应用电感式传感器推动产业主动化

1   简介本文援用地点：呆板人跟合作呆板人（cobots）才能的进步，象征着它们在工场车间里能够承当更多的任务，处置更庞杂的义务，运转速率比从前更快，同时还能与人类愈加严密地配合。这些变更象征着，在产业利用中，传感器须要具有极高的精度，以确保在长时光运转时期的保险性跟牢靠性。在活动感知方面，比方追踪机器臂的地位跟活动速率，曾经有良多基于光学或磁性传感的处理计划。但是，这些现有的检测技巧难以将高精度与抗传染才能相联合。相反，电感式检测技巧正逐步成为一种更优的处理计划，它为多种产业利用供给了牢靠且强盛的地位感知才能，并兼具精度跟顺应性。在本文中，咱们将探究在对出色机能跟耐用性需要的推进下，电感式传感器的利用日益普遍，并将探讨怎样简化它们在主动化体系中的集成。2   差别传感器技巧的范围性在呆板人、汽车跟产业等任何应用电机的主动化利用中，咱们都须要确保对电机的准确把持。为此，咱们须要晓得电机转子的地位跟速率，转子平日衔接在轴上，并绝对于牢固的定子活动。最常用的技巧有三种扭转编码器：光电、磁性跟电感式。它们各有优毛病：起首，光电编码器精度高，对很多产业利用中的磁场不敏感。不外，它们的价钱绝对较高，并且很轻易遭到光码盘、光源、光检测器或轴承磨损等污垢传染的影响。另一种抉择是磁性编码器，它是一种低本钱处理计划。它们平日用于须要下降本钱，且不须要高精度的大量量利用中。固然它们对污垢不敏感，但会遭到磁场的负面影响。电感式编码器供给了一种战胜这些重要毛病的处理计划：与磁性编码器比拟，电感式编码器可实现更高的地位精度，同时又比光电编码器廉价。因为电感式编码器能够蒙受高传染、振动跟外部磁场，因而十分合适产业利用等恶劣情况。别的，电感式编码器对温度变更不敏感，并且元件数目少，从而减小了尺寸、本钱跟庞杂性。从环保角度来看，电感式编码器的另一个长处是不依附于某些磁铁中应用的稀土资料。3   NCS32100 双电感式地位传感器让咱们来看一个电感式传感器的例子：安森美（onsemi）的NCS32100 地位传感器表现了近期在电感式传感范畴的提高，存在牢固耐用、非打仗式操纵跟抗情况要素影响等特色。NCS32100 包含一个全功效把持器跟传感器接口，与适合的非打仗式PCB传感器搭配应用时，可实现高辨别率、高精度的角度检测。它存在机动的设置功效，可衔接种种电感式传感器样例，并供给多种数字输特别式。图1表现了一个完全的扭转电感器体系的横截面。图1 扭转编码器全貌此中包含一个转子跟一个定子，它们都是印刷电路板（PCB），此中转子装置在核心轴上。该图还表现了装置在静态定子PCB 上的NCS32100，以及电源跟数据衔接器。两块PCB 板彼此平行，旁边平日有0.1 毫米至1毫米的氛围空隙。NCS32100是一种相对式编码器，这象征着它能够在不扭转圆盘的情形下推算出地位，这对在启动时或体系在停机时期产生变更时获取地位特殊有辅助。它的地位精度优于±50 arcsec，即0.0138度机器扭转角度，这是从前只有光电编码器才干到达的精度程度。该精度可在转速高达6,000转/ 分钟(RPM)的情形下实现，而NCS32100可在转速高达45,000转/分钟的情形下运转‒但此时精度会略有下降。为了使NCS32100的集成尽可能简略，安森美供给了种种东西跟支撑，以及用于PCB计划的基于Web的计划东西。此中包含NCS32100的参考计划，如图2所示（蓝色虚线左侧的局部包括在定子PCB 板上）。图2 NCS32100参考计划框图（简化版）在地位检测体系中，两个圆盘（定子跟转子）名义都印有两组导电走线或线圈（细线圈跟粗线圈）。定子印刷电路板上还印有第三组称为励磁线圈的导电走线（图3）。图3 NCS32100双电感式定位NCS32100向励磁线圈发射4 MHz正弦波，在其四周构成电磁场。依据法拉第电磁感到定律，转子的细线圈跟粗线圈与电磁场订交，以涡流的情势将能量耦合到转子线圈上。这些转子上的涡流在定子上的细线圈跟粗线圈中耦合发生电压（最高可达100 mV），这些线圈也衔接到NCS32100的八个接受器输入端。NCS32100经由过程解调八个接受器输入来丈量转子地位，而后再将这些输入转换为数字旌旗灯号并停止处置。这些信息被输入到Arm® Cortex® M0+微把持器（MCU）中，使得该处理计划存在高度的可设置性。MCU供给相对地位跟速率数据，这些数据经由过程评价板上的RS-485接口发送。当转子的转速在100至1000转/分钟之间，只要一条指令，就能在两秒钟内实现传感器的自校准。校准后的系数存储在嵌入式闪存中。只管机能出众，但双电感式方式在体系中的利用十分简略。比拟之下，光电编码处理计划须要很多元器件，包含光码盘、定子PCB跟LED 驱动器，总计达100 个元器件。比拟之下，基于NCS32100 的处理计划只要要一对PCB 板，元件数目不到其一半。这种电感式处理计划供给了与光电计划雷同的精度。4   汽车利用中的电感式地位传感器在本文中，咱们曾经探讨了电感式编码器在产业利用中的感化，但它们在汽车范畴也有效武之地。在汽车行业中，最主要的成绩是保险性，这一点对制动或转向等要害利用尤为主要。安森美的NCV77320 车规级相对地位传感器是依照ISO26262 尺度计划的，专门用于这些要害利用场景，比方刹车踏板传感器、减速踏板传感器、骨气门地位传感器等。NCV77320 有三个接受器输入端，其满量程精度典范值为±0.15%，可机动用作扭转编码器或线性编码器。与NCS32100 相似，NCV77320 对传染、温度变更跟杂散磁场的烦扰不敏感。它实用于恶劣的汽车情况，任务情况温度范畴为-40° C 至+150° C。5   结语工场车间是一个充斥潜伏传染物的喧闹情况，这对必需供给精度跟牢靠性的电子元件来说是一个严苛的任务场合。像NCS32100 如许的电感式地位编码器正在应答这一挑衅。跟着产业界持续将效力跟正确性放在首位，他们越来越依附主动化。这象征着地位跟活动感知技巧的利用越来越普遍，供给了所需的正确性跟稳固性。准确的传感器数据可辅助产业企业增加毛病、延伸保护周期、最年夜限制地进步产量，并最小化保护本钱。