精確地控制馬達(dá)可以提升機(jī)器性能，從某種程度上改進(jìn)機(jī)器人、電梯、汽車、電動(dòng)工具等。現(xiàn)在，設(shè)計(jì)人員可以利用定位精度更高的電感式位置感測器，加以提升馬達(dá)的控制、精度和馬達(dá)性能。

無論是製造業(yè)還是運(yùn)輸和娛樂業(yè)，各個(gè)領(lǐng)域的不斷進(jìn)步往往都離不開機(jī)器性能的提升，為此我們需要能夠更輕鬆地以更高的精確度控制機(jī)器。

許多現(xiàn)代化機(jī)器至少有一個(gè)核心馬達(dá)，而以更高的精度控制馬達(dá)可以從某種程度上改進(jìn)機(jī)器人、電梯、汽車、電動(dòng)工具等等。馬達(dá)性能取決於精密的控制，而精密的馬達(dá)控制又取決於對馬達(dá)位置的精密檢測。要實(shí)現(xiàn)精密檢測，日益精確的感測器技術(shù)必不可少。

現(xiàn)在，設(shè)計(jì)人員可以利用定位精度更高的電感式位置感測器來提升馬達(dá)精度、馬達(dá)控制和馬達(dá)性能。

編碼器

磁性編碼器和光學(xué)編碼器的原理，都是利用馬達(dá)位置變化與其速度之間的關(guān)係。

磁性編碼器有多種類型，但其原理都是基於同一現(xiàn)象的不同變化形式。馬達(dá)配備一個(gè)或多個(gè)以不同方式安裝的磁鐵。當(dāng)這些磁鐵相對於磁性檢測器移動(dòng)時(shí)，磁場會(huì)隨著其相對移動(dòng)成比例變化。

不同類型磁性編碼器的解析度各不相同，有時(shí)可能非常低，測量解析度僅為每轉(zhuǎn)數(shù)百個(gè)脈衝（PPR）。精確度的提高離不開精密的製造工藝。不同類型的尺寸和重量各異，極端溫度也可能對編碼器產(chǎn)生不利影響。

磁性感測器的缺點(diǎn)之一，是在受電磁干擾（EMI）影響的應(yīng)用中可能不可靠，甚至根本不可用。

光學(xué)編碼器可檢測光脈衝，一種基本的實(shí)現(xiàn)方法是為馬達(dá)配備圓盤形格柵。當(dāng)格柵旋轉(zhuǎn)時(shí)，光電二極體可檢測位於格柵表面或穿過格柵的光脈衝（光脈衝序列構(gòu)成「編碼」，而這也是「光學(xué)編碼器」一詞的由來），通過該技術(shù)可確定旋轉(zhuǎn)速度和馬達(dá)的位置。

光學(xué)編碼器不受磁場影響，它們可能具有高解析度，並提供出色的精度，但其性能取決於安裝是否仔細(xì)。灰塵、煙塵甚至濕氣等環(huán)境污染物，很容易對光學(xué)編碼器造成損害，而極端溫度也可能對這些編碼器產(chǎn)生不利影響。無論是哪種感測器，高速的實(shí)現(xiàn)通常都以犧牲精度為代價(jià)，而精度的成本往往更高。

圖1 : 安森美NCS32100 旋轉(zhuǎn)位置感測器的功能說明。（source：onsemi）

電感感測器

可與馬達(dá)結(jié)合使用的第三種感測器是電感感測器。雖然電感感測器實(shí)際上也是基於磁鐵原理，但它們測量的不是磁場的變化；而是電流—感應(yīng)電流。

磁性檢測器用於檢測齒輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)齒輪齒通過感測器時(shí)，會(huì)引起通量發(fā)生變化，從而在感測器中產(chǎn)生相應(yīng)比例的電壓。該電壓可能與旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)。

電感感測器的使用歷史已近百年。電感位置感測器解決方案通常不易受振動(dòng)、溫度變化和環(huán)境污染物影響。其機(jī)械結(jié)構(gòu)往往更加簡單，因此更為可靠。過去20年，電感感測器在汽車市場越來越受歡迎，汽車中使用的電感感測器兼具低成本和高可靠性的特點(diǎn)，而且速度和精度都較低。

雙電感旋轉(zhuǎn)感測器

雙電感旋轉(zhuǎn)感測器是一種新型電感感測器。這些新電感位置感測器不僅速度快，而且精度高。

安森美（onsemi）提供的雙電感位置感測器由兩個(gè)印刷電路板（PCB）組成。一個(gè)是帶有兩個(gè)印刷電感的轉(zhuǎn)子；另一個(gè)是同時(shí)帶有印刷電感和一個(gè)編碼器 IC 的定子。該元件的精確度比38mm 感測器（±50 arcsec）更高。它在轉(zhuǎn)速高達(dá)6,000 RPM 時(shí)實(shí)現(xiàn)完整精確度（雖然它能夠以更高轉(zhuǎn)速工作，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)100,000 RPM）。其單圈輸出解析度為 20 位，多圈輸出解析度為 24 位。

圖2 : 安森美NCS32100 旋轉(zhuǎn)位置感測器的電路圖。（source：onsemi）

這是一款絕對編碼器（與增量編碼器相對），因此即使轉(zhuǎn)子不在移動(dòng)，也能夠提供位置數(shù)據(jù)。

標(biāo)準(zhǔn)模組配備一個(gè)帶有韌體的嵌入式微控制器（MCU）。該控制器採用可編程的M0?ARM MCU，其輸出的是位置和速度，而不是原始模擬訊號(hào)。憑藉靈活的配置功能，該模組可連接到不同的電感感測器模式，並提供各種電子輸出格式。

該方法的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，並且組件數(shù)量更少。所需的外部組件（例如旁路電容、調(diào)諧電容等）數(shù)量也大幅減少。即插即用，比較容易校準(zhǔn)，並具有糾錯(cuò)/診斷功能，因此易於安裝和操作。與其他電感感測器一樣，安全性高、穩(wěn)定可靠。該感測器以標(biāo)準(zhǔn)模組提供，但其基本設(shè)計(jì)便於實(shí)現(xiàn)其他配置。

該整合式解決方案專為滿足工業(yè)應(yīng)用要求而設(shè)計(jì)。雙電感位置感測器的適用範(fàn)圍，包括目前正在使用中高端光學(xué)編碼器的領(lǐng)域，以及機(jī)器人、工業(yè)驅(qū)動(dòng)器、工廠自動(dòng)化系統(tǒng)和各種工業(yè)機(jī)械等應(yīng)用。

設(shè)計(jì)人員在評(píng)估感測器選項(xiàng)時(shí)，不僅要滿足應(yīng)用的運(yùn)行要求，還要考慮應(yīng)用的長期使用壽命，後者至關(guān)重要。使用雙電感旋轉(zhuǎn)位置感測器有助於減少元件數(shù)量，延長運(yùn)行壽命和簡化校準(zhǔn)操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低整體成本。

（本文作者Alessandro Maggioni為安森美先進(jìn)方案部歐洲、中東和非洲高級(jí)區(qū)域行銷經(jīng)理）