أصبحت الأنظمة الآلية للغاية التي تجمع بيانات التحكم في العمليات بشكل مستمر شائعة بشكل متزايد في مصانع التصنيع اليوم. توفر هذه الأنظمة الذاتية التحكم الدقيق في الموقع في الوقت الفعلي-من خلال المعلومات الدقيقة التي تجمعها أجهزة الاستشعار. تتطلب أجهزة التشفير المغناطيسية، وأجهزة استشعار القرب، وأجهزة إرسال الضغط، والمحركات، والأجهزة الأخرى الموجودة في كل مكان في المصانع الآلية استشعارًا متقدمًا للموضع لجمع البيانات على مستوى المصنع- وتحسين الأداء.
ناهيك عن الأنظمة الروبوتية، فإن هذا الطلب على استشعار الموضع موجود في كل مكان تقريبًا في أي نظام يتطلب -تحكمًا عالي الأداء في الحركة. تحدد تقنية استشعار الموضع إلى حد كبير الحدود العليا لأداء النظام. يعد قياس الموضع الدقيق والسريع والموثوق شرطًا أساسيًا لتحقيق التحكم الدقيق في الوقت الحقيقي-.
تطبيقات التحكم في الحركة لاستشعار موضع تأثير هول ثلاثي الأبعاد
بالمقارنة مع تقنيات استشعار الموضع الأخرى، يمكن القول إن استشعار موضع تأثير هول هو الخيار الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في تطبيقات الأتمتة الصناعية. تعمل مستشعرات موضع التأثير Linear 3D Hall- على مراقبة أعمدة المحرك، حيث تؤثر معلمات المستشعر بشكل مباشر على التحكم في النظام وعرض النطاق الترددي وزمن الوصول. لتجنب المساس بأداء النظام من خلال المفاضلة-بين معدل نقل البيانات وخطأ القياس، تقوم مستشعرات Hall ثلاثية الأبعاد بدمج ADCs. تستخدم هذه سلاسل الإشارات الدقيقة لتحقيق -قياسات عالية الدقة، وقياسات انجراف منخفضة- للمجال المغناطيسي، متبوعة بتعويض انجراف مستوى النظام-باستخدام بيانات مستشعر درجة حرارة الشريحة-.
تعد قدرة مستشعرات موضع تأثير القاعة ثلاثية الأبعاد- على استيعاب أي مجموعة من المحاور المغناطيسية ودرجات الحرارة ميزة ذات قيمة عالية في التطبيقات الصناعية الحالية. إن الحفاظ على أداء استشعار ممتاز عبر نطاقات أوسع للكشف عن المجال المغناطيسي ونطاقات درجات الحرارة المحيطة الأوسع يمكّن هذه المستشعرات من التفوق في البيئات الصناعية المعقدة. تتضمن الأمثلة مستشعرات سلسلة HAL 39xy ذات البنية المرنة من TDK، وسلسلة TI's SPI-سلسلة TMAG5170 القابلة للتكوين من مستشعرات تأثير Hall- الخطية ثلاثية الأبعاد عالية الدقة. توفر هذه المستشعرات مرونة للتصميم المغناطيسي والميكانيكي في تطبيقات التحكم في الحركة من خلال نطاقات حساسية مغناطيسية قابلة للتحديد وخيارات تعويض درجة الحرارة. لقد تم الآن التخلص من المفهوم الخاطئ السابق حول عدم مرونة وضع المغناطيس عند استخدام مستشعرات تأثير Hall-.
بالنظر إلى الجهازين المذكورين أعلاه، تتميز مستشعرات سلسلة HAL 39xy من TDK بمعالج DSP قوي ومعالج دقيق مضمن، في حين تشتمل سلسلة TMAG5170 من TI على -محرك حساب زاوية الشريحة، مما يلغي الحاجة إلى إيقاف تشغيل-معالجة الشريحة. تعمل تكوينات الواجهة الأمامية المرنة لمستشعر القاعة- أيضًا على تسهيل مجموعة واسعة من التطبيقات. في تطبيقات التحكم في الحركة، يؤدي التقدم في مستشعرات موضع تأثير Hall{8}}ثلاثية الأبعاد إلى فتح العديد من الإمكانيات لأنظمة التشغيل الآلي.
استشعار موضع تأثير المقاومة المغناطيسية متباين الخواص (AMR) في تطبيقات التحكم في الحركة
يتضمن تأثير المقاومة المغناطيسية متباين الخواص التشتت متباين الخواص للمدارات s- والمدارات d- داخل المواد. تُظهر مستشعرات AMR نسبة مقاومة مغناطيسية (ΔR/Rmin) تبلغ حوالي 3%. يجد استشعار AMR تطبيقات واسعة النطاق في التحكم في الحركة، خاصة في أنظمة التحكم في الحركة على مستوى السيارات-. تعمل الشركات المصنعة الكبرى على تطوير حلول استشعار مغناطيسية تعتمد على AMR-، حيث تلعب مستشعرات AMR دورًا متزايد الأهمية في التحكم في حركة درجة السيارات-.
على عكس قياس الإزاحة الخطية لمستشعرات هول المذكورة أعلاه، توفر مستشعرات AMR عمومًا دقة أعلى. كما أنها تقلل من تموج عزم الدوران. الدقة العالية هي مقياس رئيسي لأجهزة الاستشعار المغناطيسية. من الناحية التكنولوجية، تتميز مستشعرات AMR عادةً باستهلاك منخفض جدًا للطاقة، وأوقات استجابة سريعة تبلغ حوالي 10 نانو ثانية، وانحراف في درجة الحرارة بالقرب من 3000 جزء في المليون/ك. تختلف الدقة المحددة وفقًا لعملية الشركة المصنعة وتكوينها.
The dual-channel AMR sensing ADA457X series from ADI, featuring integrated signal conditioning amplifiers and ADC drivers, exhibits a typical angular error of just ±0.1° with output noise as low as 850μV rms. Infineon's single-AMR sensor TLE5109A16 series also achieves a typical error of ±0.1° across the 10 mT to >نطاق 500 طن متري؛ حقق أحدث مستشعر AMR من الشركة المصنعة المحلية Duowei دقة مطلقة تبلغ 0.1 درجة.
عندما يعمل مستشعر AMR في ظل ظروف مشبعة، تظل إشارة الخرج الخاصة به غير متأثرة بالتغيرات في قوة المجال المغناطيسي المطلقة، مما يوضح المتانة في بيئات المجال -المغناطيسي- العالية ويوفر هامشًا كبيرًا للنظام بأكمله.
بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لأجهزة استشعار AMR وتقنيات الاستشعار المغناطيسي الأخرى، هناك اعتبار آخر وهو مدى تأثر الجهاز بتدهور المعلمة وحساسيته لشيخوخة المغناطيس. تعتمد هذه المشكلة أيضًا على استراتيجية كل شركة مصنعة. يتضمن أسلوب NXP دمج جسر مستشعر المقاومة المغناطيسية لمستشعر AMR ودائرة الإشارة المتكاملة (IC) - المختلطة والمكثفات المطلوبة ضمن حزمة واحدة. تعمل كلتا القناتين المدمجتين بشكل مستقل تمامًا، وهو تصميم معزول تمامًا ولا يتأثر فعليًا بتدهور المعلمات. يستخدم كل مصنع أساليب متميزة، وكلها تسعى جاهدة لتقليل تأثير تدهور المعلمات.
ملخص
بالنسبة لتطبيقات التحكم في الحركة في أنظمة التشغيل الآلي، يشمل الاستشعار المغناطيسي أيضًا تقنيات GMR وTMR. ومن الناحية الفنية، توفر هذه التقنيات دقة أعلى من مقاومة مضادات الميكروبات، على الرغم من أنها تمثل تحديات تقنية أكبر ويتقنها عدد أقل من الشركات المصنعة. يجدون استخدامًا أكثر شمولاً في تطبيقات السيارات.
بالنسبة لتطبيقات التحكم في الحركة، يتطلب تحقيق أداء تحكم فائق استشعارًا دقيقًا للموقع. ضمن نطاق القياس الخاص به، يوفر مستشعر AMR حساسية ووقت استجابة رائعين، مما يتيح قياس الموقع بدقة عالية. تتمتع مستشعرات تأثير Hall الخطية ثلاثية الأبعاد الدقيقة- أيضًا بخاصية خاصة بها، وتحقق قياسات سريعة ودقيقة وموثوقة دون المساس بالأداء أو زيادة استهلاك الطاقة والتكلفة.