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磁阻角度和线性位置测量

ADI?? 2015年08月11日 ?? 收藏1

线性位置测试结果

创建增量线性位置测量系统时,只需进行极少量的修改。 采用由一系列变化的南北极组成的多极条状磁体代替现有磁体,如图13所示。

图13. 线性位置测量磁体、PCB和传感器
图13. 线性位置测量磁体、PCB和传感器

随着传感器沿与磁体平行方向移动,每转过磁极长度的180°,它都会检测磁场。 磁极长度(P)和传感器的角度精度(0.05°)确定理论精度(Δx)。

这样便形成了仅有一个磁极长度的绝对测量系统。 若磁体有多个磁极,则对通过的磁极进行计数可获得更精确的读数。 传感器与磁体的理想距离是磁体磁极长度的一半。

通过在数显卡尺的臂上安装磁体,测试EVAL-CN0368-SDPZ PCB。 安放EVAL-CN0368-SDPZ PCB,使其ADA4571 AMR传感器(U5)正面与磁体正面垂直。 当磁体移动时,数显卡尺显示移动的距离,精度达0.0005英寸。 同时,磁力线与传感器相交,提供可用输出范围。 图14是该设置的功能框图,图15是该设置的照片。

图14. 线性测量的数据采集测试设置
图14. 线性测量的数据采集测试设置

图15. 基准测试设置照片
图15. 基准测试设置照片

该设置采用了长度为2英寸的磁体,放置位置离开传感器1英寸。 建议用于线性运动检测的传感器至磁体气隙等于磁体磁极长度的一半。 通过沿x轴移动磁体来采集数据,并将评估软件读数与卡尺数字显示屏的读数做比较。 图16显示1.0英寸范围内记录的输出位置误差。 整个范围内的误差为±2密耳。

图16. 磁场位置误差: 1.0英寸范围
图16. 磁场位置误差: 1.0英寸范围

将测量范围限制在0.4英寸可获得更好的测量结果。 注意,0.4英寸与图8所示的三角波的线性部分重合,并将测量限制在30°范围内。 对此更改范围应用新的增益校正系数,可获得±1密耳的误差,如图17所示。

图17. 磁场位置误差: 0.4英寸范围
图17. 磁场位置误差: 0.4英寸范围

传感器放在磁体本体的中央,如图18所示。当传感器相对磁体上下移动时,会产生一个常见误差源——垂直对齐误差。

图18. 基准测试设置照片: 垂直对齐误差
图18. 基准测试设置照片: 垂直对齐误差

图19显示了传感器与磁体在垂直方向上未对齐所造成的误差。 测试将PCB上移或下移0.25英寸和0.5英寸,然后获取数据。 对于1.0英寸测量范围,将目标上移或下移0.25英寸会给计算增加数密耳的误差。 上移或下移0.5英寸会使测量情况更糟,原始读数的误差会增加数十密耳。

图19. 磁场位置误差: 垂直对齐误差
图19. 磁场位置误差: 垂直对齐误差

通过调整增益校正系数,可以减小这些误差,但无法完全消除。 增大与磁体的距离会对磁场强度产生不利影响,磁力线的方向会使得某些数据不可恢复。

第二个常见的误差源是旋转对齐误差,如图20所示。 虽然传感器和磁体相对于垂直轴上定位理想,但传感器与磁体的正面并不平行。

图20. 基准测试设置照片: 旋转对齐误差
图20. 基准测试设置照片: 旋转对齐误差

图21显示了与旋转对齐误差有关的读数。 绿线显示了平行配置所记录的误差,红线和蓝线显示了传感器相对于磁体正面左右旋转所带来的额外误差。

图21. 磁场位置误差: 旋转对齐误差
图21. 磁场位置误差: 旋转对齐误差

最后一个常见的误差源是传感器至磁体距离,如图22所示。传感器与磁体的理想距离是磁体长度的一半。 增大或减小该距离都会导致数据组误差。 图22显示了磁体和传感器相距太近的基准测试设置。

图22. 基准测试设置照片: 平面距离变化
图22. 基准测试设置照片: 平面距离变化

磁体与传感器的距离先后设置为0.1英寸、0.5英寸和1英寸,然后获取数据。 图23显示了不同配置相关的误差。

图23. 磁场位置误差: 平面距离变化
图23. 磁场位置误差: 平面距离变化

通过调整增益校正系数,可以减小这些误差,但无法完全消除。 增大或减小与磁体的距离会对磁场强度产生不利影响,磁力线的方向会使得某些数据不可恢复。

图24是LabVIEW评估软件的屏幕截图,该软件可用于角位置应用的一切读数显示与计算。 图25是线性测量选项卡的屏幕截图。

图24. CN0368评估软件旋转测量选项卡屏幕截图
图24. CN0368评估软件旋转测量选项卡屏幕截图

图25. CN0368评估软件线性测量选项卡屏幕截图
图25. CN0368评估软件线性测量选项卡屏幕截图

校准期间确定每个惠斯登电桥的最大和最小电压输出(VMAX和VMIN)。 了解这些数值可以更精确地将电压映射到数字码。 通过选择校准方法下拉框,用户可以有两种方法确定VMAX和VMIN值。

第一种方法是在磁激励360°旋转时,软件确定VMAX和VMIN。 随后,软件计算各通道的失调电压值,并使用这些值来确定磁场角度。

第二种方法是在磁激励360°旋转时,软件确定VMAX、VMIN和VTEMP。 然后在不同的温度下重复该步骤。 软件使用这些变量计算各通道的失调电压和温度相关性,进而计算磁场角度。

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