AMR傳感器如何區(qū)分北極和南極

如今有許多不同的方法可測(cè)量移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)元件的位置。除了光學(xué)編碼器、霍爾傳感器和旋變器外，還有基于磁阻效應(yīng)的磁傳感器可供使用。磁阻效應(yīng)分三種：巨磁阻（GMR）效應(yīng)、隧道磁阻（TMR）效應(yīng)和各向異性磁阻（AMR）效應(yīng)，本文將深入探討最后一種效應(yīng)。

ADI的 ADA4570 AMR傳感器利用了鐵磁性材料的特性，即電阻取決于磁化方向——該現(xiàn)象由William Thomson（Kelvin勛爵）于大約1851年發(fā)現(xiàn)：

其中α為磁化方向與電流方向的夾角。

在線性位移測(cè)量中，為獲得最佳傳感器響應(yīng)，傳感器的位置應(yīng)適當(dāng)，以使磁體和傳感器處于同一平面，并且磁體的中心與傳感器的中心一致。由于AMR傳感器無(wú)法區(qū)分北極和南極，因此不能改變磁體的位置。

圖1.線性位移測(cè)量（左）、離軸測(cè)量（中）和軸尾測(cè)量（右）

對(duì)于旋轉(zhuǎn)元件，所謂的離軸或軸端是常見(jiàn)的配置。在離軸配置示例中（參見(jiàn)圖1），傳感器正弦/余弦輸出重復(fù)每極的絕對(duì)信息——例如，4極對(duì)磁體是45°。

在軸端配置中（參見(jiàn)圖1），傳感器位于旋轉(zhuǎn)偶極磁體下方；在這種情況下，北極和南極在磁體中心上方形成一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)。適當(dāng)定位傳感器，使得磁場(chǎng)和要測(cè)量的元件處于同一平面。典型應(yīng)用是無(wú)刷直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)子位置測(cè)量和控制。AMR傳感器是180°角傳感器，因此電機(jī)必須是偶數(shù)極對(duì)電機(jī)；奇數(shù)極對(duì)的電機(jī)需要360°信息以便換向。與常規(guī)霍爾傳感器（其也用于電機(jī)控制）相比，AMR傳感器如ADA4570和 ADA4571 具有更高的精密性。AMR傳感器還能降低扭矩紋波，并在啟動(dòng)后或空閑狀態(tài)提供與電機(jī)位置無(wú)關(guān)的真正上電絕對(duì)位置信息。

ADI的AMR技術(shù)通過(guò)兩個(gè)惠斯通電橋測(cè)量角度，一個(gè)電橋相對(duì)于另一個(gè)電橋旋轉(zhuǎn)45°（參見(jiàn)圖2）。角度通過(guò)正弦和余弦函數(shù)計(jì)算，代表相對(duì)于傳感器（ADA4570）的0°到180°的方向。

AMR傳感器區(qū)分電氣角度和機(jī)械角度。由于AMR傳感器的工作原理和上述惠斯通電橋之間的45°角，機(jī)械旋轉(zhuǎn)180°后，絕對(duì)角度便可通過(guò)式2測(cè)量得到。對(duì)于偶極磁體，經(jīng)過(guò)360°旋轉(zhuǎn)，電氣周期重復(fù)兩次。當(dāng)AMR傳感器在飽和情況下工作，在某一最小磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，絕對(duì)場(chǎng)強(qiáng)便與此無(wú)關(guān)，由此展現(xiàn)出在強(qiáng)磁條件下工作時(shí)魯棒系統(tǒng)的裕量。

圖2.ADA4570、ADA4571和ADA4571-2 AMR配置，惠斯通電橋彼此成45°角

除了光學(xué)傳感器、霍爾傳感器和旋變器外，磁傳感器在很多不同應(yīng)用中提供了一種更加優(yōu)雅、高精度和魯棒性的位置測(cè)量解決方案，ADI為此提供了許多可能性，例如ADA4570、ADA4571和 ADA4571-2 （適合需要冗余的情況）。