一種創(chuàng)新的電感式位置感測(cè)法
精密的自動(dòng)控制系統(tǒng)需要精確的位置測(cè)量，尤其是在機(jī)器人等工業(yè)應(yīng)用中，要實(shí)現(xiàn)精確的電機(jī)控制，需要高度精確的測(cè)量。感應(yīng)式編碼具有高精度、高穩(wěn)定性和其他具吸引力的優(yōu)勢(shì)。
安森美(onsemi)開(kāi)發(fā)了一款全新旋轉(zhuǎn)式工業(yè)位置傳感器，結(jié)合了高精度、高速度和高穩(wěn)定性——將電感式位置感測(cè)提升到一個(gè)新的水平，適用于工業(yè)應(yīng)用。這創(chuàng)新方案采用了專利的電感式傳感器設(shè)計(jì)技術(shù)，使其能夠提供比其他電感式位置傳感器更高的精度。
圖1.工業(yè)產(chǎn)品線上的機(jī)械臂
安森美的新型雙電感架構(gòu)是一種可以用于各種機(jī)械測(cè)量的通用方法。主要用于感知旋轉(zhuǎn)位置（和速度），該技術(shù)可提供20-bit的分辨率。各種傳感器尺寸選項(xiàng)配置可供選用于許多不同的應(yīng)用。
使用一個(gè)38 毫米傳感器在 6,000 RPM 轉(zhuǎn)速時(shí)能達(dá)到 +/-50 角秒的精度。在犧牲些許精度的情況下，NCS32100可支持高達(dá)100,000 RPM的轉(zhuǎn)速。
電感式傳感器不易受各種污染或干擾影響，包括液體、污垢和灰塵、磁場(chǎng)、EMI和強(qiáng)烈振動(dòng)。NCS32100也不易受機(jī)械振動(dòng)的影響，可以區(qū)分轉(zhuǎn)子到定子的平移和轉(zhuǎn)子到定子的旋轉(zhuǎn)。例如，它可以區(qū)分旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（被測(cè)量）和X、Y或Z軸的振動(dòng)（可以根據(jù)需求剔除）。
NCS32100提供高集成度，這使其成為簡(jiǎn)單且易于使用的解決方案。它包含一個(gè)帶有閃存以存儲(chǔ)配置設(shè)置的Arm® Cortex®-M0+處理器。它還帶有一個(gè)集成的以及能夠快速自我校準(zhǔn)的程序（以盡量減少生產(chǎn)停機(jī)時(shí)間），使其能夠補(bǔ)償PCB的不對(duì)稱性。只需要轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，就可在2秒內(nèi)完成這種校準(zhǔn)。它有一個(gè)易于使用的編程界面，可結(jié)合各種傳感器和PCB使用，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)、形狀、尺寸和外形因素，以獲得最大的設(shè)計(jì)靈活性。
該方案可以直接以數(shù)字的格式輸出位置和速度，不再需要從原始模擬信號(hào)中推導(dǎo)出這些信息。NCS32100可以減少所需的其他元件數(shù)量，以及設(shè)計(jì)時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)。基于NCS32100的方案可以用12個(gè)元件完成，而類似的38mm光學(xué)編碼器則需要100多個(gè)元件。對(duì)比這兩種解決方案，基于NCS32100的傳感器可減少一個(gè)數(shù)量級(jí)的BOM。
圖2. 雙電感旋轉(zhuǎn)式位置傳感器
靈活的機(jī)械規(guī)格允許在實(shí)際條件下實(shí)現(xiàn)+/-50角秒的精度。例如，在NCS32100參考設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)子到定子的氣隙為0.1mm到0.5mm，轉(zhuǎn)子到定子的傾斜度不超過(guò)0.5度，這也是完全可以接受的。除了參考設(shè)計(jì)提供的0.1至0.5mm之外，傳感器可以實(shí)現(xiàn)不同的氣隙，1mm是一個(gè)常見(jiàn)的典型氣隙。此外，自我校準(zhǔn)不需要參考編碼器；只需確保轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在100 RPM和1,000 RPM之間。
高度的可配置性使其能夠與各種PCB傳感器一起使用，使終端用戶能夠配置和差異化其解決方案。
NCS32100的前端有一個(gè)自動(dòng)增益放大器（AGC）和一個(gè)集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。集成的Arm® Cortex®-M0+微控制器包括非易失性閃存（NVM）和一個(gè)用于與主處理器通信的可配置接口。
設(shè)計(jì)人員可選擇一系列可選功能以進(jìn)一步提高NCS32100的性能，包括延遲外推、低通濾波（LPF）、開(kāi)路線圈檢測(cè)和自動(dòng)歸零。此外，安森美還提供參考設(shè)計(jì)和評(píng)估板，以幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)快速評(píng)估和快速投放市場(chǎng)。
在有許多快速移動(dòng)機(jī)械的工業(yè)應(yīng)用中，準(zhǔn)確的位置感知是必不可少的。準(zhǔn)確度、速度、集成度、易用性、穩(wěn)定性以及不易受各種污染或干擾影響的抗干擾性結(jié)合，使NCS32100成為非常有優(yōu)勢(shì)的解決方案。
安森美的旋轉(zhuǎn)式工業(yè)位置傳感器為工業(yè)應(yīng)用中的旋轉(zhuǎn)感測(cè)提供了出色的解決方案。