосно с датчиком Холла.

 Прямой и непрямой способы

При прямом способе вычисляется магнитная индукция поля по оси Z. Таким способом можно измерять только весьма малые отрезки по оси (рисунок 1), так как индукция быстро ослабевает с расстоянием. Чтобы отследить перемещение всего на 10 мм, датчику необходимо измерять диапазон магнитной индукции 1…250 мТл, что требует высококачественного дорогостоящего магнита. Это сильно ограничивает применение прямого способа.

Линейное измерение перемещения прямым способом

Рис. 1. Линейное измерение перемещения прямым способом

При непрямом способе для измерения линейного перемещения разработчик выбирает желаемую ось. Cоставляющая поля по оси X линейна в малой области вблизи центра, однако однозначное определение позиции возможно только для перемещений, не превышающих диаметр магнита. Такая ситуация показана на рисунке 2: при измерении Z-составляющая магнитной индукции симметрична относительна центра перемещения, то есть не определена. Непрямой способ можно сделать более точным, если в датчике разместить несколько элементов Холла и измерять поле по разным осям.

Линейное измерение перемещения непрямым способом

Рис. 2. Линейное измерение перемещения непрямым способом

Трехмерные датчики нового поколения

Интеграция нескольких элементов Холла в одно устройство является основой нового поколения 3D-датчиков (таблица 1). Они измеряют магнитное поле по трем осям, чтобы обеспечить высокую точность в более широком диапазоне линейных измерений. Сохраняя преимущество бесконтактных датчиков, то есть оставаясь нечувствительными к грязи, они охватывают более широкий диапазон измерения перемещений по сравнению с линейными датчиками. Возможность гибкого размещения датчика по отношению к измеряемым приводам делает конструкцию системы проще и надежнее. Неудивительно, что трехмерные датчики заменяют электрические и оптические датчики перемещений.

Таблица 1. Обзор трехмерных магнитных датчиков производства компании Infineon Technologies

Датчик Холла

TLV493D-A1B6

TLE493D-W2B6 (A0-A3)

TLE493D-A2B6

Образцы

Доступны

Доступны

Доступны

Температурный диапазон, °С

-40…125

-40…125

-40…125

Диапазон магнитной индукции, мТл

+/-130

мин. +/-160, мин. +/-100

мин. +/-160, мин. +/-100

Разрешение, мкТл/LSB

98

130, 65

130, 65

Отклонение измерений

+/- 1 мТл

X, Y: +/- 0,45 мТл, Z: +/- 0,45 мТл

X, Y: +/- 0,45 мТл, Z: +/- 1,6 мТл

Сравнительное отклонение

X/Y: +/- 5%, XY/Z: +/- 20%

X/Y: +/- 3,5%, XY/Z: +/- 15%

X/Y: +/- 3,5%, XY/Z: +/- 15%

Безопасность

Нет

Да

Нет

Функция пробуждения (Wakeup)

Нет

Да

Нет

Комментарий

Низкое энергопотребление

Предустановленные начальные ID: A0-A3

Регулируемая скорость

Точные трехмерные датчики с малым энергопотреблением в компактном 6-контактном корпусе напрямую измеряют x-, y- и z-составляющие магнитного поля. Такие датчики можно применять в линейных приводах для определения перемещения в пространстве и измерения углового вращения.

Имея такое миниатюрное устройство для трехмерного измерения поля, можно уменьшить размеры всей системы. Кроме того, эти датчики имеют двухпроводный цифровой интерфейс I2C для соединения друг с другом и связи с микроконтроллером, что позволяет использовать их в бытовых и промышленных применениях: в контроллерах джойстиков, в интеллектуальных счетчиках для защиты от несанкционированного доступа и в многофункциональных приводах бытовой техники.

Благодаря соответствию стандартам AEC-Q100 и ISO 26262 датчики могут использоваться в элементах управления информационно-развлекательных и навигационных систем, кондиционеров, световых приборов, а также для определения положения переключателя передачи и в системе управления на автомобильном руле.

Устройства TLE493D-W2B6 обеспечивают трехмерное определение положения (рисунок 3). Встроенный температурный датчик позволяет компенсировать возможные ошибки магнитных измерений из-за колебаний температуры. Калибровка при комнатной температуре позволяет достичь точности измерений угловых перемещений ±2°. Аналогично можно компенсировать разные ошибки проектирования и временной дрейф параметров чувствительных элементов. Это значительно облегчает реализацию системы, поскольку требуется более простая магнитная конструкция.

Блок-схема трехмерного измерения магнитного поля

Рис. 3. Блок-схема трехмерного измерения магнитного поля

Для простого тестирования трехмерных датчиков предлагаются оценочные комплекты с дополнениями в виде джойстиков и линейных приводов. Для этих комплектов доступно программное обеспечение, которое ускоряет внедрение датчиков и контроллеров в широкий спектр промышленных и автомобильных проектов. С помощью оценочного комплекта можно также протестировать алгоритм калибровки.

Некоторые типы трехмерных датчиков имеют функцию пробуждения, которая сигнализирует о превышении пределов магнитных значений, заданных пользователем.

Оценочные комплекты

Переход к трехмерной системе измерения для линейных приводов приводит к некоторому усложнению конструкции, однако в конечном итоге это снижает стоимость и повышает надежность. Разработку конструкции можно облегчить с помощью недорогих оценочных комплектов с трехмерными магнитными датчиками и микроконтроллером (рисунок 4).

Оценочный комплект 3D Magnetic Sensor 2Go

Рис. 4. Оценочный комплект 3D Magnetic Sensor 2Go

В комплект входит полный набор, необходимый для старта, включая микроконтроллер семейства ARM Cortex-M0 и отладчик J-Link Light, что позволяет сразу приступать к разработке. Кроме того, в составе комплекта - уже готовый графический интерфейс пользователя и примеры кода наиболее популярных функций. Питание платы осуществляется от микро-USB с защитой от статики и обратного тока.

К плате можно подключать дополнительные устройства: поворотные переключатели и джойстики. Измеряя их вращательные и линейные перемещения, можно определять положения кнопок и других элементов управления. Кроме этого, можно подключить переходник для вала с тремя разными конфигурациями (X-Z, Y-Z И X-Y) и линейный привод с регулируемым воздушным зазором, двумя величинами магнитного поля и настраиваемой дистанцией перемещения. Дополнительные устройства совместимы со всеми типами оценочных комплектов, что упрощает разработчикам построение полной системы вокруг датчика (рисунок 5).

Линейный привод (а) и поворотный переключатель (б) для оценочного комплекта 3D Magnetic Sensor 2 Go

Рис. 5. Линейный привод (а) и поворотный переключатель (б) для оценочного комплекта 3D Magnetic Sensor 2 Go

Поддержка проектирования и разработки

Внедрение трехмерных магнитных датчиков нового поколения приведет к повышению точности и надежности по сравнению с использованием существующих 1D-магнитных или резистивных датчиков. В линейных приводах для эффективного использования 1D-датчиков приходилось жертвовать либо дистанцией перемещения, либо надежностью, что в свою очередь ограничивало возможности для разработчиков. Создание системы без этих ограничений с использованием линейных датчиков Холла часто оказывается слишком дорогим.

Трехмерный магнитный датчик позволяет использовать более дешевые магниты и расширяет диапазон измеряемых перемещений. Оценочные платы охватывают все применения этих датчиков - от линейных приводов до угловых измерений – и предоставляют разработчикам все возможности для проектирования как аппаратной, так и программной частей системы. Дополнительные устройства в виде приводов, джойстиков и поворотных переключателей подключаются напрямую к плате, что еще больше облегчает использование датчиков.

Для поддержки клиентов в разработке схем для магнитных измерений компания Infineon Technologies на своем веб-сайте предлагает инструменты для моделирования магнитных полей. В разработке программного обеспечения поможет бесплатный графический интерфейс и примеры программного кода, доступные по ссылке 1 и ссылке 2.

Все примеры можно протестировать благодаря отладчику, уже реализованному как в аппаратной части (на плате), так и в программном обеспечении. Это поможет составить представление о том, как работает программа вне зависимости от конечного применения.

Источник: https://www.electronicdesign.com

Производитель: Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
TLV493DA1B6HTSA2
TLV493DA1B6HTSA2
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2096586 ИНФО PDF AN RND
Поиск
предложений
Board Mount Hall Effect/Magnetic Sensors POSITION&CURRENT SENSORS
TLV493DA1B6HTSA2
-
Поиск
предложений
TLV493DA1B62GOKITTOBO1
TLV493DA1B62GOKITTOBO1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2096608 ИНФО PDF AN RND
Поиск
предложений
EVAL BOARD, 3D MAGNETIC SENSOR
TLV493DA1B62GOKITTOBO1
-
Поиск
предложений
TLV493D-A1B6
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2194973 AN RD
Поиск
предложений
TLV493D-A1B6
-
Поиск
предложений
TLE493DW2B6A0HTSA1
TLE493DW2B6A0HTSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2722457 PDF AN
Поиск
предложений
HALL EFFECT SENSOR, AEC-Q100, TSOP-6
TLE493DW2B6A0HTSA1
-
Поиск
предложений
TLE493DW2B6A1HTSA1
TLE493DW2B6A1HTSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2722458 PDF AN
Поиск
предложений
HALL EFFECT SENSOR, AEC-Q100, TSOP-6
TLE493DW2B6A1HTSA1
-
Поиск
предложений
TLE493DW2B6A2HTSA1
TLE493DW2B6A2HTSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2722459 PDF AN
Поиск
предложений
HALL EFFECT SENSOR, AEC-Q100, TSOP-6
TLE493DW2B6A2HTSA1
-
Поиск
предложений
TLE493DW2B6A3HTSA1
TLE493DW2B6A3HTSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2722460 PDF AN
Поиск
предложений
HALL EFFECT SENSOR, AEC-Q100, TSOP-6
TLE493DW2B6A3HTSA1
-
Поиск
предложений
TLE493DA2B6HTSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2777716 PDF AN
Поиск
предложений
MAGNETIC POSITION SENSOR, TSOP
TLE493DA2B6HTSA1
-
Поиск
предложений
TLV493DA1B6MS2GOTOBO1
TLV493DA1B6MS2GOTOBO1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2796310 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
Оценочный набор Infineon серии Sensor2GO для 3D датчика магнитного поля.
TLV493DA1B6MS2GOTOBO1
-
Поиск
предложений
TLE493DW2B6MS2GOTOBO1
TLE493DW2B6MS2GOTOBO1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2796311 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
Бюджетная оценочная плата Infineon TLE493D-W2B6 MS2GO.
TLE493DW2B6MS2GOTOBO1
-
Поиск
предложений
TLE493DA2B6MS2GOTOBO1
TLE493DA2B6MS2GOTOBO1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2796312 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
2 GO EVALUATION KIT, 3D MAGNETIC SENSOR
TLE493DA2B6MS2GOTOBO1
-
Поиск
предложений
LINEARSLIDER2GOTOBO1
LINEARSLIDER2GOTOBO1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2796314 ИНФО PDF RD
Поиск
предложений
Linear Slider Adapter for 3D Magnetic Sensor 2GO Family,,,For 3D Magnetic Sensors: TLV493D-A1B6, TLE493D-A2B6 and TLI493D-A2B6,
LINEARSLIDER2GOTOBO1
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()