3D 霍爾效應傳感器如何為自動系統(tǒng)提供精確且實時的位置控制

自主移動機器人可自動執(zhí)行非技術性任務，像是在倉庫中運輸材料。它們的車輪內裝設位置感測與速度控制等高精確系統(tǒng)，以便在工廠或倉庫里安全有效率地移動，可優(yōu)化制造流程，提升產出量及生產力。

隨著工業(yè) 4.0 將先進制程推往全球市場，對高度自動系統(tǒng)的需求也大幅增加。這些系統(tǒng)可以整合制造流程運作并持續(xù)收集制程控制資料，應用范圍包含機械手臂的磁性編碼器、近接傳感器、致動器、壓力傳送器、線性馬達與自主移動機器人，其中多數需要利用先進位置感測解決方案來控制性能以及工廠級數據，以便讓裝置做出更適當的決策、操作起來也更安全可靠。

自主移動機器人(如圖 1 ) 可自動執(zhí)行非技術性任務，像是在倉庫中運輸材料。這些工業(yè)機器人可優(yōu)化制造流程，提升產出量及生產力。自主移動機器人的車輪內也裝設位置感測與速度控制等高精確系統(tǒng)，以便在工廠或倉庫里安全有效率地移動。



 
圖1 : 自動行動機器人通過倉庫地板

位置感測系統(tǒng)常用于高效能自動系統(tǒng)中，以便控制機器動作，對位置感測技術的選擇也會直接影響整體系統(tǒng)的成本和效能。在評估最佳位置感測解決方案時，應考慮感測準確性、速度、功率、靈活性及可靠性等。

多軸線性霍爾效應位置傳感器幫助提升設備效能
多軸線性霍爾效應位置傳感器適用于精確自動化工業(yè)應用，因為它可提供高度準確、快速且可靠的絕對位置量測。并提供更準確的實時控制，幫助提升設備效能、系統(tǒng)效率優(yōu)化及減少停機時間。

再回到自主移動機器人的例子，圖 2 中的方塊圖說明車輪馬達和馬達控制器間的回饋回路，使用 TI 的線性 3D 霍爾效應位置傳感器來監(jiān)控馬達軸與馬達驅動器的確切角度位置，進而轉動馬達。在回饋回路所有組件中，線性 3D 霍爾效應傳感器會直接影響到系統(tǒng)帶寬和延遲。若采用高帶寬量測的傳感器，您將可提高回饋回路的整體速度，并提升系統(tǒng)效能。

同樣地，位置傳感器的量測準確度決定了馬達動作的可控程度。但傳感器的速度和準確度常對彼此造成影響，進而限制了系統(tǒng)效能。TI的傳感器可用高達 20 kSPS 的感測速度提供高傳輸數值，并以最高 2.6% 的整體誤差提供高度準確的線性量測，讓您不用在兩者間進行取舍。



 
圖2 : 使用線性 3D 霍爾效應位置傳感器的自動行動機器人車輪馬達模塊方塊圖

根據電池管理系統(tǒng)或電源供應的設計，功耗也是選擇位置傳感器時應考慮的重要規(guī)格之一。電池供電系統(tǒng)或具低電源供應的系統(tǒng) (例如遠程 4 到 20 mA 回路)，通常需要具有喚醒、休眠與深度休眠模式等低功率操作模式的傳感器，幫助實現最佳功耗與傳輸速率。TMAG5170 的多重操作模式和取樣率可提高電源效率，效率比其他精確線性 3D 霍爾效應傳感器高出至少 70%，并可在 1 到 20 kHz 的取樣范圍中，為電池供電裝置或以系統(tǒng)效率為優(yōu)先的輕負載模式提供最佳功耗。

位置傳感器通常有最嚴格的機械配置限制。選擇具備可選電磁感測范圍和溫度補償選項的多元線性 3D 霍爾效應傳感器，可為磁與機械設計帶來靈活性。此解決方案 擁有芯片內角度計算引擎，可省去芯片外處理的需求，并可為角度感測應用中的傳感器與磁鐵提供機械配置靈活性，其中包含軸上與離軸配置。

自動化工業(yè)系統(tǒng)與人類一起工作已趨向常態(tài)，因此越來越需要額外安全措施確保作業(yè)安全，也需提升診斷功能以避免停機時間與質量問題。位置傳感器讀值的可靠性就和準確度、速度、功率與靈活性一樣重要。若選擇只有幾個或沒有診斷功能的傳感器，可能需要配置數個外部組件才能確保傳感器數據的準確性及可靠性，進而增加設計的材料清單 (BOM)。

透過提供獨特的智能型診斷功能組合，像是通訊、連續(xù)性和內部訊號路徑檢查，還有電源供應、輸入磁場和系統(tǒng)溫度的可配置診斷。無需使用額外組件來確保傳感器數據準確，因此可實現長期可靠性并減少 BOM。

高速且高準確的位置傳感器可為自動工業(yè)系統(tǒng)實現下一代實時控制。精確線性 3D 霍爾效應傳感器可幫助設計師達到工業(yè) 4.0 市場趨勢所需的快速、準確與可靠量測，并且不需犧牲效能或增加功耗與成本。