線性位置傳感的角度傳感器集成電路的感測方法解析

本文介紹了有關(guān)設(shè)計過程的一些指導(dǎo)原則，該設(shè)計過程采用了旨在進(jìn)行線性位置傳感的角度傳感器集成電路（IC），以及磁體的選擇和方向，輸出線性化，以及采用傳感器IC陣列來擴(kuò)大測量范圍。還提供了許多磁體和感應(yīng)長度的測試數(shù)據(jù)，以顯示這些解決方案的理論精度和實際精度之間的匹配程度。

介紹

準(zhǔn)確，低成本和非接觸式線性位置感測通常使用條形磁鐵和磁性傳感器IC或傳感器IC陣列來實現(xiàn)。磁鐵附著在移動物體上，傳感器的位置使磁鐵滑動?？吹降牡湫团渲煤痛艌鋈鐖D1所示。隨著磁體在x方向上滑動，y方向上的磁場看起來像是一個正弦波，磁場與位置的關(guān)系在x = 0周圍呈線性。

圖1多個氣隙的磁場與條形磁鐵的位置的關(guān)系磁鐵的長度在所有圖中均按比例繪制。

這種線性位置感測方法存在一些挑戰(zhàn)，包括：

• 傳感器IC和磁鐵之間的氣隙變化會導(dǎo)致測量錯誤。
• 磁場強度隨溫度變化會導(dǎo)致測量誤差。
• 磁場與位置呈線性關(guān)系的測量范圍被限制為磁體長度的50％左右，因此需要比被測行程長得多的磁體。

通過測量磁場角度與位置的關(guān)系，可以解決所有這三個問題。

• 在應(yīng)用中看到的典型變化范圍內(nèi)，視場角與位置的關(guān)系相對于氣隙幾乎相同。圖2顯示，角度與位置相對于位置幾乎是恒定的，盡管隨著氣隙公差變大，它的確發(fā)生了一些變化。
• 視場角與場強無關(guān)。
• 磁場角在大部分磁體長度上與位置呈線性關(guān)系，并且通過線性化，可以檢測到磁體長度的150％或更大的行程長度。圖3顯示了在測量By（y方向上的磁場）的情況和測量磁場角的情況下，線性化為標(biāo)稱氣隙后，誤差與氣隙在整個氣隙上的位置的關(guān)系。使用By方法時，對于所示的16 mm磁體，只能感測10 mm的行程，精度為0.5 mm（氣隙公差為±0.5 mm）。但是，使用角度法，對于相同的物理配置，可以檢測到超過30 mm的行程，精度為±0.5 mm，基本上是線性檢測范圍的三倍。

Allegro A1335磁性角度傳感器IC非常適合使用上述角度方法進(jìn)行線性位置感測，因為它提供了超出精確角度測量范圍的高級功能，例如：

• 角度測量的分段線性化。這允許補償磁體末端附近的角度與位置曲線的非線性，從而將線性感測區(qū)域擴(kuò)展到磁體邊緣之外。這也允許將角度輸出相對于位置的斜率調(diào)節(jié)至任何期望值。
• 可尋址的I2C / SPI / SENT： 這允許將陣列中的多個IC放在同一條總線上。
• 角度輸出鉗位：此功能對于使用多個IC的系統(tǒng)很有用，因為鉗位可用于幫助MCU識別哪些傳感器IC超出范圍，哪些應(yīng)用于確定位置。

圖2多個氣隙的條形磁鐵的磁場角與位置的關(guān)系。

圖3標(biāo)稱氣隙線性化后，按場和角度感應(yīng)的誤差與位置的關(guān)系。

基本系統(tǒng)配置

A1335采用TSSOP-14封裝（對于需要冗余的系統(tǒng)，則為雙芯片TSSOP-24），并測量與封裝平面內(nèi)磁場的角度。這意味著對于線性位置感測，IC需要垂直于磁體運動定向，如圖4所示。有效氣隙是指從磁感測陣列（圓形垂直霍爾傳感器）的中心到邊緣的距離。的磁鐵。CVH在A1335中偏離中心，因此可以根據(jù)需要使用它來幫助增加或減少系統(tǒng)中的氣隙。

圖4使用A1335的系統(tǒng)配置

設(shè)計用于線性傳感的磁性系統(tǒng)

必須為要測量的行程長度選擇合適的磁體尺寸和標(biāo)稱氣隙，以創(chuàng)建具有所需精度的系統(tǒng)。主要，系統(tǒng)需要設(shè)計為：

• 磁角通常與位置成線性關(guān)系。
• 磁角相對于系統(tǒng)的氣隙公差足夠恒定。
• 磁場強度高于基于CVH的傳感器IC所需的最小值，約為300高斯。