Магнитные датчики положения, особенно датчики угла, играют важную роль в различных отраслях промышленности, обеспечивая точное позиционирование в автомобилестроении, робототехнике, медицинских приборах и бытовой электронике. При выборе подходящего типа датчика для конкретного применения стоит обратить внимание на два ключевых параметра: точность и разрешение.

• Точность означает разницу между измеренным значением и истинным значением. В случае датчиков положения она определяет, насколько точно результат измерения угла отражает фактический угол.
• Разрешение определяет наименьшее изменение измеряемого параметра, которое способен обнаружить датчик. В магнитных датчиках положения это наименьшее изменение угла, заметное датчику. Этот параметр оценивает чувствительность датчика к микроскопическим изменениям положения. Датчик высокого разрешения может обнаружить даже малейшие изменения положения.

Стоит отметить, что высокое разрешение не означает автоматически высокую точность. Датчик может быть очень чувствителен к небольшим изменениям положения (обеспечивать высокое разрешение), но может быть неточным, если результаты измерений систематически отклоняются от истинного значения.

Точно так же датчик может быть очень точным, регулярно выдавая показания, близкие к истинному значению, но из-за своего низкого разрешения он может быть не в состоянии обнаружить небольшие изменения положения. Поиск баланса между разрешением и точностью является непростой задачей для инженеров, в зависимости от требований конкретного устройства.

Проектировщик должен хорошо понимать, какие параметры схемы можно настроить для повышения точности или разрешения датчика и как производители представляют их в технических характеристиках. К сожалению, за каждое улучшение параметра приходится платить определенную цену, и то же самое относится и к увеличению разрешения или точности. Поиск правильного баланса между этими двумя параметрами требует тщательной оценки различных компромиссов.

Для увеличения разрешения важно минимизировать шум. Для его уменьшения можно использовать усредняющий выходной фильтр, который улучшает разрешение за счет сглаживания случайных колебаний показаний датчика. К сожалению, этот тип фильтра также уменьшает полосу пропускания, а это означает, что реакция на ускорения будет пропорционально задерживаться. Если окно фильтра установлено слишком широко, это может привести к плохой реакции на положение и увеличить риск нестабильности в контуре сервоуправления. Основной принцип магнитных датчиков угла на эффекте Холла заключается в том, что получение дополнительных полбит разрешения одновременно предполагает уменьшение вдвое полосы пропускания.

Повышения точности (или снижения интегральной нелинейности – INL) можно добиться посредством калибровки. Калибровка выхода датчика после его установки в схему позволяет компенсировать влияние механических допусков и дефектов магнита, оставляя только температурный дрейф в качестве основного фактора, влияющего на нелинейность. Однако это влечет за собой увеличение расходов. Калибровка требует времени, ресурсов и опыта, что приводит к увеличению производственных затрат.

Когда требуется высокое разрешение, широкая полоса пропускания или низкая нелинейность INL (например, <0,1°), специализированные датчики угла, например такие как MA600, могут обеспечить превосходный баланс производительности и цены. Эта система предлагает более широкую полосу пропускания и более высокое разрешение, чем датчики Холла, и в то же время намного дешевле, чем оптический энкодер. Поскольку MA600 основан на туннельном магнитосопротивлении (TMR), его уровень шума намного ниже, чем у датчиков на эффекте Холла. Это обеспечивает относительно широкую рабочую полосу пропускания.

В техническом паспорте производителя представлена подробная информация не только о точности и разрешении датчика, но и о других ключевых параметрах, таких как диапазон рабочих температур, напряжение питания, ток покоя и диапазон магнитной индукции.

Некоторые производители указывают разрешение для диапазона шума 1, что означает, что минимальное изменение угла можно обнаружить только в 68% случаев. При этом MPS задает разрешение для диапазона шума ±3 – это гарантирует, что разница между двумя углами будет определена правильно в 99,7% случаев. Не все производители придерживаются такого консервативного подхода, поэтому им проще представить более высокое разрешение датчика, игнорируя диапазон шума ±3.

С другой стороны, точность (INL) является довольно явным параметром, и существует меньше возможностей скрыть её фактическое значение. Правда необходимо учитывать диапазон температур, для которого она определяется. Калибровка может уменьшить INL, вызванное механическими или магнитными допусками, но гораздо сложнее калибровать с учетом температурного дрейфа.

Таким образом, выбор подходящего магнитного датчика для конкретного применения требует хорошего понимания компромисса между точностью, разрешением и другими параметрами схемы. Инженерам также необходимо понимать, как оптимизировать эти параметры, чтобы обеспечить оптимальную производительность датчиков, сохраняя при этом затраты под контролем.