3d霍尔传感器工作原理（三维霍尔传感器）

随着工业4.0 的先进制造工艺席卷全球市场，对在集成制造流程中运行并持续收集过程控制数据的高度自动化系统的需求正在快速增长。大多数这些系统，包括机械臂中的磁编码器、接近传感器、执行器、压力传送器、线性电机和自主移动机器人，都需要先进的位置传感解决方案来控制性能并收集工厂级数据，从而做出更明智的决策并改进设备运行的安全性和可靠性。

自主移动机器人可以自动执行简单的任务，例如在仓库内运输材料。这些类型的工业机器人可以帮助优化制造流程、提高产量并提高生产率。为了在工厂车间或仓库实现安全高效的导航，自主移动机器人的轮子中必须内置位置传感和速度控制等高精度系统控制功能。

能够控制运动的高性能自动化系统几乎都需要位置传感，而位置传感技术的选择直接影响整个系统的成本和性能。在评估良好的位置传感解决方案时，需要考虑传感器精度、速度、功率、灵活性和可靠性等因素。

多轴线霍尔效应位置传感器提供高精度、快速且可靠的绝对位置测量，使其成为精密自动化工业应用的理想选择。这些功能可实现更准确的实时控制，这在提高设备性能、优化系统效率和最大限度地减少停机时间方面发挥着关键作用。

再看一下自主移动机器人的示例，图2 中的框图显示了车轮电机和电机控制器之间形成的反馈回路。这里使用的是TI 的TMAG5170 线性3D 霍尔效应位置传感器，它监视电机轴和电机驱动器的精确角位置，从而使电机旋转。除了该反馈环路中显示的所有元件之外，这种线性3D 霍尔效应传感器通常对系统带宽和延迟有直接影响。通过使用能够进行高带宽测量的传感器，您可以提高该反馈环路的整体速度并增强系统性能。

同样，位置传感器的测量精度决定了电机运动的可控程度。传感器的速度和精度通常会权衡，从而限制了系统性能。 TMAG5170 可实现高吞吐量数据读取、高达20kSPS 的传感速度以及最大总误差为2.6% 的高精度线性测量，因此您无需在两者之间进行选择。

图2：使用TMAG5170 线性3D 霍尔效应位置传感器的自主移动机器人车轮电机模块框图

选择位置传感器时，功耗也可能是一个重要的考虑因素，具体取决于电池管理系统或电源设计。电池供电的系统或使用低功耗电源（例如远程4mA 至20mA 回路电源）的系统通常需要具有低功耗工作模式（例如唤醒和睡眠和深度睡眠模式）的传感器，以帮助提高吞吐量，同时减少功耗。 TMAG5170 具有多种工作模式和采样率。与其他精密线性3D霍尔效应传感器相比，其电源效率可提高至少70%，可在1kHz至20kHz采样范围内降低电池供电设备或关注系统效率的轻负载模式下的功耗。

通常，位置传感器具有严格的机械配置限制。线性3D 霍尔效应传感器功能丰富，具有可选择的磁灵敏度范围和温度补偿选项，为您提供磁性和机械设计的灵活性。 TMAG5170 具有片上角度计算引擎，无需片外处理，同时为角度传感应用中的传感器和磁体提供机械放置灵活性，包括轴上和离轴配置。

随着工业系统在自动化操作中与人类的合作越来越密切，需要更多的安全措施来确保安全操作，并且越来越需要诊断功能来防止工具停机和质量问题。除了精度、速度、功率和灵活性等因素外，读取可靠性也是选择位置传感器时的一个重要因素。例如，如果您选择诊断功能很少或没有的传感器，则可能需要大量外部组件来确保传感器数据的准确性和可靠性，这会增加设计的物料清单(BOM) 成本。 TMAG5170 具有独特的智能诊断组合，例如通信、连续性和内部信号路径检查，以及电源、输入磁场和系统温度的可配置诊断。无需额外组件即可确保准确的传感器数据，从而实现长期可靠性并降低BOM 成本。

高速、高精度位置传感器实现了自动化工业系统中的新一代实时控制技术。 TMAG5170 等精密线性3D 霍尔效应传感器可帮助设计人员在不影响性能或增加功耗和成本的情况下实现快速、准确和可靠的测量，从而进一步推动工业4.0 市场趋势。

审稿编辑：郭婷