ТРИТОН-электронные компоненты

Поставка электронных компонентов - 718-84-05
Тритон-электронные компоненты

 

www.trt.ru

 

 

 

 


RFM

Обзор магниторезистивных полупроводниковых датчиков
NXP Semiconductors

 

Магниторезистивные датчики фирмы NXP Semiconductors разработаны на основе эффекта изменения ориентации намагниченности М внутренних доменов в слое пермаллоя (NiFe) под воздействием внешнего магнитного поля H. Сопротивление пермаллоя зависит от угла (a) между направлением тока и вектором намагниченности M (см. рис.1). Так, если угол равен 90°, то сопротивление датчика минимально. С уменьшением угла вплоть до 0° сопротивление возрастает.


Рисунок 1. Принцип магниторезистивного эффекта.

Магниторезистивные датчики компании NXP имеют следующие особенности:
•  датчики реагируют на направление поля, а не на силу поля, как в эффекте Холла (Hall-Effect);
•  чувствительной зоной в сенсоре является область с максимальным насыщением напряженности поля, поэтому достигаются: независимость от магнитного дрейфа (life time); независимость от механических допусков (расстояния между магнитом и датчиком); независимость от механических изменений, вызванных тепловым напряжением; высокая стабильность по температуре; расширенный температурный диапазон от –40°C до +160°C.

Магниторезистивные датчики могут с успехом применяться для:
•  измерения частоты вращения (АБС, КПП, управление двигателями и т.д.);
•  измерения угловой координаты (посудомоечные машины, робототехника, вильчатые подъемники, регулируемые сидения, рулевое управление, регулировка фар и т.д.);

 

Типы сенсоров NXP , произведенных по магниторезистивной технологии.

Измерение частоты вращения.  

Принцип измерения частоты изображен на рисунке 2. На нем видно, что сигнал с выхода датчика изменяется в зависимости от положения зубца металлической шестеренки, т.к. меняется направление линий магнитного поля. Таким образом, на каждый зуб шестеренки приходится один период изменения сигнала с выхода датчика. Обработав такой сигнал аппаратными или программным способом, можно легко подсчитать частоту вращения металлической детали с зубцами.


Рисунок 2. Принцип измерения частоты.


Для измерения частоты вращения предназначаются датчики KMI15, KMI16, KMI18.

Датчики поставляются в комплекте с магнитом.

      

 

Таблица 1. Датчики для измерения частоты вращения

Тип

Рабочий зазор, мм

Размер магнита , мм

Рабочая температура , °C

Тип выхода

Корпус

KMI15/1

2,5

8,0 x 8,0 x 4,5

–40...85

токовый

SOT453

KMI15/4

2

5,5 x 5,5 x 3,0

–40…85

токовый

SOT454

KMI15/2

2,5

3,8 x 2,0 x 0 , 8

–40…85

токовый

SOT455

KMI16/1

2,5

8,0 x 8,0 x 4 ,5

–40…150

откр коллектор

SOT477

KMI18 /2

2,5

3,8 x 2,0 x 0 , 8

–40…150

откр коллектор

SOT477 A

KMI18 /4

2,5

5,5 x 5,5 x 3 , 0

–40…150

откр коллектор

SOT477 A

 

Измерение угловой координаты.

Принцип измерения углов и выходной сигнал сенсора показан на рисунке 3. Видно, что сигнал имеет форму синуса. Благодаря этому датчик позволяет измерять углы в диапазоне ±45°. Если же взять два датчика и разместить их под углом 45° относительно друг друга, то на выходе такого сенсора будет два сигнала – синус и косинус, что позволит расширить диапазон измеряемых углов до ±90°.


Рисунок 3 Принцип измерения угловой координаты.

Для измерения углового положения производятся датчики KMZ41, KMZ43 и KMA200, KMA199E.

Обработку сигналов с датчиков KMZ41, KMZ43 рекомендуется выполнять на чипах UZZ9000 и UZZ9001. Например, связка из KMZ41 и UZZ9000 позволяет добиться следующих результатов:
•  механическая надежность;
•  диапазон измеряемых углов ±90 °;
•  высокая точность: абсолютная ошибка 0,6° – 1,2° (зависит от температуры);
•  относительная ошибка менее 0,6%; разрешение более 0,05°.

Наиболее эффективными из датчиков углового положения компании NXP являются программируемые сенсоры KMA200 и KMA199E. Они содержат не только чувствительные элементы, но и сигнальный процессор. Сенсоры KMA 200 и KMA199E рекомендуется для автомобильных применений: контроля углового положения дросселя и педалей в автомобиле.

Отличительные особенности KMA200:
•  защита от переплюсовки питания до 16,5В
•  максимальное превышение напряжения 32В (400мс)
•  отключение функций при превышении напряжения питания
•  4 аналоговых и 2 цифровых выхода (конфигурируемых пользователем)
•  EEPROM (программируемая пользователем)
•  автоматическая настройка смещения нуля
•  Программируемый диапазон измерения угла до 180°
•  Диапазон рабочих температур от –40°С до +160°С
•  Подстройка смещения нуля
•  Встроенная диагностика «на ходу» для всех основных функциональных блоков
•  Функция отключения при постоянном превышенном напряжении

Функции диагностики:
• Контроль потери магнита
• Контроль температуры
• CRC для EEPROM и RAM
• Детектор сбоя генератора
• Сторожевой таймер

   


Ввиду того, что для некоторых приложений KMA200 выглядит несколько избыточным (не всегда нужны расширенные функции диагностики и защита от перенапряжения и переполюсовки), был разработан упрощенный датчик KMA 199Е.

Основные отличия KMA199Е от KMA200:
•  отсутствие диагностики (только CRC)
•  1 аналоговый выход (цифровой отсутствует)
•  Нет защиты от перенапряжения и переполюсовки
•  3-х выводной корпус
•  Более низкая стоимость

Сравнение KMA200 и KMA199E

 

KMA200

KMA199E

Защита от перенапряжения

26,5 В

Гальваническая развязка отсутствует. Импульсы спарены.

Защита от переполюсовки

- 16,5 В

Гальваническая развязка отсутствует. Импульсы спарены.

Количество выходов

2 аналог. / 1 цифр.

1 аналог.

Рабочая температура

-40 .. +160 ° С

-40 .. +160 ° С

Линейная погрешность

±1,65 °

±1,55 °

Функции диагностики

Полный набор функций

•  CRC при включении
•  Контроль потери магнита
•  Контроль потери питания

 

Подводя итоги, хочется порекомендовать, российским инженерам более активно использовать разнообразные сенсоры в своих разработках. Одним из хороших примеров может служить отечественный автопром, где наконец-то все чаще активно используются разработки в области электронной техники. Будем надеяться, что это обстоятельство позволит улучшить потребительские качества отечественных автомобилей в ближайшем будущем. Так, например, несколько компаний уже выпускают датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) на сенсоре KMA199. Об этом можно почитать на http://www.zr.ru/articles/44140.

Владимир Захаров

Daname.DesignLab
(495) 668-26-46                 © Тритон-электронные компоненты 2005                triton@trt.ru