Benjamin Reiss

測量移動和旋轉元件位置的最佳傳感器類型是什么？

如今，有許多不同的方法來測量移動和旋轉元件的位置。除了光學編碼器、霍爾傳感器和旋轉變壓器外，還使用基于磁阻效應的磁傳感器。存在巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）效應以及各向異性磁阻（AMR）效應，本文將進一步探討。

ADI公司的ADA4570 AMR傳感器利用了鐵磁材料的特性，其中電阻取決于磁化方向，這是William Thomson（開爾文勛爵）在1851年左右發現的一種現象：

其中α是磁化方向與電流方向之間的角度。

為了在線性位移測量中獲得最佳傳感器響應，傳感器的放置使磁體和傳感器位于同一平面上，并且磁體的中心與傳感器的中心對齊。由于AMR傳感器無法區分北極和南極，因此無法改變磁體的位置。

圖1.線性位移測量（左）、離軸測量（中）和軸端測量（右）。

對于旋轉元件，所謂的離軸或軸端配置很常見。在離軸配置的示例中（見圖 1），傳感器正弦/余弦輸出重復每個磁極的絕對信息，例如，45 極對磁體為 4°。

在軸端配置中（見圖 1），傳感器位于旋轉偶極磁體下方;在這里，北極和南極在磁體中心上方形成均勻的磁場。傳感器的位置使磁場和要測量的元件位于同一平面上。典型應用是無刷直流電機中的轉子位置測量和控制。對于典型的180°角度傳感器的AMR傳感器，電機必須是偶極對電機;具有奇數個極對的電機需要 360° 信息進行換向。與同樣用于電機控制的傳統霍爾傳感器相比，ADA4570和ADA4571等AMR傳感器具有更高的精度。它們還可以減少轉矩脈動，并在啟動后或怠速狀態下提供真正的絕對位置信息，無論電機位置如何。

ADI公司的AMR技術通過兩個惠斯通電橋測量角度，其中一個電橋相對于另一個旋轉45°（見圖2）。角度通過正弦和余弦函數計算，表示相對于傳感器從0°到180°的方向（ADA4570）。

在AMR傳感器中，區分電角度和機械角度。由于AMR傳感器的工作原理和前面描述的惠斯通電橋之間的45°角，可以通過公式2在180°機械旋轉范圍內測量絕對角度。電周期在偶極磁體的 360° 旋轉中重復兩次。鑒于AMR傳感器在飽和狀態下工作，絕對磁場強度與存在的某個最小磁場強度無關，從而在使用強磁體時允許強大的系統。

圖2.ADA4570、ADA4571 和 ADA4571-2 AMR 配置，惠斯通電橋彼此成 45° 角。

除了光學傳感器、霍爾傳感器和旋轉變壓器之外，磁傳感器還為在許多不同的應用中以高精度和穩健性測量位置提供了進一步的優雅解決方案。ADI公司為此提供了多種可能性，例如需要冗余的ADA4570、ADA4571和ADA4571-2。

審核編輯：郭婷