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Zuverlässig und präzise

Magnetischer Hall-Encoder für verbesserte Positionserfassung

27. Mai 2011, 11:01 Uhr | Von Andreas Pfingstl

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Diametral magnetisierter Magnet als zentrale Komponente

Das wichtigste dabei benötigte externe Bauteil ist ein einfacher zweipoliger, diametral magnetisierter Magnet, der parallel zum Encoder-IC angeordnet wird (On-Axis-Anwendungen). Änderungen des Magnetfeldes in Folge einer Drehbewegung des Magneten erzeugen in vier integrierten Hall-Elementen vier sinusförmige Wellenformen, wobei jede Phase gegenüber der benachbarten Phase um 90° verschoben ist (Bild 1). Magnetische Encoder sind daneben auch in der Lage, lineare Bewegungen zu erfassen.

Die Differenzverstärkung zweier gegenüberliegender Sensoren erzeugt zwei um 90° phasenverschobene Signale mit doppelter Amplitude. Diese beiden analogen Signale werden digitalisiert und dann weiterverarbeitet. In den magnetischen Encodern von austriamicrosystems wandelt ein auf dem Chip integrierter CORDIC (COordinate Rotation DIgital Computer; Digitaler Koordinatenrechner) die variablen Daten zur Stärke des Magnetfeldes in einen einfachen Winkelauslenkungswert um, wobei Geschwindigkeiten bis zu 80.000 U/min und Auflösungen bis zu 12 bit (Winkelauflösung: 0,09°) unterstützt werden. Die Encoder können dabei in einem Temperaturbereich von –40 bis +150 °C eingesetzt werden.

Durch die Differenzverstärkung der Sensorsignale bieten die magnetischen Encoder von austriamicrosystems zwei wichtige Vorteile:

Das Messergebnis wird nicht aus der Amplitude des Signals abgeleitet, sondern aus den Phasenänderungen. Dies bedeutet, dass Veränderungen in der Flussdichte des Magneten aufgrund von Temperaturänderungen oder Unterschiede im Abstand zwischen Magnet und IC keinen Einfluss auf das Ausgangssignal des Sensors haben. Daneben hat auch die Temperatur-Drift der Hall-Elemente keine Auswirkungen auf die Messung.
Die Sensoren sind unempfindlich gegen magnetische Streufelder und benötigen daher keine Abschirmung.

Den speziellen Bedürfnissen von Entwicklern im Automotive-Bereich trägt austriamicrosystems durch eine breite Palette von Systemschnittstellen einschließlich SPI, PWM, Analog und SENT Rechnung sowie durch die Einführung von ausfallsicheren magnetischen Drehwinkelgebern mit eingebauter Redundanz, die zwei identische, aber voneinander elektrisch isolierte Sensoren in einem Gehäuse vereinen.