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用于工业和运输市场的电感式位置传感器
  2024-10-14   

作者:Bob Card   安森美ASG市场部经理

来源:Embedded Computing Design

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随着我们世界越来越多的方面实现自动化,运动控制的重要性与日俱增。要有效地驱动电机,必须要有描述速度和位置的控制输入。然而,目前有不同的传感技术,每种技术都有不同的特性和应用。

在这篇技术文章中,我们将比较不同的旋转传感技术,并讨论选择这些技术的原因。然后,我们将介绍市场上的一些最新设备。


位置传感的应用

位置传感的应用正在迅速增长,因为越来越多以前的手动流程正在实现自动化,以达到更高的精度、更好的产量和更低的运营成本。事实上,只要有某种形式的运动,就会有传感器向控制器提供位置信息。

工业 4.0 推动了工业市场自动化领域的许多进步。机器人技术正变得越来越普遍,可以实现全天候 "熄灯 "操作,不会疲劳或出错--在这里,每个运动轴都需要一个传感器。在传统工厂中与人类并肩工作的 "协作机器人 "也是如此。

如今,许多部件都是由机器制造的,包括计算机数控(CNC)机、激光切割机或 3D 打印机。每种机器都有活动部件,需要精确的位置控制才能达到质量目标。成型后,材料通常通过自动材料处理或传送带移动,因此同样需要位置传感。

在工厂环境之外,移动病人或扫描仪的大型医疗设备也需要位置控制。此外,由于机器人现在可以进行外科手术,因此也需要非常精确的控制。

在运输领域,运动存在于每一个应用中,位置传感技术既适用于传统车辆,如火车、农用机械和建筑设备,也适用于较新的应用,如仓储中的自主移动机器人(AMR),以及正在使用的数以千计的无人机。

随着乘用车在各种推进形式(内燃机(ICE)、电动车(EV)和混合动力车)中的电气化程度越来越高,机械控制方案正被 "线控驱动 "和 "线控转向 "等系统所取代。要使这些系统运行,油门踏板(加速器)的位置必须传递给电子控制单元(ECU),或将方向盘传递给转向控制系统。

位置传感技术的控制范围几乎遍及车辆运行的所有方面,在悬挂部件(用于水平调节和行驶控制)、动力传动系统以及电动车窗、天窗和门锁等方面也能发现位置传感技术的身影。


位置传感技术比较

用于旋转位置传感的三种主要技术是光学、磁性和感应式,每种技术都有不同的工作模式、优缺点和应用。

光学编码器通常被认为是最精确的编码器(尽管并非在所有情况下都是如此),其工作原理是将光穿过带孔的圆盘。当圆盘旋转时,光脉冲可检测到运动。

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通常情况下,这些设备用于对精确度要求极高的应用场合,如精密机器人和数控车床或激光切割机等机床。虽然磁编码器精度高且对磁场不敏感,但它们对振动和磁盘上的污垢很敏感,这可能会使它们失去作用。

磁编码器往往精度较低,主要用于对成本非常敏感的应用。在存在振动或污染的情况下,磁编码器的性能很好,但它们明显受到外部磁场的影响,这限制了它们的适用性。

与磁性编码器相比,电感编码器的精度更高。它们能够处理高水平的振动和污染,并且对磁场不敏感。其他优势还包括可重复性、对温度不敏感、元件数量少、体积小以及不需要磁铁形式的稀土材料。

随着自动化变得无处不在,人们越来越需要能够感知旋转电机的位置。为此,出现了各种技术,包括光学、磁性和感应式。光学技术精度高,但价格昂贵且易受污染物影响。磁性技术成本低,但容易受磁场影响。

电感式正成为首选,随着双电感式传感器的出现,现在有可能以更具成本效益的方式制造出具有光学级精度的传感器。


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