线性位置传感的角度传感器集成电路的感测方法解析

本文介绍了有关设计过程的一些指导原则，该设计过程采用了旨在进行线性位置传感的角度传感器集成电路（IC），以及磁体的选择和方向，输出线性化，以及采用传感器IC阵列来扩大测量范围。还提供了许多磁体和感应长度的测试数据，以显示这些解决方案的理论精度和实际精度之间的匹配程度。

介绍

准确，低成本和非接触式线性位置感测通常使用条形磁铁和磁性传感器IC或传感器IC阵列来实现。磁铁附着在移动物体上，传感器的位置使磁铁滑动。看到的典型配置和磁场如图1所示。随着磁体在x方向上滑动，y方向上的磁场看起来像是一个正弦波，磁场与位置的关系在x = 0周围呈线性。

图1多个气隙的磁场与条形磁铁的位置的关系磁铁的长度在所有图中均按比例绘制。

这种线性位置感测方法存在一些挑战，包括：

• 传感器IC和磁铁之间的气隙变化会导致测量错误。
• 磁场强度随温度变化会导致测量误差。
• 磁场与位置呈线性关系的测量范围被限制为磁体长度的50％左右，因此需要比被测行程长得多的磁体。

通过测量磁场角度与位置的关系，可以解决所有这三个问题。

• 在应用中看到的典型变化范围内，视场角与位置的关系相对于气隙几乎相同。图2显示，角度与位置相对于位置几乎是恒定的，尽管随着气隙公差变大，它的确发生了一些变化。
• 视场角与场强无关。
• 磁场角在大部分磁体长度上与位置呈线性关系，并且通过线性化，可以检测到磁体长度的150％或更大的行程长度。图3显示了在测量By（y方向上的磁场）的情况和测量磁场角的情况下，线性化为标称气隙后，误差与气隙在整个气隙上的位置的关系。使用By方法时，对于所示的16 mm磁体，只能感测10 mm的行程，精度为0.5 mm（气隙公差为±0.5 mm）。但是，使用角度法，对于相同的物理配置，可以检测到超过30 mm的行程，精度为±0.5 mm，基本上是线性检测范围的三倍。

Allegro A1335磁性角度传感器IC非常适合使用上述角度方法进行线性位置感测，因为它提供了超出精确角度测量范围的高级功能，例如：

• 角度测量的分段线性化。这允许补偿磁体末端附近的角度与位置曲线的非线性，从而将线性感测区域扩展到磁体边缘之外。这也允许将角度输出相对于位置的斜率调节至任何期望值。
• 可寻址的I2C / SPI / SENT： 这允许将阵列中的多个IC放在同一条总线上。
• 角度输出钳位：此功能对于使用多个IC的系统很有用，因为钳位可用于帮助MCU识别哪些传感器IC超出范围，哪些应用于确定位置。

图2多个气隙的条形磁铁的磁场角与位置的关系。

图3标称气隙线性化后，按场和角度感应的误差与位置的关系。

基本系统配置

A1335采用TSSOP-14封装（对于需要冗余的系统，则为双芯片TSSOP-24），并测量与封装平面内磁场的角度。这意味着对于线性位置感测，IC需要垂直于磁体运动定向，如图4所示。有效气隙是指从磁感测阵列（圆形垂直霍尔传感器）的中心到边缘的距离。的磁铁。CVH在A1335中偏离中心，因此可以根据需要使用它来帮助增加或减少系统中的气隙。

图4使用A1335的系统配置

设计用于线性传感的磁性系统

必须为要测量的行程长度选择合适的磁体尺寸和标称气隙，以创建具有所需精度的系统。主要，系统需要设计为：

• 磁角通常与位置成线性关系。
• 磁角相对于系统的气隙公差足够恒定。
• 磁场强度高于基于CVH的传感器IC所需的最小值，约为300高斯。

编辑：hfy