بررسی یک نمونه سنسور موقعیت زاویه ای مطلق

بررسی یک نمونه سنسور موقعیت زاویه ای مطلق

چهار سنسور حال بر یک قطعه سیکیلن قرار گرفته اند. هر عنصر بخشی از میدان مغناطیسی در صفحه سنسور را احساس می کند. عناصر هال در چهار گوشه یک دیسک فرو مغناطیسی قرار گرفته اند و خروجی های X- Y را تولید می کنند. برای هر محور وجودیک عنصر هال کافی است ولی با قراردادن 2 عنصر هال در هر محور، دقت افزایش و آفست کاهش می یابد. (از طریق اندازه گیری ولتاژ های تفاضلی) خروجی عناصر هال X1 - X2 -Y1-Y2 توسط یک مدار بهسازی شامل بایاس، تقویت کننده و حذف کننده آفست و نیز پایدار سازی حرارتی پردازش می شود. خروجی خطی بین 2V تا 2.5V در میدان به شدت 20mt) 200G) می تواند به دست آید. در صد غیر خطی بودن سنسور کمتر از 0.1% است و هستیرزیس 0.03% می باشد. (تکرار پذیری خوب)
به دقت کمتر از 1 در رنج دمایی 60 تا 15 می توانیم برسیم. در دمای پایدار دقت می تواند بهتر0.2 می باشد. کاربرد این سنسور در تعیین موقعیت زاویه ای یک محور چرخنده است. در این مورد، یک آهنربای دائمی بر محور موتور در بالای سنسور قرارمی دهیم. این آهنربا یک میدان مغناطیسی موازی با سطح سنسور تولید می کند. این میدان به عنوان یک واسطه غیر تماس بین جهت محور و سنسور عمل می کند. معمولا قطر آهنربا 1.5mm و ابعاد سنسور2 بعدی mm 1* 3 است.
یک آهنربای حلقه ای که بر شفت قرارگرفته است و بر بالای سنسور می چرخد، نشان می دهد. وقتی شفت می چرخد سنسور بردار مغناطیسی را احساس می کند و سیگنال هایvy و vx را تولید می کند. این دو سیگنال سینوسی هستند و باهم 90 اختلاف فاز دارند. زاویه چرخش، با محاسبه آرک تانژانت تقسیم vy بر vx توسط یک میکروکنترلر 8 بیتی بدست می آید.
با فرض اینکه ضریب حساسیت سنسورهای اثر هال با هم برابر است یعنی sx=sy=s خواهیم داشت: تابع معکوس تانژانت تابعی متناوب است که هر 180 تکرار می شود و بازای زوایای 180  و90 و نیز بازای vx = 0 بی نهایت می گردد. با این پیش زمینه حالات زیر اتفاق می افتد

1. از کاربردهای این سنسور در موقعیت سنجی شیر می باشد. که آهنربا بر شفت داخلی قرار گرفته است و سنسور در بیرون بر یک بدنه غیر فرو مغناطیسی قرار گرفته است.
2. کاربردها می توان Single-Anis joystick نام برد. در یک 2 – Axis joystick، یک سنسور 2 بعدی را در مرکز کره ای که دسته در آن تغییر موقعیت می دهد قرار می دهند و آهنربا را نیز بر انتهای دسته قرار می دهند. در این حالت سیگنال های خروجی vy و vx متناسب با بردار میدان مغناطیسی می باشد. همانطور که شکل زیر نشان می دهد در صد غیر خطی سینوسی خروجی در یک باز 60 در اطراف نقطه صفر کمتر از 1% می باشد.

برای افزایش رزولوشن موقعیت چرخشی از 2 IC و نیز 2 آهنربا استفاده می کنند. در این حالت یک اندازه گیری غیر دقیق توسط یک IC و آهنربای دو قطبی انجام می شود و اندازه گیری دقیق توسط یک آهنربای حلقه ای N قطبی و IC دوم انجام می پذیرد. این آهنربای چند قطبی باعث تولید N موج سینوسی و کسینوسی در هر دور می شود.
با فرض اینکه هر سیگنال خروجی دارای رزولوشن 0.1 باشد، رزولوشن نهایی در هر دور برابر0.1 /n = 0.1 8=0.0125 می شود. اطلاعات بدست آمده از این آهنربای چند قطبی جهت تعیین اینکه کدام قطاع از آهنربای حلقه ای در برابر سنسور قرارگرفته است استفاده می شود. در این روش دقت نیز 1/n می شود. سیگنال های بدست آمده دقیق و غیر دقیق در نهایت توسط یک میکروکنترولر برای تولید خروجی دقیق تر پردازش می شوند.
کاربرد دیگری نیز در قطب نمای الکترونیکی وجود دارد. آهنربا بگونه ای در برابر IC قرار می گیرد که براحتی و آزادانه می تواند حرکت کند. آهنربا با توجه به جهت میدان مغناطیسی زمین می چرخد، میدان مغناطیسی تولید می کند که بسیار شدید تر از میدان مغناطیسی زمین (در حد 600 mt) می باشد. بنابراین IC با تاثیر میدان مغناطیسی قویتر سیگنال های خروجی vx و vy را تولید می کند. در این حالت نیز میکرو کنترلر را تولید خواهد نمود.

برخی مدل های پیشنهادی با توجه به این زمینه کاری

• (توضیحات مربوط به تجهیزات در کاتالوگ ذکر شده)
• دور سنج نوری 461893 محصول کمپانی Extech
• دورسنج مکانیکی با دقت بالا 461891 محصول کمپانی Extech
• دورسنج تابلویی 461950 محصول کمپانی Extech
• استروب اسکوپ 461831/461830 محصول کمپانی Extech
• دورسنج نوری و استروب اسکوپ 461825 محصول کمپانی Extech
• دور سنج UT371 / UT372محصول کمپانی Unit

با توجه به شباهت موقعیت سنجی زاویه ای مطلق در تمام ایده ها سعی شد تا با ارائه یک نمونه صنعتی، روش کلی این موقعیت سنجی توضیح داده شود. این سنسور بر مبنای تکنولوژی CMOS عمل می کند. کاربرد اصلی این سنسور کنترل میکروموتورها می باشد. این سنسور بر اساس اثرهال عمل می کند.