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