为什么AMR传感器是高精度位置测量的绝佳选择

Benjamin Reiss

测量移动和旋转元件位置的最佳传感器类型是什么？

如今，有许多不同的方法来测量移动和旋转元件的位置。除了光学编码器、霍尔传感器和旋转变压器外，还使用基于磁阻效应的磁传感器。存在巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）效应以及各向异性磁阻（AMR）效应，本文将进一步探讨。

ADI公司的ADA4570 AMR传感器利用了铁磁材料的特性，其中电阻取决于磁化方向，这是William Thomson（开尔文勋爵）在1851年左右发现的一种现象：

其中α是磁化方向与电流方向之间的角度。

为了在线性位移测量中获得最佳传感器响应，传感器的放置使磁体和传感器位于同一平面上，并且磁体的中心与传感器的中心对齐。由于AMR传感器无法区分北极和南极，因此无法改变磁体的位置。

图1.线性位移测量（左）、离轴测量（中）和轴端测量（右）。

对于旋转元件，所谓的离轴或轴端配置很常见。在离轴配置的示例中（见图 1），传感器正弦/余弦输出重复每个磁极的绝对信息，例如，45 极对磁体为 4°。

在轴端配置中（见图 1），传感器位于旋转偶极磁体下方;在这里，北极和南极在磁体中心上方形成均匀的磁场。传感器的位置使磁场和要测量的元件位于同一平面上。典型应用是无刷直流电机中的转子位置测量和控制。对于典型的180°角度传感器的AMR传感器，电机必须是偶极对电机;具有奇数个极对的电机需要 360° 信息进行换向。与同样用于电机控制的传统霍尔传感器相比，ADA4570和ADA4571等AMR传感器具有更高的精度。它们还可以减少转矩脉动，并在启动后或怠速状态下提供真正的绝对位置信息，无论电机位置如何。

ADI公司的AMR技术通过两个惠斯通电桥测量角度，其中一个电桥相对于另一个旋转45°（见图2）。角度通过正弦和余弦函数计算，表示相对于传感器从0°到180°的方向（ADA4570）。

在AMR传感器中，区分电角度和机械角度。由于AMR传感器的工作原理和前面描述的惠斯通电桥之间的45°角，可以通过公式2在180°机械旋转范围内测量绝对角度。电周期在偶极磁体的 360° 旋转中重复两次。鉴于AMR传感器在饱和状态下工作，绝对磁场强度与存在的某个最小磁场强度无关，从而在使用强磁体时允许强大的系统。

图2.ADA4570、ADA4571 和 ADA4571-2 AMR 配置，惠斯通电桥彼此成 45° 角。

除了光学传感器、霍尔传感器和旋转变压器之外，磁传感器还为在许多不同的应用中以高精度和稳健性测量位置提供了进一步的优雅解决方案。ADI公司为此提供了多种可能性，例如需要冗余的ADA4570、ADA4571和ADA4571-2。

审核编辑：郭婷