【導讀】無論是制造業(yè)還是運輸和娛樂業(yè)，各個領(lǐng)域的不斷進步往往都離不開機器性能的提升，為此我們需要能夠更輕松地以更高的精度控制機器。許多現(xiàn)代化機器至少有一個核心電機，而以更高的精度控制電機可以從某種程度上改進機器人、電梯、汽車、電動工具等等。
電機性能取決于精密的控制，而精密的電機控制又取決于對電機位置的精密檢測。要實現(xiàn)精密檢測，日益精確的傳感器技術(shù)必不可少。現(xiàn)在，設(shè)計人員可以利用定位精度更高的電感位置傳感器來提升電機精度、電機控制和電機性能。
編碼器
磁性編碼器和光學編碼器的原理都是利用電機位置變化與其速度之間的關(guān)系。磁性編碼器有多種類型，但其原理都是基于同一現(xiàn)象的不同變化形式。電機配備一個或多個以不同方式安裝的磁鐵，當這些磁鐵相對于磁性檢測器移動時，磁場會隨著其相對移動成比例變化。
不同類型磁性編碼器的分辨率各不相同，有時可能非常低，測量分辨率僅為每轉(zhuǎn)數(shù)百個脈沖 (PPR)。精度的提高離不開精密的制造工藝。不同類型的尺寸和重量各異，極端溫度也可能對編碼器產(chǎn)生不利影響。磁性傳感器的一個缺點是在受電磁干擾 (EMI) 影響的應(yīng)用中可能不可靠，甚至根本不可用。
光學編碼器可檢測光脈沖。一種基本的實現(xiàn)方法是為電機配備圓盤形格柵。當格柵旋轉(zhuǎn)時，光電二極管可檢測位于格柵表面或穿過格柵的光脈沖（光脈沖序列構(gòu)成“編碼”，這也是“光學編碼器”一詞的由來），通過該技術(shù)可確定旋轉(zhuǎn)速度和電機的位置。
光學編碼器不受磁場影響。它們可能具有高分辨率，并提供出色的精度，但其性能取決于安裝是否仔細。灰塵、煙塵甚至濕氣等環(huán)境污染物很容易對光學編碼器造成損害。極端溫度也可能對這些編碼器產(chǎn)生不利影響。無論是哪種傳感器，高速的實現(xiàn)通常都以犧牲精度為代價，而精度的成本往往更高。
電感傳感器
可與電機結(jié)合使用的第三種傳感器是電感傳感器。雖然電感傳感器實際上也是基于磁鐵原理，但它們測量的不是磁場的變化，而是電流——感應(yīng)電流。
磁性檢測器用于檢測齒輪旋轉(zhuǎn)。當齒輪齒通過傳感器時，會引起通量發(fā)生變化，從而在傳感器中產(chǎn)生相應(yīng)比例的電壓，該電壓可能與旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)。
電感傳感器的使用歷史已近百年。電感位置傳感器解決方案通常不易受振動、溫度變化和環(huán)境污染物影響，其機械結(jié)構(gòu)往往更加簡單，因此更為可靠。
過去 20 年，電感傳感器在汽車市場越來越受歡迎。汽車中使用的電感傳感器兼具低成本和高可靠性的特點，而且速度和精度都較低。這恰好符合該特定應(yīng)用的需求，但電感傳感器可實現(xiàn)更好的性能。
雙電感旋轉(zhuǎn)傳感器
雙電感旋轉(zhuǎn)傳感器是一種新型電感傳感器。這些新電感位置傳感器不僅速度快，而且精度高。安森美 (onsemi) 提供的雙電感位置傳感器由兩個印刷電路板 (PCB) 組成。一個是帶有兩個印刷電感的轉(zhuǎn)子；另一個是同時帶有印刷電感和一個編碼器 IC 的定子。
該器件的精度比 38mm 傳感器 (+/-50 arcsec) 更高。它在轉(zhuǎn)速高達 6,000 RPM 時實現(xiàn)完整精度（雖然它能夠以更高轉(zhuǎn)速工作，最大轉(zhuǎn)速可達 100,000 RPM）。其單圈輸出分辨率為 20 位，多圈輸出分辨率為 24 位。
圖 1：安森美提供的 NCS32100 旋轉(zhuǎn)位置傳感器
這是一款絕對編碼器（與增量編碼器相對），因此即使轉(zhuǎn)子不在移動，也能夠提供位置數(shù)據(jù)。標準模塊配備一個帶有固件的嵌入式微控制器 (MCU)，該控制器采用可編程的 M0?ARM? MCU，其輸出的是位置和速度，而不是原始模擬信號。憑借靈活的配置功能，該模塊可連接到不同的電感傳感器模式，并提供各種電子輸出格式。
該方法的機械結(jié)構(gòu)簡單，并且組件數(shù)量更少，所需的外部組件（例如，旁路電容、調(diào)諧電容等）數(shù)量也大幅減少。即插即用，比較容易校準，并具有糾錯/診斷功能，因此易于安裝和操作。與其他電感傳感器一樣，安全性高、穩(wěn)定可靠。該傳感器以標準模塊提供，但其基本設(shè)計便于實現(xiàn)其他配置。
該集成式解決方案專為滿足工業(yè)應(yīng)用要求而設(shè)計，雙電感位置傳感器的適用范圍包括目前正在使用中高端光學編碼器的領(lǐng)域，以及機器人、工業(yè)驅(qū)動器、工廠自動化系統(tǒng)和各種工業(yè)機械等應(yīng)用。
設(shè)計人員在評估傳感器選項時，不僅要滿足應(yīng)用的運行要求，還要考慮應(yīng)用的長期使用壽命，后者至關(guān)重要。安森美雙電感旋轉(zhuǎn)位置傳感器有助于減少元器件數(shù)量，延長運行壽命和簡化校準操作，進而實現(xiàn)總擁有成本的降低。
來源：PSD功率系統(tǒng)設(shè)計 作者：Alessandro
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