Magnetski upravljani mikrosklopovi. Klasifikacija i primjena senzora

Magnetski upravljani integrirani logički sklopovi K1116 posebna su klasa poluvodičkih uređaja čija se vrsta djelovanja temelji na promjeni signala na njihovom izlazu kada su izloženi vanjskom magnetskom polju. Drugim riječima, čipovi djeluju kao ključ kojim upravlja magnetsko polje. Magnetski upravljani mikrosklopovi koriste se kao osjetljivi elementi u magnetskim senzorima za struju i napon, brzinu i smjer vrtnje, kut zakreta i položaj, protok plina i tekućine itd. Mikrosklopovi se također koriste u beskontaktnim ventilskim elektromotorima, u hitnim i protuprovalni alarm, elektronički sustavi paljenja u motorima unutarnje izgaranje, elektroničke klavijature itd. Mikrokrugovi sadrže pretvarač magnetskog polja na čipu i pojačalo signala. Kao pretvarač koristi se Hallov element s 4 elektrode. K1116KP1 - unipolarni senzori, izrađeni u 5-pinskom SIP paketu 13x7x2 mm. Razina napona na izlazu senzora ovisi o vrijednosti indukcije magnetskog polja istog polariteta. U nedostatku magnetskog polja, izlaz senzora odgovara logičkoj 1. Kada napon prijeđe razinu napona okidača, prebacuje se u stanje logičke nule. Povećana otpornost mikro krugova na buku zajamčena je prisutnošću histereze (s indukcijom od 3..9 mT) na karakteristici prebacivanja. Mikrokrugovi imaju dva izlaza zajedničkog načina s otvorenim kolektorom i stroboskopski ulaz. Kada se na ovaj ulaz primijeni stroboskop s razinom 0, razina izlaznog napona neće ovisiti o utjecaju vanjskog magnetskog polja. Ako se ulaz ne koristi, mora se spojiti na pozitivnu žicu napajanja. Dodjela pinova: 1, 2 - izlaz 1, 2 3 - stroboskopski ulaz 4 - napajanje (+U) 5 - zajedničko

Bit efekta, koji je 1879. godine otkrio američki fizičar E. Hall, jest pojava potencijalne razlike između ploha poluvodičke pločice kroz koju teče struja i na koju djeluje okomito magnetsko polje. Razlika potencijala izravno je proporcionalna jakosti struje i kvadratu magnetske indukcije.

Hallov učinak naširoko se koristi u beskontaktnim strujnim senzorima. Drugi smjer su senzori pomaka, u kojima je Hall element pričvršćen na stacionarnu šasiju, a sam magnet nalazi se na pokretnom dijelu predmeta koji se proučava. Budući da je izlazni signal Hallovog senzora proporcionalan indukciji magnetskog polja, a ne brzini promjene, to daje značajnu prednost u točnosti u usporedbi sa sličnim induktivnim senzorima.

Magnetoosjetljivi elementi koji koriste Hallov efekt obično se nazivaju "Hallovi senzori". Postoje jednostavni i integralni Hallovi senzori. Osim poluvodičke pločice, potonje sadrže ugrađeno pojačalo-oblikivač. Tipični parametri integriranih Hallovih senzora: napon napajanja 2,5...5 V ili 4,5...18 V, potrošnja struje 8...20 mA, minimalna zabilježena magnetska indukcija 2...10 mT, izlazni signal - analogni (amplitudno moduliran napon) ili digitalni (otvoreni kolektor, CMOS element, PWM impulsi).

Na sl. 3.74 am prikazuje dijagrame za spajanje Hall senzora na MK.

Riža. 3.74. Dijagrami za spajanje Hall senzora na MK (početak):

a) DAI Hall senzor ima izlaz s otvorenim kolektorom i ugrađenu strujnu tračnicu za zaštitu od kratkog spoja. Mikrokrug UR1101HP29 reagira na magnetsko polje pozitivnog polariteta, UR1101HP49 - na polje pozitivnog i negativnog polariteta s efektom memorije okidača;

b) dioda VD1 štiti MK ulaz od slučajnog napajanja visokog pozitivnog napona. Kondenzator C J smanjuje buku koja dolazi od Hallovog senzora kroz duge žice;

c) uključivanje/isključivanje DAI Hall senzora na temelju signala s MK izlaza. Senzor reagira na magnetska polja u pozitivnom i negativnom smjeru. Zamjena mikro kruga /)/!/- K1116KP2;

Riža. 3.74. Dijagrami za spajanje Hall senzora na MK (nastavak):

d) Hallov senzor?14/ (Ampson Technology) ima dva protufazna izlaza. Izravni signal se dovodi u MK, a inverzni signal se dovodi u vanjski aktuator preko izlaza s otvorenim kolektorom;

e) za pojačanje signala sa Hallovog senzora?14/ (Allegro MicroSystems) koristi se op-amp DA2. Otpornik RI postavlja početni napon na ulazu MK, blizu polovine snage. Otpornik /?J podešava pojačanje/osjetljivost;

e) senzor brzine motora bušilice, izrađen na specijaliziranom DAI mikrosklopu otvorenog okvira koji sadrži Hallov senzor na podlozi. Dvostupanjsko pojačalo napona sastavljeno je na op-amp DA2 (regulirano otpornikom RW). Otpornik /?/ uravnotežuje premosni krug koji se nalazi unutar DAI, što je potrebno za početnu kalibraciju očitanja.

g) spajanje Hall senzora DA / (Allegro MicroSystems) na MK preko niskošumnog op-amp DA2.1 i dvoveznog niskopropusnog filtra (R5, C1, R6, C2). Otpornik R4 postavlja pojačanje;

Riža. 3.74. Dijagrami za spajanje Hall senzora na YK (kraj):

h) DA čip! (Melexis) je inteligentni senzor magnetskog polja s internim DSP-om i vlastitim komandnim sustavom. Na drugačiji način, DA čip! nazvan "digitalni Hallov senzor". Trožilno komunikacijsko sučelje podsjeća na SPI, ali umjesto dvije odvojene MISO i MOSI linije, napravljena je jedna kombinirana MISO-MOSI linija;

w) DA1 je čip Hallovog senzora, naširoko korišten u računalnim tipkovnicama;

j) analogni komparator na DA1 čipu (Maxim Integrated Products) daje strme rubove signala na MK ulazu. Prag odziva određen je djeliteljem /?/, R3\ l) DA! - ovo je čip Hallovog senzora "skinut" s računalnog ventilatora; l) ekonomično operacijsko pojačalo na čipu Z)/42 (Telefunken) pojačava signal Hallovog senzora DAL koji služi kao sklopka i generira pravokutne impulse na izlazu.

Članak govori o važnim i zamjetnim ažuriranjima na tržištu senzora kretanja u 2009. godini, gdje se među novim ponudama vodećih proizvođača ističu dvije značajne skupine: magnetski upravljani senzori i MEMS komponente - senzori položaja, brzine, ubrzanja, žiroskopi i višesenzorski senzori .

Uvod

U posljednjih godina aktivno su se razvijale tehnologije beskontaktnog mjerenja raznih parametara mehaničko kretanje- pristup, položaj i brzina, kretanje, udaljenost, razina, kut, nagib, orijentacija, linearno i kutno, kao i višestruko ili čak nelinearno kretanje. Prednost beskontaktnih tehnologija je odsustvo trošenja mehanički dijelovi, visok, teoretski beskonačan radni vijek, pojednostavljenje dizajna i metoda ugradnje. U većini slučajeva senzor je stator, a pokretni dio (rotor) mehanički je povezan s objektom čiji se parametri gibanja detektiraju.

Skupina senzora kretanja je opsežna i uključuje prekidače, analogne i digitalne senzore položaja, senzore brzine, enkodere i razne kombinirane opcije s dodanom ili onemogućenom mjernom funkcionalnošću osnovnog dodirnog uređaja i dodatnim funkcionalnim značajkama. Ključni parametri detekcije za ovu vrstu senzora su kinematika: položaj i brzina, bez uzimanja u obzir ubrzanja ili vibracija. Najpopularnije posljednjih godina bile su beskontaktne magnetski upravljane tehnologije, neosjetljive na prljavštinu, tamu, vlagu, koje pružaju visoku točnost i pouzdanost, ali zbog sve većih suvremenih zahtjeva mjerenja zahtijevaju poboljšane radne karakteristike i niže cijene.

U opsežnu grupu mehaničkih senzora gibanja spadaju i akcelerometri - senzori ubrzanja, vibracija, senzori nagiba (inklinometri), žiroskopi - senzori kutne brzine pričvršćeni izravno na objekt čiji se položaj mjeri. Većina uređaja u ovoj skupini su MEMS komponente, također klasificirane kao beskontaktne mjerni uređaji, u kojem se umjetno simulira mikromehanički proces sličan detektiranom pokretu.

Inercijalni navigacijski sustav (Inertial Measurement Unit, IMU blocks) određuje koordinate, brzinu, ubrzanje i druge osnovne parametre kretanja objekta, koristeći princip modeliranja njegovog translatornog gibanja, karakteriziranog promjenom ubrzanja, brzine i koordinata tijekom vremena, proces gibanja osjetljivog elementa (inercijske mase) prostornog trokomponentnog akcelerometra u nekom stacionarnom izvorni sustav referenca u odnosu na koju se vrše inercijalna mjerenja. Akcelerometar detektira ubrzanje duž svake osi, IMU jedinica integrira osnovnu diferencijalnu jednadžbu: jednostruka integracija se izvodi za izračunavanje brzine, dvostruka integracija se izvodi za određivanje koordinata. Orijentacija mjernih osi akcelerometara u zadanim smjerovima provodi se pomoću žiroskopa - slobodnih ili kontroliranih signalima s akcelerometara.

Ne samo koordinate, već i linearni i kutni položaj također se mogu mjeriti ili korigirati dvostrukom integracijom, na primjer s akcelerometrima i žiroskopima pričvršćenim na objekt(e) rotora i statora. Integriranje jednom vraća brzinu objekta. Već je svrha mnogih akcelerometara i žiroskopa kompenzirati i stabilizirati osnovna mjerenja (kompenzacija za gravitaciju u navigaciji, kompenzacija za mjerenja razine, stabilizacija video kamera, itd.), te ispraviti, putem ovih mjernih uređaja, osnovne kinematičke parametre detektiran senzorima položaja i brzine, uzimajući u obzir, na primjer, vibracije su cilj za budući razvoj.

Senzori protoka su, na primjer, senzori brzine, a senzori tlaka ili razine u nekim se slučajevima mogu nazvati kalibrirani senzori pomaka. Zajedničko mnogim senzorima mehaničkih veličina je mjerenje bilo kojeg parametra mehaničkog kretanja, a bitna razlika je mjesto pokretnog elementa čije se kretanje bilježi: izvan integralnog senzora (magnetski upravljani senzori) ili u samog senzora (MEMS).

Ono što je zajedničko svim mehaničkim senzorima gibanja je da naznačenu skupinu uređaja karakterizira kontinuirani razvoj – nadopunjavanje elementne baze i dodavanje modova rada uz očekivanje maksimalnog zadovoljenja zahtjeva poznatih sustava i novonastalih aplikacija, koje odnosi se i na beskontaktne magnetski kontrolirane senzore i na MEMS komponente.

Primjene za senzore kretanja uključuju automobilsku, industrijsku, potrošačku, instrumentacijsku, zrakoplovnu, vojnu, pomorsku i druge primjene. Masovna proizvodnja jeftinih suvremeni uređaji s visokim karakteristikama performansi - postignuće zbog stalnog međusobnog utjecaja ovih tržišta.

Nove dodirne komponente uvedene 2009. još su funkcionalnije, preciznije, manje nego prije i niska cijena ostaje na istoj razini.

Nove komponente s magnetskom kontrolom

Magnetski kontrolirane mjerne tehnologije danas su povezane s automobilskim sustavima i Hallovim koderima - MLX90316 Melexis, opsežnom linijom Austriamicrosystems i drugima, zahvaljujući kojima je postao stvarna mogućnost pouzdana i precizna detekcija kutnog raspona od 360° s pružanjem digitalnih sučelja, kao i detekcija visoke rezolucije značajnih linearnih pomaka - s pojavom IC-ML iC-Haus kodera. Razvijeni princip enkodera karakterizira temperaturna stabilnost i značajna neosjetljivost na magnetske i mehaničke tolerancije.

Novi prijedlozi za Hallove senzore odnose se na optimiziranje zahtjeva aplikacije, a ključni su pouzdanost, točnost, posebna sučelja i niska cijena. Uvode se mnogi novi uređaji za jeftine aplikacije s ograničenim kutnim rasponima detekcije gdje nije potrebna visoka točnost i koderi se mogu koristiti, ali nisu optimalno rješenje u smislu cijene uređaja.

U prvoj polovici 2009. na tržište je uvedeno nekoliko ponuda visoko integriranih komponenti magnetorezistivnih kodera koji su osjetljiviji na magnetska polja od Hallovih kodera.

Iako je GMR efekt, o čijoj se fizici raspravlja u, obećavajući za mnoge vrste mjerenja, Dugo vrijeme potpuno integrirani komercijalne ponude nije bilo elemenata temeljenih na GMR efektu.

Godine 2009. Infineon je najavio izdavanje TLE 5011/5012 GMR kodera (osnovna komponenta serije TLE5010 predstavljena je nešto ranije, ali nije bila predviđena njena komercijalizacija). Infineon GMR koderi (Sl. 1) prvi su potpuno integrirani kutni GMR koderi od 360° s digitalnim sučeljem, detektirajući orijentaciju magnetskog polja kroz sinusno-kosinusnu procjenu s monolitnim integriranim kutnim elementima - takozvanim integriranim elementima Giant Magneto Resistance (iGMR) . Podatkovna komunikacija odvija se preko dvosmjernog sinkronog serijskog komunikacijskog (SSC) sučelja - SPI-kompatibilnog. Radna temperatura uređaji -40... +150 °C - dizajnirani za automobilsku primjenu. Više informacija o ovim senzorima možete pronaći u.

Riža. 1. Integrirani GMR koderi Infineon TLE5011, TLE5012:
a) izgled IC u paketu PG-DSO-8;
b) pojednostavljeni funkcionalni dijagram TLE5011;
c) princip mjerenja;
d) primarni izlazni signali

Na događaju Sensors Expo&Conference održanom u Detroitu u lipnju ove godine, Hitachi Metals predstavio je svoje integrirane GMR komponente sa spin-ventilom (slika 2), koje rade na temperaturama od -40... + 150 °C, što omogućuje razmatranje njihovu upotrebu u automobilskim sustavima, ali ti uređaji zahtijevaju posebno sučelje.

Riža. 2. Novi integrirani GMR senzori tvrtke Hitachi Metals

Međutim, svrha ovog članka nije govoriti o svim ažuriranjima linija magnetski upravljanih komponenti, već samo o najuočljivijima od njih. Dakle, sljedeće ključno ažuriranje o kojem vrijedi govoriti s više detalja je NVE-ov novi integrirani senzor kuta magnetskog otpora tunela (TMP).

Novi NVE senzor kuta temeljen na TMR efektu

Krajem ožujka 2009., NVE Corporation je najavila uvođenje AAT001-10E (slika 3), novog integriranog TMP senzora kuta s kvadraturnim inkrementalnim izlazom, i ovaj uređaj razlikuje se od mnogih analoga po tome što pruža visoka razina signal bez pojačanja. AAT001-10E je prvi komercijalni NVE senzor i prvo rješenje na svijetu koje se temelji na efektu tunelskog magnetskog otpora (TMR), nadmašujući efekt ogromnog magnetskog otpora (GMR).

Riža. 3. Novi integrirani TMR senzor kuta NVE:
a, b) izgled i tipični načini rada uređaja;
c) korišteno načelo mjerenja;
d) konfiguracija otpornika mosta;
e) izlazne signale senzorskog uređaja s varijacijama u zračnom rasporu

NVE je vodeći u praktičnoj implementaciji spintronike ili nanotehnologije, koja se temelji na korištenju svojstava elektronskih spinova (umjesto elektroničkih naboja) za prikupljanje, pohranjivanje i prijenos informacija. Tvrtka proizvodi senzore i magnetske izolatore za prikupljanje i prijenos podataka. NVE je također licencirao svoju spintronic MRAM tehnologiju - Magnetoresistive Random Access Memory.

Za informacije o fizici GMR efekta i mogućnostima njegove primjene u NVE i drugim senzorima, preporuča se pogledati rad.

Učinak, također poznat kao tuneliranje ovisno o spinu (SDT; Magnetic Tunnel Junction, MTJ; Tunneling Magnetic Junction, TMJ) ili učinak tunelskog magnetskog otpora (Tunneling Magnetoresistance), je spintronički kvantni učinak velike promjene magnetskog otpora u izolacijskom sloju u ovisnosti o magnetskom polju koje na njega djeluje i tako stvorenom dominantnom spinu elektrona u slobodnom sloju.

Senzor AAT001-10E dizajniran je za sljedeće primjene:

• kutni koderi;
• automobilski senzori kuta;
• senzori kuta osovine;
• senzori položaja za ručke i gumbe.

AAT001-10E je već komercijalno dostupan i nudi se kupcima za 1,94 USD u količinama od 1000. Razvijeni su i feritni magneti tipa Split-pole (dijametralno magnetizirani) za korištenje sa senzorima, njihova cijena je 1,15 USD svaki u količinama od 1000 komada. Kupci mogu koristiti i vlastite magnete.

Senzori se isporučuju u ultra-minijaturnom 6-vodnom TDFN paketu dimenzija 2,5x2,5x0,8 mm. U tipična primjena vanjski magnet osigurava polje zasićenja od 30-200 Oe ili 0,4-2,5 A/m (1 Oe = 10 3 /(4Pi) A/m = 79,5775 A/m) u ravnini ovog senzora (sl. 3a-c ).

TMR efekt proizvodi vrlo veliki signal bez pojačanja (što je važno za postizanje visoke točnosti), široke tolerancije zračnog raspora, nisku potrošnju energije zbog velikog otpora elementa.

Novi uređaj uključuje četiri TMR elementa konfigurirana kao senzor kuta s kvadraturnim sinusnim i kosinusnim izlazima (Slika 4c-e). Senzor kuta AAT001-10E je niz TMR elemenata zakrenutih za 90° jedan prema drugom

jedni prema drugima u kućištu senzora i povezani u konfiguraciji mosta (slika 3d).

Svaki od senzorskih elemenata sadrži dva magnetska sloja: "zabodeni" sloj ili sloj s fiksnim smjerom magnetizacije i "slobodni" sloj sa smjerom magnetizacije koji može varirati proporcionalno kutu rotacije (ova konfiguracija je prikazana na slici 3c). Vanjski magnet osigurava magnetsko polje zasićenja, kao što je prikazano na sl. 3a-b, za trakasti i dijametralno magnetizirani magnet.

Slobodni senzorski slojevi elemenata će biti usklađeni s vanjskim poljem. Kada primijenjeno polje promijeni svoj smjer, mijenja se kut između slobodnog sloja i pričvršćenog sloja, što također mijenja otpor TMR elemenata i proizvodi odgovarajuće promjene u izlaznim naponima.

Izlaz se može konfigurirati tako da predstavlja sinusnu i kosinusnu funkciju magnetskog polja primijenjenog na senzor (Sl. 3e). Otpornici TMR povezani su kao dva polumosta, jedan daje sinusni, a drugi kosinusni izlaz. Svaki TMR element karakterizira značajan otpor od 1,25 MOhm. Izlazi su proporcionalni naponu napajanja i vršnom izlaznom naponu i mnogo su viši u razini nego što je to moguće postići s drugim tehnologijama senzora.

Varijacije u zračnom rasporu između magneta i senzorskog elementa uzrokovat će samo male promjene (odstupanja) u izlaznom signalu ovisno o veličini i snazi ​​magneta. Dijagram na sl. 3d prikazuje tipični izlaz senzora kao funkciju kuta primijenjenog polja - pomoću dijametralno magnetiziranog feritnog magneta promjera 12 mm x 4 mm visokog pri napajanju od 5 V s tri različita zračna raspora.

Nova generacija MMT kroz osovinu Hall senzora: pokrivanje aplikacija i povećanje točnosti

MMT-ovi magnetski kontrolirani senzori blizine općenito pružaju potrebnu tehničku razinu sustava i stoga su od velikog interesa za kupce, od kojih su mnogi iz automobilske industrije. Ali razvoj MMT senzora, informacije o kojima su predstavljene, na primjer, u publikacijama, također je zanimljiv sa znanstvenog i tehničkog gledišta.

Godine 2009. stručnjaci MMT-a usmjerili su svoje napore na razvoj dodatnih funkcionalnih značajki ranije stvorenih senzora položaja, od kojih je jedan višestruki izlaz, kao i poboljšanje točnosti uređaja, uključujući smanjenje osjetljivosti na vanjska magnetska polja.

Standardni zahtjevi za automobilsko upravljanje, kao što su ESP sustavi kontrole stabilnosti, za koje se zakonska regulativa očekuje uskoro u Europi, uključuju točnost mjerenja kompaktnog višeokretnog senzora apsolutnog kuta reda veličine 1° ili čak manje.

Opća načela višeokretnih mjerenja temelje se na konceptu apsolutna mjerenja u rasponu kuta od 360° za rješenje prolazne osovine (sl. 4a-b). Prema predloženom dizajnu, IC koji mjeri magnetsko polje nalazi se u blizini dijametralno magnetiziranog magnetskog prstena. Komponente magnetskog polja izmjerene u ovom slučaju karakteriziraju sinusni i kosinusni oblici, ali s različitim amplitudama. Ali primjenom kompenzacijskog parametra može se dobiti točan izlaz za različite senzore veličine, iako teoretski točnost može varirati.

Riža. 4. 2009 MMT senzori: raditi na prilagodbi razvijenog koncepta za senzore upravljača i poboljšati točnost:
a, b) koncept mjerenja kutova u rasponu od 360°: a) prostorna konfiguracija; b) primarni sinus-kosinusni signali;
c) novi koncept s dva IP-a; d, e) dvije mogućnosti dizajna za senzore upravljača s više okretaja;
f) prototip višestrukog senzora upravljača s poboljšanom preciznošću

MMT prototipovi omogućili su postizanje nelinearnosti manje od ±0,5% punog hoda u rasponu radne temperature od -40... + 150 °C. Za daljnje poboljšanje točnosti važno je poboljšati ovaj parametar, a za to je pak važno tražiti razloge koji pogoršavaju linearnost. Kao što je 2D simulacija pokazala, pogreške u dijametralnoj magnetizaciji magneta igraju veliku ulogu u postizanju zahtijevane izvedbe. Magnetska permeabilnost je veća od 1 (1,05-1,25), a ovaj parametar nije točan. Stoga će linije polja generirane namotom, pri prelasku magneta, malo odstupati od ravne linije, magnetizacija neće biti strogo dijametralna, a to će zauzvrat iskriviti oblike sinusa i kosinusa komponenti polja. Iako se neka iskrivljenja mogu uzeti u obzir tijekom programiranja, ona se ne mogu u potpunosti kompenzirati: javlja se sustavna pogreška točnosti.

Da bi se postiglo najbolje karakteristike MMT je predložio sljedeće rješenje: dva IC-a, mehanički pomaknuta za 90° u odnosu na drugi (slika 4c), a svaki mjeri dvije komponente magnetskog polja (tangencijalne i radijalne komponente). Matematički je opravdano da kombiniranje signala dva IC-a također omogućuje izračunavanje položaja izračunavanjem arktangensa normalnog i tangencijalnog signala arctan(B t /B n) s dobrom aproksimacijom, a faktor kontrole pojačanja za svaki IC postaje nevažno.

Ovom metodom se može postići nelinearnost do ±0,2<% от полного хода.

Linije magnetskog polja generirane prisutnošću vanjske konstante

magnet ili izvor struje (žice velike struje, poput onih koje se koriste u kabelu za pokretanje automobila) tipičan su izvor pogreške za senzore koji nemaju oklopljeni magnetski krug.

MMT know-how uključuje lokalni zaštitni krug koji smanjuje učinke vanjskog magnetskog polja. Rješenja ovog tipa mogu smanjiti, ali ne i poništiti učinke djelovanja polja. No stručnjaci za MMT predložili su novu metodu za poništavanje tog učinka, temeljenu na dobro poznatoj metodi poništavanja utjecaja polja - kombinaciji diferencijalnih signala u senzorima.

Razmatrana metoda s dva IC-a također koristi kombinaciju signala, a stručnjaci tvrtke matematički su potkrijepili da se korištenjem ove kombinacije signala može istovremeno odrediti i pogreška magnetizacije zbog utjecaja trećeg harmonika i učinak homogenog vanjskog magnetskog polja. nadoknaditi, što je eksperimentalno potvrđeno. Prototip senzora postavljen je u polje koje stvara namot. Čak i uz visoko polje od 12 mT (stvoreno strujom od 1000 A na udaljenosti od 2,5 cm od osjetljivih elemenata), prema MMT podacima, točnost (točnost je složenija karakteristika, ali stručnjaci za MMT u svom izvješću očito izjednačavaju to s linearnošću) ostaje u rasponu od ±1°, što odgovara 0,3% punog hoda.

Rezultati koji se mogu postići ovom metodom također ovise o homogenosti polja. Dimenzije senzora su male (promjer - 10-50 mm), što odgovara malim udaljenostima između mjernih točaka (reda nekoliko mm).

Izvori polja nalaze se prilično daleko od senzora: na primjer, kabel pokretača nalazi se nekoliko desetaka mm od kućišta senzora ili namota istosmjernog motora bez četkica, koji stvaraju polje koje je homogeno na skali senzora .

Koncept apsolutnog višestrukog enkodera temelji se na izvođenju istih senzorskih funkcija za proizvodnju apsolutnog izlaza, ali u više okretaja. Klasičan primjer je senzor kuta upravljanja automobila, čija je brzina, na primjer, ±2 okretaja. Osim toga, ova specifična primjena je sustav prolazne osovine, u kojem stup upravljača prolazi kroz tijelo senzora, što predstavlja jednu od ključnih primjena za MMT koncept, prilagođen i poboljšan za kutnu detekciju od 360°.

Jedno MMT rješenje za sustave upravljanja temelji se na korištenju epicikličkog zupčanika sa senzorom kuta od 360°. Ali s povećanjem raspona kutnih mjerenja, utjecaj tipične nelinearnosti reda veličine ±0,5% punog hoda daje pogrešku koja nije kompatibilna sa zahtjevima za točnost primjene (±7,2° za ±2 revolucije). Stoga je sljedeće rješenje korištenje koncepta kombinacije senzora, čime je moguće povećati točnost izračuna na ±2,9° uz linearnost od ±0,2%, ali to nije sasvim dovoljno.

Mnoga dobro poznata rješenja drugih tvrtki temelje se na činjenici da rotirajuća osovina pokreće dva zupčanika s različitim brojem zuba (najmanje za jednu jedinicu). Svaki je zupčanik spojen na trajni magnet, čiju rotaciju detektira magnetoosjetljivi IC. Ovo proizvodi dva izlazna signala zuba pile, fazni pomak između kojih se povećava s brojem zubaca. Za izvođenje apsolutne vrijednosti položaja iz razlike između dva signala koristi se poseban algoritam, koji ima značajan nedostatak zbog činjenice da je metoda matematičkog oduzimanja vrlo osjetljiva na mehaničke pogreške za svaki senzor. Da bi se postigla visoka točnost, algoritam postaje znatno kompliciraniji, što je implementirano u krugu za obradu signala senzora.

Stoga se MMT vraća drugom poznatom rješenju, ali koristeći vlastiti koncept. Sljedeća ideja MMT-a je osigurati dvostruki izlaz kombiniranjem dva senzora kuta od 360° sa sustavom zupčanika (Sl. 4d-e). Jedan od senzora je dobro poznato rješenje MMT 360° i pruža precizan izlaz unutar jednog okretaja, drugi se koristi s prijenosnim prijenosom izvan vratila s omjerom prijenosa u rasponu okretaja u skladu s karakteristikama upravljanja sustav. Izlaz senzora je također apsolutan, ali s većom točnošću. Uloga ovog signala je da pokaže stvarne okretaje, a točan signal pokazuje poziciju unutar trenutnog okretaja.

Drugi senzor može biti različitih tipova, uključujući krajnju verziju s magnetom montiranim na osovini i s kutom rotacije IC.

Sljedeći koraci tvrtke su primjena razvijenog rješenja (slika 4e), prilagođavanje za aplikacije detekcije kuta upravljača za ESP ili položaj vratila elektromotora. Sljedeći korak u implementaciji višeokretnog rješenja je integracija sa senzorom zakretnog momenta za implementaciju svih potrebnih kombiniranih funkcija u sustavima upravljanja, stvarajući jednostavniji, pouzdaniji, beskontaktni višeokretni uređaj.

Jednom razvijen, izvorni koncept postao je relevantan i za linearne senzore, budući da magnetska traka nije ništa više od kruga beskonačno velikog radijusa, i za aplikacije s ograničenim kutnim rasponom, te zbog ovisnosti o temperaturi (Hall senzori).

Linearni senzor se može koristiti, na primjer, za detektiranje položaja ručice mjenjača (PRNDL) u automobilu s automatskim mjenjačem ili za praćenje položaja spojke, EGR ventila, položaja papučice. U ovim primjenama, kretanje objekta je reda veličine 15-20 mm, ali se mogu detektirati velika linearna kretanja (>100 mm).

Druga mogućnost je korištenje aksijalnih i tangencijalnih komponenti, ali to više nije izvorni razvoj tvrtke, već klasična shema, za koju, kada se izvodi ne s dipolom, već s višepolnim magnetom, možemo preporučiti , na primjer, sljedeći uređaj razmatran u ovom članku 2009 godina - koder AS5311 Austriamicrosystems.

U oba slučaja, tolerancije za radijalne, tangencijalne i aksijalne pomake mogu biti prilično velike: zbog činjenice da senzor nije osjetljiv na amplitudu, već na smjer magnetskog polja, ali izobličenja smjera i utjecaj buke može narušiti točnost, metoda kombiniranja signala primjenjiva je u oba slučaja.

Ako se samo mali dio prstenastog magneta koristi za mjerenje kuta do 360° (oko 50-90°), na primjer, u senzoru ručice mjenjača, senzoru goriva, senzorima EGR ventila, tada MMT razmatra dva moguća rješenja za takav senzor:

• korištenje dijametralno magnetiziranog magneta;
• korištenje sinusoidno magnetiziranog magneta.

Prvo rješenje je jednostavnije, drugo je, prema softverskoj simulaciji, preciznije.

Stoga je MMT na temelju svog patentiranog rješenja stvorio cijelu generaciju novih senzora za sustave prolaznih osovina.

Koder AS5311 Austriamicrosystems - Hall IC za linearnu i kutnu detekciju pokreta izvan osi višepolnog magneta

AS5311 (Sl. 5) je još jedan novi, potpuno integrirani IC s jednim čipom, koji je, kao i svi prethodnici u obitelji senzora Austriamicrosystems, magnetski rotacijski Hallov enkoder, ali prilagođen za rad ne s dipolom, već s višestrukim polni magnet.

Riža. 5. Austriamicrosystems AS5311 koder - novi Hall IC za linearne i kutne
Detekcija pokreta izvan osi višepolnog magneta:
a) način rada za koji je IS razvijen;
b) funkcionalni dijagram senzora; c, d) alternativni kutni načini rada s višepolnim prstenastim magnetom;
e) dijagrame izlaznih signala pri kretanju mehaničkog dijela rotora

IC uključuje integrirane Hallove elemente za mjerenje linearnog ili kutnog gibanja pomoću magnetskih višepolnih traka ili prstenova. IC je razvijen kao linearni detektor magnetske višepolne trake, ali zbog činjenice da je ravnalo kružnica beskonačno velikog polumjera, ovaj se koder može preporučiti i za kutnu detekciju magnetske višepolne trake dovoljno velikog radijusa (Sl. 5a-d). AS5311, kao i MMT senzori, također je namijenjen primjenama gdje se senzor ne može montirati uz kraj osovine - u tzv. šupljoj osovini ili sustavima prolazne osovine. Umjesto krajnje verzije, AS5311 se može montirati u tzv. Off-Axis verziji, to jest, ne direktno nasuprot središta rotirajućeg magneta, koji je ujedno i središte osovine, već nasuprot slijedu polova magneta, pomak u odnosu na geometrijsko središte do ruba. S obzirom na središte i os rotacije osovine, dopušteno je radijalno i aksijalno postavljanje polova oko periferije magneta.

Jedan od IC izlaza (sl. 5e) je kvadraturno inkrementalan s brojem od 256 impulsa po polarnom periodu (sjeverni i južni pol) magnetskog rotora koji se kreće brzinom od 0,65 m/s. Inkrementalna izlazna razlučivost je 1,95 µm po koraku. Također, za svaki par polova, jedan indeksni impuls se generira na indeksnom izlazu IC.

Uz ove standardne tipove izlaza, digitalni izlaz je također dostupan pružanjem 12-bitnih informacija o apsolutnom položaju unutar para polova, što rezultira rezolucijom od oko 0,5 µm u rasponu od 0-2 mm.

Apsolutni izlaz je dostupan preko serijskog ili PWM sučelja.

Duljina para magnetskih polova je 2,0 mm (po 1,0 mm za sjeverni i južni pol). Duljina ostalih polova će uzrokovati značajnu nelinearnost, povećavajući se gotovo proporcionalno odstupanju duljine. Magnetsku traku treba postaviti iznad IC-a na udaljenosti od otprilike 0,3 mm, dopuštena odstupanja su 0,3-0,6 mm, budući da IC ima ugrađen ACU. Točnost će ovisiti o duljini i snazi ​​svakog pola, a time i o točnosti sredstava za magnetiziranje i homogenosti magnetskog materijala.

Za praćenje položaja magneta iznad IC koriste se indikatori bitova promjenjive "boje" u rasponu "crveno-žuto-zeleno".

U praksi se praćenje provodi na sljedeći način. Indikatori signala za povećanje i smanjenje jakosti magnetskog polja MagINCn i MagDECn dostupni su na hardverskim pinovima IC-a, a statusni bitovi dostupni su u serijskom toku bitova. Osim toga, LIN statusni bit jednak jedan označava nepreporučeni "crveni" raspon polja. Registar MAGnitude pruža dodatne informacije o jakosti magnetskog polja.

AS5311 nudi se u 20-pinskom TSSOP paketu i dizajniran je za rad na temperaturama okoline od -40...+125°C.

Unutarnji regulator napona omogućuje AS5311 da radi s jednim od dva napona napajanja prema IC aplikaciji - 3, 3 ili 5 V.

• Povratne informacije s mikroaktuatorima;
• povratna informacija od servoagregata;
• robotika;
• zamjena optičkih enkodera u svim sustavima.

Najbolji senzori pokreta 2009. prema mišljenju stručnjaka časopisa Sensors

Sljedeći senzori kretanja i komponente dobili su nagrade "Best of Sensors Expo" na globalnom događaju Sensors Expo & Conference održanom u lipnju u kategorijama Senzori i komponente senzora:

• Minijaturni 6-DOF senzor 6DX DTS, koji može mjeriti kutne raspone reda veličine 50.000°/s i ubrzanja do 6000 g, je "zlato" u kategoriji Senzori.
• Minijaturni sustav za određivanje položaja i kursa u odnosu na zemljine osi Referentni sustav za položaj i smjer (AHRS) SBG Systems IG-500N, uključujući GPS prijemnik i barometarski senzor - "zlato" u kategoriji senzora.
• Minijaturna AHRS komponenta 3DM-GX3-25 MicroStrain je "srebrna" u kategoriji senzorskih komponenti.
• Brončane nagrade u kategoriji senzora: Kionix Inc. KXTF9 - troosni MEMS akcelerometar s funkcijom Directional Tap/Double-Tap, izdržljivi MEMS žiroskop Silicon Sensor Systems

CRS09, CMA 3000 VTI Technologies Inc. - MEMS akcelerometar male snage, montiran na korisničke podloge i eliminirajući potrebu za vanjskim pakiranjem.

U skladu s logikom članka, ostali nagrađeni senzori koji se ne mogu svrstati u posebnu skupinu u naslovu, te mjerni sustavi i alati nagrađeni u drugim kategorijama, nisu uključeni u ovu recenziju i popis.

Za informaciju čitateljima, MicroStrainov HS-LINK bežični senzorski čvor velike brzine i PowerCast Corp. dobili su zlatne nagrade u kategoriji proizvoda za prikupljanje podataka. P2100 Powerharvester je modul za sakupljanje energije koji pretvara dostupnu RF energiju ( Mobiteli, TV i drugi uređaji) u konstantan napon pohranjen u kondenzatoru.

Uz 3DM-GX3-25 MicroStrain, sljedeće tvrtke dobile su srebrne nagrade:

• Infinite Power Solutions Inc. - u kategoriji Senzori za uređaj za pohranu energije mikro snage INFINERGY Micro Power Module, karakteriziran prisutnošću ugrađene učinkovite upravljačke elektronike i gotovo potpunim odsustvom gubitaka tijekom pohrane energije;
• HBM-LDS test i mjerenje - u kategoriji proizvoda za prikupljanje podataka za GEN5i prijenosni snimač tranzijenata velike brzine;
• Moog Inc. - u kategoriji Senzori za novi detektor mjehurića zraka u tekućini LifeGuard IQ.

Uz Kionix, VTI akcelerometre i SSS žiroskop, Cymbet Corp. dobio je brončanu nagradu. za EnerChip EH modul za prikupljanje energije (CBC500 i EVAL-08) temeljen na tankoslojnim baterijama s kontrolnim funkcijama. Počasna priznanja u kategoriji senzora pripala su akcelerometru sudara 7264G tvrtke Endevco Corp., digitalnom senzoru barometarskog tlaka T5300 tvrtke EPCOS Inc. I kapacitivni senzor razine CLC Sensortechnics Inc, kao i Wi-Fi uređaj za prikupljanje podataka tvrtke National Instruments.

"Najbolji" senzori pokreta 2009. - Komponente s više senzora

6DX Raznovrsni tehnički sustavi

6DX Diversified Technical Systems, Inc. (DTS) (Sl. 6) je novi dodatak nizu senzora e-SENSING, koji je minijaturna komponenta koja uključuje 3 linearna akcelerometra i 3 senzora kutne brzine u kompaktnom i robusnom paketu, dizajniranom za mjerenje velikih ubrzanja i kutnih brzine u sve tri osi . Dimenzije kućišta senzora - 28x28x16,5 mm, težina 26 g.

Riža. 6. Nova minijaturna multisenzorska komponenta za inercijalna mjerenja
sa 6 stupnjeva slobode i velikim rasponima detekcije

6 ulaznih kanala 6DX-a pružaju potrebne podatke za izračunavanje vektora ubrzanja i orijentacije staze u 3D prostoru. Odgovarajuća računalna naknadna obrada omogućuje iscrtavanje kinematičkog gibanja tijekom vremena. Jedinica je dizajnirana da izdrži velika udarna opterećenja - do 6000 g, a ova vrijednost ne određuje vršni udar, koji se ne može prekoračiti, već maksimalno detektabilno ubrzanje.

Integrirani linearni akcelerometri su piezorezistivni uređaji s punim mostom osjetljivi na ulaz istosmjerne struje (DC). Za usklađenost razne aplikacije Mogući su rasponi detekcije od ±20 do 6000 g. Ulazni napon triaksijalnog akcelerometra je 2-10 V. Tipična linearnost izlaza akcelerometra<1% от полного выходного диапазона в ±200 мВ, поперечная чувствительность акселерометра ±3%.

Integrirani senzori kutne brzine dostupni su u rasponima od ±300 do 50 000°/s i također imaju DC odziv. Ulazni napon troosnog žiroskopa također je 4,9-14 V<1% от полного выходного диапазона, но составляющего ±2 В; производителем специфицирован дрейф гироскопа 0, 1°/с.

Izlaz senzora može se zabilježiti pomoću bilo kojeg standardnog sustava za prikupljanje podataka. Ugrađeni 16-pinski mikro konektori za svaki od troosnih senzora omogućuju jednostavnu zamjenu kabela.

Primjene uređaja uključuju automobilsku i zrakoplovnu industriju, kao što su testiranje vozila, testiranje sudara, mjerenja vibracija, kao i aplikacije opće namjene koje se odnose na mjerenje kutnog gibanja, udara, vibracija.

SBG sustavi SAS IG-500N

SBG Systems SAS IG-500N (Sl. 7) novi je minijaturni navigacijski sustav za određivanje referentnog sustava smjera (AHRS), uključujući MEMS inercijalnu mjernu jedinicu IMU s dodatnim GPS prijemnikom od 4 Hz i barometarskim senzorom, težak samo 8 g za OEM i 45 g u kutiji. IG-500N kombinacija je 13 senzora - akcelerometara, žiroskopa, magnetometra, tri temperaturna senzora, senzora tlaka i GPS prijemnika.

Riža. 7. SAS IG-500N - novi minijaturni visoko integrirani inercijalni navigacijski AHRS sustav SBG Systemsa

Rasponi mjerenja kutnih brzina - do 500°/s, ubrzanja - ±5 g (dostupne verzije od 2 i 18 g), magnetskih polja ±0,12 mT. Tlak se mjeri s rezolucijom od 6 Pa i točnošću od ±50 Pa (relativna mjerenja) i ±200 Pa za apsolutna mjerenja, s brzinom ažuriranja od 9 Hz.

Uređaj također uključuje Kalmanov filter. Sve to vam omogućuje mjerenje 3D orijentacije, brzine i položaja čak iu vrlo dinamičnim okruženjima - s ulaznom brzinom promjene svakog parametra do 100 Hz.

Izlazni formati uključuju Eulerove kutove (određivanje položaja tijela/koordinatnog sustava tijela u referentnom koordinatnom sustavu: kutovi precesije, nutacije, pravilne rotacije), kvaternione (sustav brojeva u 4-dimenzionalnom prostoru), matricu, 3D brzina, 3D položaj, kalibrirani podaci o dodiru, podaci o dodiru žice. Svaki izlaz korisnik može omogućiti ili onemogućiti.

Glavni komunikacijski protokoli su RS-232 i USB, kao i TTL.

Brzina serijskog prijenosa podataka - 9600-921600 bps, po izboru korisnika.

Kako bi se poboljšala izvedba, uređaj je pojedinačno kalibriran kako bi se smanjile pogreške u pomaku i pojačanju u cijelom temperaturnom rasponu. Krug kontrolira učinke bočne osjetljivosti akcelerometara i učinak nedostatka poravnanja žiroskopa. SBG Systems je također razvio sustav kalibracije magnetskog polja, koji također povećava točnost mjerenja.

IG-500N je dizajniran da zamijeni optičke žiroskope (FOG). Prilikom mjerenja položaja u odnosu na Zemljinu os, senzori IG-500N daju indikaciju uklanjanja prolaznih ubrzanja, što je važno tijekom manevara s visokim razinama g, kao što je okretanje. Čak i pri velikim ubrzanjima koja predstavljaju probleme za tipične AHRS, mjerenja položaja/orijentacije s IG-500N mogu se izvesti s točnošću prema tvrdnjama proizvođača boljom od 1°.

Moguće je koristiti vanjske GPS ili Doppler radio sustave, što omogućuje korištenje uređaja u inercijalnim navigacijskim sustavima.

Raspon radne temperature: -40... +85 °C. Radni napon napajanja je 3,3-12 V. Uređaj je niske snage (475 mW).

Vrijeme pokretanja<10 с, но оптимальное время для сбора данных - через 10 мин после включения.

Opći popis aplikacija uređaja uključuje:

• prometna navigacija;
• analiza kretanja automobila;
• zamjena AHRS visokih performansi;
• stabilizacija platforme;
• fino podešavanje položaja antena i kamera;
• snimanje bez oslonaca;
• praćenje položaja osoblja.

3DM-GX3-25 MicroStrain

3DM-GX3-25 MicroStrain (slika 8) sljedeći je minijaturni (težine 11,5 g u OEM verziji) AHRS sustav, koji također koristi MEMS tehnologiju i kombinira 12 senzora: troosni akcelerometar, troosni žiroskop, troosni a magnetometar, tri temperaturna senzora i ugrađeni procesor koji radi na temelju algoritama spajanja podataka senzora - za statičku i dinamičku orijentaciju i inercijalna mjerenja.

Riža. 8. OEM verzija minijaturnog AHRS sustava MicroStrain 3DM-GX3-25

Sustav pruža kalibrirane izlaze s temperaturnom kompenzacijom u sljedećim formatima: ubrzanje, kutna brzina, magnetsko polje, vektori kuta i brzine deltaAngle i deltaVelocity, Eulerovi kutovi, rotacijska matrica.

Svi parametri su temperaturno kompenzirani i povezani s ortogonalnim (Kartezijevim) koordinatnim sustavom.

Komunikacija 3DM-GX3-25 AHRS se odvija preko RS-232, USB 2.0 i TTL sučelja.

Izlaz može uključivati ​​izračune orijentacije: nagib, zaokret, smjer, skretanje ili matricu rotacije.

Kutni rasponi detekcije orijentacije - 360° duž svih osi (orijentacijska matrica, kvaternioni); ±70° za nagib, ±180° za zaokret i smjer (Eulerovi kutovi).

Standardni raspon ubrzanja je ±5 g, a dostupni su i rasponi od ±2 g, ±18 g, ±50 g. Standardni raspon kutnih brzina ±300°/s; mogući su rasponi od ±1200°/s, ±600°/s, ±150°/s, ±75°/s. Raspon magnetometra je ±0,25 mT. Točnost mjerenja orijentacije specificirao je proizvođač kao ±0,5° za statičke uvjete i ±2,0° za dinamičke uvjete. Nelinearnost izlaza akcelerometra i žiroskopa određena je na 0,2%, magnetometra - 0,4<%.

Uz potpunu temperaturnu kompenzaciju za pomak i osjetljivost svih 9 senzora, svaki senzorski uređaj je pojedinačno kalibriran za kompenzaciju osjetljivosti žiroskopskog ubrzanja, nelinearnosti žiroskopa i neusklađenosti senzora.

Poboljšana izvedba uređaja u okruženjima s vibracijama postiže se putem uzorkovanja od 30 kHz, digitalnog filtriranja i kompenzacijskih algoritama za konusiranje/skuliranje za integraciju od 1 kHz i deltaAngle i deltaVelocity izlaz. AHRS 3DM-GX3-25 brz je operativni sustav s izlaznim brzinama koje korisnik može odabrati do 1 kHz.

3DM-GX3-25 AHRS dolazi s kalibracijskim programima koji uzimaju u obzir učinke magnetskih polja. Inženjerima se nudi razvojni komplet.

Standardna jedinica napaja se od 4,4-6,0 VDC i ima potrošnju energije/struje od 80 mA pri 5 V. OEM zahtijeva regulirani napon napajanja u rasponu od 3,2-5,5 V, također povlačeći struju od 80 mA pri 5 V .

Raspon radne temperature: -40... +75 °C.

3DM-GX3-25 AHRS dizajniran je za sljedeće primjene:

• prometna navigacija;
• stabilizacija platforme;
• biomehanika;
• nosivi inercijski
• sustavi praćenja;
• mjerenje bušotina;
• određivanje položaja u prostoru.

Najbolje komponente senzora pokreta MEMS za 2009. (akcelerometri i žiroskopi)

Kionix Inc. KXTF9

Kionix Inc. KXTF9 (Sl. 9) novi je troosni akcelerometar s jedinstvenom funkcionalnošću dizajniran za mobilne telefone i mobilne internetske uređaje, periferne računalne uređaje, sportsku opremu i osobnu navigaciju.

Riža. 9. Novi KXTF9 3-osni akcelerometar s Directional Tap/Double-Tap za intuitivno korisničko iskustvo

Prethodno, 2008., Frost & Sullivan dodijelio je akcelerometar Kionix KXSC7, karakteriziran malim faktorom oblika od 3x3x0,9 mm i niskom radnom strujom od 230 μA ili manje. Novi Kionix Inc. ima isti faktor forme 3x3x0.9 mm. KXTF9 je troosni MEMS akcelerometar s I 2 C sučeljem, nagrađen brončanom nagradom na Sensors Expo 2009, pin-to-pin kompatibilan s troosnim akcelerometrima serije KXTE9 (I 2 C), KXSD9 (IIC, SPI) . U velikoj obitelji akcelerometara koje nudi Kionix, gotovo svi akcelerometri sada su troosni, s jedinom iznimkom KXD94-7044 i KXD94-7138 analognih X senzora u standardnim DFN kućištima dimenzija 5x5x1,2 mm. Smanjene dimenzije LGA kućišta od 3x5x0,9 mm zaštitni su znak serija KXPS5 i KXRB5.

Senzorski element visokih performansi novog KXTF9 proizveden je od silicija s jednim čipom pomoću procesa dubokog reaktivnog ionskog jetkanja (DRIE) i zaštićen je zapečaćenom silikonskom kapom. Senzor radi na principu neuravnoteženosti diferencijalnog kapaciteta i poništavanja pomaka kako bi se smanjile pogreške uzrokovane proizvodnim procesom i utjecajima okoline. ASIC detektira i prevodi kapacitivne promjene u analogni napon proporcionalan ubrzanju, a zatim se komunikacija provodi preko standardnog I 2 C sučelja.

Ali ono što troosni akcelerometar KXTF9 izdvaja od mnogih standardnih uređaja je njegova jedinstvena značajka Directional Tap/Double-Tap, vodeća Kionixova inovacija koja omogućuje značajna poboljšanja korisničkog sučelja detekcije pokreta. Znak za otkrivanje KXTF9 Detekcija usmjerenog dodira / dvostrukog dodira (tap - lagani udarci, tapkanje) detektira unos jednim dodirom i dvostruki unos (dvostruki dodir), pruža informacije o osi ubrzanja i smjeru svakog efekta dodira, dopuštajući do 12 korisničkih naredbe definiranih funkcionalnosti

KXTF9 Usmjereni dodir/Dvostruki dodir aktivira se otkrivanjem ili brzog laganog dodira ili dvostrukog dodira bilo koje od 6 površina predmeta (±X, ±Y, ±Z). Ugrađeni algoritam omogućuje akcelerometru da istakne pojedinačne i dvostruke udarce i njihov smjer. Korisnici mogu koristiti ovih 12 jednostrukih/dvostrukih kucanja kao naredbe za stvaranje vlastitog jedinstvenog, inovativnog, snažnog i intuitivnog korisničkog iskustva. ASIC KXTF9 ima ugrađeni algoritam koji vam omogućuje stvaranje 12 naredbi koje se aktiviraju dodirom za implementaciju bilo koje korisničke funkcije. Na primjer, jedan dodir na površini telefona može pokrenuti govornu poštu, dok dvostruki dodir na njegovu stražnju površinu može aktivirati pristup Internetu. Ova je značajka u potpunosti programabilna.

Ugrađeni algoritam javlja promjene u kretanju uređaja, dopuštajući detekciju pokreta (aktivan algoritam) ili bez detekcije pokreta (neaktivan algoritam). Senzor podržava detekciju orijentacije i algoritme prekida. Značajka detekcije orijentacije pruža informacije o, na primjer, uvjetima pejzaža i portreta.

KXTF9 se napaja 1,8-3,6 V DC i ima standardno I 2 C izlazno sučelje.

Dizajn KXTF9 ima mogućnosti programiranja od strane korisnika dovoljne za prilagodbu uređaja širokom rasponu primjena: Brzina izlaznih podataka (ODR) koju može programirati korisnik s ADC pri korisnički definiranim brzinama uzorkovanja, 8- ili 12-bitna razlučivost po izboru korisnika, digitalna visokopropusni filtar s mogućnošću odabira granične frekvencije. Raspon ubrzanja korisnik može odabrati između sljedećih standardnih vrijednosti raspona: ±2, 0, ±4, 0, ±8, 0 g. Raspon radne temperature: -40... +85 °C.

Niskošumni žiroskop CRS09 Silicijski senzorski sustavi

Niskošumni žiroskop CRS09 Silicon Sensing Systems (slika 10) ima vodeće performanse u klasi, temperaturnu stabilnost i mogućnost odabira dva raspona detekcije s različitim karakteristikama: ±200°/s (CRS09-01 i CRS09-11) i ±100°/s s (CRS09-02, CRS09-12). Dizajn silikonskog MEMS žiroskopa kombiniran je s diskretnom elektronikom kako bi se osigurale visoke performanse. Nizak šum (srednja kvadratna vrijednost 0,03°/s rms u frekvencijskom pojasu 3-30 Hz) i visoka stabilnost omogućuju proizvođaču da preporuči ovu komponentu za zamjenu optičkih žiroskopa (FOG). Nelinearnost<±0, 1% полной шкалы, поперечная чувствительность - менее 2%.

Riža. 10. Žiroskop CRS09 Silicijski senzorski sustavi

Varijacije temperature navedene su na maksimum ±1% i služe za pomak< ±3°/с (CRS09-01 и CRS09-02) и < ±1°/с (CRS09-11 и CRS09-12). Рабочий температурный диапазон: -40... +85 °C.

Napon napajanja - 4,75-5,25 V. Izlaz - analogni (ne raciometrijski). Vrijeme aktiviranja nakon uključivanja (startanja) je manje od 0,5 s.

Primjene uključuju stabilizaciju zatvorene petlje, precizne instrumente zrakoplova

(AHRS) i drugi, kod kojih je niska razina buke jedan od ključnih zahtjeva.

Podaci o temperaturi silikonskog prstena i frekvenciji vibracija daju se kao dodatni izlazi, što omogućuje točniju karakterizaciju senzora kada je ugrađen u krug klijenta.

CMA3000

CMA3000 (Slika 11) je VTI-jev novi troosni akcelerometar dizajniran za detekciju pokreta i nadzor u prijenosnim uređajima potrošačke elektronike kao što su mobilni telefoni, uređaji za igre, sportska elektronika i drugi. Početkom 2009. godine, tijekom koje je planirana masovna proizvodnja uređaja, tvrtka je predstavila ovaj akcelerometar kao najmanji i najmanje troosni akcelerometar među poznatim svjetskim analozima. Dimenzije su mu 2x2x0,95 mm.

Riža. 11. CMA 3000 - troosni VTI akcelerometar temeljen na tehnologiji Chip-on-MEMS (CoM)

Potrošnja struje - do 10 µA pri frekvenciji uzorkovanja od 40 Hz, uz napon napajanja od 1,7-3,6 V.

Zajedničke značajke akcelerometara serije CMA3000 uključuju prilagodljive raspone od 2 g i 8 g, otpornost na udarce i RoHS kompatibilnost.

CMA3000-D01 sa SPI i I^2C digitalnim sučeljima optimizirani su za sustave male snage (7-70 µA). Akcelerometre također karakterizira frekvencija odziva koju može odabrati korisnik. Signali prekida mogu se pokrenuti informacijama o spremnosti podataka, kretanju i slobodnom padu.

CMA3000-A01 pruža tri kontinuirana raciometrijska analogna izlaza za integraciju u ADC sustave. Potrošnja struje ovih senzora je 180 µA.

CMA3000 ima novi koncept pakiranja za ovaj senzor, nazvan Chip-on-MEMS (CoM). MEMS i ASIC se proizvode na zasebnim podlogama, a zatim se, prema konceptu Chip-on-MEMS, ASIC čipovi (flip chips) postavljaju na vrh MEMS podloge. Slojevi su pričvršćeni na MEMS podlogu za preraspodjelu i izolaciju, kao i za vanjsko međusobno povezivanje, prije nego što se ASIC doda MEMS-u, pa su stoga ASIC čipovi izolirani slojem za pasivizaciju.

Pin 1 je označen na uobičajeni način.

CoM tehnologija pruža sljedeće značajke: smanjeni induktivitet vodiča, mala veličina čipova i kućišta, s debljinom profila manjom od 1 mm, mala težina, mogućnost izrade za automatsko lemljenje (uređaji za površinsku montažu).

Nije potrebno dodatno pakiranje. Komponente CMA3000 moraju se postaviti na ploču ili druge prilagođene podloge (kao što je keramika) u skladu s njihovom geometrijom i zalemiti. U tom slučaju preporučuje se automatsko pozicioniranje komponente.

Uzorci i ploče s uređajima ponuđeni su za izradu prototipova.

Akcelerometar sudara 7264G Endevco

Endevco 7264G crash akcelerometar još je jedan uređaj sljedeće generacije koji odražava napore tvrtke da poboljša uređaje na razini strukture senzora. Senzor 7264G mjeri g razine tijekom velikih udarnih opterećenja od približno 2000 g koristeći novu MEMS strukturu koja ima povećanu izdržljivost (otpornost na udarce do 10 000 g u svakoj od tri osi) za prigušivanje slabljenja rezonancije bez značajnog faznog pomaka. 7264G je namijenjen aplikacijama za unos frekvencije gdje se točnost mjerenja može poboljšati s novim uređajem.

Zaključak

U jednom članku, kao i obično, nemoguće je govoriti o svim novim ponudama komponenti, ažuriranjima linija vodećih proizvođača senzora kretanja, potvrđujući trendove razvoja ovog značajnog i opsežnog segmenta tržišta.

To vjerojatno nije potrebno - zbog činjenice da se ovaj segment tržišta neprestano razvija, može se pretpostaviti da će sljedeću generaciju senzora - 2010. - karakterizirati još veća funkcionalnost, više razine integracije funkcionalnih značajki - oba senzora položaja /koderi i MEMS -komponente, veća točnost, pouzdanost, optimalna cijena.

Popis tvrtki i web stranica:

NVE Corporation - ,

Magnetski upravljani logički čipovi koriste se u uređajima za razne namjene. Trenutno se najviše koriste univerzalni magnetski senzori položaja i pomaka. Dizajn senzora može biti različit, ali uvijek sadrži pretvarač magnetskog polja i magnetski sustav, otvoren ili zatvoren. Magnetski sustav može biti sastavni dio senzora ili može uključivati ​​određene elemente kontroliranog objekta. Najjednostavniji senzor sastoji se od magnetski upravljanog mikrosklopa (MCMC) i trajnog magneta postavljenog na pokretnu kariku kontroliranog objekta. Kada se magnet i MUMS približe određenoj udaljenosti, indukcija magnetskog polja postaje dovoljna da pokrene mikrokrug. Uklanjanje magneta uzrokuje njegovo prebacivanje u prvobitno stanje.

Pri razvoju senzora uzimaju se u obzir poznati obrasci djelovanja magnetskog polja, karakteristike permanentnih magneta, kao i utjecaj strukturnih elemenata na parametre senzora. Magnetski senzori koriste se u beskontaktnim tipkovnicama, motorima ventila, automatskim mrežnim zaštitnim uređajima, elektroničkim relejima i osiguračima, mjeračima frekvencije i smjera vrtnje osovine, pretvaračima kutova vrtnje, industrijskim, automobilskim i kućanskim automatiziranim sustavima, autostoperskim magnetofonima i električnim sviračima, itd. Slični senzori s rotirajućim cilindričnim zatvaračem koriste se u beskontaktnim prekidačima elektroničkog sustava paljenja automobila. Takav prekidač ima visoku radnu pouzdanost i trajnost.

Ako je nekoliko redova prozora postavljeno na zavjesu redoslijedom koji odgovara Grayevom kodu, tada je pomoću odgovarajućeg broja MUMS i magneta moguće implementirati 5-8-bitni linearni senzor pomaka ili „kod brzine vrtnje ” senzor. Za razliku od svjetlosnog senzora, magnetski senzor ne zahtijeva složen optički sustav te je pouzdaniji i ekonomičniji.

Na temelju magnetskog senzora mogu se napraviti zanimljivi elektromehanički uređaji za zaključavanje. Na cilindrično lice brave pričvršćen je magnet, tako da kada se okrene ključem, magnet se približava MUMS-u koji je fiksiran pored njega. Elektronička jedinica koja prima signal iz mikro kruga obavlja potrebno prebacivanje. Prekidači za paljenje automobila koji rade na ovom principu su praktični i vrlo pouzdani.

Korištenje MUMS kao senzora položaja rotora za elektromotore ventilskog tipa (bez četkica) postalo je široko rasprostranjeno. Najčešće je senzor položaja rotora nepomični prsten izrađen od nemagnetskog materijala, na kojem su 2, 3 ili 4 MUMS ravnomjerno postavljene po obodu (ovisno o broju dijelova namota polja). Mikrokrugovi padaju u praznine sustava upravljačkih magneta koji se okreću s osovinom. Rotor elektromotora je višepolni trajni magnet, a višedijelni namot polja igra ulogu statora. Rotirajuće magnetsko polje namota polja formira se beskontaktnim prekidačem prema naredbama senzora položaja rotora. U ovom slučaju, jedan mikro krug upravlja, u pravilu, jednim od dijelova pobudnog namota. Korištenje MUMS u senzoru položaja rotora omogućuje kontrolu frekvencije vrtnje elektromotora bez četkica u vrlo širokom rasponu - od nekoliko okretaja u minuti do 60 000 takvih motora vrlo su obećavajući za izravni pogon električnih svirača i magnetofona. jer imaju dug radni vijek (do 10 000 sati), kompaktni su i tihi; njihova učinkovitost doseže 70%.

Beskontaktni elektronički releji stvoreni su pomoću MUMS-a. Magnetski sustav i namot takvog releja u osnovi su isti kao i kod konvencionalnog elektromagnetskog, ali nema armature i s njom povezanih kontakata. Zamjenjuju ih mikrokrug instaliran u razmak magnetskog kruga i tranzistorsko strujno pojačalo. Izvršna jedinica releja, izrađena od snažnih tranzistora ili tiristora, može se projektirati za veliku sklopljenu struju (ili napon). U isto vrijeme, veličina releja ostaje relativno mala.

Slični uređaji mogu se koristiti za elektroničku zaštitu strujnih krugova opreme od preopterećenja i kratkih spojeva. Ako je potrebno zaštititi strujne krugove velike struje (do 1000 A), oko žice upravljanog kruga postavlja se prstenasti koncentrator od transformatorskog čelika. MUMC se postavlja u raspor koncentratora. Prekoračenje struje kroz kontrolirani vodič iznad postavljenog praga dovodi do prebacivanja mikro kruga i rada aktuatora. Prednosti takvih relejnih uređaja su potpuna izolacija upravljačkih i izvršnih krugova, velika brzina (desetinke mikrosekunde) i svojstvena sigurnost.

Na temelju MUMS-a moguće je izraditi prikladne i pouzdane dizajne upravljačkih elemenata. Pomicanje ručke uređaja, u čijoj je bazi postavljen trajni magnet, u jedan od krajnjih položaja dovodi do prebacivanja odgovarajućeg mikro kruga i prijenosa odgovarajuće naredbe.

Treba napomenuti da se MUMS može koristiti u mnogim slučajevima u kojima se koriste reed prekidači. Međutim, u usporedbi s reed prekidačima, magnetski upravljani mikrosklopovi su manjih dimenzija, imaju veću mehaničku čvrstoću i stabilnost, nemaju poskakivanje kontakta prilikom prebacivanja i 10 puta su brži i pouzdaniji.

Zanimljive mogućnosti pruža korištenje MUMS-a u otkrivanju grešaka. Kao primjer možemo razmotriti dizajn glave za detektor prekinutih žica u užetu. Ovi uređaji su prijeko potrebni rudarima, građevinarima, operaterima žičara, dizala itd. Princip njihovog rada temelji se na snimanju lutajućeg magnetskog polja koje se javlja oko užeta. Indukcija polja lutanja duž užeta je relativno mala - oko 15 mT. Stoga se osjetljivost glave povećava uvođenjem magnetskog koncentratora u sustav. Sastoji se od dva prstena s plohama zakošenim prema unutra, au međuprostoru se nalaze MUMS. Razmak je određen debljinom strugotine i trebao bi biti što manji. Za ugradnju koncentratora na uže, koncentrirajući prstenovi se mogu odvojiti (svaki se sastoji od dva poluprstena). Polje koje stvara magnetski sustav magnetizira kontrolirani dio užeta između polova. U nedostatku defekta užeta, oko njega se u ovom području pojavljuje jednolično polje raspršenja. Prilikom pomicanja glave duž takvog užeta, MUMS se ne prebacuje. Kada se žice u užetu prekinu, dolazi do deformacije magnetskog polja lutanja, što mikrokrug registrira, a razina napona na njegovom izlazu se mijenja. Glava se može postaviti na okidanje kada je određeni broj žica prekinut i na određenu dubinu. Njegova osjetljivost gotovo ne ovisi o brzini kretanja glave duž užeta, što vam omogućuje da ga provjerite dok se krećete i zaustavite glavu tražila na mjestu gdje je otkriven kvar.

Glavne prednosti magnetski upravljanih mikro krugova u usporedbi s drugim pretvaračima fizičkih (neelektričnih) veličina su jednostavnost pružanja gotovo idealne mehaničke, električne, toplinske i druge vrste izolacije mjernih i upravljačkih krugova od upravljačkih objekata, kao i veliki dinamički raspon i mogućnost izravnog sučelja sa standardnim logičkim čvorovima.

Industrijski proizvedeni integrirani logički čipovi K1116KP1, K1116KP2, K1116KPZ, K1116KP4, K1116KP7, K1116KP8, K1116KP9 i K1116KP10 su elektronički ključevi kontrolirani magnetskim poljem. Mikrokrugovi ove serije su uređaji s niskim stupnjem integracije, koji u jednom kristalu silicija sadrže pretvarač magnetskog polja i elektronički uređaj za pojačavanje i obradu signala. Pretvarač magnetskog polja je integralni Hallov element s 4 elektrode, čiji se princip rada temelji na pojavi EMF-a na dvije uzdužne elektrode, izravno proporcionalan umnošku jakosti magnetskog polja i struje koja teče kroz poprečne elektrode. Mikrosklopovi su proizvedeni korištenjem epiplanarne tehnologije i pakirani su u plastično pakiranje od 3-5 žica s krutim ravnim vodovima. Izgled i crteži kućišta prikazani su na slici. Točkasti kvadrat na crtežima označava položaj zone osjetljivosti Hall elementa (dimenzije zone za mikro krugove K1116KP9 i K1116KP10 su 1,5X 1,5 mm). Na temelju reakcije na utjecaj vanjskog magnetskog polja, mikrosklopovi se dijele na unipolarne, čija razina izlaznog napona ovisi o vrijednosti indukcije magnetskog polja jednog polariteta, i bipolarne, čija razina izlaznog napona ovisi o oba vrijednost indukcije i predznak (polaritet) djelujućeg magnetskog polja.

Unipolarni mikro krugovi K1116KP1, K1116KPZ, K1116KP9, K1116KP10 imaju izravan izlaz, signal na kojem, u nedostatku magnetskog polja, odgovara logičkoj razini 1. Kada se indukcija vanjskog magnetskog polja poveća na vrijednost B> V SRAB , mikrosklop se prebacuje i razina signala na njegovom izlazu naglo se mijenja na logičku nulu. Unipolarni mikro krug K1116KP2 ima inverzni izlaz, na kojem se pojavljuje logička razina 1 kada je izložena magnetskom polju s indukcijom. Kako se temperatura unipolarnih mikrosklopova povećava, povećava se vrijednost indukcije/otpuštanja. Kako se temperatura bipolarnih čipova povećava, indukcija otpuštanja se smanjuje. Temperaturni koeficijent promjene indukcije aktiviranja i otpuštanja kreće se od 0,01 do 0,05 mT/°C, ovisno o vrsti mikrokruga. Povećana otpornost na buku mikro krugova osigurana je prisutnošću histereze (s indukcijom od 39 mT) u karakteristici prebacivanja.

Mikrokrugovi serije K 1116 dizajnirani su za povezivanje s digitalnim integriranim krugovima tipova RTL, DTL, TTL, ESL, TLL i CMOS struktura. Jedna od mogućih shema spajanja prikazana je na slici. Minimalni otpor u omima otpornika R1 određen je formulom R1min > Ucom / Io out. max, gdje je Ucom sklopni napon, I o out. max - maksimalna izlazna struja niske razine.

Mikrokrugovi K1116KP1 i K1116KP2 imaju dva izlaza zajedničkog načina rada s otvorenim kolektorom i stroboskopskim ulazom (pin 3) Kada se na ovaj ulaz primijeni stroboskopski impuls razine 0, razina izlaznog napona neće ovisiti o utjecaju vanjskog izvora. magnetsko polje, tj. "funkcija" će biti implementirana" Ako se stroboskopski ulaz ne koristi, on mora biti spojen na pozitivnu žicu napajanja.