Este artículo proporciona pautas para el proceso de diseño que utiliza circuitos integrados (IC) de sensor de ángulo para la detección de posición lineal, la selección y orientación de imanes, la linealización de salida y el uso de conjuntos de sensores IC para aumentar el rango de medición. También se proporcionan datos de prueba de una gran cantidad de imanes y longitudes de detección para mostrar qué tan bien coinciden las precisiones teóricas y reales de estas soluciones.
prólogo
La detección de posición lineal precisa, de bajo costo y sin contacto a menudo se logra utilizando imanes de barra y circuitos integrados de sensores magnéticos o conjuntos de circuitos integrados de sensores. Un imán se une a un objeto en movimiento y el sensor se coloca de manera que el imán se deslice por él. En la Figura 1 se muestra un campo magnético que parece tener una configuración típica. Cuando el imán se desliza en la dirección x, el campo magnético en la dirección y parece una onda sinusoidal y el campo y la posición son lineales alrededor de x = 0.
Este enfoque de detección de posición lineal tiene varios desafíos:
- Los cambios en el espacio de aire entre el sensor IC y el imán pueden causar errores de medición.
- La fuerza magnética cambia con la temperatura y puede causar errores de medición.
- El rango de medición, donde el campo magnético es lineal con la posición, está limitado a aproximadamente el 50 % de la longitud del imán, por lo que necesitará un imán que sea mucho más largo que el recorrido que está midiendo.
Estos tres problemas se resuelven midiendo el ángulo del campo magnético en función de la posición.
- El ángulo de visión en función de la posición es aproximadamente el mismo con respecto al espacio de aire para las variaciones típicas que se observan en las aplicaciones. La figura 2 muestra que el ángulo con respecto a la posición es bastante constante, pero cambia algo a medida que aumenta la tolerancia del entrehierro.
- El ángulo de visión es independiente de la intensidad del campo.
- El ángulo del campo magnético es lineal con la posición en la mayor parte de la longitud del imán, y la linealización permite la detección de longitudes de carrera superiores al 150 % de la longitud del imán. La figura 3 muestra el error frente a la posición sobre el entrehierro después de linealizar al entrehierro nominal, tanto cuando se mide By (el campo magnético en la dirección y) como cuando se mide el ángulo del campo. Por método, solo se puede detectar una carrera de 10 mm con una precisión de 0,5 mm (con una tolerancia de entrehierro de ±0,5 mm) con el imán de 16 mm que se muestra. Sin embargo, con el método angular, se pueden detectar trazos superiores a 30 mm con una precisión de ±0,5 mm con la misma configuración física, triplicando esencialmente el rango de detección lineal.
El sensor de ángulo magnético Allegro A1335 IC es ideal para la detección de posición lineal utilizando los métodos angulares anteriores, ya que ofrece características avanzadas más allá de la medición angular precisa, como:
- Linealización por partes de medidas angulares. Esto permite compensar las no linealidades en la curva de ángulo versus posición cerca de los bordes del imán y extender la región de detección lineal más allá de los bordes del imán. Esto también le permite ajustar la pendiente de la salida angular en función de la posición a cualquier valor.
- Direccionable I2C/SPI/ENVIADO: Esto permite que varios circuitos integrados de la matriz estén en el mismo bus.
- Abrazadera de salida de ángulo: Esta característica es útil para sistemas con múltiples circuitos integrados. Las abrazaderas permiten que la MCU sepa qué circuitos integrados de sensores están fuera de rango y cuáles deben usarse para determinar la posición.
Configuración básica del sistema
El A1335 está disponible en un paquete TSSOP-14 (o un TSSOP-24 de matriz dual para sistemas que requieren redundancia) y mide el ángulo del campo magnético en el plano con el paquete. Para la detección de posición lineal, esto significa que el IC debe orientarse de forma perpendicular al movimiento del imán, como se muestra en la Figura 4. El entrehierro efectivo es la distancia desde el centro de la matriz de detección magnética (sensor Hall circular vertical) hasta el borde. de un iman El CVH está descentrado del A1335, por lo que puede usarse para aumentar o disminuir el espacio de aire en el sistema según sea necesario.
Diseño de sistemas magnéticos para detección lineal
Se debe seleccionar el tamaño de imán apropiado y el espacio de aire nominal para la longitud de carrera que se va a medir para crear un sistema con la precisión requerida. En primer lugar, el sistema debe diseñarse de la siguiente manera:
- El ángulo magnético es generalmente proporcional a la posición.
- El ángulo magnético es bastante constante en relación con la tolerancia del entrehierro del sistema.
- La intensidad del campo magnético supera el mínimo requerido para los circuitos integrados de sensores basados en CVH de aproximadamente 300 Gauss.