3D 霍爾效應(yīng)傳感器如何為自動系統(tǒng)提供精確且實時的位置控制

自主移動機器人可自動執(zhí)行非技術(shù)性任務(wù)，像是在倉庫中運輸材料。它們的車輪內(nèi)裝設(shè)位置感測與速度控制等高精確系統(tǒng)，以便在工廠或倉庫里安全有效率地移動，可優(yōu)化制造流程，提升產(chǎn)出量及生產(chǎn)力。

隨著工業(yè) 4.0 將先進制程推往全球市場，對高度自動系統(tǒng)的需求也大幅增加。這些系統(tǒng)可以整合制造流程運作并持續(xù)收集制程控制資料，應(yīng)用范圍包含機械手臂的磁性編碼器、近接傳感器、致動器、壓力傳送器、線性馬達(dá)與自主移動機器人，其中多數(shù)需要利用先進位置感測解決方案來控制性能以及工廠級數(shù)據(jù)，以便讓裝置做出更適當(dāng)?shù)臎Q策、操作起來也更安全可靠。

自主移動機器人(如圖 1 ) 可自動執(zhí)行非技術(shù)性任務(wù)，像是在倉庫中運輸材料。這些工業(yè)機器人可優(yōu)化制造流程，提升產(chǎn)出量及生產(chǎn)力。自主移動機器人的車輪內(nèi)也裝設(shè)位置感測與速度控制等高精確系統(tǒng)，以便在工廠或倉庫里安全有效率地移動。



 
圖1 : 自動行動機器人通過倉庫地板

位置感測系統(tǒng)常用于高效能自動系統(tǒng)中，以便控制機器動作，對位置感測技術(shù)的選擇也會直接影響整體系統(tǒng)的成本和效能。在評估最佳位置感測解決方案時，應(yīng)考慮感測準(zhǔn)確性、速度、功率、靈活性及可靠性等。

多軸線性霍爾效應(yīng)位置傳感器幫助提升設(shè)備效能
多軸線性霍爾效應(yīng)位置傳感器適用于精確自動化工業(yè)應(yīng)用，因為它可提供高度準(zhǔn)確、快速且可靠的絕對位置量測。并提供更準(zhǔn)確的實時控制，幫助提升設(shè)備效能、系統(tǒng)效率優(yōu)化及減少停機時間。

再回到自主移動機器人的例子，圖 2 中的方塊圖說明車輪馬達(dá)和馬達(dá)控制器間的回饋回路，使用 TI 的線性 3D 霍爾效應(yīng)位置傳感器來監(jiān)控馬達(dá)軸與馬達(dá)驅(qū)動器的確切角度位置，進而轉(zhuǎn)動馬達(dá)。在回饋回路所有組件中，線性 3D 霍爾效應(yīng)傳感器會直接影響到系統(tǒng)帶寬和延遲。若采用高帶寬量測的傳感器，您將可提高回饋回路的整體速度，并提升系統(tǒng)效能。

同樣地，位置傳感器的量測準(zhǔn)確度決定了馬達(dá)動作的可控程度。但傳感器的速度和準(zhǔn)確度常對彼此造成影響，進而限制了系統(tǒng)效能。TI的傳感器可用高達(dá) 20 kSPS 的感測速度提供高傳輸數(shù)值，并以最高 2.6% 的整體誤差提供高度準(zhǔn)確的線性量測，讓您不用在兩者間進行取舍。



 
圖2 : 使用線性 3D 霍爾效應(yīng)位置傳感器的自動行動機器人車輪馬達(dá)模塊方塊圖

根據(jù)電池管理系統(tǒng)或電源供應(yīng)的設(shè)計，功耗也是選擇位置傳感器時應(yīng)考慮的重要規(guī)格之一。電池供電系統(tǒng)或具低電源供應(yīng)的系統(tǒng) (例如遠(yuǎn)程 4 到 20 mA 回路)，通常需要具有喚醒、休眠與深度休眠模式等低功率操作模式的傳感器，幫助實現(xiàn)最佳功耗與傳輸速率。TMAG5170 的多重操作模式和取樣率可提高電源效率，效率比其他精確線性 3D 霍爾效應(yīng)傳感器高出至少 70%，并可在 1 到 20 kHz 的取樣范圍中，為電池供電裝置或以系統(tǒng)效率為優(yōu)先的輕負(fù)載模式提供最佳功耗。

位置傳感器通常有最嚴(yán)格的機械配置限制。選擇具備可選電磁感測范圍和溫度補償選項的多元線性 3D 霍爾效應(yīng)傳感器，可為磁與機械設(shè)計帶來靈活性。此解決方案 擁有芯片內(nèi)角度計算引擎，可省去芯片外處理的需求，并可為角度感測應(yīng)用中的傳感器與磁鐵提供機械配置靈活性，其中包含軸上與離軸配置。

自動化工業(yè)系統(tǒng)與人類一起工作已趨向常態(tài)，因此越來越需要額外安全措施確保作業(yè)安全，也需提升診斷功能以避免停機時間與質(zhì)量問題。位置傳感器讀值的可靠性就和準(zhǔn)確度、速度、功率與靈活性一樣重要。若選擇只有幾個或沒有診斷功能的傳感器，可能需要配置數(shù)個外部組件才能確保傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及可靠性，進而增加設(shè)計的材料清單 (BOM)。

透過提供獨特的智能型診斷功能組合，像是通訊、連續(xù)性和內(nèi)部訊號路徑檢查，還有電源供應(yīng)、輸入磁場和系統(tǒng)溫度的可配置診斷。無需使用額外組件來確保傳感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，因此可實現(xiàn)長期可靠性并減少 BOM。

高速且高準(zhǔn)確的位置傳感器可為自動工業(yè)系統(tǒng)實現(xiàn)下一代實時控制。精確線性 3D 霍爾效應(yīng)傳感器可幫助設(shè)計師達(dá)到工業(yè) 4.0 市場趨勢所需的快速、準(zhǔn)確與可靠量測，并且不需犧牲效能或增加功耗與成本。