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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 3

Von Messungen in 2D zu 3D

Existierende magnetische Encoder messen die Bewegungen in einer Ebene. Sie sind robust, präzise, leicht an System-Controller anzubinden und benötigen keine Kapselung oder Abschirmung, wodurch sie älteren, verbreiteten Technologien bereits überlegen sind.

Dennoch weisen diese magnetischen 2D-Encoder der ersten Generation technische Beschränkungen auf. Sie verlangen beispielsweise eine präzise Fertigung, da für den Luftspalt zwischen Magnet und Chip-Oberfläche eine Entfernung zwischen 0,5 und 2 mm spezifiziert ist. Zusätzlich ist der Bereich für lineare Messungen auf ein Maximum von ca. 10 mm beschränkt. Hierbei handelt es sich um ein physikalisches Limit als Folge der Charakteristik von zweipoligen Magneten und der Anordnung und Empfindlichkeit der Hall-Elemente in magnetischen 2D-Encoder-ICs. Wichtige Anwendungen im Automobil mit einem längeren Messweg als 10 mm wie das Kupplungspedal konnten daher bislang nicht von den Vorteilen magnetischer Encoder profitieren.

Seit kurzem jedoch haben sich die Einsatzmöglichkeiten magnetischer Positionsmesssensoren durch eine Innovation bei der Implementierung von Hall-Sensoren dramatisch erweitert, die von austriamicrosystems und dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (Erlangen) entwickelt und in den Markt eingeführt wurde.

Wie Bild 2 zeigt, ist eine neue Klasse von magnetischen Encodern der AS54xx-Familie in der Lage, Bewegungsmessungen entlang dreier Achsen durchzuführen. Die Einsatzweise des Bausteins ist fast identisch mit der für existierende 2D-Sensoren, die Innovation liegt in der Implementierung der 3D-Hall-in-One-Sensorelemente, womit eine wirkliche Messung aller drei Achsen des magnetischen Feldes möglich ist.

Wie bisher werden die Hall-Elemente paarweise zusammengefasst, um ein Differenzsignal bereitzustellen, was zur Folge hat, dass der Baustein ebenfalls vollständig unempfindlich gegen magnetische Streufelder ist. Der Baustein kann nun jedoch über den auf dem Chip integrierten EEPROM-Speicher so programmiert werden, dass mit nur einem Chip absolut lineare, Off- und On-Axis-Messungen sowie dreidimensionale Kippmessungen durchgeführt werden können.