改进工业电机控制，这款电感位置传感器脱颖而出
【导读】无论是制造业还是运输和娱乐业，各个领域的不断进步往往都离不开机器性能的提升，为此我们需要能够更轻松地以更高的精度控制机器。许多现代化机器至少有一个核心电机，而以更高的精度控制电机可以从某种程度上改进机器人、电梯、汽车、电动工具等等。
电机性能取决于精密的控制，而精密的电机控制又取决于对电机位置的精密检测。要实现精密检测，日益精确的传感器技术必不可少。现在，设计人员可以利用定位精度更高的电感位置传感器来提升电机精度、电机控制和电机性能。
编码器
磁性编码器和光学编码器的原理都是利用电机位置变化与其速度之间的关系。磁性编码器有多种类型，但其原理都是基于同一现象的不同变化形式。电机配备一个或多个以不同方式安装的磁铁，当这些磁铁相对于磁性检测器移动时，磁场会随着其相对移动成比例变化。
不同类型磁性编码器的分辨率各不相同，有时可能非常低，测量分辨率仅为每转数百个脉冲 (PPR)。精度的提高离不开精密的制造工艺。不同类型的尺寸和重量各异，极端温度也可能对编码器产生不利影响。磁性传感器的一个缺点是在受电磁干扰 (EMI) 影响的应用中可能不可靠，甚至根本不可用。
光学编码器可检测光脉冲。一种基本的实现方法是为电机配备圆盘形格栅。当格栅旋转时，光电二极管可检测位于格栅表面或穿过格栅的光脉冲（光脉冲序列构成“编码”，这也是“光学编码器”一词的由来），通过该技术可确定旋转速度和电机的位置。
光学编码器不受磁场影响。它们可能具有高分辨率，并提供出色的精度，但其性能取决于安装是否仔细。灰尘、烟尘甚至湿气等环境污染物很容易对光学编码器造成损害。极端温度也可能对这些编码器产生不利影响。无论是哪种传感器，高速的实现通常都以牺牲精度为代价，而精度的成本往往更高。
电感传感器
可与电机结合使用的第三种传感器是电感传感器。虽然电感传感器实际上也是基于磁铁原理，但它们测量的不是磁场的变化，而是电流——感应电流。
磁性检测器用于检测齿轮旋转。当齿轮齿通过传感器时，会引起通量发生变化，从而在传感器中产生相应比例的电压，该电压可能与旋转速度和旋转方向有关。
电感传感器的使用历史已近百年。电感位置传感器解决方案通常不易受振动、温度变化和环境污染物影响，其机械结构往往更加简单，因此更为可靠。
过去 20 年，电感传感器在汽车市场越来越受欢迎。汽车中使用的电感传感器兼具低成本和高可靠性的特点，而且速度和精度都较低。这恰好符合该特定应用的需求，但电感传感器可实现更好的性能。
双电感旋转传感器
双电感旋转传感器是一种新型电感传感器。这些新电感位置传感器不仅速度快，而且精度高。安森美 (onsemi) 提供的双电感位置传感器由两个印刷电路板 (PCB) 组成。一个是带有两个印刷电感的转子；另一个是同时带有印刷电感和一个编码器 IC 的定子。
该器件的精度比 38mm 传感器 (+/-50 arcsec) 更高。它在转速高达 6,000 RPM 时实现完整精度（虽然它能够以更高转速工作，最大转速可达 100,000 RPM）。其单圈输出分辨率为 20 位，多圈输出分辨率为 24 位。
图 1：安森美提供的 NCS32100 旋转位置传感器
这是一款绝对编码器（与增量编码器相对），因此即使转子不在移动，也能够提供位置数据。标准模块配备一个带有固件的嵌入式微控制器 (MCU)，该控制器采用可编程的 M0?ARM? MCU，其输出的是位置和速度，而不是原始模拟信号。凭借灵活的配置功能，该模块可连接到不同的电感传感器模式，并提供各种电子输出格式。
该方法的机械结构简单，并且组件数量更少，所需的外部组件（例如，旁路电容、调谐电容等）数量也大幅减少。即插即用，比较容易校准，并具有纠错/诊断功能，因此易于安装和操作。与其他电感传感器一样，安全性高、稳定可靠。该传感器以标准模块提供，但其基本设计便于实现其他配置。
该集成式解决方案专为满足工业应用要求而设计，双电感位置传感器的适用范围包括目前正在使用中高端光学编码器的领域，以及机器人、工业驱动器、工厂自动化系统和各种工业机械等应用。
设计人员在评估传感器选项时，不仅要满足应用的运行要求，还要考虑应用的长期使用寿命，后者至关重要。安森美双电感旋转位置传感器有助于减少元器件数量，延长运行寿命和简化校准操作，进而实现总拥有成本的降低。
来源：PSD功率系统设计 作者：Alessandro
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